戊糖磷酸途径及糖原合成

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,*,第十一章 磷酸戊糖途径及糖的其他代谢途径,一、磷酸戊糖途径,二、糖异生,三、寡糖和多糖的生物合成与分解,四、糖原分解和生物合成,磷酸戊糖途径的发现是从研究糖酵解过程中开始的。,研究糖酵解时，向组织匀浆中添加碘乙酸和氟化物等抑制剂后，糖酵解过程停止，但是葡萄糖的利用仍在继续。,说明在糖酵解之外，还有其他未知的葡萄糖代谢利用途径。,一、磷酸戊糖途径,1931年发现了两个关键酶：,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,和,6-磷酸葡糖酸脱氢酶,。两个酶可以促使葡萄糖的代谢走向糖酵解以外的未知途径。,随后又发现了一些非糖酵解途径的代谢中间产物：磷酸戊糖酸、磷酸己糖酸、景天庚酮糖、核糖、脱氧核糖等。,1950年代，酶分离纯化技术及同位素标记技术促进了对戊糖磷酸途径的研究。,磷酸戊糖途径,：,以,6-磷酸葡萄糖,开始，在,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,催化下形成,6-磷酸葡萄糖酸,，进而代谢生成以,磷酸戊糖,为中间代谢物的过程，称为,磷酸戊糖途径，简称PPP途径。又称,戊糖支路、戊糖磷酸循环等。,反应部位：,细胞溶胶（细胞液）,关键酶：,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,磷酸戊糖途径的总反应式,6,G-6-P,+ 12NADP,+,+7 H,2,O,5,G-6-P,+,6,CO,2,+,12,NADPH,+12H,+,磷酸戊糖途径的两个阶段,2、,非氧化阶段,（基团转移阶段）,6,核酮糖-5-P,5,果糖-6-P,5,葡萄糖-6-P,1、,氧化脱羧阶段,6,G-6-P,6,葡萄糖酸-6-P,6,核酮糖-P,6 NADP,+,6,NADPH+6H,+,6 NADP,+,6,NADPH+6H,+,6,CO,2,6,H,2,O,NADPH:还原型烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸,PPP途径,磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段,NADP,+,NADPH+H,+,H,2,O,NADPH+H,+,NADP,+,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖酸,CO,2,6-磷酸葡萄糖 脱氢酶,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶,PPP途径,磷酸戊糖途径的非氧化基团转移阶段,H,2,O,Pi,6,5-磷酸核酮糖,2,5-磷酸核糖,2,5-磷酸木酮糖,2,3-磷酸甘油醛,2,7-磷酸景天庚酮糖,2,4-磷酸赤藓糖,2,果糖-6-磷酸,2,5-磷酸木酮糖,2,3-磷酸甘油醛,2,果糖-6-磷酸,1, 6-二磷酸果糖,1,果糖-6-磷酸,转醛酶,异构酶,转酮酶,转酮酶,醛缩酶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,PPP途径,果糖-6-磷酸,磷酸葡萄糖异构酶,葡萄糖-6-磷酸,葡萄糖-6-磷酸的重生,磷酸戊糖途径的总反应式,6,G-6-P,+ 12NADP,+,+7 H,2,O,5,G-6-P,+,6,CO,2,+,12,NADPH,+12H,+,5-磷酸核酮糖,ribulose 5-phosphate,三种五碳糖的互换,5-磷酸核糖,ribose 5-phosphate,异构酶,5-磷酸木酮糖,xylulose 5-phosphate,差向酶,PPP途径,许多细胞中合成代谢消耗的NADPH远比核糖需要量大，因此，葡萄糖经此途径生成了多余的核糖。,第二阶段反应的意义就在于,能通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而与糖酵解过程联系起来，因此磷酸戊糖途径亦称为,已糖磷酸支路,。,二分子五碳糖的基团转移反应,5-磷酸木酮糖,5-磷酸核糖,7-磷酸景天庚酮糖,3-磷酸甘油醛,转酮醇酶,PPP途径,七碳糖与三碳糖的基团转移反应,7-磷酸景天庚酮糖,sedoheptulose 7-phosphate,3-磷酸甘油醛,glyceraldehyde 3-phosphate,转醛醇酶,4-磷酸赤藓糖,erythrose 4-phosphate,6-磷酸果糖,fructose 6-phosphate,PPP途径,四碳糖与五碳糖的基团转移反应,4-磷酸赤藓糖,erythrose 4-phosphate,5-磷酸木酮糖,ribulose 5-phosphate,6-磷酸果糖,Fructose,6-phosphate,3-磷酸甘油醛,glyceraldehyde,3-phosphate,转酮醇酶,PPP途径,转酮酶与转醛酶,转酮醇酶,(,transketolase,),就是催化含有一个酮基、一个醇基的,2,碳基团转移的酶。其,接受体是醛，辅酶是,TPP,。,转醛醇酶,(,transaldolase,),是催化含有一个酮基、二个醇基的,3,碳基团转移的酶。其,接受体是亦是醛,，,但不需要,TPP,。,磷酸戊糖途径二个阶段的反应式,6-磷酸葡萄糖,+ 2,NADP,+,5-磷酸核酮糖 + 2(,NADPH+H,+,) + CO,2,35-磷酸核酮糖,26,-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛,36-磷酸葡萄糖,+ 6,NADP,+,2,6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(,NADPH+H,+,),+ 3,CO,2,磷酸戊糖途径的小结,磷酸戊糖途径的总反应式,6,G-6-P,+ 12NADP,+,+7 H,2,O,5,G-6-P,+,6,CO,2,+,12,NADPH,+12H,+,磷酸戊糖途径,第一阶段,氧化脱羧,第二阶段,5-磷酸木酮糖,C,5,5-磷酸木酮糖,C,5,7-磷酸景天糖,C,7,3-磷酸甘油醛,C,3,4-磷酸赤藓糖,C,4,6-磷酸果糖,C,6,6-磷酸果糖,C,6,3-磷酸甘油醛,C,3,6-磷酸葡萄糖(,C,6,),3,6-磷酸葡萄糖酸内酯(,C,6,),3,6-磷酸葡萄糖酸(,C,6,),3,5-磷酸核酮糖(,C,5,),3,5-磷酸核糖,C,5,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,3NADP,+,3NADP+3H,+,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,3CO,2,基团转移,磷酸戊糖途径小结,反应部位：,胞浆,反应底物：,6-,磷酸葡萄糖,重要反应产物：,NADPH,、,5-,磷酸核糖,限速酶：,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,(G-6-PD),磷酸戊糖途径的生物学意义,1、磷酸戊糖途径也是普遍存在的糖代谢的一种方式。,2、产生大量的,NADPH,，为细胞的各种合成反应提供,还原力。,3、是细胞内不同结构糖分子的重要来源，为单糖的转变提供条件。,4、该途径的反应起始物为,6-磷酸葡萄糖，,不需要 ATP参与起始反应，因此磷酸戊糖循环可在,低ATP浓度下,进行。,5、此途径中产生的,5-磷酸核酮糖,是,辅酶及核苷酸,生物合成的必需原料。,6、磷酸戊糖途径是机体内,核糖产生的唯一场所,。,磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时,NADPH,的需要所调节。,NADPH,反馈抑制,6-P-,葡萄糖脱氢酶的活性,。,磷酸戊糖途径的调节,糖异生,作用,是指以,非糖物质,作为前体合成为葡萄糖的作用。,非糖物质,：甘油、丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸,* 部位,* 概念,主要在,肝脏、肾脏细胞的胞浆及线粒体,除丙酮酸之外，基本上都是逆糖酵解过程。,* 途径,二、糖异生,糖异生主要途径和关键反应,非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下，绕过糖酵解途径的,三个不可逆反应,，,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为,糖异生,。,糖原（或淀粉）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1，6-二磷酸果糖,3,-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮,2,磷酸烯醇式丙酮酸,2,丙酮酸,葡萄糖,己糖激酶,磷酸果糖激酶,果糖-1,6-二磷酸酶,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,葡萄糖-6-磷酸酶,6-磷酸葡萄糖,2,草酰乙酸,PEP羧激酶,糖异生途径关键反应之一,+,H,2,O,+,Pi,葡萄糖-6-磷酸酶,P,6-磷酸葡萄糖,H,葡萄糖,糖异生途径关键反应之二,果糖-1,6-二磷酸酶,1,6-二磷酸果糖,6-磷酸果糖,糖异生途径关键反应之三,PEP羧激酶,ATP,+H,2,O ADP+Pi,丙酮酸羧化酶,P,磷酸烯醇丙酮酸（,PEP）,GTP,GDP,丙酮酸,草酰乙酸,CO,2,CO,2,丙酮酸羧化酶是一种线粒体酶，生成的草酰乙酸必须通过线粒体膜，转移到线粒体膜外，参与PEP的生成。,PEP羧激酶等糖异生途径关键酶都是细胞溶胶酶。,酵解,NADH,草酰乙酸,天冬氨酸,NAD,+,苹果酸,苹果酸,NAD,+,草酰乙酸,NADH,天冬氨酸,NADH呼吸链,苹果酸-天冬氨酸转运NADH系统,细胞质,线粒体内膜,线粒体基质,草酰乙酸转运到线粒体膜外的机制,糖酵解和葡萄糖异生的关系,A,B,C,1,C,2,A G-6-P磷酸酯酶,C,1,丙酮酸羧化酶,C,2,PEP羧激酶,（胞液）,（线粒体）,葡萄糖,丙酮酸,草酰乙酸,天冬氨酸,磷酸二羟丙酮,3-P-甘油醛,-酮戊二酸,乳酸,谷氨酸,丙氨酸,TCA循环,乙酰CoA,PEP,G-6-P,F-6-P,丙酮酸,草酰乙酸,谷氨酸,-酮戊二酸,天冬氨酸,3-P-甘油,甘油,三、寡糖和多糖的生物合成与分解,乳糖的生物合成,(一) 乳糖的生物合成和分解,乳糖由半乳糖和葡萄糖以,-糖苷键连接。乳糖的生物合成需要活化的半乳糖（UDP-半乳糖）作为前体。,乳糖的分解由乳糖酶或-半乳糖苷酶(微生物)催化。乳糖水解后形成半乳糖和葡萄糖。,不少成人的乳糖酶活力下降，出现乳糖不耐症（不能消化乳糖，腹胀、恶心、腹泻等症状）。,细菌的-半乳糖苷酶为诱导酶，天然诱导物为1,6-别乳糖，常用的人工诱导物为IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）。,(二) 糖蛋白的生物合成,糖基的供体是单糖的核苷二磷酸；在长醇焦磷酸上合成核心寡糖链，整体转移到肽链上，再进行进一步加工。,O-连接型,N-连接型,酰胺键型,UDPG的结构,G,UDP,1 蔗糖合成酶途径：,利用尿苷二磷酸葡糖（,UDPG）作为葡萄糖供体，与果糖合成蔗糖。,UDPG + 果糖 UDP + 蔗糖,蔗糖合酶,(三) 蔗糖的生物合成,2 蔗糖磷酸合酶途径：,以尿苷二磷酸葡糖（,UDPG）为葡萄糖供体，与果糖-6-磷酸合成蔗糖磷酸酯，再经磷酸酯酶作用，脱去磷酸形成蔗糖。,磷酸蔗糖 蔗糖 + 磷酸,蔗糖磷酸酯酶,UDPG + F-6-P 磷酸蔗糖+UDP,蔗糖磷酸合酶,G,ATP,ADP,G-6-P,G-1-P,(A)UTP,PPi,(A)UDPG焦磷酸化酶,n(A)UDPG,引物(G),m,m2,(A)UDPG转糖苷酶,n(A)UDP,（-1,4-G）,n+m,Q酶,（-1,6）,(四) 淀粉的生物合成,UDPG-,尿苷二磷酸葡萄糖,Q酶-分支酶,直链淀粉合成,由,淀粉合成酶,催化，需引物(Gn),ADPG供糖基，形成1,4糖苷键。,支链淀粉合成,淀粉合成酶,:催化形成-1,4糖苷键,Q酶（分支酶）,:既能催化-1,4糖苷键的断裂，又能催化-1,6糖苷键的形成,淀粉的分枝结构,开始分枝的残基,非还原端残基,两个葡萄糖单位之间的1,6-糖苷键,两个葡萄糖单位之间的1,4-糖苷键,四、糖原分解和生物合成,糖原（glycogen）和淀粉（starch）都是由葡萄糖分子聚合而成的高聚物，统称为葡聚糖（glucan）。,糖原是动物细胞中葡萄糖的储存形式，也是最容易动员的贮存葡萄糖。主要存在于肝脏和骨骼肌中。,肝脏中的糖原主要用于维持血液中葡萄糖的稳定水平。肌肉中糖原主要是供给肌肉收缩时能量的不断需要。,（一）糖原的生物学意义,是葡萄糖的储存形式，将多余的能量储存起来。需要时，释放出来。,糖原合成与分解可调节血糖浓度，维持血糖水平的稳定。,胰岛素可以促进糖原的合成并降低血糖，肾上腺素、胰高血糖素和肾上腺皮质激素可促进糖原降解，增加血糖浓度。,（二）糖原的降解(glycogen breakdown),磷酸化酶催化非还原端磷酸解,磷酸化酶催化1-4糖苷键磷酸解,糖原磷酸化酶降解糖原的产物是葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸不消耗能量就可以转变成葡萄糖-6-磷酸，从而可以进入糖酵解代谢途径。,2.糖原脱支酶(glycogen debranching enzyme，包括糖基转移酶)催化的反应,糖原磷酸化酶从糖原非还原端逐个降解掉葡萄糖残基，但在离分支点4个残基时就不能起作用了，形成有众多短分支的多糖分子，它的进一步分解需要,糖原脱支酶,和磷酸化酶的协同作用。,具有两个酶的活性：,糖基转移酶,和,糖原脱支酶,。,3.磷酸葡萄糖变位酶（phosphoglucomutase）,糖原磷酸化酶解的产物是葡萄糖-1-磷酸，必须转变成葡萄糖-6-磷酸才能进入糖酵解途径或形成葡萄糖。,担负磷酸基团转移的酶就是磷酸葡萄糖变位酶。,4. 葡萄糖-6-磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸酶是专门水解,葡萄糖-6-磷酸的酶，主要存在于肝脏中。肝脏是维持血糖浓度的器官。当血糖浓度低时，葡萄糖-6-磷酸酶将体内由糖原降解而来的葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖，进入血液中，补充血糖浓度。,（三）糖原的生物合成,由葡萄糖合成糖原的过程,糖原生物合成分为3个步骤，有3个酶参与催化作用：,UDP-葡萄糖焦磷酸化酶,、,糖原合成酶,和,糖原分支酶,。,糖基供体为鸟苷二磷酸葡萄糖（UDPG）。,1、G-1-P在尿苷二磷酸葡糖焦磷酸化酶催化下生成UDPG。,催化单糖基的活化形成糖核苷二磷酸，为各种聚糖形成时，提供糖基和能量。,动物细胞中糖原合成时需UDPG；,植物细胞中蔗糖合成时需UDPG，淀粉合成时需ADPG，纤维素合成时需GDPG和UDPG。,2、在,糖原合成酶,催化下，,UDPG将葡萄糖残基加到已存在的、糖原分子的分支的非还原端，形成,-,1,4-糖苷键（催化,-,1,4-糖苷键的合成），连接葡萄糖残基。,3,、,在,糖原分支酶,催化下，将,-,1,4-糖苷键,转换为,-,1,6-糖苷键，形成有分支的糖原（催化,-,1,6-糖苷键的合成）。,糖原合成酶反应,UDPG,UDP,糖原（n个G分子）,糖原（n+1）,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,小 结,1、磷酸戊糖途径（2个阶段）,关键步骤和关键酶,2、磷酸戊糖途径与糖酵解和三羧酸循环之间的区别与联系,3、乳糖、,蔗糖、淀粉的生物合成过程,4、糖原的降解和生物合成过程,