第十八章糖代谢其他途径-课件.pdf

2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院1第十八章 糖的其他代谢途径 葡萄糖合成（糖异生途径和光合作用）（糖异生途径和光合作用）合成代谢 磷酸戊糖途径分解代谢 糖原和淀粉分解分解代谢 糖原和淀粉合成代谢合成代谢 糖蛋白寡糖链合成2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院2一.葡萄糖异生作用非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用.乳酸,丙酮酸,丙酸,甘油,氨基酸等糖异生作用与糖酵解：许多步骤互为可逆反应,非可逆途径糖异生作用对糖酵解的不可逆过程采取迂回措施.2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院32009-11-30海洋生命学院海洋生命学院4.糖异生的前体 丙酮酸:转化为丙酮酸的物质可以转化为糖 如:经苹果酸穿梭草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸G 生糖氨基酸:转氨或脱氨后生成的酮酸直接或间接转化为G,如:Ala,Glu,Asp等 肌肉乳酸,经血液运送至肝脏进入异生 反刍动物能将纤维素消化为乙酸,丁酸,丙酸,异生为G 奇数脂肪酸氧化产生琥珀酸CoA2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院5.糖异生途径糖异生途径2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院6迂回措施迂回措施1：丙酮酸羧化支：丙酮酸羧化支路（丙酮酸路（丙酮酸PEP）丙酮酸羧化酶或丙酮酸羧化酶或PEP激酶激酶迂回措施迂回措施2：FBP C-1位酯位酯键水解键水解（FBP F6P）果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶迂回措施迂回措施3：G6P C-6位位酯键水解酯键水解（G6PG）葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶线粒体内质网2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院71.1.丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸进入线粒体丙酮酸进入线粒体,丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶的催化的催化下下,羧化生成草酰乙酸羧化生成草酰乙酸生物素生物素:羧化羧化酶的辅酶酶的辅酶2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院8草酰乙酸-PEPPEP烯醇式丙酮酸羧激酶可烯醇式丙酮酸羧激酶可存在于存在于线粒体基质线粒体基质、细细胞溶胶胞溶胶或或二者均有二者均有，种，种属差异。属差异。存在于细胞溶胶中，经存在于细胞溶胶中，经过过苹果酸穿梭苹果酸穿梭丙酮酸丙酮酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院92.FBP F6P2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院103.G6PG光面内质网结合酶光面内质网结合酶,其活性需要一种与钙离其活性需要一种与钙离子结合的稳定蛋白协同作用子结合的稳定蛋白协同作用,G6P,G6P进入光面进入光面内质网催化内质网催化.2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院112009-11-30海洋生命学院海洋生命学院12dipFPFPFK 616,PyPEPPy 激酶激酶前面二个反应的逆反应可由相应的酯酶催化前面二个反应的逆反应可由相应的酯酶催化PiGPG 酶酶酯酯)(6G-6-P+H2O由由PyPEP需二个酶的催化需二个酶的催化F-1,6-dip+H2OPiPFdipF 661酶酶酯酯)(,PGG 6已糖激酶已糖激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶烯醇式丙酮酸羧激酶烯醇式丙酮酸羧激酶2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院13柠檬酸循环中所有柠檬酸循环中所有的中间代谢物都可的中间代谢物都可以通过草酰乙酸脱以通过草酰乙酸脱羧形成羧形成PEP 而生糖而生糖2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院14哪些氨基酸能异生成糖？哪些氨基酸能异生成糖？2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院152009-11-30海洋生命学院海洋生命学院16ATPADPNADHNAD+糖异生的能量代谢2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院17“无用循环无用循环”：高：高能磷酸化合物净消能磷酸化合物净消耗的过程耗的过程2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院18.糖异生的生理意义 维持血糖浓度恒定的重要措施之一,通过异生途径合成G对维持血糖浓度起重要作用;脑组织,红细胞以血液中葡萄糖为主要燃料,自身无糖原贮存 饥饿,剧烈运动后,对机体恢复起重要作用科里循环(Cori cycle)2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院19 反刍动物可利用异生作用将某些酸类物质转化为葡萄糖 植物种子萌发,果实成熟时利用糖异生作用,生成葡萄糖2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院20.糖异生的调节 葡萄糖异生和糖酵解作用有协同作用 磷酸果糖激酶,果糖1,6二磷酸酶的调节 丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 己糖激酶和葡萄糖6磷酸酶GG-6-p酶酶己己糖糖激激酶酶G-6-PF-1,6-dip酶酶Cit甘甘油油酸酸-3-PF-1,6-dipATPNADHCitF-2,6-dipAMPPFKADPPEPPEP羧羧激激酶酶OAA苹苹果果酸酸OAAPy羧羧化化酶酶乙乙酰酰CoAPyATPNADHAlaF-6-PF-1,6-dipPy激激酶酶F-6-PF-2,6-dipAMPGTP2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院21 如果柠檬酸循环与氧化磷酸化整个都被抑制，那么是如果柠檬酸循环与氧化磷酸化整个都被抑制，那么是否能从丙酮酸净合成葡萄糖？否能从丙酮酸净合成葡萄糖？不能；两分子丙酮酸转化为一分子葡萄糖需要供给能量不能；两分子丙酮酸转化为一分子葡萄糖需要供给能量（4ATP4ATP2GTP2GTP）和还原力（）和还原力（2NADH2NADH），可通过檬酸循环和氧化），可通过檬酸循环和氧化磷酸化获磷酸化获2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院22 在跑在跑400400公尺短跑之前、公尺短跑之前、途中、之后血浆中乳酸途中、之后血浆中乳酸浓度如图所示。浓度如图所示。（a a）为什么乳酸的浓度）为什么乳酸的浓度会迅速上升？会迅速上升？（b b）赛跑过后是什么原）赛跑过后是什么原因使乳酸浓度降下来？因使乳酸浓度降下来？为什么下降的速率比上为什么下降的速率比上升的速度缓慢？升的速度缓慢？2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院23二.戊糖磷酸途径同位素标记证明葡萄糖C1和C6经糖酵解和三羧酸循环，产生CO2机率不同加入碘乙酸，氟化物等糖酵解的抑制剂，葡萄糖仍可分解利用1931年，Warburg等发现了G6P脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶，NADP+四碳糖，五碳糖，七碳糖的分离1953年，Dicken提出代谢途径Warburg-Dicken途径，戊糖支路，己糖单磷酸途径，磷酸葡萄糖酸氧化途径和戊糖磷酸循环.戊糖磷酸途径研究史2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院24 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 1 1）肝脏中）肝脏中1010-15%15%的葡的葡萄糖进入该途径萄糖进入该途径 2 2）场所）场所:胞浆胞浆 3 3）氧化特性）氧化特性:辅酶为辅酶为NADPNADP+4 4）重要产物）重要产物:NADPHNADPH：还原剂：还原剂5 5-磷酸核糖：参与核酸磷酸核糖：参与核酸的合成的合成2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院25磷酸戊糖途径的两个阶段2.非氧化分子重排阶段非氧化分子重排阶段6 核酮糖核酮糖-5-P 5 果糖果糖-6-P 5 葡萄糖葡萄糖-6-P1.氧化脱羧阶段氧化脱羧阶段6 G-6-P 6 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖核酮糖-P6 NADP+6NADPHH+6 NADP+6NADPH H+6CO26H2O2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院26.戊糖磷酸途径主要反应1.氧化阶段葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸内酯磷酸内酯2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院27葡萄糖酸葡萄糖酸-内酯酶内酯酶葡萄糖酸葡萄糖酸-6-磷酸磷酸2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院28葡萄糖酸葡萄糖酸-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶总结第一阶段：总结第一阶段：脱氢，水解，脱氢脱羧（氧化脱羧），产生脱氢，水解，脱氢脱羧（氧化脱羧），产生了了NADPH（2分子分子NADPH/1分子分子G-6-P）。）。2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院29磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+NADPH+H+6-磷酸葡萄糖脱氢磷酸葡萄糖脱氢酶酶内酯酶内酯酶NADPH+H+NADP+CO26-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酸脱氢酶酸脱氢酶是是HMPHMP的限速酶的限速酶。受受NADPH/NADPNADPH/NADP+比例比例的调节的调节。H-C-OHH-C-OHOH-C-HH-C-OHH-CCH2OPO32-O6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖H2OC=OH-C-OHOH-C-HH-C-OHH-CCH2OPO32-O6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯O O CH-C-OHOH-CHH-C-OHH-C-OHCH2OPO32-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CH2OHC=OH-C-OHH-C-OHCH2OPO32-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院30磷酸戊糖异构酶磷酸戊糖异构酶磷酸戊糖差向异构酶磷酸戊糖差向异构酶2.非氧化阶段木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院31转酮酶转酮酶五碳糖转酮反应五碳糖转酮反应木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸景天庚酮糖景天庚酮糖-7-磷酸磷酸2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院32转醛酶转醛酶转醛反应甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸景天庚酮糖景天庚酮糖-7-磷酸磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院33四碳糖和五碳糖间转酮反应甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸赤藓糖赤藓糖-4-磷酸磷酸木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸转酮酶转酮酶2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院34磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段H2OPi6 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2 5-磷酸核糖磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖1 6-磷酸果糖磷酸果糖转醛酶转醛酶异构酶异构酶转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶醛缩酶醛缩酶阶阶段段之之一一阶阶段段之之二二阶阶段段之之三三2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院353.戊糖磷酸途径总结戊糖磷酸途径总结PPP2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院36 代谢意义：代谢意义：（1 1）供能）供能（2 2）产生大量的）产生大量的NADPHNADPH，可供给组织中合成代谢的需要，可供给组织中合成代谢的需要。细胞产生还原力细胞产生还原力(NADPH)(NADPH)的主要途径的主要途径（3 3）产生的）产生的R R-5 5-P P是核酸生物合成的必需原料。是核酸生物合成的必需原料。（4 4）戊糖磷酸途径是戊糖代谢的重要途径）戊糖磷酸途径是戊糖代谢的重要途径。（5 5）戊糖磷酸途径与糖酵解和光合作用有密切关系）戊糖磷酸途径与糖酵解和光合作用有密切关系。（6 6）HMPHMP途径中生成途径中生成C3C3、C4C4、C5C5、C6C6、C7C7等各种长短不等等各种长短不等的碳链，这些中间产物都可作为生物合成的前体。的碳链，这些中间产物都可作为生物合成的前体。2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院37戊糖磷酸途径代谢的调节戊糖磷酸途径代谢的调节戊糖磷酸途径的调节点主要是戊糖磷酸途径的调节点主要是G G-6 6-P P脱氢酶，脱氢酶，这是一个不可逆反应，是戊糖磷酸途径中的这是一个不可逆反应，是戊糖磷酸途径中的限速步骤。限速步骤。NADPHNADPH是是G G-6 6-P P脱氢酶的竞争性抑制剂，当脱氢酶的竞争性抑制剂，当NADPH/NADPNADPH/NADP+的比值大于的比值大于1010时，其抑制作用可时，其抑制作用可达达90%90%。2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院38、体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系1.机体对核糖-5-磷酸的需要和NADPH的需要处于平衡,磷酸戊糖途径处于优势。形成核糖-5-P和和2NADPHG6P+2NADP+H2O核糖-5-P+2NADPH+H+CO22009-11-30海洋生命学院海洋生命学院39、体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系、体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系2.机体主要需要核糖-5-磷酸，（如细胞分裂期）糖酵解和戊糖磷酸途径非氧化阶段5G6P+ATP6核糖-5-P+ADP+H+2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院40、体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系、体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系3 3.机体对机体对NADPHNADPH的需要超过核糖的需要超过核糖-5 5-磷酸磷酸，于是于是6 6-磷酸葡磷酸葡萄糖彻底氧化为二氧化碳萄糖彻底氧化为二氧化碳。G6P+7H2O+12NADP6CO2+12NADPH+12H+Pi2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院41、体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系、体内葡萄糖的利用与细胞代谢关系 4.机体需要NADPH和ATP，不需要核糖-5-磷酸由核糖-5-磷酸形成的果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸即可进入糖酵解途径3G6P+6NADP+5NAD+5Pi+8ADP5丙酮酸+3CO2+6NADPH+5NADH+8ATP+2H2O+8H+2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院42 许多组织中，对细胞损伤的最早期反应之一是快速地许多组织中，对细胞损伤的最早期反应之一是快速地增加参与磷酸戊糖途径的酶的水平。损伤后增加参与磷酸戊糖途径的酶的水平。损伤后1010天，心天，心脏组织的葡萄糖脏组织的葡萄糖-6 6-磷酸脱氢酶和磷酸脱氢酶和6 6-磷酸葡萄糖酸脱磷酸葡萄糖酸脱氢酶的水平是正常水平的氢酶的水平是正常水平的2020至至3030倍，而糖酵解酶只有倍，而糖酵解酶只有正常水平的正常水平的10%10%至至20%20%。解释此现象。解释此现象。2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院43淀粉的分解代谢淀粉合成代谢糖原的分解代谢糖原的合成代谢三、淀粉和糖原代谢2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院44 淀粉分解代谢异淀粉酶（淀粉异淀粉酶（淀粉-1 1，6 6-葡萄葡萄糖苷酶，编号糖苷酶，编号E.C.3.2.1.33E.C.3.2.1.33）水解支链淀粉或糖原的水解支链淀粉或糖原的-1 1，6 6-糖苷键，生成长短不一的直糖苷键，生成长短不一的直链淀粉（糊精）。链淀粉（糊精）。-淀粉酶（淀粉淀粉酶（淀粉-1 1，4 4-麦芽麦芽糖苷酶，编号糖苷酶，编号E.C.3.2.1.2E.C.3.2.1.2）-淀粉酶是外切酶，从淀粉分淀粉酶是外切酶，从淀粉分子的非还原末端依次切割子的非还原末端依次切割-1 1，4 4-麦芽糖苷键（即两个葡萄糖麦芽糖苷键（即两个葡萄糖单位），生成麦芽糖。单位），生成麦芽糖。不能水解淀粉中的不能水解淀粉中的-1 1，6 6-糖糖苷键。当其作用于支链淀粉时，苷键。当其作用于支链淀粉时，遇到分支点即停止作用。遇到分支点即停止作用。-淀粉酶（淀粉淀粉酶（淀粉-1 1，4 4-糊精糊精酶，液化酶，编号：酶，液化酶，编号：E.C.3.2.1.1E.C.3.2.1.1）-淀粉酶是淀粉酶是内切酶内切酶，从淀粉，从淀粉（或糖原）分子内部随机切断（或糖原）分子内部随机切断-1 1，4 4-糖苷键。糖苷键。不能水解淀粉中的不能水解淀粉中的-1 1，6 6-糖苷糖苷键及其非还原端相邻的键及其非还原端相邻的-1 1，4 4-糖苷键。糖苷键。2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院45 糖原分解代谢 糖原磷酸化酶 磷酸葡萄糖变位酶2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院46 糖原脱支酶2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院471、糖原磷酸化酶 糖原磷酸化酶的分子结构1938,Carl Cori和Gerty Cori分离得到磷酸化酶a和磷酸化酶b;Robert Fletterick 和Louise Johnson对结构和作用进行研究2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院48糖原磷酸化酶的作用特点 催化糖原14糖苷键磷酸解 从非还原末端磷酸解2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院492.糖原脱支酶 糖基转移:将三个葡萄糖残基转移到另一分支的非还原性末端的葡萄糖残基上,或者糖原的核心链 糖原脱支:脱下16连接的葡萄糖残基,产生一分子葡萄糖和14相连的葡萄糖残基2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院503.磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖-1-磷酸转变成葡萄糖-6-磷酸 活性部位有丝氨酸残基,带有一个磷酸基团 葡萄糖1,6-二磷酸的存在对酶发挥活性是必要的 催化机理与磷酸甘油酸变位酶相似2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院51.糖原的生物合成 1957年,Luis Leloir等人,糖基供体尿苷二磷酸葡萄糖,UDP-葡萄糖 糖原的合成通过3个步骤,包括三种酶 UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 糖原合酶 糖原分支酶2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院521.UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖-1-磷酸与UTP反应生成UDP-葡萄糖和PPi,活化了葡萄糖1位羟基200911-30海洋生命学院海洋生命学院532.糖原合酶 催化UDPG与糖原分支的非还原末端G残基第4位碳原子上的羟基形成14糖苷键 其催化需要至少四个葡萄糖残基引物糖链,生糖原蛋白（Gluconin),糖原引物蛋白;糖原合酶与生糖原蛋白结合时具有催化活性 二聚体,每个亚基含有9个丝氨酸残基,可被不同程度的磷酸化,受到不同程度的抑制.2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院542009-11-30海洋生命学院海洋生命学院553.糖原分支酶断开(14)糖苷键形成(16)糖苷键2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院56UDPGGUTPPPiUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶引物引物糖原合成酶糖原合成酶分支酶分支酶糖原糖原磷酸化酶磷酸化酶脱支酶脱支酶G-1-PG-6-PH3PO4 EMP途径途径2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院57、糖原代谢的调节糖原磷酸化酶磷酸化磷酸化酶激酶酶激酶蛋白磷蛋白磷酸酶酸酶2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院58糖原合酶的调控磷酸化糖原合酶去磷酸化糖原合酶ATPADP磷酸化酶激酶磷酸酶a型,有活性b型,无活性2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院59肝脏中糖原代谢调控的特殊性 血糖浓度直接控制肝脏中相关酶的活性 G浓度高时,G与磷酸化酶a结合,由R态变为无活性的T,磷酸酶水解磷酸根,磷酸化酶a变为磷酸化酶b,糖原的降解减弱;磷酸化酶水解磷酸化的糖原合酶,由无活性状态变为活性状态,促进糖原的合成.2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院60糖代谢总图戊糖磷戊糖磷酸途径酸途径储存性糖类储存性糖类（糖原、淀粉等）（糖原、淀粉等）葡糖葡糖-6-磷酸磷酸甘露糖甘露糖葡萄糖葡萄糖果糖果糖磷酸丙糖磷酸丙糖丙酮酸丙酮酸乳酸、乙醇乳酸、乙醇乙酰辅酶乙酰辅酶A氧化磷酸化（氧化磷酸化（ATP）CO2+H2O三羧酸循环三羧酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环戊糖磷酸戊糖磷酸核糖核糖CO2+H2O各种脂类各种脂类其他生糖物质其他生糖物质生糖氨基酸生糖氨基酸酵解酵解发酵发酵糖异生糖异生2009-11-30海洋生命学院海洋生命学院61 从肝病患者得到的糖原样品与磷酸盐、糖原磷酸从肝病患者得到的糖原样品与磷酸盐、糖原磷酸化酶、转移酶和去分支酶共同保温。结果在该混化酶、转移酶和去分支酶共同保温。结果在该混合物中所形成的葡萄糖合物中所形成的葡萄糖-1 1-磷酸与葡萄糖之比为磷酸与葡萄糖之比为100100。这一患者最有可能缺乏的是什么酶？。这一患者最有可能缺乏的是什么酶？缺少分支酶，因为大约每隔缺少分支酶，因为大约每隔1010个葡萄糖残基就会个葡萄糖残基就会出现一个由出现一个由-1,61,6糖苷键造成的分支。糖苷键造成的分支。