第7章糖代谢.ppt

Metabolism of Carbohydrates,第 七 章,糖 代 谢,第一节 多糖和寡聚糖的酶促降解第二节 糖的分解代谢 糖的酵解及无氧发酵 糖的有氧分解代谢 戊糖磷酸途径第三节 糖的合成代谢 糖的异生作用 糖原的合成作用,糖代谢的主要内容,糖代谢的概况,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,核糖+NADPH+H+,淀粉,直链淀粉,支链淀粉、糖原,第一节 糖的酶促降解,-淀粉酶：是内切酶，从淀粉（或糖原）分子内部随机切断-1，4-糖苷键。不能水解淀粉中的-1，6-糖苷键及其非还原端相邻的-1，4-糖苷键。存在：动物的消化液、植物的种子和块根。它能将淀粉首先打断成短片段的糊精，故称淀粉-1，4-糊精酶。,一.淀粉（或糖原）的酶促降解,-淀粉酶：-淀粉酶是外切酶，从淀粉分子的非还原末端依次切割-1，4-麦芽糖苷键（即两个葡萄糖单位），生成麦芽糖。不能水解淀粉中的-1，6-糖苷键。当其作用于支链淀粉时，遇到分支点即停止作用。,葡萄糖淀粉酶：-淀粉酶是外切酶，从淀粉分子非还原端依次切割-1，4-糖苷键和-1，6-糖苷键，与-淀粉酶类似，水解产生的游离半缩醛羟基发生转位作用，释放-葡萄糖。,淀粉,麦芽糖+麦芽三糖（40%）（25%）,-临界糊精+异麦芽糖（30%）（5%）,葡萄糖,唾液中的-淀粉酶,-葡萄糖苷酶,-临界糊精酶,消化过程,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,口腔,肠腔,胰液中的-淀粉酶,糖的吸收,1.吸收部位 小肠上段,2.吸收形式 单 糖,实验证明：以葡萄糖的吸收速度为100计，各种单糖的吸收速度为：D-半乳糖(110)D-葡萄糖(100)D-果糖(43)D-甘露糖(19)L-木酮糖(15)L-阿拉伯糖(9),ADP+Pi,ATP,G,Na+,K+,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,3.吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体(Na+-dependent glucose transporter,SGLT),刷状缘,细胞内膜,4.吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15)。,5、糖吸收后的去向,*血糖，指血液中的葡萄糖。,*血糖水平，即血糖浓度。正常血糖浓度：3.896.11mmol/L,血糖及血糖水平的概念,血糖,血糖来源和去路,血糖水平的调节,*主要依靠激素的调节,二、糖原的酶促分解代谢,*定义,*亚细胞定位：胞 浆,*肝糖元的分解,磷酸化酶,1.糖原的磷酸解,糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,例 肝糖元的分解,7,7,去单糖降解,2.脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基水解-1,6-糖苷键,转移酶活性,3、1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖,4、6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖,*肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。,糖原降解主要有糖原磷酸化酶和糖原脱支酶催化进行。,G+Pi,（葡萄糖-6-磷酸酶）,进入糖酵解,糖原磷酸化酶：从非还原端催化1-4糖苷键的磷酸解。,糖原的降解,G-6-P的代谢去路,G（补充血糖）,G-6-P,F-6-P（进入酵解途径）,G-1-P,Gn（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）,小 结,反应部位：胞浆,第三节 糖的分解代谢,糖的酵解及无氧发酵 葡萄糖经酵解生成丙酮酸。糖的有氧分解代谢 D-G CO2+H2O 戊糖磷酸途径 D-G CO2+H2O,PPP途径,EMP、TCA途径,丙酮酸,CO2+H2O,重点,动物细胞,植物细胞,丙酮酸氧化三羧酸循环,磷酸戊糖途径糖酵解糖异生,机体的生存需要能量，机体内主要提供能量的物质是ATP。ATP的形成主要通过两条途径：一条是由葡萄糖彻底氧化为CO2和水，从中释放出大量的自由能形成大量的ATP。另外一条是在没有氧分子参加的条件下，即无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，并在此过程中产生2分子ATP。,一、糖的无氧分解（糖酵解）,（一）糖酵解的概念 糖酵解作用：在无氧条件下，葡萄糖进行分解形成2分子的丙酮酸并提供能量。这一过程称为糖酵解作用。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径，也是葡萄糖分解代谢所经历的共同途径。也称为EMP途径。糖酵解场所：细胞质。不论有氧还是无氧条件均能发生。,E：Embden；M:Meyerhof；P:Parnas,乳酸与 ATP 的结构,乳 酸（lactate）,A T P(三磷酸腺苷),（二）糖酵解的反应过程,第一阶段,第二阶段,*糖酵解分为两个阶段,己糖二磷酸脂的生成。,磷酸丙糖的生成。,第三阶段,丙酮酸的生成,葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P),已糖激酶(hexokinase)激酶：能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。已糖激酶：是催化从ATP转移磷酸基团至各种六碳糖（G、F）上去的酶。激酶都需离子要Mg2+作为辅助因子。,己糖激酶是调节酶，哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为至型。肝细胞中存在的是型，称为葡萄糖激酶(glucokinase)。它的特点是：对葡萄糖的亲和力很低受激素调控,糖酵解第一个限速步骤,6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P),6-磷酸果糖转变为1,6-双磷酸果糖,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖(1,6-fructose-biphosphate,F-1,6-2P),EMP途径的第二个限速酶,1,6-二磷酸果糖,磷酸己糖裂解成2分子磷酸丙糖,磷酸丙糖的同分异构化,磷酸丙糖异构酶(phosphotriose isomerase),3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,糖酵解中唯一的脱氢反应,此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应。重金属离子和碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸盐能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶联。,半缩硫醛,硫酯,P150 图73 甘油醛3磷酸脱氢酶催化反应机制,砷酸盐破坏1，3-二磷酸甘油酸的形成,在砷酸盐存在下，酵解过程照样进行，但没有形成高能磷酸键，因此，砷酸盐起着解偶联的作用。,1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸,在以上反应中，底物分子内部能量重新分布，生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。,1,3-二磷酸 甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase),第一次底物水平磷酸化反应,3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase),3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,Mg2+,2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸,2-磷酸甘油酸,H,磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸，并通过底物水平磷酸化生成ATP,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,糖酵解过程第三个限速酶,也是第二次底物水平磷酸化反应,+,丙酮酸,裂解,脱氢,异构,产能,脱水,异构,（1）丙酮酸转变成乳酸,丙酮酸,乳酸,反应中的NADH+H+来自于上述第6步反应中的 3-磷酸甘油醛脱氢反应。,2.丙酮酸的去路,（2）酒精发酵,（3）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A。,糖酵解的代谢途径,E2,E1,E3,P152,糖酵解小结,反应部位：胞浆 糖酵解是一个不需氧的产能过程，能量产生少；反应全过程中有三步不可逆的反应,糖酵解过程中ATP的消耗和产生,2 1,葡 萄 糖 6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖,1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸 丙 酮 酸,-1,-1,2 1,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O,（三）糖酵解中产生的能量,产能的方式和数量方式：底物水平磷酸化净生成ATP数量：从G开始 22-2=2ATP从Gn开始 22-1=3ATP 终产物乳酸的去路释放入血，进入肝脏再进一步代谢。分解利用 乳酸循环（糖异生）,HDP途径生物学意义：是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架；为糖异生提供基本途径。生理供能:红细胞、视网膜、睾丸和骨髓。,（四）糖酵解意义,（五）糖酵解的调节,1、磷酸果糖激酶是糖酵解的最关键的限速酶：,磷酸果糖激酶：(PFK关键限速步骤，变构酶，同工酶）抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+激活剂：AMP、F-2.6-BP(F-2.6-BP)：提高亲合力，降低ATP的抑制。前馈激活。,前馈激活作用：高的果糖-6-磷酸可导致高的F-2.6-BP 的形成，F-2.6-BP 又进一步激活果糖磷酸激酶，这种作用称,（二）已糖激酶的活性调节（变构酶）别构抑制剂（负效应调节物）：G-6-P和ATP 别构激活剂（正效应调节物）：ADP（三）丙酮酸激酶的活性调节（变构酶，共价调节酶）抑制剂：ATP，乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、激活剂：F-1.6-BP 共价修饰：磷酸化后活性降低,二、糖的有氧氧化,糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2，并释放出能量的过程。是机体主要供能方式。,*部位：胞液及线粒体,*概念,糖的有氧氧化与糖酵解,葡萄糖丙酮酸乳酸(糖酵解),葡萄糖丙酮酸,1、丙酮酸的生成（胞浆）,2丙酮酸,进入线粒体进一步氧化,2(NADH+H+),2H2O+3/5 ATP,（一）有氧氧化的反应过程,2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A,丙酮酸,乙酰CoA,+C O2,丙酮酸脱氢酶系,多酶复合体：是催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接彼此嵌合形成的复合体。其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,酶E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酸转乙酰基酶E3：二氢硫辛酸脱氢酶,乙酰CoA,AMP,泛酸,-巯基乙胺,2,2,2,O,2,CH,2,2,3,O,OH,CH,3,-,2,OH,-,-,O,FAD,FADH2,丙酮酸氧化脱羧反应,TPP,CO2,HSCoA,NAD+,NADH+H+,丙酮酸脱氢酶Mg2+,二氢硫辛酸转乙酰基酶,二氢硫辛酸脱氢酶,调节与控制：,产物控制：NADH(E3)和乙酰CoA(E2)与酶的底物竟争活性部位 共价修饰 E1的磷酸化(无活性)和去磷酸化(有活性)：E2分子上结合着两种特殊的酶-激酶和磷酸酶 细胞能荷：ATP/ADP比值高、酶的磷酸化作用增加，GTP抑制 E1，AMP活化E1。Ca2+增加，通过激活磷酸酶使酶系活化。,1.产物抑制；2.能量控制；3.酶的共价修饰,砷化物的毒害作用：砷化物与丙酮酸脱氢酶复合体中的E2辅基SH发生共价结合，使还原型的硫辛酸形成失去催化能力的砷化物。,3、三羧酸循环,概念：三羧酸循环(Tricarboxylic acid Cycle,)也称为柠檬酸循环，它是由乙酰CoA和草酰乙酸合成含三个羧基的柠檬酸起始的一连串的循环反应组成。亦称为三羧酸循环,简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。,*反应部位,所有的反应均在线粒体中进行。,乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,TCA循环过程,柠檬酸合成酶,草酰乙酸,柠檬酸(citrate),HSCoA,关键酶,H2O,1）过程,异柠檬酸,柠檬酸异构化生成异柠檬酸,柠檬酸,顺乌头酸,TCA循环,顺乌头酸酶,异柠檬酸,异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸,-酮戊二酸,草酰琥珀酸,NADH+H+,异柠檬酸脱氢酶,关键酶,TCA循环,异柠檬酸脱氢酶I：NAD+、需Mg2+或Mn2+，存在于线粒体，异柠檬酸脱氢酶II：NADP+、需Mg2+，线粒体与胞质,异柠檬酸脱氢酶是一种变构调节酶，它的活性受ADP的变构激活。,-酮戊二酸氧化脱羧 生成琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸脱氢酶系,琥珀酰CoA,-酮戊二酸,关键酶,TCA循环,-酮戊二酸脱氢酶系为多酶复合体，与丙酮酸脱氢酶系相似（先脱羧，后脱氢）是一变构调节酶，但不受磷酸化/去磷酸化共价修饰的调节。,-酮戊二酸氧化释放能量有三方面的作用：驱使NAD+的还原；促使反应向氧化方向进行并大量放能；相当的能量以琥珀酰COA的高能硫酯键形式保存起来。,琥珀酰CoA转变为琥珀酸,琥珀酸硫激酶,琥珀酰CoA,琥珀酸,TCA循环,Mg2+,琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸,TCA循环,延胡索酸(fumarate),琥珀酸(succinate),琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可阻断三羧酸循环。琥珀酸脱氢酶与FAD的关系是以共价键互相连接。,延胡索酸水化生成苹果酸,TCA循环,延胡索酸(fumarate),苹果酸(malate),苹果酸脱氢生成草酰乙酸,草酰乙酸(oxaloacetate),TCA循环,苹果酸(malate),NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸梅,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶系,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,小 结,三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程。TAC过程的反应部位是线粒体。,三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环，消耗一分子乙酰CoA，经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化。生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2，1分子GTP。关键酶有：柠檬酸合成酶-酮戊二酸脱氢酶系 异柠檬酸脱氢酶,整个循环反应为不可逆反应,三羧酸循环的中间产物三羧酸循环中间产物起催化剂的作用，本身无量的变化，不可能通过三羧酸循环直接从乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物，同样中间产物也不能直接在三羧酸循环中被氧化为CO2及H2O。,例如：,机体内各种物质代谢之间是彼此联系、相互配合的，TCA中的某些中间代谢物能够转变合成其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。一旦草酰乙酸等中间产物浓度下降，势必影响三羧酸循环的进行。所以中间产物必须及时补充。,2）回补途径,A.丙酮酸羧化支路,丙酮酸羧化酶最先在细菌中发现，后来证明动物、植物、微生物中普遍存在。该酶是寡聚酶，有4个亚基，各需一分子生物素和一个二价金属离子（Mg2+）作辅基，乙酰CoA是其变构激活剂，反应需要ATP供能。,苹果酸酶是真核细胞中的一种酶，它催化丙酮酸还原羧化成苹果酸，反应不需要ATP，但需要 NADHH+。,植物和细菌中还有磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶，可催化磷酸烯醇式丙酮酸羧化生成草酸乙酸。在人大脑和心脏中也存在这个反应。,3）三羧酸循环的生理意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径.一次循环可生成10分子ATP。是三大营养物质代谢联系的枢纽；是三大营养物质氧化分解的共同途径。为生物合成提供碳链。,H+e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时ADP偶联磷酸化生成ATP。,（二）有氧氧化生成的ATP,以1分子的葡萄糖完全氧化为例进行能量计算,第一阶段（胞液）：生成2ATP 生成2NADH2 计7（5）ATP第二阶段（线粒体）：2NADH2 2CO2 计5ATP第三阶段（线粒体）：6NADH2 4CO2 2FADH2 2GTP（或2ATP）计20ATP 共计 32（30）ATP和6CO2,（三）有氧氧化的调节,关键酶,酵解途径：己糖激酶,丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体,三羧酸循环：柠檬酸合成酶,丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1,-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶,限速酶：1.柠檬酸合酶 变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA AMP可解除抑制2.异柠檬酸脱氢酶 变构抑制剂：ATP、NADH 变构激活剂：ADP3.酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA 激活剂：AMP、ADP、Ca2+,异柠檬酸 脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+,ATP、ADP的影响,产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,Ca2+可激活许多酶,柠檬酸循环的调节,有氧氧化的调节特点,有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,三、磷酸戊糖途径,*细胞定位：胞 液,第一阶段：氧化反应 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,一、磷酸戊糖途径的反应过程,*反应过程可分为二个阶段,第二阶段则是非氧化反应 包括一系列基团转移。,磷酸己糖旁路(Hexose monophosphate shunt,HMS）也称磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway，PPP),(1)6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯,6-磷酸葡萄糖glucose 6-phosphate,6-磷酸葡萄糖酸-内酯6-phosphoglucono-lactone,PPP途径,限速酶，对NADP+有高度特异性,(2)6-磷酸葡萄糖酸内酯 转变为6-磷酸葡萄糖酸,6-磷酸葡萄糖酸-内酯6-phosphoglucono-lactone,6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate,PPP途径,(3)6-磷酸葡萄糖酸 转变为5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate,5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate,PPP途径,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸内酯,第一阶段：磷酸戊糖生成,5-磷酸核糖,催化第一步脱氢反应的6-磷酸葡萄糖脱氢酶是此代谢途径的关键酶。两次脱氢脱下的氢均由NADP+接受生成NADPH+H+。反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,5-磷酸核酮糖ribulose 5-phosphate,(4)三种五碳糖的互换,PPP途径,(5)二分子五碳糖的基团转移反应,PPP途径,(6)七碳糖与三碳糖的基团转移反应,PPP途径,(7)四碳糖与五碳糖的基团转移反应,PPP途径,转酮醇酶与转醛醇酶,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。其接受体亦是醛，但不需要TPP。,5-磷酸核酮糖(C5)3,5-磷酸核糖 C5,磷酸戊糖途径,第一阶段,第二阶段,2,2,2,2,2,2,2,2,2,6-磷酸果糖,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。场所：脂肪酸生物合成活跃的组织；人的红细胞。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),磷酸戊糖途径小结,总反应:6 葡萄糖-6-P 5 葡萄糖-6-P+12 NADPH2+6 CO2+Pi,（二）磷酸戊糖途径的生理意义,途径生成的NADPH用于还原性生物合成，如脂肪酸、胆固醇、谷胱甘肽等的合成，维持细胞的还原性，也可以氧化供能 途径生成的磷酸核糖是合成核苷酸的原料 与糖的酵解途径和有氧氧化途径相联系，也是其他单糖代谢和转变的途径,2G-SH G-S-S-G,NADP+NADPH+H+,A AH2,三、磷酸戊糖途径的调节,*6-磷酸葡萄糖脱氢酶,此酶为磷酸戊糖途径的关键酶，其活性的高低决定6-磷酸葡萄糖进入磷酸戊糖途径的流量。,此酶活性主要受NADPH/NADP+比值的影响，比值升高则被抑制，降低则被激活。另外NADPH对该酶有强烈抑制作用。,第三节 糖的合成代谢,（糖异生作用和多糖合成）,糖异生作用：是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。,*部位,*原料,*概念,主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体,主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸;反刍动物：乙酸、丙酸等。,一、糖的异生作用,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的、可逆的；,1）丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),丙酮酸,草酰乙酸,PEP,丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素（反应在线粒体）,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在胞液）,目 录,草酰乙酸转运出线粒体,丙酮酸,线粒体,胞液,2）1,6-二磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖,3）6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖,非糖物质进入糖异生的途径,糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物,上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径，异生为葡萄糖或糖原,目 录,2、糖异生的调节,当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而称之为无效循环(futile cycle)。,因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的后2个底物循环进行调节。,1）磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间,PEP,丙 酮 酸,ATP,ADP,丙酮酸激酶,乙 酰 CoA,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,乙酰CoA刺激丙酮酸羧化酶活性，促进糖异生；ADP刺激酵解，抑制丙酮酸羧化酶；ATP抑制丙酮酸激酶（酵解），促进糖异生,6-磷酸果糖,1,6-双磷酸果糖,ATP,ADP,6-磷酸果糖激酶-1,Pi,果糖二磷酸脂酶,2）6-磷酸果糖与1,6-双磷酸果糖之间,抑制己糖激酶、活化磷酸酶抑制糖酵解、促进糖异生,己糖激酶,6-P-G,G,6-P-G,G,磷酸酶,3）高浓度6-P-G,3、糖异生的生理意义,（1）维持血糖浓度恒定；反刍动物体内糖的主要来源。,（2）补充肝糖原,三碳途径：指进食后，大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。,（3）调节酸碱平衡，防止酸中毒，（乳酸异生为糖）,（4）可协助氨基酸代谢，使氨基酸转变为糖。,4、乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环）,循环过程,葡萄糖,葡萄糖,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,乳酸,丙酮酸,血液,生理意义,乳酸再利用，避免了乳酸的损失。,防止乳酸的堆积引起酸中毒。,乳酸循环是一个耗能的过程,2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。,二、蔗糖的合成,1、蔗糖合成酶催化的途径,G-6-P+UTP UDPG+PPiUDPG焦磷酸化酶,UDPG+果糖 蔗糖+UDP 蔗糖合成酶,2、磷酸蔗糖合成酶催化途径,UDPG+6-磷酸果糖 磷酸果糖+UDP 磷酸蔗糖合成酶磷酸蔗糖+H2O 蔗糖+Pi 磷酸酯酶,(一)淀粉的生物合成 1、直链淀粉的生物合成(1)淀粉磷酸化酶催化的生化反应(2)D-酶催化的生化反应,三、多糖的合成,(3)淀粉合成酶催化的生化反应或,2、支链淀粉的合成,（二）糖原的合成,四、糖原合成与分解的调节,这两种关键酶的重要特点：*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。,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,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑制剂,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14位Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。,*葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。,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。,调节小结,双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。,双重调节：别构调节和共价修饰调节。,肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。,关键酶调节上存在级联效应。,关键酶都以活性、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。,第四节 其它己糖进入EMP的途径,磷酸甘露糖异构酶,Hi，下课了！,