生物化学：9.Chapter9 糖代谢_2

v在组织中添加碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明什么？四、四、磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路（ hexose monophosphate shunt，HMP）-磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 phosphopentose pathway，PPP) 糖酵解和糖酵解和TCA循环是机体内糖分解代谢的主循环是机体内糖分解代谢的主要途径，但不是唯一途径。实验研究表明：在组要途径，但不是唯一途径。实验研究表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有其它的代谢途径。其中，磷酸戊糖途径途径。其中，磷酸戊糖途径，也称为磷酸己糖旁也称为磷酸己糖旁路是较为重要的一种分解代谢支路。参与该途径路是较为重要的一种分解代谢支路。参与该途径的酶都分布在细胞质中，动物体中约有的酶都分布在细胞质中，动物体中约有30%30%的葡的葡萄糖通过此途径分解。萄糖通过此途径分解。HMP可分可分2 2个阶段：个阶段： 1 1、氧化脱羧阶段：、氧化脱羧阶段：分子分子重排重排1 1）异构化）异构化2 2）通过转酮及转醛反）通过转酮及转醛反应与应与EMPEMP途径连接途径连接 G-6-P 6 磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯 NADP+ NADPH+H+ H2O 磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 NADP+ NADPH+H+ 磷酸核酮糖磷酸核酮糖G-6-P脱氢酶脱氢酶Mg2+Mg2+内脂水解酶内脂水解酶6磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸脱氢酶糖酸脱氢酶CO21 1、氧化脱羧、氧化脱羧为不可逆反应。为不可逆反应。G-6-PG-6-P脱氢酶是限速酶，脱氢酶是限速酶，NADPH/NADP+值值 ，酶活性酶活性 。1 1、氧化脱羧、氧化脱羧2 2）通过转酮酶和转醛酶与）通过转酮酶和转醛酶与EMPEMP连接连接5-磷 酸 木 酮 糖5-磷 酸 木 酮 糖5-磷 酸 核 糖3-磷 酸 甘 油 醛7-磷 酸 景 天 糖4-磷 酸 赤 鲜 糖6-磷 酸 果 糖3-磷 酸 甘 油 醛6-磷 酸 果 糖5C5C5C3C7C6C4C6C3C糖 酵 解途 径转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶（羟乙醛基）（羟乙醛基）（二羟丙酮基）（二羟丙酮基） 2 22 22 23 33 33 32 23 33 33 36 66 66 66 66 66 64 4 5 52 2 6C6 5C5 + 6CO2 总反应：总反应： 6(G-6-P) 5(R-5-P) + 6CO2 + 12NADPH磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路生理意义生理意义1 1、为细胞供能、为细胞供能2 2、产生、产生NADPHNADPH（EMPEMP和和TCATCA都不产生都不产生NADPHNADPH），为生物合成提供还原力；为生物合成提供还原力；3 3、维护红细胞及含巯基蛋白的正常、维护红细胞及含巯基蛋白的正常4 4、HMSHMS是联系戊糖代谢的途径是联系戊糖代谢的途径5 5、中间产物为许多物质的合成提供原料、中间产物为许多物质的合成提供原料3)3)、维护红细胞及含巯基蛋白的正常、维护红细胞及含巯基蛋白的正常v还原型谷胱甘肽作用：还原型谷胱甘肽作用： 1 1）保护某些巯基酶或蛋白质免受过氧化物）保护某些巯基酶或蛋白质免受过氧化物（H H2 2O O2 2、O O2 2 等）的损害。等）的损害。v维持谷胱甘肽（维持谷胱甘肽（glutathioneglutathione）还原状态还原状态: :G-S-S-GG-S-S-G（氧化型）氧化型） （还原型）（还原型）2 2G-SHG-SHNADPH+HNADPH+H+ + NADPNADP+ + 2 2）维持红细胞膜的完整性维持红细胞膜的完整性：红细胞缺乏红细胞缺乏6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸戊糖途径受阻磷酸戊糖途径受阻NADPH+HNADPH+H+ +G-SH G-SH 膜蛋白受损膜蛋白受损膜破裂膜破裂溶血溶血 黄疸黄疸蚕豆病（蚕豆病（胡豆黄）胡豆黄）v蚕豆病是6-磷酸葡萄糖脱氢酶缺乏者进食蚕豆后发生的急性溶血性贫血。本病与遗传有关，90为男性，多见于儿童，特别是岁以下儿童。v起病急，在吃蚕豆几小时至几天内突然发病，表现为头昏、心慌、乏力、食欲不振、腹泻、发热、黄疸及贫血等症状。严重者可有昏迷、抽搐、血红蛋白尿，甚至休克，偶然可以致死。v蚕豆中的裂解素、锁未尔使谷胱甘肽氧化，多巴胺能激发红细胞的自身破坏。遗传性6-磷酸葡萄脱氢酶糖缺乏者，由于不能重新还原氧化型的谷胱甘肽來保护红血球细胞膜，导致红细胞大量溶解而发生蚕豆病。4)4)、HMSHMS是联系戊糖代谢的途径是联系戊糖代谢的途径 各种戊糖需经过各种戊糖需经过HMSHMS进入进入EMPEMP途径被分途径被分解，也通过解，也通过HMSHMS合成戊糖。合成戊糖。 5-5-磷酸核糖与磷酸核糖与核酸代谢和光合作用紧密相关：它是合成核酸代谢和光合作用紧密相关：它是合成ATP、CoA、NAD(P)、FAD、RNA、DNA的原料。的原料。5 5、为许多物质的合成提供原料。、为许多物质的合成提供原料。如：如：4-4-P-P-赤藓糖赤藓糖 芳香族氨基酸芳香族氨基酸五、乙醛酸循环（glyoxylate cycle） 此循环是许多微生物（如大肠杆菌、醋酸杆菌、固氮菌）氧化分解获能的一条途径。它是三羟酸循环的一条支路和补充，由于是乙醛酸为中间代谢物，故称为乙醛酸循环。v含乙酰含乙酰CoA合成酶的微生物可利用乙合成酶的微生物可利用乙酸为唯一能源和碳源：酸为唯一能源和碳源： 乙酸乙酸 乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA合成酶合成酶关键酶：关键酶： 异柠檬酸酶：异柠檬酸酶：受葡萄糖抑制受葡萄糖抑制 苹果酸合成酶苹果酸合成酶 植物中，乙醛酸循环主要存在于植物中，乙醛酸循环主要存在于乙醛酸循环体中。乙醛酸循环体中。淀粉淀粉己糖磷酸己糖磷酸PPPPPP戊糖磷酸戊糖磷酸EMPEMP丙糖丙糖磷酸磷酸丙酮酸丙酮酸乙醇乙醇发酵发酵乳酸乳酸酵解酵解乙酰辅酶乙酰辅酶A AOAA OAA 柠檬酸柠檬酸OAA OAA 柠檬酸柠檬酸TCA TCA GACGAC琥珀酸琥珀酸乙醛酸乙醛酸异柠檬酸异柠檬酸细胞质细胞质线粒体基质线粒体基质线粒体基质线粒体基质细胞质细胞质丙酮酸氧丙酮酸氧化脱羧化脱羧6 6- -P P- -葡葡萄萄糖糖6 6- -P P- -果果糖糖糖糖原原C CO O2 2H H2 2O OA AD DP PA AT TP P1 1- -P P- -葡葡萄萄糖糖1 1，6 6- -二二磷磷酸酸果果糖糖3 3- -P P- -甘甘油油醛醛丙丙酮酮酸酸三三羧羧酸酸循循环环A AD DP PA AT TP PA AD DP PA AT TP P乙乙醇醇乙乙醛醛C CO O2 2乳乳酸酸葡葡萄萄糖糖己己糖糖激激酶酶淀淀粉粉纤纤维维素素纤纤维维素素酶酶淀淀粉粉酶酶A AD DP PA AT TP PD D- -半半乳乳糖糖半半 乳乳 糖糖 激激 酶酶1 1- -P P- -半半乳乳糖糖乳乳 糖糖葡葡萄萄糖糖A AT TP P A AD DP PU UD DP P- -G Ga al l转转 移移 酶酶U UD DP PG G U UD DP PG Ga al lD D甘甘露露糖糖6 6P P甘甘露露糖糖甘甘露露糖糖激激酶酶A AD DP PA AT TP P异异构构酶酶D D果果糖糖蔗蔗糖糖蔗蔗糖糖酶酶葡葡萄萄糖糖己己糖糖激激酶酶A AT TP P A AD DP P1 1- -P P- -果果糖糖果果糖糖激激酶酶A AD DP PA AT TP PA AT TP P A AD DP P激激酶酶戊戊糖糖H HM MS S磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮甘油甘油其他单糖分解其他单糖分解第四节 糖原(glycogen)的合成代谢肝脏肝脏( (肝糖原：肝糖原：血糖的来源，维持血糖浓度血糖的来源，维持血糖浓度) )肌肉肌肉( (肌糖原：为肌肉收缩提供能量肌糖原：为肌肉收缩提供能量) )储存器官：储存器官： 糖原的糖原的合成合成糖原生成作用：糖原生成作用：(glycogenesis)糖异生作用：糖异生作用：(glyconeogensis)以单糖为原料（以单糖为原料（G、果糖）果糖）以非糖物质为原料（乳酸、以非糖物质为原料（乳酸、甘油、丙酮酸、某些氨基甘油、丙酮酸、某些氨基酸）酸）一、糖原生成作用：一、糖原生成作用：(glycogenesis)v反应场所：反应场所：主要主要v需要的需要的3种酶：种酶： 1）UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶2）糖原合成酶：）糖原合成酶：3）分支酶）分支酶:糖原的合成糖原的合成GATPADPG-6-PG-1-PUTPPPiUDPG焦焦磷酸化酶磷酸化酶UDPG糖原糖原(引物引物)n(n2)糖原合成酶糖原合成酶UDP糖原糖原(引物引物)n+1（-1,6）葡萄糖激酶葡萄糖激酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖葡萄糖供体供体重复重复m次次分支酶分支酶UDP UTP ATP ADP二磷酸核二磷酸核苷激酶苷激酶分支形成：分支形成：v分支酶（分支酶（branching enzymebranching enzyme）：）：将将6-7个个G与与邻近糖以邻近糖以-1,6糖苷键连接，糖苷键连接，形成支链结构形成支链结构。v分支形成的意义：分支形成的意义： 1）增加水溶性；）增加水溶性； 2）使分解或合成的速率大大加快。）使分解或合成的速率大大加快。v糖原合成的反应特点糖原合成的反应特点糖原合成过程中，直链的长度在糖原合成过程中，直链的长度在6 6个以个以上葡糖单位，才能被转移形成新的分支。上葡糖单位，才能被转移形成新的分支。二个分支之间相距至少二个分支之间相距至少4 4个以上葡糖单位。个以上葡糖单位。2 2糖原合成是糖原合成是UDPGUDPG在糖原引物在糖原引物上，从糖基上，从糖基的非还原端开始进行合成的。的非还原端开始进行合成的。 糖异生的证据：糖异生的证据：用整体动物做实验，禁食用整体动物做实验，禁食2424小时，大鼠肝脏小时，大鼠肝脏中的糖原由中的糖原由7%7%降低到降低到1%1%，饲喂乳酸、丙酮酸，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝或三羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增加。糖原增加。根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血苷，它能抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中液中，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中排出。当给用根皮苷处理过的动物饲喂三羧排出。当给用根皮苷处理过的动物饲喂三羧酸循环中间代谢物或生糖氨基酸后，这些动酸循环中间代谢物或生糖氨基酸后，这些动物尿中的糖含量增加。物尿中的糖含量增加。糖尿病人或切除胰岛的动物，他们从氨基酸糖尿病人或切除胰岛的动物，他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。酸时，尿中糖含量增加。二、糖异生作用肾在正常条件肾在正常条件下异生能力只为肝脏的下异生能力只为肝脏的10%10%，长期饥饿或酸中，长期饥饿或酸中毒时肾脏糖异生能力可大大增强）。毒时肾脏糖异生能力可大大增强）。1、糖异生的生理意义：、糖异生的生理意义：糖异生作用是一个重要的生物合成葡萄糖的途径。糖异生作用是一个重要的生物合成葡萄糖的途径。红细胞和脑红细胞和脑几乎完全靠血糖作能源几乎完全靠血糖作能源，成人每天约需，成人每天约需要要160160克葡萄糖，其中克葡萄糖，其中120120克用于脑代谢，而糖原的克用于脑代谢，而糖原的贮存量是很有限的（贮存量是很有限的（所以需要所以需要糖异生来补充糖的不足。糖异生来补充糖的不足。在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，乳酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，乳酸的再利用，满足组织对糖的需要是十分重要的。酸的再利用，满足组织对糖的需要是十分重要的。糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的酮体（乙酰乙酸、生过多的酮体（乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮），羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。2、糖异生的途径：、糖异生的途径：基本上是糖酵解途径的逆过程。基本上是糖酵解途径的逆过程。糖酵解途径与糖异生途径的多数反应是共有的，糖酵解途径与糖异生途径的多数反应是共有的，多数多数1 1、糖酵解途径中己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙糖酵解途径中己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶所催化的反应不可逆，在糖异生途径酮酸激酶所催化的反应不可逆，在糖异生途径中必须有另外的反应和酶代替。中必须有另外的反应和酶代替。2 2、糖酵解在细胞质中进行，糖异生则分别在线、糖酵解在细胞质中进行，糖异生则分别在线粒体和细胞质中进行。粒体和细胞质中进行。G-6-PG-6-P磷酸酶磷酸酶丙丙酮酮酸酸激激酶酶该酶主要存在于肝脏中，该酶主要存在于肝脏中，而肌肉或脑组织中没有此而肌肉或脑组织中没有此酶存在，因此糖异生作用酶存在，因此糖异生作用主要在肝脏中进行。主要在肝脏中进行。二磷酸果糖磷酸酶二磷酸果糖磷酸酶v底物循环（substrate cycle）：催化单向反应的酶所催化的两个底物互变的循环称为。HKGKATPADPH2OPiADPH2OPiATP二磷酸果糖酶磷酸葡糖酶F-1，6-BPF-6-PG-6-PGF-6-P激酶-1 膜的障碍是通过膜的障碍是通过OAA转变为苹果酸、天门冬氨酸来转变为苹果酸、天门冬氨酸来完成完成丙 酮 酸丙 酮 酸胞 液内 膜基 质CO2+ATPA D P+Pi丙 酮 酸羧 化 酶草 酰 乙 酸NADH+H+NAD+苹 果 酸天 冬 氨 酸天 冬 氨 酸草 酰 乙 酸乙 酰 CoATAC苹 果 酸NAD+GTPGD P+CO2PEPGPEPNADH+H+转 氨 基转 氨 基线粒体线粒体TCA磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途径逆向反应磷酸烯醇式丙酮酸沿酵解途径逆向反应生成生成1,6-1,6-二磷酸果糖。这个过程要逾越二磷酸果糖。这个过程要逾越一个能障，即从一个能障，即从3-3-磷酸甘油酸转变成磷酸甘油酸转变成1,3-1,3-二磷酸甘油酸的过程中需要消耗一二磷酸甘油酸的过程中需要消耗一个个ATPATP。能量使用：能量使用：v丙酮酸丙酮酸草酰乙酸：草酰乙酸： - 1- 1个个ATPATPv草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸: : - 1- 1个个GTPGTPv甘油酸甘油酸-3-3-PP甘油酸甘油酸-1,3-1,3-BP :BP : - 1- 1个个ATPATP 22丙酮酸丙酮酸葡萄糖：葡萄糖：- 6- 6个个ATPATP糖异生作用的总反应式：糖异生作用的总反应式： 2 2丙酮酸丙酮酸+4+4ATP+2GTP+2NADH+2HATP+2GTP+2NADH+2H+ +6H+6H2 2O O 葡萄糖葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+4ADP+2GDP+6Pi+2+2NADNAD+ + 葡萄糖葡萄糖F-6-PG-6-PF-1,6-2P3-P-甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸稀醇式丙酮酸门冬氨酸草酰乙酸丙酮酸乳酸a-酮戊二酸谷氨酸丙氨酸苹果酸门冬氨酸草酰乙酸丙酮酸乙酰CoA柠檬酸琥珀酸a-酮戊二酸草酰乙酸苹果酸a-酮戊二酸谷氨酸TCAa-磷酸甘油甘油细胞膜细胞质线粒体糖糖氧氧化化与与糖糖异异生生作作用用的的通通路路三、糖原的代谢的调节三、糖原的代谢的调节一）糖原的分解与合成的调节一）糖原的分解与合成的调节二）糖异生的调节二）糖异生的调节一）糖原的分解与合成的调节一）糖原的分解与合成的调节调节点：调节点：磷酸磷酸化酶化酶 糖原合酶糖原合酶共价调节共价调节和变构和变构调节两种方式调节两种方式级联放大系统（级联放大系统（cascade systemcascade system）：）：通过一系列酶促反应将激素信号放通过一系列酶促反应将激素信号放大的连锁反应大的连锁反应1.共价修饰调节（肝）共价修饰调节（肝）(有活性有活性)(有活性有活性)糖原合成糖原合成糖原分解糖原分解2.变构调节变构调节糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶AMPAMP、A A激酶激酶Ca2+抑制抑制G-6-P G-6-P ATPATP激活激活糖原合成酶糖原合成酶AMPAMP、A A激酶激酶Ca2+抑制抑制G-6-P G-6-P ATPATP激活激活二）糖异生的调节二）糖异生的调节F-6-PF-1,6-P26-6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-1二磷酸果糖激酶二磷酸果糖激酶-1-1PEP丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙酰乙酰COACOA F-1,6-P2F-2,6-P2F-2,6-P2 胰高血糖素胰高血糖素 胰高血糖素胰高血糖素 胰高血糖素促进糖原的分解胰高血糖素促进糖原的分解和糖的异生；胰岛素的作用相反。和糖的异生；胰岛素的作用相反。