戊糖磷酸途径异生糖原合成与分解

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径,1,1. 是糖代谢的第二条重要途径2. 在细胞浆中进行3. 广泛存在于动植物细胞内,第一节 戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway， PPP）,2,一、 概念,磷酸戊糖途径是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H,+,，前者再进一步转变成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。,磷酸戊糖途径又称戊糖支路（pentose shunt)、己糖单磷酸途径（hexose monophosphate pathway)、磷酸葡糖酸氧化途径（phosphogluconate oxidative pathway)、戊糖磷酸循环（pentose phosphate cycle)。,这些名称均强调从磷酸化的六碳糖形成磷酸化的五碳糖。,3,二、磷酸戊糖途径的反应过程,磷酸戊糖途径的核心反应式：,G-6-P + 2NADP,+,+ H,2,O ,R-5-P + 2NADPH + 2H,+,+CO,2,全部代谢过程可分为两个阶段：,氧化脱羧阶段,：生成,NADPH,及,CO,2,非氧化分子重排阶段,：一系列基团的转移,4,1. 磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,G-6-P,6-P-葡萄糖酸内酯,6-P-葡萄糖脱氢酶,6-P-葡萄糖酸,内酯酶,5,6-P-葡萄糖酸,5-P-核酮糖,6-P-葡萄糖酸脱氢酶,6,2.磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段,6,核酮糖-5-磷酸,2,甘油醛-3-磷酸,2,景天庚酮糖-7-磷酸,2,赤藓丁糖-4-磷酸,2,果糖-6-磷酸,2,核糖-5-磷酸,2,木酮糖-5-磷酸,1,果糖-1， 6-二磷酸,Pi H,2,O,1,果糖-6-磷酸,转醛酶,异构酶,转酮酶,2,果糖-6-磷酸,2,甘油醛-3-磷酸,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,葡萄糖-6-磷酸,（5）,异构酶,2,木酮糖-5-磷酸,果糖-1， 6-二磷酸酶,7,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一,（核酮糖-5-磷酸异构化）,差向异构酶,异构酶,木酮糖-5-磷酸,核糖-5-磷酸,核酮糖-5-磷酸,8,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之二,（基团转移）,转醛酶,+,2,赤藓糖-4-磷酸,2,果糖-6-磷酸,转酮酶,2,甘油醛-3-磷酸,+,景天庚酮糖-7-磷酸,2,H,2,+,2,核糖-5-磷酸,木酮糖-5-磷酸,9,基团转移（续前）,+,2,3-磷酸甘油醛,2,6-磷酸果糖,转酮酶,+,2,4-磷酸赤藓糖,2,5-磷酸木酮糖,10,果糖-1,6-二磷酸,醛缩酶,果糖-1,6-二磷酸酯酶,H,2,O Pi,果糖-6-磷酸,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三,（甘油醛-3-磷酸异构、缩合与水解）,2,甘油醛-3-磷酸,异构酶,葡萄糖-6-磷酸,磷酸葡萄糖异构酶,11,磷酸戊糖途径的总反应式,6 G-6-P + 12NADP,+,+7 H,2,O,5 G-6-P + 6CO,2,+ 12NADPH +12H,+,12,产生大量,NADPH,主要用于还原（加氢）反应，为细胞提供还原力,三、磷酸戊糖途径的生理意义,产生大量的磷酸核糖和其它重要中间产物,与光合作用联系，实现某些单糖间的转变,13,第二节 糖的异生（Gluconeogenesis),14,一、糖异生的概念,由丙酮酸、草酰乙酸、乳酸、丙酸、甘油、氨基酸等,非糖物质,转变成葡萄糖的过程称为糖异生。,糖异生研究中最直接的证据来自动物实验：大鼠禁食24小时，肝中糖原从7% 1%，若喂乳酸、丙酮酸等肝糖原的量会增加。,葡萄糖的来源饮食摄入，体内糖原分解，糖异生。,15,二、糖异生途径,酵解途径中有,3个由关键酶催化的不可逆反应,在糖异生时，须由另外的反应和酶代替。,糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有、可逆的,；,基本上是糖酵解的逆过程，但必须克服三个“能障” 。,场所：,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,16,三、糖 酵 解 过 程,葡萄糖,6-磷酸果糖,磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛,2, 2-磷酸甘油酸,2,丙酮酸,6-磷酸葡萄糖,ADP,ATP,1,6-二磷酸果糖,ADP,ATP,2,1,3-二磷酸甘油酸,2,P,i,2,NADH+,2,H,+,2,NAD,+,2, 3-磷酸甘油酸,2,ADP,2,ATP,2,磷酸烯醇式丙酮酸,2H,2,O,2,烯醇式丙酮酸,2,ADP,2,ATP,2,乳酸,三个不可逆过程,17,1、丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,PEP羧激酶,（线粒体/胞液）,丙酮酸羧化酶,（线粒体）,P,磷酸烯醇丙酮酸,（,PEP）,丙酮酸,GTP,GDP,CO,2,丙酮酸+ATP+GTP+H,2,O 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+GDP+Pi+H,+,ATP+H,2,O ADP+Pi,CO,2,生物素,草酰乙酸,18,天冬氨酸,苹果酸,天冬氨酸,苹果酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式,丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸,磷酸烯醇式,丙酮酸,草酰乙酸,线粒体中,草酰乙酸的转运,线粒体内膜,线粒体基质,细胞浆,糖异生,丙酮酸,羧化酶,PEP,羧激酶,苹果酸脱氢酶,苹果酸脱氢酶,19,2、1,6-二磷酸果糖的水解,6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,ATP ADP,糖的分解代谢,磷酸果糖激酶-1,H,3,PO,4,H,2,O,糖的异生作用,果糖二磷酸酶-1,底物循环,作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应，这种互变循环就称为,底物循环,。,20,3、6-磷酸葡萄糖的水解,葡萄糖 6-磷酸葡萄糖,ATP ADP,糖的分解代谢,葡萄糖激酶,(肝),H,3,PO,4,H,2,O,糖的异生作用,葡萄糖-6-磷酸酶,肝,底物循环,21,4、糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异,22,葡萄糖-6-磷酸酶,第,1,步,第,2,步,第,3,步,草酰乙酸,丙酮酸羧,化,酶,磷酸烯醇式丙酮酸,羧激酶,果糖二磷酸酶,ATP,GTP,ATP,23,四、由丙酮酸到葡萄糖的能量消耗,2Pyr+4ATP+2GTP2NADH+6H,2,O,G+4ADP+2GDP2NAD,+,+2H,1. 异生途径:,2. EMP逆过程:,2Pyr+2ATP+2NADH+2H,2,O,G+2ADP+2Pi2NAD,G,2Pyr：可产生2ATP,异生消耗：4ATP2GTP,额外消耗：4ATP,24,五、葡萄糖异生作用的调节,1、,磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1、6-二磷酸酶的调节,当,AMP,水平高时，表明需要ATP，,PFK,激活，增加糖酵解，由于果糖-1、6-二磷酸酶受抑制，则糖异生关闭。当,ATP,和,柠檬酸,水平高时，,PFK,受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1、6-二磷酸酶活性，从而增加糖异生速率。,当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用， 使酶蛋白磷酸化（FBPase2活化），降低F-2、6-BP；当进食时，血糖水平较高，激素胰岛素释放，使F-2、6-BP增加，激活PFK，加速酵解；同时F-2、6-BP的增加抑制果糖-1、6-二磷酸酶活性，使糖异生作用受抑制。,25,高水平的,ATP,和,Ala,抑制,丙酮酸激酶,，从而抑制糖酵解；由于该情况下,乙酰CoA,亦是充裕的，则活化,丙酮酸羧化酶,，有助于糖异生的进行。反之，在细胞供能状态较低时，,ADP,水平较高，则抑制,丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶,，关闭糖异生作用。,2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶的调节：,丙酮酸激酶,被,F-1、6BP,活化（前馈激活），即需要糖酵解加速时该酶的活性被提高。,当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，抑制糖酵解。,26,六、糖异生作用的意义,在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定,补充糖原贮备,有利于乳酸的利用,27,第三节、乙醛酸循环,（Glyoxylate pathway or Cycle),由于循环中产物为乙醛酸而得名,只有一些植物和微生物兼具有这样的途径，动,物中不存在。,乙醛酸途径中的酶存在于线粒体和植物的乙醛,酸循环体（,Glyoxysome,）,中,28,CoASH,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,乙醛酸循环反应历程,NAD,+,NADH,苹果酸脱氢酶,O,CH,3,-CSCoA,CoASH,O,CH,3,-CSCoA,COO,-,CH2,CH2,COO,-,琥珀酸,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,O,O,H-C-C OH,乙醛酸,草酰乙酸,3,2,1,29,O,CH,3,-C-SCoA,CoASH,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,三羧酸循环,1,30,草酰乙酸,草酰乙酸,天冬氨酸,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,-酮戊二酸,乙醛酸循环体,线粒体,天冬氨酸,天冬氨酸转氨酶,天冬氨酸转氨酶,乙醛酸循环,2,31,PEP羧激酶,GTP,GDP,苹果酸,草酰乙酸,COOH,HO-CH,COOH,H-C-H,NAD,+,NADH+H,+,糖异生途径,3,乙醛酸循环体,胞液,苹果酸脱氢酶酶,32,乙醛酸循环总反应式,草酰乙酸+ 2CoASH+NADH+H,+,+FADH,2,2乙酰CoA+NAD,+,+ FAD,33,糖异生,油类植物种子中的油,脂代谢,糖,乙醛酸循环,草酰乙酸,乙酰CoA,乙醛酸的生物意义,种子萌发,34,第四节 糖原的分解与合成,35,糖原：,是由若干个葡萄糖单位组成的具有许多分支结构的多糖，,是动物体内糖的储存形式,。,糖原以颗粒形式存在于细胞质中，颗粒中除含糖原外，还有催化其合成与降解的酶以及调节蛋白。糖原主要储存在肝和肌肉组织中,糖原的结构,糖原的分子结构：,糖原的结构,肝糖原,分解主要是补充血糖,肌糖原,分解主要是为,肌肉收缩提供能量。,36,一、糖原的分解 (Glycogen breakdown),糖原（葡萄糖单位n）H,3,PO,4,糖原（葡萄糖单位n1）葡萄糖-1-磷酸,糖原磷酸化酶,肝糖原分解后绝大部分转化为葡萄糖释放入血。,糖原磷酸化酶,糖原脱枝酶,磷酸葡萄糖变位酶,糖原磷酸解的反应过程为：,糖原的降解需要三种酶：,37,糖原磷酸化酶,从糖原的非还原端逐个断下葡萄糖分子，催化断裂的是末端葡萄糖残基C1与相邻葡萄糖残基C4之间的糖苷键（,-1，4-糖苷键,），断裂后氧原子留在C4上。只作用到糖原分支点前4个葡萄糖残基处即不能再继续催化。,糖原磷酸化酶b 糖原磷酸化酶a,无活性,磷酸化酶激酶,糖原糖原脱枝酶,具有糖基转移酶和,a,-(16)糖苷酶的活性,有活性,38,糖原磷酸解的步骤,糖原核心,非还原端,磷酸化酶,a,转移酶,G,-1-P,脱枝酶,（释放1个葡萄糖,）,G,G,-6-P,G,39,葡萄糖磷酸变位酶,葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸,磷酸葡萄糖变位酶,40,七. 乳酸循环（可立氏循环，Cori 循环,）,乳酸循环的生理意义,：,促进乳酸再利用，更新肝糖原，防止酸中毒,+H,+,Cori循环在激烈运动时，糖酵解作用产生的NADH的速度超出通过呼吸链再形成NAD,+,的能力。这时肌肉中酵解过程形成的丙酮酸由乳酸脱氢酶转变为乳酸使NAD,+,再生，这样糖酵解作用才能继续提供ATP。肌肉细胞内的乳酸扩散到血液并随着血流进入肝脏细胞，在肝脏中通过糖异生途径转变为葡萄糖，又回到血液，随血流供应肌肉和脑对葡萄糖的需要。这个循环过程称Cori循环,41,二、糖原的生物合成,3. 糖原分枝酶（glycogen branching enzyme）,催化,-,1，6-糖苷键合成,糖原的生物合成通过三个步骤，包括三种酶。,1. UDP-葡萄糖焦磷酸化酶,(UDP-glucose pytophosphorylase),催化,形成（尿苷二磷酸葡萄糖UDPG）,2. 糖原合成酶（glycogen synthase）,催化,-,1，4-糖苷键合成,42,尿苷二磷酸葡萄糖的生成,+,+PPi,1-磷酸葡萄糖,UTP,UDPG,UDP-葡萄糖,焦磷酸化酶,+PPi,43,糖原合成酶反应,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,44,糖原新分支的形成,糖原核心,糖原核心,糖原核心,糖原核心,非还原性末端,-,1，4 糖苷键,-,1，6 糖苷键,糖原分支酶,45,三、糖原分解和合成的调控,UDPG焦磷酸化酶,G-1-P,UTP,UDPG,PPi,糖原n,+1,UDP,G-6-P,G,糖原合酶,磷酸葡萄糖变位酶,己糖(葡萄糖)激酶,糖原n,Pi,磷酸化酶,葡萄糖-6-磷酸酶（肝）,糖原n,46,关键酶, 糖原合成：,糖原合酶, 糖原分解：,糖原磷酸化酶,它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。,它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,这两种关键酶的重要特点,：,47, 调节有级联放大作用，效率高；, 两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；, 此调节为酶促反应，调节速度快；, 受激素调节。,1,.,共价修饰调节,48,腺苷环化酶,（无活性）,腺苷环化酶（有活性）,激素（胰高血糖素等）+ 受体,ATP,cAMP,PKA,(无活性),磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,PKA,(有活性),磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b激酶-P,Pi,磷蛋白磷酸酶-1,Pi,Pi,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶-1,磷蛋白磷酸酶抑制剂-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,PKA（有活性）,AMP,磷酸二酯酶,胰岛素,受体（酪氨酸激酶）,胰岛素敏感蛋白激酶,49,2. 别构调节,磷酸化酶二种构像紧密型(T)和疏松型(R) ，其中T型的磷酸化的14位Ser暴露，在磷蛋白磷酸酶-1催化下去磷酸化。,葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,磷酸化酶,a,疏松型(R) ,磷酸化酶,a,紧密型(T) ,葡萄糖,50,3、肌肉内糖原代谢的二个关键酶,的调节与肝糖原不同,在,糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。,肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为,AMP、ATP,及6-,磷酸葡萄糖。,Ca,2+,升高，激活肌肉磷酸化酶,b,激酶,糖原合酶,磷酸化酶a-P,磷酸化酶b,AMP,ATP及6-磷酸葡萄糖,51,