糖原的分解合成代谢资料

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1、糖原的合成与分解Glycogenesis and Glycogenolysis,糖 原 (glycogen)是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。,糖原的定义：,糖原储存的主要器官及其生理意义：,1. 葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。 2. 约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加。 3. 每条链都终止于一个非还原端.非还原端增多，以利于其被酶分解。,糖原的结构特点及其意义：,一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行,合成部位：,糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖合成糖原的过程。,组织定位：主要在肝脏、肌肉

2、细胞定位：胞浆,1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,糖原合成途径：,2.葡萄糖-6-磷酸转变成葡萄糖-1-磷酸,UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充作葡萄糖供体。,3.葡萄糖-1-磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖,4.-1,4-糖苷键式结合,糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。,.糖原分枝的形成,近来人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡萄糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即

3、成为糖原合成时的引物。,糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？,二、肝糖原分解产物葡萄糖可补充血糖,亚细胞定位：胞浆,肝糖元的分解过程：,1.糖原的磷酸解,糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。,2.脱枝酶的作用,转移葡萄糖残基 水解-1,6-糖苷键,脱枝酶,(debranching enzyme),磷酸化酶,转移酶活性,-1,6糖苷酶活性,在几个酶的共同作用下，最终产物中约85%为1-磷酸葡萄糖，15%为游离葡萄糖。,3.葡萄糖-1-磷酸转变成葡萄糖-6-磷酸,4.葡萄糖-6-磷酸 水解生成葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、肾中，而不存

4、在于肌中。所以只有肝和肾可补充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。,肌糖原的分解,肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。 肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。,G-6-P的代谢去路：,G（补充血糖）,G-6-P,F-6-P （进入酵解途径）,G-1-P,Gn（合成糖原）,UDPG,6-磷酸葡萄糖内酯 （进入磷酸戊糖途径）,葡萄糖醛酸 （进入葡萄糖醛酸途径）,小 结,反应部位：胞浆,糖原的合成与分解总图,糖原的合成

5、与分解是分别通过两条不同途径进行的。这种合成与分解循两条不同途径进行的现象，是生物体内的普遍规律。这样才能进行精细的调节。 当糖原合成途径活跃时，分解途径则被抑制，才能有效地合成糖原；反之亦然。,三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节,它们的快速调节有共价修饰和变构调节二种方式。 它们都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,这两种关键酶的重要特点：,（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶,糖原磷酸化酶的共价修饰调节,（二）糖原合酶是糖原合成的关键酶,糖原合酶的共价修饰调节,磷酸化酶b激酶,糖原合酶,糖原合酶-P,磷酸化酶b,磷酸化酶a-P,磷蛋白磷酸酶抑

6、制剂,两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反； 此调节为酶促反应，调节速度快； 调节有级联放大作用，效率高； 受激素调节。,糖原磷酸化酶合糖原合酶的共价修饰调节特点：,肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同：,在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。,调节小结:,双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。,双重调节：别构调节和共价修饰调节。,肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：如分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。,关键酶调节上存

7、在级联效应。,关键酶都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。,糖原积累症是由先天性酶缺陷所致,糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。,糖原积累症分型,血糖及其调节 The Definition, Level and Regulation of Blood Glucose,血糖，指血液中的葡萄糖。,血糖水平，即血糖浓度。,血糖及血糖水平的概念：,正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/L,血糖水平恒定的生理意

8、义：,保证重要组织器官的能量供应，特别是某些依赖葡萄糖供能的组织器官。,脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能； 红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能； 骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。,血糖,一、血糖的来源和去路是相对平衡的,二、血糖水平的平衡主要是受到激素调节,血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果，也是肝、肌、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果。 机体的各种代谢以及各器官之间能这样精确协调，以适应能量、燃料供求的变化，主要依靠激素的调节。 酶水平的调节是最基本的调节方式和基础。,主要调节激素,降低血糖：胰岛素(insulin),升高血糖：,胰高血糖素(gl

9、ucagon) 糖皮质激素 肾上腺素,胰岛素(Insulin)是体内唯一的降低血糖的激素，也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。 胰岛素的分泌受血糖控制，血糖升高立即引起胰岛素分泌；血糖降低，分泌即减少。,（一）胰岛素是体内唯一降低血糖的激素,促进肌、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体将葡萄糖转运入细胞。 通过增强磷酸二酯酶活性，降低cAMP水平，从而使糖原合酶活性增强、磷酸化酶活性降低，加速糖原合成、抑制糖原分解。 通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶激活，加速丙酮酸氧化为乙酰CoA，从而加快糖的有氧氧化。 抑制肝内糖异生。这是通过抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成以及促进氨基酸进入肌

10、组织并合成蛋白质，减少肝糖异生的原料。 通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶，可减缓脂肪动员的速率。,胰岛素的作用机制:,（二）机体在不同状态下有相应的升高血糖的激素,正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的机制，在一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会出现大的波动和持续升高。,人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象称为葡萄糖耐量(glucose tolerence)。,三、血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱,临床上因糖代谢障碍可发生血糖水平紊乱，常见有以下两种类型：,低血糖 (hypoglycemia) 高血糖 (hyperglycemia),（一）低血糖是指血糖浓度低于3.0mmol/

11、L,低血糖影响脑的正常功能，因为脑细胞所需要的能量主要来自葡萄糖的氧化。当血糖水平过低时，就会影响脑细胞的功能，从而出现头晕、倦怠无力、心悸等，严重时出现昏迷，称为低血糖休克。如不及时给病人静脉补充葡萄糖，可导致死亡。,低血糖的危害：,胰性(胰岛-细胞机能亢进、胰岛-细胞机能低下等)； 肝性（肝癌、糖原累积病等）； 内分泌异常（垂体机能低下、肾上腺皮质机能低下等）； 肿瘤（胃癌等）； 饥饿或不能进食者等。,低血糖的原因：,（二）高血糖是指空腹血糖高于6.9mmol/L,临床上将空腹血糖浓度高于5.66.9mmol/L 称为高血糖(hyperglycemia)。 当血糖浓度超过了肾小管的重吸收能

12、力(肾糖阈)，则可出现糖尿。 持续性高血糖和糖尿，特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围，主要见于糖尿病(diabetes mellitus)。,糖尿病； 遗传性胰岛素受体缺陷 某些慢性肾炎、肾病综合症等； 生理性高血糖和糖尿。,高血糖的原因：,（三）糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病,糖尿病是一种因部分或完全胰岛素缺失、或细胞胰岛素受体减少、或受体敏感性降低导致的疾病，它是除了肥胖症之外人类最常见的内分泌紊乱性疾病。,型（胰岛素依赖型） 型（非胰岛素依赖型）,糖尿病可分为二型:,糖的合成代谢,1、葡糖糖合成（糖异生作用） 2、蔗糖的合成 3、糖原的合成 4、淀粉的合成,（1）糖异生作用的概念和场

13、所 （2）糖异生的途径 （3）糖异生的前体 （4）糖异生的意义 （5） Cori循环 （6）糖异生和糖酵解的代谢协调控制,1、糖异生作用,（1）糖异生作用的概念和场所,葡萄糖的异生作用是指由非糖物质转变成葡萄糖的过程，是葡糖糖合成方式之一。 哺乳动物葡萄糖异生作用是在肝脏细胞中进行的，高等植物主要是发生在油料作物种子萌发时，贮存的脂肪向糖转变。 由异生的葡萄糖合成糖原的过程称为糖原异生作用。,糖异生途径：丙酮酸 葡萄糖，但不是酵解途径的简单逆转。 在酵解中，己糖激酶，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶所催化的反应是不可逆的。在糖异生中，这三步反应由不同的酶催化，由四步反应实现克服，其余7步反应就是是酵解

14、的逆反应。,（2）糖异生作用途径,糖异生途径：丙酮酸 葡萄糖，,（2）糖异生作用途径,限速第一步：丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸经磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。该脱羧反用GTP作为高能磷酰基的供体，在体内是不可逆的，但在体外，分离的磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶却可以催化该反应的逆反应。, 注意：丙酮酸羧化酶存在于线粒体中,丙酮酸进入线粒体后生成草酰乙酸； 在线粒体内草酰乙酸转变成苹果酸后转运到胞浆 细胞浆中的苹果酸又被苹果酸脱氢酶再氧化成草酰乙酸，然后再转变成PEP。NAD+是氢受体。,线粒体中 NADH + H+ + 草酰乙酸-NAD+ +

15、 苹果酸 G0= -29.7kJ/mol 胞浆中 苹果酸 + NAD+ - 草酰乙酸 + NADH + H+ G0= +29.7 kJ/mol,果糖-1,6-二磷酸水解生成果糖-6-磷酸 酵解过程中的F-6-P生成F-1,6-2P反应是不可逆反应。所以，糖异生途径使用F-1,6-2P酶催化F-1,6-2P水解生成F-6-P，反应释放出大量的自由能，反应也是不可逆的。,限速第二步：果糖-1,6-二磷酸 果糖-6-磷酸,葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖 F-6-P沿酵解的逆反应异构化生成G-6-P，由葡G-6-P酶催化其水解为葡萄糖和无机磷酸，该水解反应不可逆。,限速第三步：葡糖糖-6-磷酸 葡糖糖

16、,从以上过程可以看出，糖异生是个需能过程，由两分子丙酮酸合成一分子葡萄糖需要4分子ATP和2 分子GTP，同时还需要两分子NADH， 糖异生总反应方程式为： 2丙酮酸4ATP2GTP2NADH2H+6H2O 葡萄糖4ADP2GDP6Pi2NAD+,糖异生等于用ATPGTP各2分子克服由两分子丙酮酸形成两分子高能磷酸烯醇式丙酮酸的能障，用2分子ATP进行磷酸甘油激酶催化反应的可逆反应。 葡萄糖经糖酵解转化为两分子丙酮酸净生成2分子ATP，而由两分子丙酮酸经糖异生途径合成一分子葡萄糖却消耗了6个高能键，也就是说，糖异生比酵解净生成的ATP多用了4分子ATP-储存能量。,（3）糖异生的前体 凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖 三羧酸循环的中间物，柠檬酸，异柠檬酸，-酮戊二酸，琥珀酸，延胡索酸和苹果酸都可以转变为草酰乙酸而进入糖异生途径。 乙酰CoA不能作为糖异生的前体，它不能转