生物化学 第13章 糖原代谢和糖异生作用课件.ppt

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1、第 十 三 章 糖原代谢和糖异生作用,贮存糖原的动用(主要发生在肝脏中)可以为脑和红细胞提供对葡萄糖部分需要。当进食之后葡萄糖很丰富时，葡萄糖便会很快地以糖原的形式贮存起来。然而，肝脏贮存糖原的能力仅能满足脑每日对葡萄糖的一半的需要。在禁食的条件下，机体所需的大部分葡萄糖则通过葡萄糖的异生作用从非糖前体(例如氨基酸)提供。因此，葡萄糖的合成、贮存、动用以及通过糖酵解或磷酸戊糖途径的分解代谢都是受到有效的调节，以满足于机体对能量的短期和长期需要。,第一节 糖原的降解,肌糖原:180-300g 肌肉收缩的应急能源,肝糖原:70-100g 血糖,种类,糖原是一种无还原性的多糖。糖原合成或分解时，其葡

2、萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行。糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组织细胞的胞液中。,糖原(glycogen)是由-D-葡萄糖聚合而成的有分支的大分子物质。糖原以球形的糖原粒的形式出现在肌肉和肝脏细胞内，分别占肌肉和肝脏重量的1%2%和10%左右。糖原粒中也含有催化糖原合成和降解的酶以及一些调节这些反应的蛋白质。糖原分子只有一个还原性末端，而在每个分支上都有一个非还原性末端。糖原的降解与合成都有序地发生在非还原性末端，因此，糖原的高度分支的结构极大地增大糖原降解与合成的作用点，有利于提高糖原降解与合成的速度。,磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P

3、。,糖原磷酸化酶,*,糖原降解反应过程：,(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P,（一）糖原磷酸化酶催化糖原降解。,糖原磷酸化酶催化的糖原降解反应,糖原磷酸解反应的G0 3.1kJmol-l,但由于细胞内的Pi与葡萄糖-1-磷酸 的比值接近100，因而体内实际的G 大约接近6.0kJmol-1。糖原的磷酸解反应在细胞内是一种能量上有利的反应。如果糖原的降解是水解而不是磷酸解，则产物是葡萄糖。在肌肉中，葡萄糖进入糖酵解途径之前需要以消耗ATP为代价的磷酸化反应。因此，糖原的磷酸解反应的意义是显而易见的。,如果当释放贮存葡萄糖的酶缺失时，则不能为糖酵解提供葡萄糖以维持机体对ATP的需要。例如麦卡德

4、尔氏症(AcArdles disease)是由肌肉磷酸化酶缺乏所引起的糖原积累疾病，由于不能为糖酵解提供葡萄糖，因此当运动时会导致痛性肌肉痉挛。,二 糖原磷酸化酶的结构和作用机制 糖原磷酸化酶是由两个相同的亚基构成的二聚体，每个亚基都有一个大的N-端结构域(484个残基)和一个小的C-端结构域。N-端域包含磷酸化部位、别构效应物部位、糖原结合部位(也叫糖原贮存部位)以及二聚体亚基间的相互作用部位，每个亚基的塔式(tower)螺旋以反平行的交互方式相互作用。催化部位位于亚基的中间。,兔肌糖原磷酸化酶的模式图,糖原磷酸化酶不能催化分支点附近的(45糖残基)的-1,4-糖苷键的裂解，也不能催化分支点

5、的-1,6-糖苷键的裂解。,三.糖原脱支酶 糖原脱支酶（glycogen debranching enzyme）（也叫-1,4-糖基转移酶）能从糖原的极限分支点上催化转移-1,4-糖苷键连结的三糖单位到另一个分支的非还原性末端，产生可被糖原磷酸化酶作用的较长的糖链。分支点上以-1,6-糖苷键同主链连结的一个糖残基可被同一脱支酶水解(非磷酸解)，产生葡萄糖和已脱支的糖链。糖原大约10%的糖残基(即在分支点上的残基)因此而转变成葡萄糖而不是葡萄糖-1-磷酸。,脱支：由-1,6-葡萄糖苷酶催化。将-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。,-1,6-葡萄糖苷酶,转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个

6、葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。,(G)n+H2O(G)n-1+G,脱支酶含有分开的转移酶活性和-1,6-糖苷酶两个酶活性部位。两个独立的催化活性在同一个酶中存在无疑会改进脱支反应的效率。,糖原脱支酶作用机制,在肌肉组织中，糖原经糖原磷酸化酶和磷酸葡萄糖变位酶产生的葡萄糖-6-磷酸可以沿着糖酵解途径继续进行代谢，产生肌肉收缩所需要的能量。在肝脏中，生成的葡萄糖-6-磷酸除可以进入糖酵解和磷酸戊糖途径外，另一个重要的去向是在肝脏葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化下生成葡萄糖：葡萄糖-6-磷酸 H2O

7、 葡萄糖 Pi 生成的葡萄糖离开肝脏，经循环着的血液运送到其他组织，肌肉和其他组织不含葡萄糖-6-磷酸酶,因而能保有葡萄糖-6-磷酸。,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸酶,G-1-P G-6-P,脱磷酸：,由葡萄糖-6-磷酸酶催化，生成自由葡萄糖，该酶只存在于肝及肾中。,G-6-P+H2O G+Pi,生成的葡萄糖6磷酸进入糖酵解比葡萄糖进入糖酵解节省能量,四 磷酸葡萄糖变位酶,磷酸葡萄糖变位酶作用机制,磷酸葡萄糖变位酶的作用机制,第二节 糖 原 的 合 成 在生理条件下，糖原的磷酸解是一个高度放能的反应，而其逆反应如果没有自由能的输入则在热力学上是不利的。一UDP-葡萄糖是糖基转移的活泼形式

8、 肝脏和骨骼肌是糖原合成的主要部位。葡萄糖进入肝脏或肌肉组织后，首先经己糖激酶或葡萄糖激酶催化，转变成葡萄糖-6-磷酸。但葡萄糖-6-磷酸不能直接用作糖原合成的糖基供体。在磷酸葡萄糖异构酶催化的反应中，葡萄糖-6-磷酸转变成葡萄糖-1-磷酸。,1957年，阿根廷的生物化学家L.Leloir发现,葡萄糖-1-磷酸在尿苷二磷酸焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosohorylase)的催化下与尿苷三磷酸(UTP)结合形成的尿苷二磷酸-葡萄糖(UDP-葡萄糖或UDP-G)是糖原合成时的糖基体的供体形式：葡萄糖-1-磷酸 UTP UDP-葡萄糖 PPi Go 0 PPi H2O 2Pi

9、Go-29.7kJmol-1 总反应：葡萄糖-1-磷酸 UTP H2O UDP-葡萄糖 2Pi Go-29.7kJmol-1,总反应自由能变化表明，反应有利于UDP-葡萄糖的生成。在许多生物合成反应中，由于核苷三磷酸裂解，产生了无机焦磷酸(PPi),后者被焦磷酸酶水解，释放出的大量的自由能推动本是可逆的反应变成不可逆，而有利于合成反应。这在生物化学上是一个具普遍性的原理。UDP-葡萄糖等这类糖核苷酸(sugar nucleotides)是双糖、糖原、淀粉、纤维素和更复杂的细胞内多糖合成时的糖基的直接供体形式。,在生物合成反应中，虽然这类糖核苷酸不涉及到核苷酸本身基团的转移，但提供许多与酶非共价

10、相互作用的基团。这些相互作用可以为酶的催化反应提供能量(结合能)；而且象磷酸基那样，核苷酸基是一种非常好的离去基团，激活核苷酸基连结的糖碳，以利于促进亲核攻击。,二 糖原合酶催化糖原合成 UDP-葡萄糖的生成具备了将糖基转移用于糖原合成的条件。在糖原合酶(glycogen synthase)的催化下，UDP-葡萄糖的糖基被转移到分子较小的糖原(作为引物)的非还原性末端C-4OH上，形成-1,4-糖苷键：UDP-葡萄糖 糖原(n个葡萄糖残基)UDP 糖原(n 1个葡萄糖基),该反应的Go是13.4kJmol-1，这表明UDP-葡萄糖的形成和糖原合成的总反应：葡萄糖-1-磷酸 UTP 糖原(n个葡

11、萄糖残基)糖原(n 1个葡萄糖基)UDP Pi 在能量上是一个非常有利的过程。这一有利过程的产生是以消耗UTP为代价，而UTP的消耗在能量上相当于ATP的消耗。,二 糖原合成酶催化糖原合成 UDP-葡萄糖的生成具备了将糖基转移用于糖原合成的条件。在糖原合酶(glycogen synthase)的催化下，UDP-葡萄糖的糖基被转移到分子较小的糖原(作为引物)的非还原性末端C-4OH上，形成-1,4-糖苷键：UDP-葡萄糖 糖原(n个葡萄糖残基)UDP 糖原(n 1个葡萄糖基),糖原的合成需要引物，那么新的糖原分子的合成是如何起始呢？有一种叫做糖原蛋白(glycogenin)的较小的蛋白质(分子量

12、为37kD)可以作为一种引物与第一个葡萄糖基连接。在酪氨酸葡萄糖基转移酶(tyrosine glucosyltransferase)催化下，把一个葡萄糖基结合到糖原蛋白194位Tyr残基的OH上。然后，在UDP-葡萄糖继续提供糖基的条件下，糖原蛋白自身催化再连续添加7个糖基，使糖链延伸，形成糖原引物。,糖原合酶只能从这一个点上开始糖原的合成(延长)。糖原粒分析提示，每个糖原粒仅与一分子的糖原蛋白和一分子的糖原合成酶结合在一起。,三.糖原分支的产生 糖原合酶只能催化-1,4-糖苷键的生成，形成线性的糖链。产生分支、形成糖原则需要另外一种叫做淀粉-(1,41,6)-转葡萄糖基酶(amylo-(1,

13、41,6)-transglycosylase)即分支酶(branching enzyme)。这个酶催化从糖链的非还原性末端转移7个残基至同一糖链或另一糖链的糖残基的C-6位上，形成一个-1,6-糖苷键。,第三节 糖 原 代 谢 的 调 节 葡萄糖是脑的主要代谢燃料，循环着的血液中的葡萄糖必须维持在大约5mmolL-1的浓度。糖原降解产生的葡萄糖也是肌肉收缩的主要能量来源。糖原代谢的控制受糖原磷酸化酶和糖原合酶的交互调节。糖原磷酸化酶的激活与糖原合酶的抑制是紧密相连的，反之亦然。糖原代谢的调节涉及代谢途径调节酶的别构控制和共价修饰控制。,一.糖原磷酸化酶和糖原合酶的别构调节 糖原磷酸化酶可被AM

14、P别构激活，而ATP和葡萄糖-6-磷酸则能抑制该酶的活性。糖原合酶的活性则可被ATP和葡萄糖-6-磷酸促进。这两种酶的活性以及糖原代谢的方向取决于肌肉或者肝脏细胞的能量状况。,当ATP和葡萄糖-6-磷酸很丰富时，糖原的合成被激活，而糖原的降解则被抑制。当细胞能量水平降低时(即高AMP和低ATP以及低葡萄糖-6-磷酸)，糖原的合成停止，糖原的分解代谢受到刺激。,糖原磷酸化酶以两种构象状态存在：有活性的R态 无活性的T态 AMP能启动 T态 R态 ATP、葡萄糖-6-磷酸的作用相反 启动 T态 R态,二.糖原磷酸化和糖原合酶的共价修饰调节 糖原磷酸化酶存在两种形式，即低活性的磷酸化酶b和有活性的磷

15、酸化酶a。1959年，E.Krebs和E.Fischer证实这种转换涉及到磷酸化的共价修饰机制。,糖原磷酸化酶的共价修饰部位是每个亚基第14位Ser残基。在Ser14被磷酸化酶激酶(一种转换酶)催化而磷酸化时，糖原磷酸化酶由低活性的b形式转变成有活性的a形式。糖原磷酸化酶的活性变化是由于Ser14残基的磷酸化引起该酶的三级和四级结构发生了变化。这种构象变化与AMP的结合所引起的别构变化很相似，因而使该酶的T R平衡向有利于R态方向移动。,糖原磷酸化酶磷酸化糖原磷酸化酶脱磷酸化 a型 b 型 R 态 T 态 高活性 无活性,糖原合酶 人的肌肉糖原合酶是一种同源四聚体蛋白，每个亚基由737个氨基酸

16、残基组成。象糖原磷酸化酶一样，也存在两种酶促转换形式，即去磷酸化的、有活性的b形式(或形式)和磷酸化的、低活性的a形式(或D形式)。这种转换刚好与糖原磷酸化酶相反。糖原合成酶活性的共价修饰转换所涉及到的转换酶与糖原磷酸化酶相同。,胰高血糖素和肾上腺素：提高血糖。通过激活环化酶催化ATP生成cAMP，激活蛋白激酶，蛋白激酶激活磷酸化酶激酶，磷酸化酶激酶使糖原磷酸化酶磷酸化，成为有活性态，降解糖原生成葡萄糖。,激素对糖代谢的调节：,胰岛素：降低血糖。通过激活另一类型的蛋白激酶，导致磷蛋白磷酸酶结合的G亚基上的部位磷酸化，结果是磷蛋白磷酸酶活化，该酶的作用是将带有磷酸基团的酶分子去磷酸化。糖原合成酶

17、去磷酸化后成为有活性的酶，促进糖原合成。葡萄糖合成糖原，血液中的葡萄糖减少,糖原磷酸化酶b向糖原磷酸化酶a的转化由磷酸化酶激酶催化的。,第四节 葡萄糖的异生作用 糖异生(gluconeogenesis)：由非糖物质酶促转变成葡萄糖的过程称之为葡萄糖的异生作用。一.葡萄糖异生作用的前体 丙酮酸或乳酸都含有葡萄糖尚未利用的大量的能量。丙酮酸和乳酸是动物体内的糖异生作用的前体。,丙酮酸必须转变成草酰乙酸才能进入到糖异生作用的反应顺序中，而草酰乙酸是柠檬酸循环的中间物。因此，柠檬酸循环的所有中间物都是糖异生作用的前体。绝大多数氨基酸的碳骨架都可以转变成丙酮酸或者柠檬酸循环的中间物，因而它们也是重要的生

18、糖前体。,二.动物的肝脏和肾是糖异生作用的主要场所 糖异生作用的主要部位是肝脏和肾，这两个器官分别占糖异生作用活性的90%和10%，在肝脏和肾中产生的葡萄糖会释放到血液中，可以被脑、心脏、肌肉以及红细胞吸收，以满足这些组织细胞的代谢需要。这些组织产生的丙酮酸和乳酸亦可返回到肝脏和肾中，用作糖异生作用的底物。,三.葡萄糖异生作用的途径 糖异生作用的大多数反应是糖酵解的逆反应。但是，糖酵解途径中的己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应释放出大量的自由能，其逆反应是不可能发生的。因此，在糖异生作用中，必须克服这种能量上的不利反应。实际上，在糖异生作用中，利用了不同的反应顺序或酶，把能量上的不利

19、反应变成了能量上的有利的反应。,（一）丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 在丙酮酸激酶催化下，由丙酮酸直接转变成磷酸烯醇式丙酮酸是一个需能的过程，因此，这一转变过程在糖异生中是通过一个独特的迂回路线实现的。,1 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)催化ATP推动的丙酮酸羧化成草酰乙酸的反应：丙酮酸 HCO3 ATP 草酰乙酸 ADP Pi H,2 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase,PEPCK)利用GTP作为磷酸基的供体，将草酰乙酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)：草酰乙酸 GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 GDP CO2,丙酮酸转

20、变为磷酸烯醇式丙酮酸的过程涉及到两种酶：,丙酮酸激酶,糖异生和糖酵解途径的比较,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）,丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是一种分子量约为74kD的单体酶，该酶催化GTP推动的脱羧和磷酸化反应，从而生成磷酸烯醇式丙酮酸。草酰乙酸被视为丙酮酸的一种活泼形式，CO2和生物素促进依赖于ATP的活化反应。由丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸的总反应是：丙酮酸 ATP GTP H2O 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP GDP Pi G0 0.8 kJmol-1,这一迂回反应途径在热力学上是可行的，因为它的G0只有0.8 kJmol-1，与丙酮酸激

21、酶催化的逆反应G031 kJmol-1相比，所输入的自由能要少得多。ATP和GTP降解产生的能量输入到了磷酸烯醇式丙酮酸分子中(需要输入61 kJmol-1)。,（二）葡萄糖异生作用的代谢物跨膜转运 丙酮酸羧化酶只在线粒体基质中发现，而磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在肝脏细胞内的定位随生物种类的不同而不同。例如在兔子中，该酶存在于线粒体；在大鼠中，该酶存在于胞液中；而在人体以及许多其他哺乳动物中，该酶在这两个细胞分隔间中差不多等量存在。,草酰乙酸从线粒体进入胞液有三种选择的路线。路线的选择取决于磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的定位和糖异生作用起始物(丙酮酸或乳酸)的性质。1 草酰乙酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸，跨

22、过线粒体内膜。2 草酰乙酸转变为天冬氨酸，跨过线粒体内膜。3 草酰乙酸转变为苹果酸，跨过线粒体内膜。,（三）葡萄糖异生作用需要果糖-1,6-二磷酸酶和葡萄糖-6-磷酸酶 在糖异生作用中，由磷酸烯醇式丙酮酸转变成果糖-1,6-二磷酸的反应是由糖酵解中的相关酶逆向催化的。但是，磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的糖酵解反应在糖异生反应方向上是吸能的，因而必须借助于不同酶的催化才能克服这种能量上不利的反应。,在糖异生作用中，果糖-1,6-二磷酸转变成果糖-6-磷酸是由果糖-1,6-二磷酸酶催化的：果糖-1,6-二磷酸 H2O 果糖-6-磷酸 Pi G0-16.3 kJ/mol 该水解反应的放能性质，使得反应

23、容易进行。反应中生成的果糖-6-磷酸经磷酸葡萄糖异构酶的作用转变成葡萄糖-6-磷酸。,由于己糖激酶催化反应的不可逆性，因此，在糖异生作用中，葡萄糖-6-磷酸转变成葡萄糖是由葡萄糖-6-磷酸酶催化的：葡萄糖-6-磷酸 H2O 葡萄糖 Pi G0-13.8 kJ/mol 葡萄糖-6-磷酸酶存在于肝和肾细胞的内质网膜上，但是，肌肉和脑缺乏这种酶。因此，肌肉和脑是不能进行糖异生作用的。,四.糖异生作用的能量消耗 综观由丙酮酸转变成葡萄糖的全过程，可以看出，总共要消耗6个高能磷酸基，并用去两分子的NADH：2丙酮酸 4ATP 2GTP 2NADH 2H 4H2O 葡萄糖 2NAD 4ADP 2GDP 6

24、Pi G0-37.7 kJmol-1,但是，葡萄糖经糖酵解反应转变成丙酮酸只净产生2分子的ATP，因此，由丙酮酸经糖异生作用合成葡萄糖是一种代价很高的过程。这种高昂的代价是将能量上不利的过程即糖酵解的逆反应(G083.6 kJmol-1)转变成能量上有利的过程即糖异生反应(G0-37.7 kJmol-1）所必需的。这种高昂的代价对于维持血糖的基本平衡以及为脑和肌肉活动提供必需的燃料分子是一条重要的途径。也为这两个相反代谢途径的独立调节提供了必要的保证。,五.Cori循环 肝脏为肌肉输出葡萄糖，而肌肉收缩产生乳酸，乳酸又可在肝脏中转变成新的葡萄糖。这一过程称之为Cori（可立氏）循环。当肌肉激烈

25、运动时，由于氧供应不足，糖酵解产生的NADH不能经细胞有氧呼吸使其转变成NAD。因此，大量产生的NADH在乳酸脱氢酶的催化下，使丙酮酸还原成乳酸。NAD的生成可以促进糖酵解的继续进行。乳酸可以从肌肉转运到肝脏。在肝脏型乳酸脱氢酶同工酶的催化下，使丙酮酸重新生成。,丙酮酸即可在肝脏中经糖异生作用转变成葡萄糖。肝脏具有高比值的NAD/NADH(约700)，很容易产生超过它自身所利用的葡萄糖。激烈运动的肌肉进入无氧状态，并显示出低比值的NAD/NADH，这有利于将丙酮酸还原为乳酸。,第五节 糖 异 生 的 调 节 糖异生和糖酵解是两个相反的代谢途径，在体内是不会同时发生的。这两个相反的途径通过交互调

26、节的方式满足生物的需要。比较糖异生和糖酵解的反应顺序，可以看出存在三个底物循环，1 葡萄糖和葡萄糖-6-磷酸;2 果糖-6-磷酸和果糖-1,6-二磷酸;3 磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸的相互转变。这三个底物循环部位构成了糖酵解和糖异生反应代谢流向的重要控制点。,一.乙酰CoA是糖异生作用的重要促进剂 丙酮酸羧化酶是糖异生反应顺序的第一个控制酶。该酶是由4个相同的亚基构成的一种寡聚体蛋白，每个亚基(约120kD)共价结合一个生物素(biotin)。草酰乙酸是糖异生作用和柠檬酸循环的中间物。当柠檬酸循环的底物乙酰CoA积累时，它别构激活丙酮酸羧化酶，从而增高草酰乙酸的浓度。当柠檬酸循环的活性降低时，草

27、酰乙酸便进入到糖异生作用的途径中。,乙酰CoA,丙酮酸羧化酶,激活,丙酮酸,草酰乙酸,柠檬酸循环活性降低,葡萄糖,糖异生,乙酰CoA是丙酮酸羧化酶的重要的激活剂，也是丙酮酸激酶和丙酮酸脱氢酶的重要抑制剂。,丙酮酸激酶,丙酮酸脱氢酶,抑制,当细胞能量需要被满足时，氧化磷酸化速度降低，NADH积累，造成对柠檬酸循环的抑制，致使乙酰CoA积累。乙酰CoA浓度的升高,抑制丙酮酸激酶和丙酮酸脱氢酶的活性，抑制糖酵解的活性和丙酮酸的继续产生，减少乙酰CoA由丙酮酸的产生，同时刺激丙酮酸羧化酶的活性。这就允许过量的丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸，有利于糖异生作用。,当乙酰CoA水平降低时，丙酮酸激酶和丙酮酸脱

28、氢酶的活性升高，由糖酵解产生的、进入柠檬酸循环的代谢物流量随之增高，提供细胞所需的能量。由此可见,丙酮酸的细胞内去向强烈地取决于乙酰CoA水平。,二.AMP和柠檬酸是糖异生作用的重要效应物 果糖-1,6-二磷酸酶受到AMP的抑制，但却可被柠檬酸激活。这两种效应物施加给糖酵解的影响刚好与它们对糖异生作用造成的效应相反。当细胞需要能量时，其信号是AMP水平的升高，AMP激活磷酸果糖激酶，同时抑制果糖-1,6-二磷酸酶的活性。其结果是糖酵解被促进，糖异生作用被抑制。,当细胞的柠檬酸浓度升高时，意味着细胞含有丰富的能量(ATP)，表明细胞用于柠檬酸循环的前体物丰富，丙酮酸可用于糖的合成。因此，柠檬酸水

29、平的升高就对磷酸果糖激酶造成抑制，降低糖酵解的活性。同时激活果糖-1,6-二磷酸酶而有利于糖异生作用。,三.果糖-2,6-二磷酸对糖异生作用的调节 果糖-1,6-二磷酸酶和磷酸果糖激酶的活性也受到另外一种重要的效应物果糖-2,6-二磷酸的调节。细胞内的果糖-2,6-二磷酸的浓度取决于它合成和降解之间的平衡。磷酸果糖激酶-2(PFK-2)催化果糖-6-磷酸转变成果糖-2,6-二磷酸。果糖-2,6-二磷酸酶(FBPase-2)催化果糖-2,6-二磷酸水解生成果糖-6-磷酸。因此，这两种酶的相对活性决定了细胞内果糖-2,6-二磷酸的水平。,磷酸果糖激酶-2和果糖-2,6-二磷酸酶是位于同一酶蛋白的两

30、种不同的活性，即该酶是一种双功能酶。这个酶本身受到效应物的别构调节以及共价修饰调节。果糖-6-磷酸可以别构激活磷酸果糖激酶-2的活性，同时抑制果糖-2,6-二磷酸酶的活性。当这个双功能酶被磷酸化时，抑制磷酸果糖激酶-2的活性，同时也使果糖-2,6-二磷酸酶激活。当去磷酸化时，两种酶活性则发生相反的变化。蛋白质的磷酸化和去磷酸化受到依赖于cAMP的蛋白激酶和磷蛋白磷酸酶的控制，因此，糖异生作用和糖酵解作用之间的平衡是在激素的控制下。,四.葡萄糖-6-磷酸酶的控制 与己糖激酶不同，葡萄糖-6-磷酸酶的活性仅受可利用的底物的浓度控制，而不象己糖激酶那样受到别构调节。五.底物循环提供了代谢控制的机制

31、如果磷酸果糖激酶和果糖-1,6-二磷酸酶同时起作用，那么就构成了底物循环。,在底物循环中，果糖-1,6-二磷酸和果糖-6-磷酸相互转变，只有ATP的净消耗：果糖-6-磷酸 ATP 果糖-1,6-二磷酸 ADP 果糖-1,6-二磷酸 H2O 果糖-6-磷酸 Pi净反应：ATP H2O ADP Pi 由于这样一种底物循环的运转并没有使细胞受益，所以这种循环曾经称为“无效循环”(futile cycle)。后来认为底物循环为控制代谢物的浓度提供了一种重要的手段。,例如，果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶和果糖-1,6-二磷酸酶的两种相反的作用或是允许磷酸果糖激酶,或是允许果糖-1,6-二磷酸酶(但不

32、是两者同时)在任何时间上运转，并阻止无效循环。如果处在禁食状态，磷酸果糖激酶(因而糖酵解)是无活性的，因为果糖-2,6-二磷酸的浓度很低。在肝脏中，糖异生作用运行，为其他组织(特别是脑)提供葡萄糖。但在进食时(特别是富含糖类食物时)，30%以上的由磷酸果糖激酶催化形成的果糖-1,6-二磷酸被再循环生成果糖-6-磷酸，继而转变成葡萄糖，以糖原的形式贮存起来。底物循环仅在果糖-1,6-二磷酸处在相当高的水平才出现，即底物循环阻止果糖-1,6-二磷酸过高的积累。,结束了,结束了,习题：1 糖原的结构特点是什么？糖原磷酸化酶磷酸解糖原的什么键？糖原磷酸解的产物是什么？2 肌肉糖原磷酸化酶先天性缺乏病人由于肌肉痉挛不能强烈运动，稍作运动肌肉细胞内ADP和Pi浓度增加，在这些病人肌肉细胞内乳酸不会积累请说明原因。3 糖原合成的糖基供体是什么？它是如何形成的？4 糖原合成主要需要哪两种酶？5 简要说明糖原磷酸化酶和糖原合成酶的别构调节和共价调节。,6 简要说明胰高血糖素和胰岛素的生理作用。7 什么是糖异生？糖异生发生在细胞内的什么部位？8 糖异生的关键酶有哪几种？分别催化什么反应？调节糖异生的主要效应物有哪些？9 长期饥饿或激烈运动葡萄糖异生作用的主要前体是什么？10 柠檬酸循环过程中哪些产物是糖异生或者说是由丙酮酸合成葡萄糖所需要的物质？,