糖的有氧氧化

1、第第 三三 節(jié)節(jié)糖的有氧氧化糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Carbohydrate葡萄糖在有氧條件下徹底氧化成水和葡萄糖在有氧條件下徹底氧化成水和CO2的反應過程稱為有氧氧化的反應過程稱為有氧氧化(aerobic oxidation)。* * 部位部位：胞液及線粒體胞液及線粒體 一、糖的有氧氧化反應分為一、糖的有氧氧化反應分為3個階段個階段 第一階段：酵解途徑第一階段：酵解途徑 第二階段：丙酮酸的氧化脫羧第二階段：丙酮酸的氧化脫羧 第三階段：三羧酸循環(huán)和第三階段：三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化氧化磷酸化 G丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O

2、 O ATP ADP TCA循環(huán)循環(huán)胞胞液液 線線粒粒體體 （一）葡萄糖循酵解途徑分解為丙酮酸（一）葡萄糖循酵解途徑分解為丙酮酸（二）丙酮酸進入線粒體氧化脫羧生成乙酰（二）丙酮酸進入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA總反應式總反應式: 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脫氫酶復合體丙酮酸脫氫酶復合體 (acetyl CoA)丙酮酸脫氫酶復合體的組成丙酮酸脫氫酶復合體的組成 酶酶E1：丙酮酸脫氫酶：丙酮酸脫氫酶E2：二氫硫辛酰胺轉乙酰酶：二氫硫辛酰胺轉乙酰酶E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶：二氫硫辛酰胺脫氫酶HSCoANAD+ 輔輔 酶酶 TPP 硫

3、辛酸（硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+SSL丙酮酸脫氫酶復合體催化的反應過程：丙酮酸脫氫酶復合體催化的反應過程：1. 丙酮酸脫羧形成羥乙基丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP。 2. 由二氫硫辛酰胺轉乙酰酶由二氫硫辛酰胺轉乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛催化形成乙酰硫辛酰胺酰胺-E2。3. 二氫硫辛酰胺轉乙酰酶二氫硫辛酰胺轉乙酰酶(E2)催化生成乙酰催化生成乙酰CoA, 同同時使硫辛酰胺上的二硫鍵還原為時使硫辛酰胺上的二硫鍵還原為2個巰基。個巰基。4. 二氫硫辛酰胺脫氫酶二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)使還原的二氫硫辛酰胺使還原的二氫硫辛酰胺脫氫，同時將氫傳遞給脫氫，同時將氫傳遞給FAD。5. 在

4、二氫硫辛酰胺脫氫酶在二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)催化下，將催化下，將FADH2上上的的H轉移給轉移給NAD+，形成，形成NADH+H+。CO2 CoASHNAD+NADH+H+5. NADH+H+的生成的生成1. -羥乙基羥乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4. 硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 目目 錄錄 三羧酸循環(huán)的第一步是乙酰三羧酸循環(huán)的第一步是乙酰CoA與草酰乙酸縮合與草酰乙酸縮合成成6個碳原子的檸檬酸，然后檸檬酸經過一系列反個碳原子的檸檬酸，然后檸檬酸經過一系列反應重新生成草酰乙酸，完成一輪循環(huán)。應重新生成草酰乙酸，完成一輪循環(huán)

5、。 經過一輪循環(huán)，乙酰經過一輪循環(huán)，乙酰CoA的的2個碳原子被氧化成個碳原子被氧化成CO2；在循環(huán)中有；在循環(huán)中有1次底物水平磷酸化，可生成次底物水平磷酸化，可生成1分子分子ATP；更為重要的是有；更為重要的是有4次脫氫反應，氫的接次脫氫反應，氫的接受體分別為受體分別為NAD+或或FAD，生成，生成3分子分子NADH+H+和和1分子分子FADH2。 在在H+/電子沿電子傳遞鏈傳遞過程中能量逐步釋放，電子沿電子傳遞鏈傳遞過程中能量逐步釋放，同時伴有同時伴有ADP磷酸化成磷酸化成ATP，吸收這些能量儲存，吸收這些能量儲存于于ATP中，即氧化與磷酸化反應是偶聯(lián)在一起的，中，即氧化與磷酸化反應是偶聯(lián)在

6、一起的，稱為氧化磷酸化。稱為氧化磷酸化。 三羧酸循環(huán)中脫下的氫進入呼吸鏈氧化磷酸化，三羧酸循環(huán)中脫下的氫進入呼吸鏈氧化磷酸化，生成水和生成水和ATP。NADH+H+ H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 三羧酸循環(huán)一次最終共生成三羧酸循環(huán)一次最終共生成10個個ATP。 1mol葡萄糖徹底氧化生成葡萄糖徹底氧化生成CO2和和H2O，可凈生，可凈生成成30或或32molATP。*獲得獲得ATP的數量取決于還原當量進入線粒體的穿梭機制。的數量取決于還原當量進入線粒體的穿梭機制。葡萄糖有氧氧化生成的葡萄糖有氧氧化生成的ATP 反反應應輔輔 酶酶ATP 第第一一階階段段葡萄糖葡

7、萄糖 6- 磷酸葡糖磷酸葡糖-1 6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸NAD+ 3或或5*21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 1 2 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2丙酮酸丙酮酸2 1 第二階段第二階段2 丙酮酸丙酮酸 2 乙酰乙酰CoA2 2.5 第第三三階階段段2異檸檬酸異檸檬酸 2 -酮戊二酸酮戊二酸2 2.5 2-酮戊二酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰CoA2 2.5 2琥珀酰琥珀酰CoA 2 琥珀酸琥珀酸2 1 2琥珀酸琥珀酸 2 延胡索酸延胡索酸FAD 2 1.5 2蘋果

8、酸蘋果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸NAD+ 2 2.5 凈生成凈生成30或或32NAD+ NAD+ NAD+ 有氧氧化的生理意義有氧氧化的生理意義 糖的有氧氧化是機體糖的有氧氧化是機體產能最主要的途徑產能最主要的途徑。它不。它不僅僅產能效率高產能效率高，而且由于產生的能量逐步分次，而且由于產生的能量逐步分次釋放，相當一部分形成釋放，相當一部分形成ATP，所以，所以能量的利用能量的利用率也高率也高。簡言之，即“供能”三、糖有氧氧化的調節(jié)是基于能量的需求三、糖有氧氧化的調節(jié)是基于能量的需求關關鍵鍵酶酶 酵解途徑：酵解途徑：己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復合體丙酮酸脫

9、氫酶復合體 三羧酸循環(huán)：三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶檸檬酸合酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶6- 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 -1- -酮戊二酸脫氫酶復合體酮戊二酸脫氫酶復合體異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶此處主要敘述丙酮酸脫氫酶復合體的調節(jié)。此處主要敘述丙酮酸脫氫酶復合體的調節(jié)。別構調節(jié)別構調節(jié)別構抑制劑：乙酰別構抑制劑：乙酰CoA; NADH; ATP 別構激活劑：別構激活劑：AMP; ADP; NAD+ * 乙酰乙酰CoA/HSCoA 或或 NADH/NAD+ 時，其時，其活性也受到抑制?；钚砸彩艿揭种?。共價修飾調節(jié)共價修飾調節(jié) 目目 錄錄ATP/ADP或或ATP/AMP比值升高抑制有氧比值升高抑制

10、有氧氧化，降低則促進有氧氧化。氧化，降低則促進有氧氧化。 ATP/AMP效果更顯著。效果更顯著。 有氧氧化的調節(jié)是為了適應機體或器官對能量的有氧氧化的調節(jié)是為了適應機體或器官對能量的需要，有氧氧化全過程中許多酶的活性都受細胞需要，有氧氧化全過程中許多酶的活性都受細胞內內ATP/ADP或或ATP/AMP比例的影響。比例的影響。四、糖有氧氧化可抑制乳酸酵解四、糖有氧氧化可抑制乳酸酵解* 概念概念* 機制機制 有氧時，有氧時，NADH+H+進入線粒體內氧化，丙進入線粒體內氧化，丙酮酸進入線立體進一步氧化而不生成乳酸酮酸進入線立體進一步氧化而不生成乳酸; 缺氧時，酵解途徑加強，缺氧時，酵解途徑加強，N

11、ADH+H+在胞漿在胞漿濃度升高，丙酮酸作為氫接受體生成乳酸。濃度升高，丙酮酸作為氫接受體生成乳酸。巴斯德效應巴斯德效應(Pastuer effect)指有氧氧化抑指有氧氧化抑制糖酵解的現象。制糖酵解的現象。第第 四四 節(jié)節(jié) 葡萄糖的其他代謝途徑葡萄糖的其他代謝途徑Other Metabolic Pathways of Glucose一、磷酸戊糖途徑生成一、磷酸戊糖途徑生成NADPH和磷酸戊糖和磷酸戊糖 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成是指由葡萄糖生成磷酸戊糖磷酸戊糖及及NADPH+H+，前者再進一步轉變成，前者再進一步轉變成3-磷酸甘油磷酸甘油醛醛和和6-磷酸果糖磷酸果糖的反應過程。

12、的反應過程。* * 細胞定位：細胞定位：胞胞 液液 第一階段：氧化反應第一階段：氧化反應 生成磷酸戊糖、生成磷酸戊糖、NADPH+H+及及CO2（一）磷酸戊糖途徑的反應過程可分為（一）磷酸戊糖途徑的反應過程可分為兩個階段兩個階段* * 反應過程可分為二個階段反應過程可分為二個階段 第二階段則：非氧化反應第二階段則：非氧化反應 包括一系列基團轉移。包括一系列基團轉移。 CCCCCOOCH2OHOHOHOHHHHOHP P6-磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸 CH2OHC=OCCCH2OOHOHHHP P5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 NADPH+H+ NADP+ H2O NADP+ CO2 NADPH+H+ 6-

13、磷酸葡糖脫氫酶磷酸葡糖脫氫酶6-磷酸葡糖酸脫氫酶磷酸葡糖酸脫氫酶CH2OH C O 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 CCCCCCH2OHOHOHOHHHHOHHOP P6-磷酸葡糖酸內酯磷酸葡糖酸內酯 CCCCC=OCH2OHOHOHHHHOHOP P1. 6-磷酸葡糖在氧化階段生成磷酸戊糖和磷酸葡糖在氧化階段生成磷酸戊糖和NADPH 5-磷酸核糖磷酸核糖 催化第一步脫氫反應的催化第一步脫氫反應的6-磷酸葡糖脫氫磷酸葡糖脫氫酶酶是此代謝途徑的關鍵酶。是此代謝途徑的關鍵酶。 兩次脫氫脫下的氫均由兩次脫氫脫下的氫均由NADP+接受生成接受生成NADPH + H+。 反應生成的磷酸核糖是一個非常重要的反應生成

14、的磷酸核糖是一個非常重要的中間產物。中間產物。G-6-P 5-磷酸核糖磷酸核糖 NADP+ NADPH+H+ NADP+ NADPH+H+ CO2 每每3分子分子6-磷酸葡萄糖同時參與反應，在一系列磷酸葡萄糖同時參與反應，在一系列反應中，通過反應中，通過3C、4C、6C、7C等演變階段，最等演變階段，最終生成終生成3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。磷酸果糖。2. 經過基團轉移反應進入糖酵解途徑經過基團轉移反應進入糖酵解途徑 C5C5C5C3C3C6C6C7C4 這些基團轉移反應可分為兩類：這些基團轉移反應可分為兩類： 一類是一類是轉酮醇酶（轉酮醇酶（transketolase）反應）反

15、應，轉移，轉移含含1個酮基、個酮基、1個醇基的個醇基的2碳基團；接受體都是碳基團；接受體都是醛糖。醛糖。另一類是另一類是轉醛醇酶（轉醛醇酶（transaldolase）反應）反應，轉，轉移移3碳單位；接受體也是醛糖。碳單位；接受體也是醛糖。 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C34-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖 C46-磷酸果糖磷酸果糖 C66-磷酸果糖磷酸果糖 C63-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 C3 第二階段反應的意義就在于通過一系列基團轉移第二階段反應的意義

16、就在于通過一系列基團轉移反應，將核糖轉變成反應，將核糖轉變成6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛而進入酵解途徑。因此磷酸戊糖途徑也稱而進入酵解途徑。因此磷酸戊糖途徑也稱磷酸戊磷酸戊糖旁路（糖旁路（pentose phosphate shunt）。）。 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑第一階段第一階段 第第二二階階段段 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C34-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖 C46-磷酸果糖磷酸果糖 C66-磷酸果糖磷酸果糖 C63-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 C36-磷酸葡糖磷酸葡糖(C6)3 6-磷酸葡糖

17、酸內酯磷酸葡糖酸內酯(C6)3 6-磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸(C6)3 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖磷酸核糖 C53NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡糖脫氫酶磷酸葡糖脫氫酶 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡糖酸脫氫酶磷酸葡糖酸脫氫酶 CO2磷酸戊糖途徑的總反應式：磷酸戊糖途徑的總反應式： 36-磷酸葡糖磷酸葡糖 + 6 NADP+ 26-磷酸果糖磷酸果糖+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛+6NADPH+H+3CO2 磷酸戊糖途徑的特點磷酸戊糖途徑的特點 脫氫反應以脫氫反應以NADP+為受氫體，生成為受氫體，生成NADPH+H+。 反應過程中進行了一系列酮基和醛基轉

18、移反應，反應過程中進行了一系列酮基和醛基轉移反應，經過了經過了3、4、5、6、7碳糖碳糖的演變過程。的演變過程。 反應中生成了重要的中間代謝物反應中生成了重要的中間代謝物5-磷酸核糖磷酸核糖。 一分子一分子G-6-P經過反應，只能發(fā)生經過反應，只能發(fā)生一次脫羧一次脫羧和和二次二次脫氫脫氫反應，生成一分子反應，生成一分子CO2和和2分子分子NADPH+H+。（二）磷酸戊糖途徑受（二）磷酸戊糖途徑受NADPH/NADP+比值比值的調節(jié)的調節(jié) * * 6-磷酸葡糖脫氫酶磷酸葡糖脫氫酶 此酶為磷酸戊糖途徑的關鍵酶，其活性此酶為磷酸戊糖途徑的關鍵酶，其活性的高低決定的高低決定6-磷酸葡糖進入磷酸戊糖途徑

19、的流磷酸葡糖進入磷酸戊糖途徑的流量。量。此酶活性主要受此酶活性主要受NADPH/NADP+比值比值的的影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。影響，比值升高則被抑制，降低則被激活。另外另外NADPH對該酶有強烈抑制作用。對該酶有強烈抑制作用。（三）磷酸戊糖途徑的生理意義在于生成（三）磷酸戊糖途徑的生理意義在于生成NADPH和和5-磷酸核糖磷酸核糖1 1. . 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑為核苷酸的生成提供核糖為核苷酸的生成提供核糖 2 2. . 提供提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應作為供氫體參與多種代謝反應 （1）NADPH是體內許多合成代謝的供氫體；是體內許多合成代謝的供氫體；（2）NAD

20、PH參與體內羥化反應；參與體內羥化反應； （3）NADPH還用于維持谷胱甘肽（還用于維持谷胱甘肽（glutathione）的還原狀態(tài)。的還原狀態(tài)。 2G-SH G-S-S-GNADP+ NADPH+H+A AH2 還原型谷胱甘肽是體內重要的抗氧化劑，還原型谷胱甘肽是體內重要的抗氧化劑，可以保護一些含可以保護一些含-SH-SH基的蛋白質或酶免受氧化基的蛋白質或酶免受氧化劑，尤其是過氧化物的損害。劑，尤其是過氧化物的損害。在紅細胞中還原型谷胱甘肽更具有重要作在紅細胞中還原型谷胱甘肽更具有重要作用。它可以保護紅細胞膜蛋白的完整性。用。它可以保護紅細胞膜蛋白的完整性。 二、糖醛酸途徑可生成活潑的葡糖醛

21、酸二、糖醛酸途徑可生成活潑的葡糖醛酸-磷酸葡糖磷酸葡糖1-磷酸葡糖磷酸葡糖UDPGUDPGA1-磷酸葡糖醛酸磷酸葡糖醛酸葡糖醛酸葡糖醛酸L-古洛糖酸古洛糖酸L-木酮糖木酮糖木糖醇木糖醇D-木酮糖木酮糖5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑 對人類而言，糖醛酸途徑的主要生理意義在于生成對人類而言，糖醛酸途徑的主要生理意義在于生成活化的葡糖醛酸，即活化的葡糖醛酸，即UDPGA。 葡糖醛酸是組成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明質酸、葡糖醛酸是組成蛋白聚糖的糖胺聚糖，如透明質酸、硫酸軟骨素、肝素等的組成成分；硫酸軟骨素、肝素等的組成成分； 葡糖醛酸在生物轉化過程中參與很多結合反應。葡糖醛酸在生物轉

22、化過程中參與很多結合反應。三、多元醇途徑可生成木糖醇、山梨醇等三、多元醇途徑可生成木糖醇、山梨醇等 葡萄糖代謝過程中可生成一些多元醇，如木糖醇葡萄糖代謝過程中可生成一些多元醇，如木糖醇（xylitol）、山梨醇（）、山梨醇（sorbitol）等，所以被稱為）等，所以被稱為多元醇途徑（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，無重要性。代謝所占比重極少，無重要性。 第第 五五 節(jié)節(jié) 糖原的合成與分解糖原的合成與分解Glycogenesis and Glycogenolysis是動物體內糖

23、的儲存形式之一，是機體能是動物體內糖的儲存形式之一，是機體能迅速動用的能量儲備。迅速動用的能量儲備。肌肉：肌糖原，肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收縮所需主要供肌肉收縮所需 肝臟：肝糖原，肝臟：肝糖原，70 100g，維持血糖水平維持血糖水平 糖糖 原原 (glycogen) 糖原儲存的主要器官及其生理意義糖原儲存的主要器官及其生理意義 1. 葡萄糖單元以葡萄糖單元以 -1,4-1,4-糖苷糖苷 鍵鍵形成長鏈。形成長鏈。2. 約約1010個葡萄糖單元處形成分個葡萄糖單元處形成分枝，分枝處葡萄糖以枝，分枝處葡萄糖以 -1,6-1,6-糖苷鍵糖苷鍵連接，連接，分支增加，溶分支增加，溶解度

24、增加。解度增加。3. 每條鏈都終止于一個非還原每條鏈都終止于一個非還原端端. .非還原端增多，以利于其非還原端增多，以利于其被酶分解。被酶分解。 糖原的結構特點糖原的結構特點目目 錄錄一、糖原合成的代謝反應主要發(fā)生在一、糖原合成的代謝反應主要發(fā)生在肝臟和肌肉肝臟和肌肉 糖原的合成糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖指由葡萄糖合成糖原的過程。原的過程。組織定位：主要在肝臟、肌肉組織定位：主要在肝臟、肌肉細胞定位：胞漿細胞定位：胞漿1. 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡糖磷酸葡糖葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 ATP ADP 己糖激酶己糖激酶;葡糖激酶（肝）葡糖激

25、酶（肝） 1- 1-磷酸葡糖磷酸葡糖 磷酸葡糖變位酶磷酸葡糖變位酶 6- 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 2. 6-磷酸葡糖轉變成磷酸葡糖轉變成1-磷酸葡糖磷酸葡糖 這步反應中磷酸基團轉移的意義在于：這步反應中磷酸基團轉移的意義在于：由于延長形成由于延長形成-1,4-糖苷鍵，所以糖苷鍵，所以葡萄糖分子葡萄糖分子C1上的半縮醛羥基必須活化上的半縮醛羥基必須活化，才利于與原來，才利于與原來的糖原分子末端葡萄糖的游離的糖原分子末端葡萄糖的游離C4羥基縮合。羥基縮合。半縮醛羥基與磷酸基之間形成的半縮醛羥基與磷酸基之間形成的O-P鍵具鍵具有較高的能量。有較高的能量。* UDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”

26、，在體內充作葡萄糖供體。，在體內充作葡萄糖供體。+UTP 尿苷尿苷 PPPPPi UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 3. 1- 磷酸葡糖轉變成尿苷二磷酸葡糖磷酸葡糖轉變成尿苷二磷酸葡糖2Pi+能量能量 1- 磷酸葡糖磷酸葡糖 OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP P P 尿苷二磷酸葡糖尿苷二磷酸葡糖 ( uridine diphosphate glucose , UDPG ) OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP P P尿苷尿苷P尿苷尿苷P P糖原糖原n + UDPG 糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶( glycogen synthase ) UDP UTP ADP A

27、TP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶4. -1,4-糖苷鍵式結合糖苷鍵式結合 * 糖原糖原n 為原有的細胞內的較小糖原分子，稱為為原有的細胞內的較小糖原分子，稱為糖原引物糖原引物(primer)， 作為作為UDPG 上葡糖基的接上葡糖基的接受體。受體。 糖原糖原n + UDPG 糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase) 糖原分枝的形成糖原分枝的形成 分分 支支 酶酶 (branching enzyme) -1,6-糖苷鍵糖苷鍵 -1,4-糖苷鍵糖苷鍵 目目 錄錄 分支的形成不僅可增加糖原的水溶性，更重要的分支的形成不僅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加

28、非還原端數目，以便磷酸化酶能迅速分是可增加非還原端數目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原。解糖原。 從葡萄糖合成糖原是耗能的過程。從葡萄糖合成糖原是耗能的過程。 葡萄糖葡萄糖6-葡萄葡萄糖糖ATP1-磷酸葡糖磷酸葡糖UDPGUTPPPi近來人們在糖原分子的核心發(fā)現了一種名為近來人們在糖原分子的核心發(fā)現了一種名為蛋蛋白白-酪氨酸酪氨酸-葡糖基轉移酶（葡糖基轉移酶（glycogenin）的蛋白質。的蛋白質。Glycogenin可對其自身進行共價修飾，將可對其自身進行共價修飾，將UDP-葡葡糖分子的糖分子的C1結合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而結合到其酶分子的酪氨酸殘基上，從而使它糖基化。這個結合上去的葡

29、萄糖分子即成為糖使它糖基化。這個結合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時的引物。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？糖原合成過程中作為引物的第一個糖原分子從何而來？目目 錄錄 二、糖原分解不是糖原合成的逆反應二、糖原分解不是糖原合成的逆反應 亞細胞定位：胞亞細胞定位：胞 漿漿 肝糖原的分解過程肝糖原的分解過程: : 糖原糖原n n+1+1 糖原糖原n n + 1- + 1-磷酸葡糖磷酸葡糖 磷酸化酶磷酸化酶 1. 1. 糖原的磷酸解糖原的磷酸解糖原分解糖原分解 (glycogenolysis )習慣上指肝糖原習慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程。分解成為葡萄糖的過程。脫枝

30、酶脫枝酶 (debranching enzyme)2. 脫枝酶的作用脫枝酶的作用 轉移葡萄糖殘基轉移葡萄糖殘基水解水解 -1,6-糖苷鍵糖苷鍵 磷磷 酸酸 化化 酶酶 轉移酶活性轉移酶活性 -1,6糖苷糖苷酶活性酶活性 目目 錄錄 1-磷酸葡糖磷酸葡糖 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 磷酸葡糖變位酶磷酸葡糖變位酶 3. 1-磷酸葡糖轉變成磷酸葡糖轉變成6-磷酸葡糖磷酸葡糖 4. 6-磷酸葡糖水解生成葡萄糖磷酸葡糖水解生成葡萄糖 葡糖葡糖-6-磷酸酶磷酸酶 （肝，腎）（肝，腎）葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 * * 肌糖原的分解肌糖原的分解 肌糖原分解的前三步反應與肝糖原分解過程相肌糖原分解的前三步反

31、應與肝糖原分解過程相同，但是生成同，但是生成6-磷酸葡糖之后，由于肌肉組織磷酸葡糖之后，由于肌肉組織中中不存在葡糖不存在葡糖-6-磷酸酶磷酸酶，所以生成的，所以生成的6-磷酸葡磷酸葡糖不能轉變成葡萄糖釋放入血，提供血糖，而糖不能轉變成葡萄糖釋放入血，提供血糖，而只能進入酵解途徑進一步代謝。只能進入酵解途徑進一步代謝。 肌糖原的分解與合成與肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)乳酸循環(huán)有關。有關。 G-6-P的代謝去路的代謝去路G（補充血糖）（補充血糖）G-6-P F-6-P（進入酵解途徑）（進入酵解途徑）G-1-PGn（合成糖原）（合成糖原）UDPG 6-磷酸葡糖內酯磷酸葡糖內酯（進入磷酸戊糖途徑）（進

32、入磷酸戊糖途徑） 葡糖醛酸葡糖醛酸（進入葡糖醛酸途徑）（進入葡糖醛酸途徑）小小 結結 反應部位：胞漿反應部位：胞漿 (3) 糖原的合成與分解總圖糖原的合成與分解總圖UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶糖原合酶 磷酸葡糖變位酶磷酸葡糖變位酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi 磷酸化酶磷酸化酶 葡糖葡糖-6-磷酸酶（肝）磷酸酶（肝） 糖原糖原n 三、糖原合成與分解受到彼此相反的調節(jié)三、糖原合成與分解受到彼此相反的調節(jié) 關鍵酶關鍵酶 糖原合成：糖原合成：糖原合酶糖原合酶 糖原分解：糖原分解：糖原磷酸化酶

33、糖原磷酸化酶 這兩種關鍵酶的重要特點：這兩種關鍵酶的重要特點：它們的快速調節(jié)有它們的快速調節(jié)有共價修飾共價修飾和和 別構調節(jié)別構調節(jié)二種方式。二種方式。它們都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種它們都以活性、無（低）活性二種形式存在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉變。形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉變。（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的關鍵酶（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的關鍵酶磷酸化酶磷酸化酶b 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1磷酸化酶磷酸化酶a P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磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1依賴依賴cAMP的的蛋白激酶蛋白激酶 依賴依賴c

34、AMP的蛋白激酶（的蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase, 簡稱蛋白激酶簡稱蛋白激酶A），其活性受），其活性受cAMP調節(jié)。調節(jié)。 這種通過一系列酶促反應將激素信號放大的連鎖反這種通過一系列酶促反應將激素信號放大的連鎖反應稱為級聯(lián)放大系統(tǒng)（應稱為級聯(lián)放大系統(tǒng)（cascade system），與酶含量），與酶含量調節(jié)相比（一般以幾小時或天計），反應快，效率調節(jié)相比（一般以幾小時或天計），反應快，效率高。其意義有二：一是放大效應；二是級聯(lián)中各級高。其意義有二：一是放大效應；二是級聯(lián)中各級反應都存在有可以被調節(jié)的方式。反應都存在有可以被調節(jié)的方式。 糖原磷酸化酶還受變

35、構調節(jié)，葡萄糖是其變糖原磷酸化酶還受變構調節(jié)，葡萄糖是其變構調節(jié)劑。構調節(jié)劑。 磷酸化酶二種構像磷酸化酶二種構像緊密型緊密型(T)和和疏松疏松型型(R)，其中，其中T型型的的14位位Ser暴露，便于接受前暴露，便于接受前述的共價修飾調節(jié)。述的共價修飾調節(jié)。磷酸化酶磷酸化酶 a (R) 疏松型疏松型磷酸化酶磷酸化酶 a (T) 緊密型緊密型葡萄糖葡萄糖 （二）糖原合酶是糖原合成的關鍵酶（二）糖原合酶是糖原合成的關鍵酶糖原合酶糖原合酶a 糖原合酶糖原合酶b P磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1依賴依賴cAMP的的蛋白激酶蛋白激酶糖原合酶糖原合酶a a有活性，磷酸化成糖原合酶有活性，磷酸化成糖原合酶b b

36、后即失去活性。后即失去活性。 腺苷環(huán)化酶腺苷環(huán)化酶 （無活性）（無活性）腺苷環(huán)化酶（有活性）腺苷環(huán)化酶（有活性） 激素（胰高血糖素、腎上腺素等）激素（胰高血糖素、腎上腺素等）+ 受體受體 ATP cAMP PKA(無活性無活性) 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P PKA(有活性有活性) 磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P 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 磷蛋白磷酸酶抑制劑磷蛋白磷酸酶抑制劑-P 磷蛋白磷酸酶抑制劑磷蛋白磷酸酶抑制劑 PKA（有活性

37、）（有活性） 糖原合成與分解的生理性調節(jié)主要靠胰島素和胰糖原合成與分解的生理性調節(jié)主要靠胰島素和胰高血糖素。高血糖素。 胰島素抑制糖原分解，促進糖原合成，但其機制胰島素抑制糖原分解，促進糖原合成，但其機制還未肯定。還未肯定。 胰高血糖素可誘導生成胰高血糖素可誘導生成cAMP，促進糖原分解。，促進糖原分解。 腎上腺素也可通過腎上腺素也可通過cAMP促進糖原分解，但可能促進糖原分解，但可能僅在應激狀態(tài)發(fā)揮作用。僅在應激狀態(tài)發(fā)揮作用。 肌肉內糖原代謝的二個關鍵酶的調節(jié)與肝糖原不同肌肉內糖原代謝的二個關鍵酶的調節(jié)與肝糖原不同: : 在在糖原分解代謝時肝主要受糖原分解代謝時肝主要受胰高血糖素胰高血糖素的

38、調的調節(jié)，而肌肉主要受節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素腎上腺素調節(jié)。調節(jié)。 肌肉內糖原合酶及磷酸化酶的變構效應物主肌肉內糖原合酶及磷酸化酶的變構效應物主要為要為AMP、ATP及及6-磷酸葡糖。磷酸葡糖。 糖原合酶糖原合酶磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶bAMPATP及及6-磷酸葡糖磷酸葡糖 Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。的升高可引起肌糖原分解增加。 調節(jié)小結調節(jié)小結 雙向調控雙向調控：對合成酶系與分解酶系分別進行：對合成酶系與分解酶系分別進行調節(jié)，如加強合成則減弱分解，或反之。調節(jié)，如加強合成則減弱分解，或反之。 雙重調節(jié)雙重調節(jié)：別構調節(jié)和共價修飾調節(jié)。：別構調節(jié)和共價修飾調節(jié)。 肝糖原

39、和肌糖原代謝調節(jié)各有特點：肝糖原和肌糖原代謝調節(jié)各有特點： 如：分解肝糖原的激素主要為如：分解肝糖原的激素主要為胰高血糖素胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要為分解肌糖原的激素主要為腎上腺素腎上腺素。 關鍵酶調節(jié)上存在關鍵酶調節(jié)上存在級聯(lián)效應級聯(lián)效應。 關鍵酶都以關鍵酶都以活性、無（低）活性二種形式活性、無（低）活性二種形式存存在，二種形式之間可通過在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化磷酸化和去磷酸化而相互轉變。而相互轉變。第第 六六 節(jié)節(jié)糖糖 異異 生生Gluconeogenesis糖異生糖異生(gluconeogenesis)是指從非糖是指從非糖化合物轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程?；衔镛D變?yōu)?/p>

40、葡萄糖或糖原的過程。* * 部位部位* * 原料原料* * 概念概念 主要在肝、腎細胞的胞漿及線粒體主要在肝、腎細胞的胞漿及線粒體 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸一、糖異生途徑不完全是糖酵解一、糖異生途徑不完全是糖酵解的逆反應的逆反應* * 過程過程 酵解途徑中有酵解途徑中有3個由關鍵酶催化的不個由關鍵酶催化的不可逆反應可逆反應。在糖異生時，須由另外。在糖異生時，須由另外的反應和酶代替。的反應和酶代替。 糖異生途徑與酵解途徑大多數反應糖異生途徑與酵解途徑大多數反應是共有的、可逆的；是共有的、可逆的；GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,

41、3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羥丙酮羥丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸糖異生途徑糖異生途徑(gluconeogenic pathway)指從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應過程。指從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應過程。（一）丙酮酸經丙酮酸羧化支路轉變成磷酸（一）丙酮酸經丙酮酸羧化支路轉變成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP ATP ADP+Pi CO2 GTP GDPCO2 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶(pyruvate car

42、boxylase)，輔酶為生，輔酶為生物素（反應在線粒體）物素（反應在線粒體） 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應在線粒體、胞液）磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應在線粒體、胞液）目目 錄錄草酰乙酸轉運出線粒體草酰乙酸轉運出線粒體 出線粒體出線粒體 蘋果酸蘋果酸 蘋果酸蘋果酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 出線粒體出線粒體 天冬氨酸天冬氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ATP + CO2ADP + Pi 蘋果酸蘋果酸 NADH + H+ NAD+ 天冬氨酸天冬氨酸 谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 天冬

43、氨酸天冬氨酸 蘋果酸蘋果酸 草酰乙酸草酰乙酸 PEP 磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶 GTP GDP + CO2 線線粒粒體體胞胞液液糖異生途徑所需糖異生途徑所需NADH+H+的來源的來源 糖異生途徑中，糖異生途徑中，1,3-二磷酸甘油酸生成二磷酸甘油酸生成3-磷磷酸甘油醛時，需要酸甘油醛時，需要NADH+H+。 由乳酸為原料異生糖時，由乳酸為原料異生糖時， NADH+H+由下述由下述 反應提供。反應提供。乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 LDH NAD+ NADH+H+ 由氨基酸為原料進行糖異生時，由氨基酸為原料進行糖異生時， NADH+H+則由則由線粒體內線粒體內NADH+H+提供，它

44、們來自于脂酸的提供，它們來自于脂酸的-氧化或三羧酸循環(huán)，氧化或三羧酸循環(huán)，NADH+H+轉運則通過草酰轉運則通過草酰乙酸與蘋果酸相互轉變而轉運。乙酸與蘋果酸相互轉變而轉運。蘋果酸蘋果酸 線粒體線粒體 蘋果酸蘋果酸 草酰草酰乙酸乙酸草酰草酰乙酸乙酸NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+ 胞漿胞漿 （二）（二）1,6-1,6-雙磷酸果糖轉變?yōu)殡p磷酸果糖轉變?yōu)?-6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 Pi 果糖雙磷酸酶果糖雙磷酸酶 （三）（三）6-6-磷酸葡糖水解為葡萄糖磷酸葡糖水解為葡萄糖6-磷酸葡糖磷酸葡糖 葡萄糖葡萄糖 Pi 葡糖葡糖-6-磷酸酶磷

45、酸酶 非糖物質進入糖異生的途徑非糖物質進入糖異生的途徑 糖異生的原料轉變成糖代謝的中間產物糖異生的原料轉變成糖代謝的中間產物 生糖氨基酸生糖氨基酸 -酮酸酮酸 -NH2 甘油甘油 -磷酸甘油磷酸甘油 磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 2H 上述糖代謝中間代謝產物進入糖異生途徑，上述糖代謝中間代謝產物進入糖異生途徑，異生為葡萄糖或糖原異生為葡萄糖或糖原 目目 錄錄在前面的三個在前面的三個反應過程中，作用反應過程中，作用物的互變分別由不物的互變分別由不同酶催化其單向反同酶催化其單向反應，這種互變循環(huán)應，這種互變循環(huán)稱之為稱之為底物循環(huán)底物循環(huán)(substrate cycle)。6-

46、磷酸果糖磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 果糖雙磷酸酶果糖雙磷酸酶-1 ADP ATP Pi 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 葡萄糖葡萄糖 葡糖葡糖-6-磷酸酶磷酸酶 己糖激酶己糖激酶 ATP ADP Pi PEP 丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 ADP ATP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶羧激酶GDP+Pi +CO2 因此，有必要通過調節(jié)使因此，有必要通過調節(jié)使糖異生途徑糖異生途徑與與酵酵解途徑解途徑相互協(xié)調，主要是對前述底物循環(huán)中的相互協(xié)調，主要是對前述底物循環(huán)中的

47、后后2 2個底物循環(huán)個底物循環(huán)進行調節(jié)。進行調節(jié)。當兩種酶活性相等時，則不能將代謝向當兩種酶活性相等時，則不能將代謝向前推進，結果僅是前推進，結果僅是ATP分解釋放出能量，因分解釋放出能量，因而稱之為而稱之為無效循環(huán)無效循環(huán)(futile cycle)。6-磷酸果糖磷酸果糖 1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 ATP ADP 6-磷酸果磷酸果糖激酶糖激酶-1 Pi 果糖雙磷果糖雙磷 酸酶酸酶-1 2,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 AMP （一）第一個底物循環(huán)在（一）第一個底物循環(huán)在6-6-磷酸果糖與磷酸果糖與1,6-1,6-雙磷酸雙磷酸果糖之間進行果糖之間進行 二、糖異生的調節(jié)與糖酵解的調節(jié)彼此協(xié)調二、

48、糖異生的調節(jié)與糖酵解的調節(jié)彼此協(xié)調（二）在（二）在磷酸烯醇式丙酮酸與丙酮酸之間磷酸烯醇式丙酮酸與丙酮酸之間進行進行第二個底物循環(huán)第二個底物循環(huán)PEP 丙丙 酮酮 酸酸 ATP ADP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 1,6-雙磷酸果糖雙磷酸果糖 丙氨酸丙氨酸 乙乙 酰酰 CoA 草酰乙酸草酰乙酸 三、糖異生的主要生理意義是維持三、糖異生的主要生理意義是維持血糖濃度的恒定血糖濃度的恒定（一）維持血糖濃度恒定是糖異生最重要的（一）維持血糖濃度恒定是糖異生最重要的生理作用生理作用 空腹或饑餓時依賴氨基酸、甘油等異生成葡萄空腹或饑餓時依賴氨基酸、甘油等異生成葡萄糖，以維持血糖水平恒定。糖，以維持血糖水平恒定。

49、正常成人的腦組織不能利用脂酸，主要依賴氧化葡萄糖正常成人的腦組織不能利用脂酸，主要依賴氧化葡萄糖供給能量；供給能量；紅細胞沒有線粒體，完全通過乳酸酵解獲得能量；紅細胞沒有線粒體，完全通過乳酸酵解獲得能量；骨髓、神經等組織由于代謝活躍，經常進行乳酸酵解。骨髓、神經等組織由于代謝活躍，經常進行乳酸酵解。 （二）糖異生是補充或恢復肝糖原儲備的（二）糖異生是補充或恢復肝糖原儲備的重要途徑重要途徑 三碳途徑三碳途徑： 指進食后，大部分葡萄糖指進食后，大部分葡萄糖先在肝外細胞中分解為乳酸或丙酮酸等三碳先在肝外細胞中分解為乳酸或丙酮酸等三碳化合物，再進入肝細胞異生為糖原的過程?；衔?，再進入肝細胞異生為糖原

50、的過程。糖異生是肝補充或恢復糖原儲備的重要途徑，這糖異生是肝補充或恢復糖原儲備的重要途徑，這在饑餓后進食更為重要。在饑餓后進食更為重要。 發(fā)生這一變化的原因可能是饑餓造成的代謝性酸發(fā)生這一變化的原因可能是饑餓造成的代謝性酸中毒所致。中毒所致。 （三）腎糖異生增強有利于維持酸堿平衡（三）腎糖異生增強有利于維持酸堿平衡 體液體液pH降低，促進腎小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合降低，促進腎小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成，從而使糖異生作用增強。成，從而使糖異生作用增強。 腎臟中腎臟中-酮戊二酸因異生成糖而減少時，可促進谷氨酰胺脫酮戊二酸因異生成糖而減少時，可促進谷氨酰胺脫氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脫氨反應，腎小管細胞將氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脫氨反應，腎小管細胞將NH3分分泌入管腔中，與原尿中泌入管腔中，與原尿中H+結合，降低原尿結合，降低原尿H+的濃度，有利的濃度，有利于排氫保鈉作用的進行，對于防止酸中毒有重要作用。于排氫保鈉作用的進行，對于防止酸中毒有重要作用。 肌