《糖异生及糖原合成》PPT课件.ppt

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1、糖类的生物合成,1、糖异生：葡萄糖的生成2、肝糖、淀粉、蔗糖的生物合成3、植物中对二氧化碳的固定4、植物中碳水化合物代谢的调节,1、糖异生：碳水化合物通过糖异生途径经由简单的前体合成,1、一些三碳原子的化合物，譬如：乳酸、甘油酸、甘油、3磷酸甘油酸，作为糖类（葡萄糖）合成的前体糖异生。2、在不同的生物有机体内糖异生的途径在本质上是相同的。3、糖异生的中心环节就是从丙酮酸向葡萄糖的转化。,2、糖异生在对糖酵解的反向途径中有7个反应是相同的，3个反应是不同的,在糖酵解中有三步不可逆反应，他们是通过所谓的附加反应（bypass）获得通过的。糖酵解途径中的三个不可逆反应分别是由己糖激酶（肝脏中为葡萄糖

2、激酶）、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的。所以，丙酮酸被转化为葡萄糖时，将有三个非糖酵解步骤发生。,（1）丙酮酸被转化为磷酸烯醇式丙酮酸,糖异生作用必须在高能状态下进行。丙酮酸首先进入线粒体，在丙酮酸羧化酶的催化下转化为草酰乙酸：丙酮酸+HCO3-+ATP草酰乙酸+ADP然后，草酰乙酸在线粒体中被转化为苹果酸：草酰乙酸+NADH+H+苹果酸+NAD+,也即：草酰乙酸首先在线粒体中被转化为苹果酸，然后后续的反应是在细胞液中进行的：苹果酸再被转化为草酰乙酸，草酰乙酸经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的作用重新被转化为磷酸烯醇式丙酮酸。苹果酸+NAD+草酰乙酸+NADH+H+并不存在直接的方法。苹果酸借助于二羧

3、酸载体被转运到细胞液中。此载体只对苹果酸、琥珀酸和延胡索酸有特异性。,草酰乙酸向磷酸烯醇式丙酮酸的转化是一个不可逆反应，该酶只有在ATP浓度较高时才起作用：草酰乙酸+GTP磷酸烯醇式丙酮酸+CO2+GDP上述四步反应将丙酮酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸，并绕过了糖酵解途径中由丙酮酸激酶所催化的不可逆反应（第10步）。,1，6二磷酸果糖向6磷酸果糖的转化是第二个迂回过程,该反应被果糖1，6二磷酸酶所催化AMP和柠檬酸分别对该酶和磷酸果糖激酶的作用。（3磷酸甘油酸）,最后一个步骤是从6磷酸葡萄糖向葡萄糖的转化,在6磷酸葡萄糖异构酶的催化作用下，6磷酸果糖被转化为6磷酸葡萄糖。葡萄糖激酶（仅存在于肝脏）和

4、己糖激酶能催化葡萄糖生成6磷酸葡萄糖，但是不能催化此反应的逆反应。然而在肝脏、肾脏的光面内质网上存在着一种特殊的酶葡萄糖6磷酸酶，该酶可以催化6磷酸葡萄糖水解为葡萄糖。,随后。生成的葡萄糖进入血液中。该酶并不存在于肌肉细胞或脑细胞中，因而这两个组织也不具备糖异生的功能。6磷酸葡萄糖的另一代谢途径是在肝脏和肌肉中以糖原的形式存储起来。,糖异生所消耗的能量比糖酵解产生的能量要多,从两分子的丙酮酸形成一分子的葡萄糖共消耗6个高等磷酸键。从丙酮酸到草酰乙酸消耗一个ATP，从草酰乙酸到磷酸烯醇式丙酮酸消耗一个GTP，从3磷酸甘油酸到1，3二磷酸甘油酸消耗一个ATP。尽管整个反应消耗能量，但是可以使反应容

5、易进行。而通过糖酵解途径，一分子葡萄糖转化为两分子的丙酮酸，则产生2分子的ATP。,糖异生途径的前体,凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。但是丙酮酸脱氢酶是不可逆的乙酰辅酶A不能作为糖异生的前体。大多数氨基酸都是生糖氨基酸。一般认为在哺乳动物体内，脂肪酸不是糖异生的前体。,糖异生和酵解的代谢协调控制,糖酵解和糖异生的控制点是6磷酸果糖与1，6二磷酸果糖的转化。糖异生的关键调控酶是1，6二磷酸酶，而酵解的关键调控酶是1，6二磷酸果糖激酶。ATP刺激后者抑制前者，柠檬酸的作用正相反。2，6二磷酸果糖是强效应物，当葡萄糖丰富时，激素调节2，6二磷酸果糖增加，从而刺激磷酸果糖激酶和强烈抑制果糖二磷

6、酸酶的活性，从而加速酵解，减弱糖的异生。饥饿时，1，6二磷酸果糖和2，6二磷酸果糖减少，从而降低酵解速度，增加糖异生速度，使非糖物质转化为糖。因此，2，6二磷酸果糖对决定葡萄糖分解或合成起着重要的作用。,丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸的转化在糖异生中是由丙酮酸羧化酶调节，在酵解中是被丙酮酸激酶调节。乙酰辅酶A刺激丙酮酸羧化酶活性，却抑制丙酮酸脱氢酶的活性。因此，只要线粒体中乙酰辅酶A超过细胞燃料要求时，可促进葡萄糖的合成。丙酮酸是糖异生的前体，但是对丙酮酸激酶有抑制作用，是此酶的负效应物。ATP抑制丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶，NADH也有类似作用。而GTP却促进磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶，促进糖异生。A

7、DP刺激酵解作用，抑制丙酮酸羧化酶。当细胞中含有大量燃料分子及丰富ATP时，糖异生途径的酶激活，酵解途径的酶受抑制。,糖原合成,体内合成糖原时，己糖首先转化为核苷糖。一度认为，糖原的合成只是糖原磷酸化分解的简单的逆反应。1949年Leloir 指出糖原合成不是降解的途径逆转，随即他又在1959年发现糖原合成中糖基的供体不是G1P而是UDP。在碳水化合物的转化或者聚合效应中，己糖通常是首先形成核苷糖的形式。核苷己糖一般是通过1磷酸己糖与NTP缩合形成的。,A sugar nucleotide is formed through acondensation reaction between a N

8、TPand a sugar phosphate.,合成糖原的糖基是UDP葡萄糖,6磷酸葡萄糖（磷酸化或糖异生）首先转化为1磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖变位酶），1磷酸葡萄糖再与UTP缩合而成UDP葡萄糖，该反应是由UDP葡萄糖焦磷酸化酶所催化的。UDP葡萄糖中的糖残基在糖原合成酶的催化下加在糖原引物的非还原性末端的葡萄糖残基的第四碳的羟基上，形成a-1,4 糖苷键,分枝酶催化合成具有1，6糖苷键的有分枝的糖原。分枝酶从至少有11个残基的糖链非还原性末端将7个葡萄糖残基转移到较内部的位置上去，形成具有1，6糖苷键的分枝链，新形成的分枝必须与原有的糖链有4个糖残基的距离。,Glycogenin init

9、iates glycogen synthesisand stays inside the glycogen particle,糖原代谢的调节,糖原分解及合成的主要酶是磷酸化酶及糖原合成酶，它们的活性是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰调节及变构效应的调节。两种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。促使它们磷酸化的酶是磷酸化酶激酶，而使它们水解去磷酸化的酶是蛋白磷酸酶。,Glycogen synthaseand phosphorylaseare reciprocallyregulated by hormones viaphosphorylation-dephosphorylation,激素协调糖

10、原分解与合成代谢,激素是通过调节糖原磷酸化酶及糖原合成酶活性与非活性的比例来起作用的。胰岛素使糖原合成增加。肾上腺素、高血糖素、肾上腺皮质激素则刺激肝和肌糖原分解，方式是通过升高糖原磷酸化酶a/磷酸化酶b的比值及降低糖原合成酶a/糖原合成酶b的比值来完成的。,叶绿体基质中合成淀粉的方式与动物合成糖原的方式相似,淀粉合成中的前体是ADP葡萄糖（但是在最初阶段依然是UDP葡萄糖）。淀粉合成酶也是将糖残基转移到淀粉链的非还原性末端上。支链淀粉的分枝机制同糖原的是一样的。ADP葡萄糖焦磷酸化酶催化ADP葡萄糖的形成，但是这个酶的速度是有限制的。在细菌中，使用ADP葡萄糖来合成细菌糖原。,在植物的细胞液

11、中，蔗糖是通过UDP葡萄糖与6磷酸果糖合成而来的,6磷酸蔗糖合成酶催化6磷酸蔗糖的合成。6磷酸蔗糖磷酸化酶催化磷酸根的从蔗糖上移去。蔗糖是没有半缩醛羟基的（因而不具备还原性），合成的蔗糖再重新被转运到其它的部位去。,Sucrose is synthesizedfrom UDP-Glcand Fru 6-P,Summary,在绝大部分有机体内，D葡萄糖是常用的能量来源或合成其它物质的前体。葡萄糖首先是通过10步反应的糖酵解转化为两个三碳原子的丙酮酸，在糖酵解中，没有直接消耗O2，并因底物水平的磷酸化而净产生了两个分子的ATP。在厌氧条件下通过发酵氧化葡萄糖只能放出很少的能量。,参与糖酵解作用的酶

12、可能会组成多种多酶体系，在这些多酶体系中，底物从一种酶流向另一种酶。在糖原磷酸化酶的催化下，糖原发生磷酸解作用，糖单位以1磷酸葡萄糖的形式从糖原上解离下来。其它的单糖也是通过转化为糖酵解中的中间体而进入更进一步的氧化分解。通过磷酸己糖支路，6磷酸葡萄糖可以形成5磷酸核糖及NADPH。,丙酮酸通过丙酮酸脱氢酶复合体的作用而转化为乙酰辅酶A。通过8步的三羧酸循环反应，乙酰辅酶A被转化为两个CO2，同时产生3个NADH、一个FADH2,以及一个ATP（通过底物水平磷酸化）。三羧酸循环的中间物可以用来合成多种生物分子，比如：脂肪酸、类固醇、氨基酸、嘧啶、葡萄糖等。丙酮酸可经丙酮酸羧化酶的作用产生草酰乙

13、酸。,糖酵解有三个调速步骤，分别是由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶所催化。三羧酸循环中则有四个主要的调节酶，分别是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、a酮戊二酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶。通过乙醛酸循环，在植物发芽的种子、一些无脊椎动物以及一些细菌当中，脂肪酸的碳原子可以完全转化为葡萄糖。乙醛酸循环绕过了柠檬酸循环中的两个脱羧步骤，将两个乙酰辅酶A转化为了一个琥珀酸。,糖异生是将三碳原子的化合物（主要是丙酮酸）转化为葡萄糖的过程。糖异生与糖酵解的途径基本相似，但是绕过了糖酵解中的三个不可逆反应（通过其它的酶）。糖异生所消耗的能量要比糖酵解所释放的能量要多。哺乳动物（大多数的脊椎动物）中，大多数氨基酸可以产生糖异生的前体，但是一般不这样认为脂肪酸。糖异生与糖酵解受某些共同物质的相反调节。,在生物合成中，一般所使用的都是核苷糖：糖原合成中是UDP葡萄糖，而淀粉合成中则使用的是ADP葡萄糖。糖原的合成并不是其分解代谢的逆发应。糖原的合成与分解受到激素的调节。柠檬酸循环中还需注意：原手征性、柠檬酸循环的两性,