糖异生和糖原合成.pptx

糖异生及糖原糖异生及糖原合成合成糖异生和糖原合成第1页一、单糖合成一、单糖合成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过程过程（二）过程（二）过程糖异生和糖原合成第2页糖异生主糖异生主要路径和要路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羧激酶羧激酶糖异生和糖原合成第3页糖异生路径关键反应之一糖异生路径关键反应之一+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葡萄糖葡萄糖糖异生和糖原合成第4页糖异生路径关键反应之二糖异生路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POH2COHOOHHHH糖异生和糖原合成第5页糖异生路径关键反应之三糖异生路径关键反应之三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CO2CO2糖异生和糖原合成第6页苹果酸苹果酸/天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸/天冬氨酸天冬氨酸草草酰乙酸乙酸PEP丙丙酮酸酸丙丙酮酸酸胞液胞液线粒体粒体乙乙酰CoAGPEP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶草草酰乙酸乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶糖异生和糖原合成第7页糖酵解和葡萄糖异糖酵解和葡萄糖异生关系生关系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糖异生和糖原合成第8页（胞液）（胞液）（线粒体）（线粒体）葡萄糖代谢和葡萄糖代谢和 糖异生关系糖异生关系（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）糖异生和糖原合成第9页糖异生糖异生调整：整：1.6-P-G与1.6-FBP：促进异生，抑制酵解：高浓度6-P-G、ATP和柠檬酸，促进酵解，抑制异生：AMP、2.6-二磷酸果糖、ADP糖异生和糖原合成第10页二、糖异生调整二、糖异生调整AMPF-2,6-BP-ATP+果糖双磷酸果糖双磷酸酶-1fructose biphosphatase-1糖异生和糖原合成第11页乙乙酰CoA+丙丙酮酸酸羧化化酶pyruvate carboxylase糖异生和糖原合成第12页三、糖异生原料三、糖异生原料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 草酰乙酸草酰乙酸糖异生和糖原合成第13页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。糖异生和糖原合成第14页四、糖异生生理意义四、糖异生生理意义1在饥饿情况下维持血糖浓度相对恒定。在饥饿情况下维持血糖浓度相对恒定。2回收乳酸分子中能量回收乳酸分子中能量：葡萄糖在肌肉组织中经糖无氧酵解产生乳酸，葡萄糖在肌肉组织中经糖无氧酵解产生乳酸，可经血循环转运至肝，再经糖异生作用生成可经血循环转运至肝，再经糖异生作用生成自由葡萄糖后转运至肌肉组织加以利用，这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一循环过程就称为乳酸循环（乳酸循环（Cori循环）循环）。糖异生和糖原合成第15页部位：部位：肝肝脏、肌肉、肌肉组织等等细胞胞胞胞浆中中定定义：由由单糖合成糖原糖合成糖原过程称程称为糖原合糖原合成成(glycogenesis)(glycogenesis)。单糖糖: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、糖原合成糖异生和糖原合成第16页2缩合：缩合：在在关关键键酶酶糖糖原原合合酶酶催催化化下下，以以原原有有糖糖原原分分子为引物，添加新葡萄糖单位。子为引物，添加新葡萄糖单位。糖原合糖原合酶*UDPG+(G)n(G)n+1+UDP糖异生和糖原合成第17页糖原合糖原合酶作用机制作用机制糖异生和糖原合成第18页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)催化下，将距末催化下，将距末端端67个葡萄糖残基组成寡糖链由个葡萄糖残基组成寡糖链由-1,4-糖糖苷键苷键转变为转变为-1,6-糖苷键糖苷键，使糖原出现分支。，使糖原出现分支。糖异生和糖原合成第19页 分分 支支 酶酶 (branching enzyme)-1,4-糖苷键糖苷键 糖异生和糖原合成第20页糖原合成与分解代谢糖原合成与分解代谢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 糖异生和糖原合成第21页ATP 葡萄糖激葡萄糖激酶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ADP糖异生和糖原合成第22页1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位位酶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-磷酸葡萄糖糖异生和糖原合成第23页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焦磷酸化焦磷酸化酶H2O2Pi（3）尿苷二磷酸葡萄糖生成尿苷糖异生和糖原合成第24页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)糖原合糖原合酶糖原糖原(Gn+1n+1)(glycogen)UDP（4）UDPGUDPG中葡萄糖连接到糖原引物上尿苷糖异生和糖原合成第25页(5)(5)分支酶分支酶催化糖原不停形成催化糖原不停形成新分支新分支链链糖原引物糖原引物糖原合糖原合酶分枝分枝酶糖原合成限速糖原合成限速酶1218G糖异生和糖原合成第26页肝糖原与肌糖原比较 肝糖原肝糖原 肌糖原肌糖原贮 量量 90-100g 200-500g 5%1-2%合成原料合成原料 单糖糖/非糖物非糖物质 葡萄糖葡萄糖分解分解产物物 葡萄糖葡萄糖 乳乳 酸酸功功 能能 维持血糖持血糖浓度度 满足猛烈运足猛烈运动时 相相对恒定恒定 肌肉肌肉对能量需要能量需要消消 耗耗 餐后餐后12-18h 猛烈运猛烈运动后后糖异生和糖原合成第27页（二）糖原合成特点：（二）糖原合成特点：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.合成反应在糖原合成反应在糖原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参加（以参加（以UDP为载体）。为载体）。糖异生和糖原合成第28页二、糖原分解代谢二、糖原分解代谢糖原分解代谢可分为三个阶段：糖原分解代谢可分为三个阶段：1水解：水解：包含三步反应，循环交替进行。包含三步反应，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：糖异生和糖原合成第29页 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三三个个葡葡萄萄糖糖残残基基转转移移到到直直链链非非还原端，使分支点暴露。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-葡萄糖苷葡萄糖苷酶(G)n+H2O(G)n-1+G糖异生和糖原合成第30页脱枝酶脱枝酶 (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 糖异生和糖原合成第31页2异构：异构：磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位位酶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-磷酸磷酸酶G-6-P+H2OG+Pi 糖异生和糖原合成第32页（二）糖原分解特点：（二）糖原分解特点：1.水解反应在糖原水解反应在糖原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。糖异生和糖原合成第33页三、糖原合成与分解调整三、糖原合成与分解调整激素（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 糖异生和糖原合成第34页四、糖原合成与分解生理意义四、糖原合成与分解生理意义1贮存能量贮存能量。2调整血糖浓度调整血糖浓度。3利利用用乳乳酸酸：肝肝中中可可经经糖糖异异生生路路径径利利用用糖糖无无氧氧酵酵解解产产生生乳乳酸酸来来合合成成糖糖原原。这这就就是是肝糖原合成肝糖原合成三碳路径三碳路径或或间接路径间接路径。糖异生和糖原合成第35页糖异生和糖原合成第36页糖代谢调整过程 一、无氧酵解调整 二、TCA 调整三、磷酸戊糖路径调整四、糖异生调整五、糖原代谢调整六、神经和激素对糖调整糖异生和糖原合成第37页糖酵解糖酵解过程程调整整酶：酶 名名 称称已糖激已糖激酶葡萄糖激葡萄糖激酶(肝肝)磷酸果糖激磷酸果糖激酶-1丙丙酮酸激酸激酶变构激活构激活剂Mg2+,Mn2+Mg2+,Mn2+Mg2+,AMP,ADP,F-1,6-2P,F-2,6-2P Mg2+,K+,F-1,6-2P变构抑制构抑制剂G-6-P-ATP，H+、柠檬酸，檬酸，长链脂肪酸脂肪酸ATP糖异生和糖原合成第38页已糖激已糖激酶分型分型 型型 型型 汉字名称字名称 已糖激已糖激酶(HKHK)葡萄糖激葡萄糖激酶(GKGK)存在范存在范围 在在组织细胞中胞中 仅在肝在肝脏和胰腺和胰腺 广泛存在广泛存在 细胞存在胞存在与葡萄糖与葡萄糖亲和力和力 高高 低低 Km:0.01mmol/L Km:10100mmol/L产物反物反馈抑制抑制 有有 无无 激素激素调控控受激素受激素调控控 葡萄糖激酶葡萄糖激酶/已糖激酶已糖激酶糖异生和糖原合成第39页变构抑制构抑制剂ATPATPNADHNADHATPATP、NADHNADH、琥珀琥珀酰CoA三三羧酸循酸循环调整整酶及其及其调整整酶名名 称称柠檬酸合檬酸合酶异异柠檬酸脱檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶系系变构激活构激活剂ADP、AMP糖异生和糖原合成第40页P丙丙酮酸氧化酸氧化和和三三羧酸循酸循环调整整琥珀琥珀酰CoA草草酰乙酸乙酸苹果酸苹果酸琥珀酸琥珀酸-酮戊二酸戊二酸异异柠檬酸檬酸柠檬酸檬酸延胡索酸延胡索酸乙乙酰辅酶A A丙丙酮酸酸乙乙酰CoACoA、NADHNADH、ATPATPNADHNADH琥珀琥珀酰CoA、NADH、ATP糖异生和糖原合成第41页磷酸戊糖路径：磷酸戊糖路径：最主要调整原因是：NADP+水平糖异生糖异生调整：整：1.6-P-G与1.6-FBP：促进异生，抑制酵解：高浓度6-P-G、ATP和柠檬酸，促进酵解，抑制异生：2.6-二磷酸果糖糖异生和糖原合成第42页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：ADPAMP抑制剂：ATPNADH丙氨酸糖异生和糖原合成第43页七、乙醛酸循环1 1、乙醛酸循环、乙醛酸循环生化历程生化历程3 3、乙醛酸循环生理意义、乙醛酸循环生理意义 植物种子萌发脂肪转化为糖植物种子萌发脂肪转化为糖2 2、乙醛酸循环总反应式及其糖异生关系乙醛酸循环总反应式及其糖异生关系糖异生和糖原合成第44页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+草酰乙酸草酰乙酸糖异生和糖原合成第45页 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 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糖异生和糖原合成第46页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关系糖异生关系草酰乙酸草酰乙酸糖异生路径糖异生路径+2CoASH+NADH+H+2CoASH+NADH+H+COOCOO-CH2CH2CH2CH2COOCOO-琥珀酸琥珀酸 OCH3-CSCoA+NAD+NAD+2 2糖异生和糖原合成第47页 激素对肝糖原合成激素对肝糖原合成与分解调控与分解调控意义意义：因为因为酶共价修饰反酶共价修饰反应是酶促反应，应是酶促反应，只要有少许信只要有少许信号分子（如激号分子（如激素）存在，即素）存在，即可经过加速这可经过加速这种酶促反应，种酶促反应，而使大量另一而使大量另一个酶发生化学个酶发生化学修饰，从而取修饰，从而取得放大效应。得放大效应。这种调整方式这种调整方式快速、效率极快速、效率极高。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 ADP456糖异生和糖原合成第48页三、糖代谢概况三、糖代谢概况 葡萄糖葡萄糖 酵解路径酵解路径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 糖异生路径糖异生路径 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+磷酸戊糖路径磷酸戊糖路径 淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 糖异生和糖原合成第49页