戊糖磷酸途徑和糖原合成與分解

1、戊糖磷酸途徑和糖原合成與分解 第一節(jié)第一節(jié) 戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑（pentose phosphate pathwaypentose phosphate pathway， PPPPPP）一、一、 概念概念磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及磷酸戊糖途徑是指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+HNADPH+H+ +，前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成，前者再進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和6-6-磷酸果糖的反應(yīng)過程。磷酸果糖的反應(yīng)過程。磷酸戊糖途徑又稱戊糖支路（磷酸戊糖途徑又稱戊糖支路（pentose shunt)pentose shunt)、己糖單磷酸途徑（己糖單磷酸途徑（hexose mono

2、phosphate hexose monophosphate pathway)pathway)、磷酸葡糖酸氧化途徑、磷酸葡糖酸氧化途徑（phosphogluconate oxidative pathway)phosphogluconate oxidative pathway)、戊、戊糖磷酸循環(huán)（糖磷酸循環(huán)（pentose phosphate cycle)pentose phosphate cycle)。這些。這些名稱均強調(diào)從磷酸化的六碳糖形成磷酸化的五碳名稱均強調(diào)從磷酸化的六碳糖形成磷酸化的五碳糖。糖。二、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程二、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程 磷酸戊糖途徑的核心反應(yīng)式：磷酸戊糖途徑

3、的核心反應(yīng)式： G-6-P + 2NADP+ + H2O R-5-P + 2NADPH + 2H+ +CO2全部代謝過程可分為兩個階段：全部代謝過程可分為兩個階段：氧化脫羧階段：生成氧化脫羧階段：生成NADPH及及CO2非氧化分子重排階段：一系列基團(tuán)的轉(zhuǎn)移非氧化分子重排階段：一系列基團(tuán)的轉(zhuǎn)移CCCHHOC OHHCHCH2OPOHHOHHOG-6-PG-6-PCCCHHOC OHHCHCH2OPOHHOONADP+NADPH +H+6-P-6-P-葡萄糖酸內(nèi)酯葡萄糖酸內(nèi)酯6-P-6-P-葡萄糖脫氫酶葡萄糖脫氫酶COOHCCHHOC OHHC OHHCH2OPOHHH2O6-P-6-P-葡萄糖酸

4、葡萄糖酸內(nèi)酯酶內(nèi)酯酶CH2OHCOC OHHC OHHCH2OPNADP+NADPH +H+CO2COOHCCHHOC OHHC OHHCH2OPOHH6-P-6-P-葡萄糖酸葡萄糖酸5-P-5-P-核酮糖核酮糖6-P-6-P-葡萄糖酸脫氫酶葡萄糖酸脫氫酶6 核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸2 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸2 景天庚酮糖景天庚酮糖-7-磷酸磷酸2 赤蘚丁糖赤蘚丁糖-4-磷酸磷酸2 果糖果糖-6-磷酸磷酸2 核糖核糖-5-磷酸磷酸2 木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸1 果糖果糖-1， 6-二磷酸二磷酸Pi H2O1 果糖果糖-6-磷酸磷酸轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)醛酶異構(gòu)酶異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶2 果糖果糖-6-磷

5、酸磷酸2 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶醛縮酶醛縮酶階階段段之之一一階階段段之之二二階階段段之之三三2 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸（5 5）異構(gòu)酶異構(gòu)酶2 木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸果糖果糖-1， 6-二磷酸酶二磷酸酶差向異構(gòu)酶差向異構(gòu)酶異構(gòu)酶異構(gòu)酶木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸核糖核糖-5-磷酸磷酸核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)醛酶+2赤蘚糖赤蘚糖-4-磷酸磷酸2果糖果糖-6-磷酸磷酸轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶2甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸+景天庚酮糖景天庚酮糖-7-磷酸磷酸2H2+2核糖核糖-5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸+23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛26-磷酸果糖磷酸果糖轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶+

6、24-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖25-磷酸木酮糖磷酸木酮糖果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸醛縮酶醛縮酶果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸酯酶酯酶H2O Pi果糖果糖-6-磷酸磷酸2甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸異異構(gòu)構(gòu)酶酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸磷酸葡萄糖異構(gòu)酶磷酸葡萄糖異構(gòu)酶 6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+ 產(chǎn)生大量產(chǎn)生大量NADPH,NADPH,主要用于還原（加氫）反應(yīng)，為細(xì)胞提主要用于還原（加氫）反應(yīng)，為細(xì)胞提供還原力供還原力三、磷酸戊糖途徑的生理意義三、磷酸戊糖途徑的生理意義 產(chǎn)生大量的磷酸核糖和其它重要中間產(chǎn)物產(chǎn)生大量

7、的磷酸核糖和其它重要中間產(chǎn)物 與光合作用聯(lián)系，實現(xiàn)某些單糖間的轉(zhuǎn)變與光合作用聯(lián)系，實現(xiàn)某些單糖間的轉(zhuǎn)變第二節(jié)第二節(jié) 糖原的分解與合成糖原的分解與合成糖原：糖原：是由若干個葡萄糖單位組成的具有許多分支結(jié)構(gòu)的多糖，是由若干個葡萄糖單位組成的具有許多分支結(jié)構(gòu)的多糖， 是動物體內(nèi)糖的儲存形式是動物體內(nèi)糖的儲存形式。糖原以顆粒形式存在糖原以顆粒形式存在于細(xì)胞質(zhì)中，顆粒中于細(xì)胞質(zhì)中，顆粒中除含糖原外，還有催除含糖原外，還有催化其合成與降解的酶化其合成與降解的酶以及調(diào)節(jié)蛋白。糖原以及調(diào)節(jié)蛋白。糖原主要儲存在肝和肌肉主要儲存在肝和肌肉組織中組織中 糖原的結(jié)構(gòu)糖原的結(jié)構(gòu)糖原的分子結(jié)構(gòu)：糖原的分子結(jié)構(gòu)：糖原的結(jié)構(gòu)

8、糖原的結(jié)構(gòu)肝糖原肝糖原分解主要是補分解主要是補充血糖充血糖肌糖原肌糖原分解主要是為分解主要是為肌肉收縮提供能量。肌肉收縮提供能量。一、糖原的分解一、糖原的分解 (Glycogen breakdown)(Glycogen breakdown)糖原（葡萄糖單位糖原（葡萄糖單位n n）H H3 3POPO4 4 糖原（葡萄糖單位糖原（葡萄糖單位n n1 1）葡萄糖）葡萄糖-1-1-磷酸磷酸糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶肝糖原分解后絕大部分轉(zhuǎn)化為葡萄糖釋放入血。肝糖原分解后絕大部分轉(zhuǎn)化為葡萄糖釋放入血。糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶糖原脫枝酶糖原脫枝酶磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶糖原磷酸解的反應(yīng)過程為：糖原磷

9、酸解的反應(yīng)過程為：糖原的降解需要三種酶：糖原的降解需要三種酶：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 從糖原的非還原端逐個斷下葡萄糖分子，催化斷裂的從糖原的非還原端逐個斷下葡萄糖分子，催化斷裂的是末端葡萄糖殘基是末端葡萄糖殘基C1C1與相鄰葡萄糖殘基與相鄰葡萄糖殘基C4C4之間的糖苷鍵之間的糖苷鍵（ -1-1，4-4-糖苷鍵糖苷鍵），斷裂后氧原子留在），斷裂后氧原子留在C4C4上。只作用到上。只作用到糖原分支點前糖原分支點前4 4個葡萄糖殘基處即不能再繼續(xù)催化。個葡萄糖殘基處即不能再繼續(xù)催化。糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶b b 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶a a無活性無活性磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶糖原糖原脫枝酶糖原

10、糖原脫枝酶 具有糖基轉(zhuǎn)移酶和具有糖基轉(zhuǎn)移酶和 -(16)-(16)糖苷酶的活性糖苷酶的活性有活性有活性糖糖原原磷磷酸酸解解的的步步驟驟糖原核心糖原核心非還原端非還原端磷酸化酶磷酸化酶a轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 G -1-P脫枝酶（釋放脫枝酶（釋放1個葡萄糖個葡萄糖）G G -6-PG葡萄糖磷酸變位酶葡萄糖磷酸變位酶葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶3. 3. 糖原分枝酶（糖原分枝酶（glycogen branching enzymeglycogen branching enzyme） 催化催化 - -1 1，6-6-糖苷鍵合成糖苷鍵合成糖原的生物合成通過

11、三個步驟，包括三種酶。糖原的生物合成通過三個步驟，包括三種酶。1. UDP-1. UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶 (UDP-glucose pytophosphorylase) 催化催化形成（尿苷二磷酸葡萄糖形成（尿苷二磷酸葡萄糖UDPGUDPG）2. 2. 糖原合成酶（糖原合成酶（glycogen synthaseglycogen synthase） 催化催化 - -1 1，4-4-糖苷鍵合成糖苷鍵合成+PPi1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖UTPUDPGUDP-UDP-葡萄糖葡萄糖焦磷酸化酶焦磷酸化酶+PPiUDPGUDP糖原（糖原（n個個G分子）分子）糖原（糖原（n+1）糖原核心糖原核

12、心糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心糖原核心非還原性末端非還原性末端 -1，4 糖苷鍵糖苷鍵 -1，6 糖苷鍵糖苷鍵糖原分支酶糖原分支酶三、糖原分解和合成的調(diào)控三、糖原分解和合成的調(diào)控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 磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶 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 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝）磷酸酶（肝） 糖原糖原n 關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶 糖原合成：糖原合酶糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶糖原分解：糖原磷酸化酶 l 它們的快速調(diào)節(jié)有共價修

13、飾和變構(gòu)調(diào)節(jié)二它們的快速調(diào)節(jié)有共價修飾和變構(gòu)調(diào)節(jié)二種方式。種方式。l 它們都以活性、無（低）活性二種形式存它們都以活性、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在，二種形式之間可通過磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變?；嗷マD(zhuǎn)變。這兩種關(guān)鍵酶的重要特點這兩種關(guān)鍵酶的重要特點： 調(diào)節(jié)有級聯(lián)放大作用，效率高；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；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；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)。受激素調(diào)節(jié)。 1 1. . 共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié) 2. 2. 別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)磷酸化酶二種構(gòu)像磷酸化酶二種構(gòu)像緊密型緊密型(T)和疏松型和疏松型(R) ，其中其中T型的磷酸化的型的磷酸化的14位位Ser暴露，在磷蛋白暴露，在磷蛋白磷酸酶磷酸酶-1催化下去磷酸化。催化下去磷酸化。葡萄糖是磷酸化酶的別構(gòu)抑制劑。葡萄糖是磷酸化酶的別構(gòu)抑制劑。 磷酸化酶磷酸化酶 a 疏松型疏松型(R) 磷酸化酶磷酸化酶 a 緊密型緊密型(T) 葡萄糖葡萄糖 3 3、肌肉內(nèi)糖原代謝的二個關(guān)鍵酶、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)在糖原分