糖异生及糖原合成培训课件

一、单糖的合成一、单糖的合成P154（一）糖异生概念：（一）糖异生概念：主要指由非糖物质转变成主要指由非糖物质转变成葡萄糖葡萄糖或或糖原糖原的过程的过程（二）过程（二）过程7/16/20241糖异生及糖原合成糖异生主糖异生主要途径和要途径和关键反应关键反应 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖果糖激酶激酶果糖二磷酸果糖二磷酸(酯酯)酶酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶葡萄糖6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 草酰乙酸草酰乙酸PEP羧激酶羧激酶7/16/20242糖异生及糖原合成糖异生途径关键反应之一糖异生途径关键反应之一+H2O+Pi葡萄糖葡萄糖-6-磷磷酸酶酸酶P6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖H葡萄糖葡萄糖7/16/20243糖异生及糖原合成糖异生途径关键反应之二糖异生途径关键反应之二果糖二磷酸果糖二磷酸酶酶-1+H2O+Pi1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖磷酸果糖POH2COHOOHHHH7/16/20244糖异生及糖原合成糖异生途径关键反应之三糖异生途径关键反应之三PEP羧激酶羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸CO2CO27/16/20245糖异生及糖原合成苹果酸苹果酸/天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸/天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸PEP丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸胞液胞液线粒体线粒体乙酰乙酰CoAGPEP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶7/16/20246糖异生及糖原合成糖酵解和葡萄糖异糖酵解和葡萄糖异生的关系生的关系ABC1C2A G-6-P磷酸酯酶磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶羧激酶（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-P-甘油醛甘油醛-酮戊二酸酮戊二酸乳酸乳酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸TCA循环循环乙酰乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸3-P-甘油甘油甘油甘油苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸7/16/20247糖异生及糖原合成（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）葡萄糖代谢和葡萄糖代谢和 糖异生的关系糖异生的关系（PEP）丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸（转氨基作用）（转氨基作用）7/16/20248糖异生及糖原合成糖异生的调节：糖异生的调节：1.6-P-G与1.6-FBP：促进异生，抑制酵解：高浓度的6-P-G、ATP 和柠檬酸，促进酵解，抑制异生：AMP、2.6-二磷酸果糖、ADP7/16/20249糖异生及糖原合成二、糖异生的调节二、糖异生的调节AMPF-2,6-BP-ATP+果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1fructose biphosphatase-17/16/202410糖异生及糖原合成乙酰乙酰CoA+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶pyruvate carboxylase7/16/202411糖异生及糖原合成三、糖异生的原料三、糖异生的原料1生糖氨基酸生糖氨基酸：Ala,Cys,Gly,Ser,Thr,Trp 丙酮酸丙酮酸Pro，His，Gln，Arg Glu -酮戊二酸酮戊二酸Ile，Met，Ser，Thr，Val 琥珀酰琥珀酰CoAPhe，Tyr 延胡索酸延胡索酸Asn，Asp 草酰乙酸草酰乙酸7/16/202412糖异生及糖原合成2甘油甘油：甘甘油油三三酯酯 甘甘油油 -磷磷酸酸甘甘油油 磷磷酸二羟丙酮。酸二羟丙酮。3乳酸乳酸：乳酸乳酸丙酮酸。丙酮酸。7/16/202413糖异生及糖原合成四、糖异生的生理意义四、糖异生的生理意义1在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。在饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定。2回收乳酸分子中的能量回收乳酸分子中的能量：葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的葡萄糖在肌肉组织中经糖的无氧酵解产生的乳酸，可经血循环转运至肝，再经糖的异生乳酸，可经血循环转运至肝，再经糖的异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这一循环过程就称为利用，这一循环过程就称为乳酸循环（乳酸循环（Cori循环）循环）。7/16/202414糖异生及糖原合成部位：部位：肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中定义：定义：由单糖合成糖原的过程称为糖原的合由单糖合成糖原的过程称为糖原的合 成成(glycogenesis)(glycogenesis)。单糖单糖:葡萄糖葡萄糖(主要主要)、果糖、半乳糖等、果糖、半乳糖等二、糖原合成二、糖原合成7/16/202415糖异生及糖原合成2缩合：缩合：在在关关键键酶酶糖糖原原合合酶酶的的催催化化下下，以以原原有有糖糖原原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。分子为引物，添加新的葡萄糖单位。糖原合酶糖原合酶*UDPG+(G)n(G)n+1+UDP7/16/202416糖异生及糖原合成糖原合酶的作用机制糖原合酶的作用机制7/16/202417糖异生及糖原合成3分支：分支：当直链长度达当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在个葡萄糖残基以上时，在分支酶分支酶(branching enzyme)的催化下，将距的催化下，将距末端末端67个葡萄糖残基组成的寡糖链由个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-糖苷键糖苷键转变为转变为-1,6-糖苷键糖苷键，使糖原出，使糖原出现分支。现分支。7/16/202418糖异生及糖原合成 分分 支支 酶酶 (branching enzyme)-1,4-糖苷键糖苷键 7/16/202419糖异生及糖原合成糖原的合成与分解代谢糖原的合成与分解代谢G-6-P G 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 G-1-P UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 UTP UDPG PPi 糖原合酶糖原合酶 Gn+1 UDP Gn 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝）磷酸酶（肝）糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 Pi Gn 7/16/202420糖异生及糖原合成ATP 葡萄糖激酶葡萄糖激酶Mg2+葡萄糖葡萄糖(glucose)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)（1 1）葡萄糖葡萄糖磷酸化生成磷酸化生成 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ADP7/16/202421糖异生及糖原合成1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)（2）6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖7/16/202422糖异生及糖原合成1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)UTPUTP尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)(uridine diposphate glucose)PPiPPiUDPGUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶H2O2Pi（3）尿苷二磷酸葡萄糖的生成尿苷7/16/202423糖异生及糖原合成尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)糖原引物糖原引物(Gn)(glycogen primer)糖原合酶糖原合酶糖原糖原(Gn+1n+1)(glycogen)UDP（4）UDPGUDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上尿苷7/16/202424糖异生及糖原合成(5)(5)分支酶分支酶催化糖原不断形成催化糖原不断形成新分支新分支链链糖原引物糖原引物糖原合酶糖原合酶分枝酶分枝酶糖原合成的限速酶糖原合成的限速酶1218G7/16/202425糖异生及糖原合成肝糖原与肌糖原比较 肝糖原肝糖原 肌糖原肌糖原贮贮 量量 90-100g 200-500g 5%1-2%合成原料合成原料 单糖单糖/非糖物质非糖物质 葡萄糖葡萄糖分解产物分解产物 葡萄糖葡萄糖 乳乳 酸酸功功 能能 维持血糖浓度维持血糖浓度 满足剧烈运动时满足剧烈运动时 的相对恒定的相对恒定 肌肉对能量的需要肌肉对能量的需要消消 耗耗 餐后餐后12-18h 剧烈运动后剧烈运动后7/16/202426糖异生及糖原合成（二）糖原合成的特点：（二）糖原合成的特点：1.必须以必须以原有糖原分子作为引物原有糖原分子作为引物；2.合成反应在糖原的合成反应在糖原的非还原端非还原端进行进行；3.合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需需消耗消耗2个高能磷酸键个高能磷酸键（2分子分子ATP）；）；4.关键酶是关键酶是糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase)，为为一一共价修饰共价修饰酶；酶；5.需需UTP参与（以参与（以UDP为载体）。为载体）。7/16/202427糖异生及糖原合成二、糖原的分解代谢二、糖原的分解代谢糖原的分解代谢可分为三个阶段：糖原的分解代谢可分为三个阶段：1水解：水解：包括三步反应，循环交替进行。包括三步反应，循环交替进行。磷酸解：由磷酸解：由糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化对催化对-1,4-糖苷键磷酸糖苷键磷酸解，生成解，生成G-1-P。糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶*(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P（一）反应过程：（一）反应过程：7/16/202428糖异生及糖原合成 转转寡寡糖糖链链：当当糖糖原原被被水水解解到到离离分分支支点点四四个个葡葡萄萄糖糖残残基基时时，由由葡葡聚聚糖糖转转移移酶酶催催化化，将将分分支支链链上上的的三三个个葡葡萄萄糖糖残残基基转转移移到到直直链链的非还原端，使分支点暴露。的非还原端，使分支点暴露。脱脱枝枝：由由-1,6-葡葡萄萄糖糖苷苷酶酶催催化化。将将-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。-1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶(G)n+H2O(G)n-1+G7/16/202429糖异生及糖原合成脱枝酶脱枝酶 (debranching enzyme)磷磷 酸酸 化化 酶酶 -1,6糖苷糖苷酶活性酶活性 转移酶活性转移酶活性 7/16/202430糖异生及糖原合成2异构：异构：磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶G-1-PG-6-P3脱磷酸：脱磷酸：由由葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催催化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于化，生成自由葡萄糖。该酶只存在于肝肝及及肾肾中。中。葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶G-6-P+H2OG+Pi 7/16/202431糖异生及糖原合成（二）糖原分解的特点：（二）糖原分解的特点：1.水解反应在糖原的水解反应在糖原的非还原端非还原端进行；进行；2.是一是一非耗能非耗能过程；过程；3.关键酶是关键酶是糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen phosphory-lase)，为一共价修饰酶，其辅为一共价修饰酶，其辅酶是酶是磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛。7/16/202432糖异生及糖原合成三、糖原合成与分解的调节三、糖原合成与分解的调节激素（胰高血糖素、肾上腺素等）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体受体 腺苷环化酶腺苷环化酶 （无活性）（无活性）腺苷环化酶（有活性）腺苷环化酶（有活性）ATP cAMP PKA(无活性无活性)PKA(有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P 磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P 7/16/202433糖异生及糖原合成四、糖原合成与分解的生理意义四、糖原合成与分解的生理意义1贮存能量贮存能量。2调节血糖浓度调节血糖浓度。3利利用用乳乳酸酸：肝肝中中可可经经糖糖异异生生途途径径利利用用糖糖无无氧氧酵酵解解产产生生的的乳乳酸酸来来合合成成糖糖原原。这这就就是肝糖原合成的是肝糖原合成的三碳途径三碳途径或或间接途径间接途径。7/16/202434糖异生及糖原合成7/16/202435糖异生及糖原合成糖代谢的调节过程 一、无氧酵解的调节 二、TCA 的调节三、磷酸戊糖途径调节四、糖异生的调节五、糖原代谢的调节六、神经和激素对糖的调节7/16/202436糖异生及糖原合成糖酵解过程的调节酶：糖酵解过程的调节酶：酶酶 的的 名名 称称已糖激酶已糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶(肝肝)磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶丙酮酸激酶变构激活剂变构激活剂Mg2+,Mn2+Mg2+,Mn2+Mg2+,AMP,ADP,F-1,6-2P,F-2,6-2P Mg2+,K+,F-1,6-2P变构抑制剂变构抑制剂G-6-P-ATP，H+、柠檬酸，、柠檬酸，长链脂肪酸长链脂肪酸ATP7/16/202437糖异生及糖原合成已糖激酶的分型已糖激酶的分型 型型 型型 中文名称中文名称 已糖激酶已糖激酶(HKHK)葡萄糖激酶葡萄糖激酶(GKGK)存在范围存在范围 在组织细胞中在组织细胞中 仅在肝脏和胰腺仅在肝脏和胰腺 广泛存在广泛存在 细胞存在细胞存在与葡萄糖亲和力与葡萄糖亲和力 高高 低低 Km:0.01mmol/L Km:10100mmol/L产物反馈抑制产物反馈抑制 有有 无无 激素调控激素调控受激素调控受激素调控 葡萄糖激酶葡萄糖激酶/已糖激酶已糖激酶7/16/202438糖异生及糖原合成变构抑制剂变构抑制剂ATPATPNADH NADH ATPATP、NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA三羧酸循环的调节酶及其调节三羧酸循环的调节酶及其调节酶酶 的的 名名 称称柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系变构激活剂变构激活剂ADPADP、AMPAMP7/16/202439糖异生及糖原合成P丙酮酸氧化丙酮酸氧化和和三羧酸循环三羧酸循环的调节的调节琥珀酰琥珀酰CoA草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸琥珀酸琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸延胡索酸延胡索酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA、NADHNADH、ATPATPNADHNADH琥珀酰琥珀酰CoA、NADH、ATP7/16/202440糖异生及糖原合成磷酸戊糖途径：磷酸戊糖途径：最重要的调节因素是：NADP+的水平糖异生的调节：糖异生的调节：1.6-P-G与1.6-FBP：促进异生，抑制酵解：高浓度的6-P-G、ATP 和柠檬酸，促进酵解，抑制异生：2.6-二磷酸果糖7/16/202441糖异生及糖原合成2.丙酮酸与PEP：丙酮酸羧化酶 激活剂：乙酰辅酶A 抑制剂：ADP 丙酮酸激酶：激活剂：ADP AMP 抑制剂：ATP NADH 丙氨酸7/16/202442糖异生及糖原合成七、乙醛酸循环1 1、乙醛酸循环的、乙醛酸循环的生化历程生化历程3 3、乙醛酸循环的生理意义、乙醛酸循环的生理意义 植物种子萌发的脂肪转化为糖植物种子萌发的脂肪转化为糖2 2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系乙醛酸循环总反应式及其糖异生的关系7/16/202443糖异生及糖原合成CoASH柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶乙醛酸循环乙醛酸循环反应历程反应历程NAD+NADH苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-CSCoACoASH OCH3-CSCoACOOCOO-CH2CH2CH2CH2COOCOO-琥珀酸琥珀酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶苹果酸苹果酸合成酶合成酶 O OH-C-C OH乙醛酸乙醛酸NAD+草酰乙酸草酰乙酸7/16/202444糖异生及糖原合成 OCH3-C-SCoACoASH乙乙醛醛酸酸循循环环和和三三羧羧酸酸循循环环反反应应历历程程的的 比比较较柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA草酰乙酸草酰乙酸 O OH-C-C OH乙醛酸乙醛酸 OCH3-C-SCoA苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸7/16/202445糖异生及糖原合成乙醛酸循环总反应式及其与乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系糖异生的关系草酰乙酸草酰乙酸糖异生途径糖异生途径+2CoASH+NADH+H+2CoASH+NADH+H+COOCOO-CH2CH2CH2CH2COOCOO-琥珀酸琥珀酸 OCH3-CSCoA+NAD+NAD+2 27/16/202446糖异生及糖原合成 激素对肝糖原合成激素对肝糖原合成与分解的调控与分解的调控意义意义：由于由于酶的共价修饰酶的共价修饰反应是酶促反反应是酶促反应，只要有少应，只要有少量信号分子量信号分子（如激素）存（如激素）存在，即可通过在，即可通过加速这种酶促加速这种酶促反应，而使大反应，而使大量的另一种酶量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修饰，从而获得放大从而获得放大效应。这种调效应。这种调节方式快速、节方式快速、效率极高。效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（无活性）（无活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（无活性）（无活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP4567/16/202447糖异生及糖原合成三、糖代谢概况三、糖代谢概况 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 核糖核糖 +NADPH+H+磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 7/16/202448糖异生及糖原合成