生物化學(xué)與分子生物學(xué)：糖代謝3-2016秋

1、第六章糖 代 謝,Metabolism of Carbohydrates,內(nèi)容提綱,概述 糖的分解代謝 糖的無氧氧化 糖的有氧氧化 磷酸戊糖途徑 糖原的合成與分解 糖異生作用 血糖及其調(diào)節(jié),2,01,糖的無氧氧化,02,糖的有氧氧化,03,磷酸戊糖途徑,04,糖醛酸途徑,Contents,糖的分解代謝,3,第四節(jié) 磷酸戊糖途徑,pentose phosphate pathway,4,磷酸戊糖途徑,概念 反應(yīng)過程 調(diào)節(jié)關(guān)鍵酶 生理意義,5,磷酸戊糖途徑指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者再進一步轉(zhuǎn)變成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。,概念,6,磷酸戊糖旁路、葡糖酸磷酸支路,7,

2、磷酸戊糖途徑,磷酸戊糖,反應(yīng)部位：細胞質(zhì),第一階段：氧化反應(yīng) 生成磷酸戊糖，NADPH+H+及CO2,反應(yīng)過程可分為二個階段,第二階段則是非氧化反應(yīng) 包括一系列基團轉(zhuǎn)移。,一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程,8,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核酮糖,6-磷酸葡萄糖脫氫酶,6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯,5-磷酸核糖,1. 磷酸戊糖和NADPH+H+生成,9,催化第一步脫氫反應(yīng)的6-磷酸葡萄糖脫氫酶是此代謝途徑的關(guān)鍵酶。 兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成NADPH + H+。 反應(yīng)生成的磷酸核糖是一個非常重要的中間產(chǎn)物。,G-6-P,5-磷酸核糖,NADP+,NADPH+

3、H+,NADP+,NADPH+H+,CO2,10,每3分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應(yīng)，在一系列反應(yīng)中，通過3C、4C、5C、6C、7C等演變階段，最終生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。,3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，可進入糖酵解。因此，磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)。,2. 基團轉(zhuǎn)移反應(yīng),11,這些基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)可分為兩類：,一類是轉(zhuǎn)酮醇酶（transketolase）反應(yīng)，轉(zhuǎn)移含1個酮基、1個醇基的2碳基團；接受體都是醛糖。 另一類是轉(zhuǎn)醛醇酶（transaldolase）反應(yīng)，轉(zhuǎn)移3碳單位；接受體也是醛糖。,12,5-磷酸核酮糖(C5) 3,7-

4、磷酸景天糖 C7,3-磷酸甘油醛 C3,4-磷酸赤蘚糖 C4,6-磷酸果糖 C6,6-磷酸果糖 C6,3-磷酸甘油醛 C3,13,磷酸戊糖途徑,第一階段,第二階段,5-磷酸木酮糖 C5,5-磷酸木酮糖 C5,5-磷酸核糖 C5,14,總反應(yīng)式,36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+,26-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+)+3CO2,15,磷酸戊糖途徑的特點,16, 脫氫反應(yīng)以NADP+為受氫體，生成NADPH+H+。 反應(yīng)過程中進行了一系列酮基和醛基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，經(jīng)過了3、4、5、6、7碳糖的演變過程。 反應(yīng)中生成了重要的中間代謝物5-磷酸核糖 一分子G-6-P經(jīng)過反應(yīng)，只能發(fā)生一次

5、脫羧和二次脫氫反應(yīng)，生成一分子CO2和2分子NADPH+H+,二、磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié),17,關(guān)鍵酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶,其活性的高低決定G-6-P進入磷酸戊糖途徑的流量。,NADPH+H+對該酶有強烈抑制作用。 NADPH+H+/NADP+比值，則酶活性；比值，則酶激活。,三、磷酸戊糖途徑的生理意義,18,1. 為核酸的生物合成提供核糖,2. 提供NADPH+H+作為供氫體參與多種代謝反應(yīng),（1）NADPH是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體,（2）NADPH參與體內(nèi)的羥化反應(yīng)，與生物合成或生物轉(zhuǎn)化有關(guān),（3）NADPH+H+可維持GSH的還原性,谷胱甘肽還原酶,19,還原型谷胱甘肽能保護許多蛋白質(zhì)和

6、酶等分子中的巰基免受氧化劑損害，保護紅細胞膜的完整性。,蠶豆病,病因： 6-磷酸葡萄糖脫氫酶缺乏； 癥狀：急性血管內(nèi)溶血(溶血性黃疸)； 誘因：食用新鮮蠶豆或接觸蠶豆花粉，服用或接觸某些藥物、感染等。,6-磷酸葡萄糖脫氫酶NADPH+H+GSH GSH過低，紅細胞易于破裂而發(fā)生溶血性貧血,20,磷酸戊糖途徑 要求,21,磷酸戊糖途徑的關(guān)鍵酶和生理意義及 NADPH+H+的作用；,【掌握】,磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程；,【熟悉】,01,糖的無氧氧化,02,糖的有氧氧化,03,磷酸戊糖途徑,04,糖醛酸途徑,Contents,糖的分解代謝,22,磷酸戊糖途徑,糖醛酸途徑,反應(yīng)過程：, 5-磷酸木酮糖

7、D-木酮糖 木糖醇 L-木酮糖 ,維生素C,非靈長類,L-古洛糖酸,23,主要在肝中進行,生成活化的葡糖醛酸，即UDPGA。 UDPGA是葡糖醛酸的供體，參與蛋白聚糖（如透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、肝素等）的生物合成過程。 UDPGA是生物轉(zhuǎn)化中最重要的結(jié)合劑，可與許多代謝產(chǎn)物、藥物和毒物等結(jié)合，促其排泄。,生理意義：,24,多元醇途徑,葡萄糖代謝過程中可生成一些多元醇，如木糖醇(xylitol)、山梨醇(sorbitol)等，所以被稱為多元醇途徑(polyol pathway)。 但這些代謝過程局限于某些組織，對整個葡萄糖代謝所占比重極少。,25,糖的分解代謝 小結(jié),26,葡萄糖,丙酮酸,H2O及

8、CO2,乳酸,核糖和NADPH+H+,UDPGA,第五節(jié) 糖原的合成與分解,Glycogenesis and Glycogenolysis,27,01,糖原的合成,02,糖原的分解,03,糖原合成與分解的調(diào)節(jié),04,糖原累積癥,Contents,糖原的合成與分解,28,是動物體內(nèi)糖的儲存形式之一，是機體能迅速動用的能量儲備。,肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收縮所需 肝臟：肝糖原，70 100g，維持空腹血糖濃度 腎臟：腎糖原，極少，主要參與調(diào)節(jié)腎的酸堿平衡,糖 原 (glycogen),糖原儲存的主要器官及其生理意義,29,1. 葡萄糖單元以-1,4-糖苷 鍵形成長鏈。 2. 約1

9、0個葡萄糖單元處形成分支，分支處葡萄糖以-1,6-糖苷鍵連接，分支增加，溶解度增加。 3. 每條鏈都終止于一個非還原端，非還原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的結(jié)構(gòu)特點及其意義,還原端,非還原端,非還原端,非還原端,非還原端,非還原端,-1,4-糖苷 鍵,30,一、糖原的合成,合成部位,定義,糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的過程。,組織定位：主要在肝臟、肌肉 細胞定位：細胞質(zhì),31,糖原的合成途徑,葡萄糖（G）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,UDPG,糖原引物（Gn）,糖原（Gn+1）,糖原合酶 ( glycogen synthase ),UDP,32,糖原分支的

10、形成,33,糖原合成反應(yīng)的特點,糖原合酶為過程的關(guān)鍵酶 糖原合酶只能延長糖鏈，不能形成分支。分支時需要分支酶的作用。 合成時不能從頭開始，需要至少4個葡萄糖殘基作為引物 UDPG是活性葡萄糖基的供體，其生成過程消耗ATP和UTP，因此，糖原引物上每加上一個葡萄糖，需要消耗兩個高能磷酸鍵。,34,近來人們在糖原分子的核心發(fā)現(xiàn)了一種名為glycogenin的蛋白質(zhì)。Glycogenin可對其自身進行共價修飾，將UDPG分子的C1結(jié)合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個結(jié)合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時的引物。,糖原合成過程中 作為引物的第一個糖原分子從何而來？,35,36,糖原引物的第

11、一個糖原分子的來源,二、糖原的分解,定義,細胞定位：細胞質(zhì),糖原分解 (glycogenolysis )是指糖原分解為6-磷酸葡萄糖或葡萄糖的過程 。習(xí)慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。,37,糖原的分解代謝,葡萄糖 （肝、腎）,1-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,糖原（Gn）,糖無氧氧化或 有氧氧化 （肌肉）,非還原端,38,脫支酶的作用,轉(zhuǎn)移葡萄糖殘基 水解-1,6-糖苷鍵,轉(zhuǎn)移酶活性,39,糖原的合成與分解總圖,40,三、糖原合成與分解的調(diào)節(jié),關(guān)鍵酶, 糖原合成：糖原合酶, 糖原分解：糖原磷酸化酶,這兩種關(guān)鍵酶的重要特點： 有共價修飾和別構(gòu)調(diào)節(jié)兩種方式。 以有活性、無（低）活性兩種形式存在，

12、通過磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變。,41,（一）共價修飾調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)有級聯(lián)放大作用，效率高；,兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反；,此調(diào)節(jié)為酶促反應(yīng)，調(diào)節(jié)速度快；,受激素調(diào)節(jié)。,42,糖原磷酸化酶的共價修飾調(diào)節(jié),糖原合酶的共價修飾調(diào)節(jié),PKA,43,磷酸化酶b激酶,糖原合酶a,糖原合酶b-,磷酸化酶b,磷酸化酶a-,磷蛋白磷酸酶抑制劑,44,P,P,級聯(lián)反應(yīng),45,在一個連鎖反應(yīng)中，一個酶被磷酸化或去磷酸化激活后，后續(xù)的其他酶可同樣的依次被其上游的酶共價修飾而激活，引起原始信號的放大，這種多重共價修飾的連鎖反應(yīng)稱為級聯(lián)反應(yīng)（cascade reaction）。,主要作用：產(chǎn)生快速、高效的放大效應(yīng)

13、。,磷酸化酶二種構(gòu)象疏松型(R)和緊密型(T)，其中T型的14位Ser暴露，便于被磷蛋白磷酸酶-1去磷酸化而失活。,葡萄糖是磷酸化酶的別構(gòu)抑制劑。,（二）別構(gòu)調(diào)節(jié),46,肌肉內(nèi)糖原代謝的二個關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié) 與肝糖原不同,在糖原分解代謝時肝主要受胰高血糖素的調(diào)節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素調(diào)節(jié)。 肌肉內(nèi)糖原合酶及磷酸化酶的別構(gòu)效應(yīng)物：,47,Ca2+濃度的升高可引起肌糖原分解增加,鈣調(diào)蛋白 （磷酸化酶b激酶的d亞基）,Ca2+,磷酸化酶b激酶,磷酸化酶b,48, 雙向調(diào)控：對合成酶系與分解酶系分別進行調(diào)節(jié)，如加強合成則減弱分解，或反之。, 雙重調(diào)節(jié)：別構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。, 肝糖原和肌糖原代謝調(diào)節(jié)各有特點： 如：分解肝糖原的激素主要為胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要為腎上腺素。, 關(guān)鍵酶調(diào)節(jié)作用存在級聯(lián)效應(yīng)。, 關(guān)鍵酶都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過