糖原的分解合成代謝ppt課件.ppt

糖原的合成與分解GlycogenesisandGlycogenolysis 1 糖原 glycogen 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 糖原的定義 糖原儲存的主要器官及其生理意義 2 1 葡萄糖單元以 1 4 糖苷鍵形成長鏈 2 約10個葡萄糖單元處形成分枝 分枝處葡萄糖以 1 6 糖苷鍵連接 分支增加 溶解度增加 3 每條鏈都終止于一個非還原端 非還原端增多 以利于其被酶分解 糖原的結構特點及其意義 3 一 糖原的合成代謝主要在肝和肌組織中進行 合成部位 糖原的合成 glycogenesis 指由葡萄糖合成糖原的過程 組織定位 主要在肝臟 肌肉細胞定位 胞漿 4 1 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖 6 磷酸 葡萄糖 葡萄糖 6 磷酸 糖原合成途徑 5 2 葡萄糖 6 磷酸轉變成葡萄糖 1 磷酸 6 UDPG可看作 活性葡萄糖 在體內充作葡萄糖供體 3 葡萄糖 1 磷酸轉變成尿苷二磷酸葡萄糖 7 4 1 4 糖苷鍵式結合 8 糖原n為原有的細胞內的較小糖原分子 稱為糖原引物 primer 作為UDPG上葡萄糖基的接受體 9 糖原分枝的形成 10 近來人們在糖原分子的核心發(fā)現了一種名為glycogenin的蛋白質 Glycogenin可對其自身進行共價修飾 將UDP 葡萄糖分子的C1結合到其酶分子的酪氨酸殘基上 從而使它糖基化 這個結合上去的葡萄糖分子即成為糖原合成時的引物 糖原合成過程中作為引物的第一個糖原分子從何而來 11 12 二 肝糖原分解產物 葡萄糖可補充血糖 亞細胞定位 胞漿 肝糖元的分解過程 1 糖原的磷酸解 糖原分解 glycogenolysis 習慣上指肝糖原分解成為葡萄糖的過程 13 2 脫枝酶的作用 轉移葡萄糖殘基 水解 1 6 糖苷鍵 脫枝酶 debranchingenzyme 磷酸化酶 轉移酶活性 1 6糖苷酶活性 在幾個酶的共同作用下 最終產物中約85 為1 磷酸葡萄糖 15 為游離葡萄糖 14 3 葡萄糖 1 磷酸轉變成葡萄糖 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 腎中 而不存在于肌中 所以只有肝和腎可補充血糖 而肌糖原不能分解成葡萄糖 只能進行糖酵解或有氧氧化 15 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同 但是生成6 磷酸葡萄糖之后 由于肌肉組織中不存在葡萄糖 6 磷酸酶 所以生成的6 磷酸葡萄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 肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有關 16 G 6 P的代謝去路 G 補充血糖 G 6 P F 6 P 進入酵解途徑 G 1 P Gn 合成糖原 UDPG 6 磷酸葡萄糖內酯 進入磷酸戊糖途徑 葡萄糖醛酸 進入葡萄糖醛酸途徑 小結 反應部位 胞漿 17 糖原的合成與分解總圖 18 糖原的合成與分解是分別通過兩條不同途徑進行的 這種合成與分解循兩條不同途徑進行的現象 是生物體內的普遍規(guī)律 這樣才能進行精細的調節(jié) 當糖原合成途徑活躍時 分解途徑則被抑制 才能有效地合成糖原 反之亦然 三 糖原合成與分解受到彼此相反的調節(jié) 19 它們的快速調節(jié)有共價修飾和變構調節(jié)二種方式 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 這兩種關鍵酶的重要特點 20 一 糖原磷酸化酶是糖原分解的關鍵酶 糖原磷酸化酶的共價修飾調節(jié) 21 二 糖原合酶是糖原合成的關鍵酶 糖原合酶的共價修飾調節(jié) 22 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 磷蛋白磷酸酶抑制劑 23 兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反 此調節(jié)為酶促反應 調節(jié)速度快 調節(jié)有級聯放大作用 效率高 受激素調節(jié) 糖原磷酸化酶合糖原合酶的共價修飾調節(jié)特點 24 肌肉內糖原代謝的二個關鍵酶的調節(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節(jié) 而肌肉主要受腎上腺素調節(jié) 肌肉內糖原合酶及磷酸化酶的變構效應物主要為AMP ATP及6 磷酸葡萄糖 25 調節(jié)小結 雙向調控 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 雙重調節(jié) 別構調節(jié)和共價修飾調節(jié) 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胰高血糖素 分解肌糖原的激素主要為腎上腺素 關鍵酶調節(jié)上存在級聯效應 關鍵酶都以活性 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 26 糖原積累癥是由先天性酶缺陷所致 糖原累積癥 glycogenstoragediseases 是一類遺傳性代謝病 其特點為體內某些器官組織中有大量糖原堆積 引起糖原累積癥的原因是患者先天性缺乏與糖原代謝有關的酶類 27 糖原積累癥分型 28 血糖及其調節(jié)TheDefinition LevelandRegulationofBloodGlucose 29 血糖 指血液中的葡萄糖 血糖水平 即血糖濃度 血糖及血糖水平的概念 正常血糖濃度 3 89 6 11mmol L 30 血糖水平恒定的生理意義 保證重要組織器官的能量供應 特別是某些依賴葡萄糖供能的組織器官 腦組織不能利用脂酸 正常情況下主要依賴葡萄糖供能 紅細胞沒有線粒體 完全通過糖酵解獲能 骨髓及神經組織代謝活躍 經常利用葡萄糖供能 31 血糖 一 血糖的來源和去路是相對平衡的 32 二 血糖水平的平衡主要是受到激素調節(jié) 血糖水平保持恒定是糖 脂肪 氨基酸代謝協(xié)調的結果 也是肝 肌 脂肪組織等各器官組織代謝協(xié)調的結果 機體的各種代謝以及各器官之間能這樣精確協(xié)調 以適應能量 燃料供求的變化 主要依靠激素的調節(jié) 酶水平的調節(jié)是最基本的調節(jié)方式和基礎 33 主要調節(jié)激素 降低血糖 胰島素 insulin 升高血糖 胰高血糖素 glucagon 糖皮質激素腎上腺素 34 胰島素 Insulin 是體內唯一的降低血糖的激素 也是唯一同時促進糖原 脂肪 蛋白質合成的激素 胰島素的分泌受血糖控制 血糖升高立即引起胰島素分泌 血糖降低 分泌即減少 一 胰島素是體內唯一降低血糖的激素 35 促進肌 脂肪組織等的細胞膜葡萄糖載體將葡萄糖轉運入細胞 通過增強磷酸二酯酶活性 降低cAMP水平 從而使糖原合酶活性增強 磷酸化酶活性降低 加速糖原合成 抑制糖原分解 通過激活丙酮酸脫氫酶磷酸酶而使丙酮酸脫氫酶激活 加速丙酮酸氧化為乙酰CoA 從而加快糖的有氧氧化 抑制肝內糖異生 這是通過抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成以及促進氨基酸進入肌組織并合成蛋白質 減少肝糖異生的原料 通過抑制脂肪組織內的激素敏感性脂肪酶 可減緩脂肪動員的速率 胰島素的作用機制 36 二 機體在不同狀態(tài)下有相應的升高血糖的激素 37 正常人體內存在一套精細的調節(jié)糖代謝的機制 在一次性食入大量葡萄糖后 血糖水平不會出現大的波動和持續(xù)升高 人體對攝入的葡萄糖具有很大的耐受能力的現象稱為葡萄糖耐量 glucosetolerence 三 血糖水平異常及糖尿病是最常見的糖代謝紊亂 38 臨床上因糖代謝障礙可發(fā)生血糖水平紊亂 常見有以下兩種類型 低血糖 hypoglycemia 高血糖 hyperglycemia 39 一 低血糖是指血糖濃度低于3 0mmol L 低血糖影響腦的正常功能 因為腦細胞所需要的能量主要來自葡萄糖的氧化 當血糖水平過低時 就會影響腦細胞的功能 從而出現頭暈 倦怠無力 心悸等 嚴重時出現昏迷 稱為低血糖休克 如不及時給病人靜脈補充葡萄糖 可導致死亡 低血糖的危害 40 胰性 胰島 細胞機能亢進 胰島 細胞機能低下等 肝性 肝癌 糖原累積病等 內分泌異常 垂體機能低下 腎上腺皮質機能低下等 腫瘤 胃癌等 饑餓或不能進食者等 低血糖的原因 41 二 高血糖是指空腹血糖高于6 9mmol L 臨床上將空腹血糖濃度高于5 6 6 9mmol L稱為高血糖 hyperglycemia 當血糖濃度超過了腎小管的重吸收能力 腎糖閾 則可出現糖尿 持續(xù)性高血糖和糖尿 特別是空腹血糖和糖耐量曲線高于正常范圍 主要見于糖尿病 diabetesmellitus 42 糖尿病 遺傳性胰島素受體缺陷某些慢性腎炎 腎病綜合癥等 生理性高血糖和糖尿 高血糖的原因 43 三 糖尿病是最常見的糖代謝紊亂疾病 糖尿病是一種因部分或完全胰島素缺失 或細胞胰島素受體減少 或受體敏感性降低導致的疾病 它是除了肥胖癥之外人類最常見的內分泌紊亂性疾病 44 型 胰島素依賴型 型 非胰島素依賴型 糖尿病可分為二型 45 糖的合成代謝 1 葡糖糖合成 糖異生作用 2 蔗糖的合成3 糖原的合成4 淀粉的合成 46 1 糖異生作用的概念和場所 2 糖異生的途徑 3 糖異生的前體 4 糖異生的意義 5 Cori循環(huán) 6 糖異生和糖酵解的代謝協(xié)調控制 1 糖異生作用 47 1 糖異生作用的概念和場所 葡萄糖的異生作用是指由非糖物質轉變成葡萄糖的過程 是葡糖糖合成方式之一 哺乳動物葡萄糖異生作用是在肝臟細胞中進行的 高等植物主要是發(fā)生在油料作物種子萌發(fā)時 貯存的脂肪向糖轉變 由異生的葡萄糖合成糖原的過程稱為糖原異生作用 48 糖異生途徑 丙酮酸葡萄糖 但不是酵解途徑的簡單逆轉 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應是不可逆的 在糖異生中 這三步反應由不同的酶催化 由四步反應實現克服 其余7步反應就是是酵解的逆反應 2 糖異生作用途徑 49 50 糖異生途徑 丙酮酸葡萄糖 2 糖異生作用途徑 51 限速第一步 丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 52 草酰乙酸轉化為磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸經磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸 該脫羧反用GTP作為高能磷?；墓w 在體內是不可逆的 但在體外 分離的磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶卻可以催化該反應的逆反應 53 注意 丙酮酸羧化酶存在于線粒體中 丙酮酸進入線粒體后生成草酰乙酸 在線粒體內草酰乙酸轉變成蘋果酸后轉運到胞漿 細胞漿中的蘋果酸又被蘋果酸脫氫酶再氧化成草酰乙酸 然后再轉變成PEP NAD 是氫受體 54 線粒體中NADH H 草酰乙酸 NAD 蘋果酸 G0 29 7kJ mol胞漿中蘋果酸 NAD 草酰乙酸 NADH H G0 29 7kJ mol 55 果糖 1 6 二磷酸水解生成果糖 6 磷酸酵解過程中的F 6 P生成F 1 6 2P反應是不可逆反應 所以 糖異生途徑使用F 1 6 2P酶催化F 1 6 2P水解生成F 6 P 反應釋放出大量的自由能 反應也是不可逆的 限速第二步 果糖 1 6 二磷酸果糖 6 磷酸 56 葡萄糖 6 磷酸水解生成葡萄糖F 6 P沿酵解的逆反應異構化生成G 6 P 由葡G 6 P酶催化其水解為葡萄糖和無機磷酸 該水解反應不可逆 限速第三步 葡糖糖 6 磷酸葡糖糖 57 58 從以上過程可以看出 糖異生是個需能過程 由兩分子丙酮酸合成一分子葡萄糖需要4分子ATP和2分子GTP 同時還需要兩分子NADH 糖異生總反應方程式為 2丙酮酸 4ATP 2GTP 2NADH 2H 6H2O葡萄糖 4ADP 2GDP 6Pi 2NAD 59 糖異生等于用ATP GTP各2分子克服由兩分子丙酮酸形成兩分子高能磷酸烯醇式丙酮酸的能障 用2分子ATP進行磷酸甘油激酶催化反應的可逆反應 葡萄糖經糖酵解轉化為兩分子丙酮酸凈生成2分子ATP 而由兩分子丙酮酸經糖異生途徑合成一分子葡萄糖卻消耗了6個高能鍵 也就是說 糖異生比酵解凈生成的ATP多用了4分子ATP 儲存能量 60 3 糖異生的前體 凡是能生成丙酮酸的物質都可以變成葡萄糖 三羧酸循環(huán)的中間物 檸檬酸 異檸檬酸 酮戊二酸 琥珀酸 延胡索酸和蘋果酸都可以轉變?yōu)椴蒗Ｒ宜岫M入糖異生途徑 乙酰CoA不能作為糖異生的前體 它不能轉化成丙酮酸 因為丙酮酸脫氫酶反應是不可逆的 61 大多數氨基酸是生糖氨基酸 如丙氨酸 谷氨酸 天冬氨酸 絲氨酸 半胱氨酸 甘氨酸 精氨酸 組氨酸 蘇氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 天冬酰胺 甲硫氨酸 纈氨酸 它們可轉變成丙酮酸 以及 酮戊二酸 草酰乙酸等三羧酸循環(huán)中間產物參加糖異生途徑 62 63 糖異生具有重要的生理意義 在饑餓 劇烈運動造成糖原下降后 血糖濃度降低 糖異生可使酵解產生的乳酸 脂肪分解的甘油以及大部分氨基酸等代謝中間物重新生成糖 這對于維持血糖濃度 滿足組織 特別是腦和紅細胞 對糖的需要是十分重要的 4 糖異生作用意義 64 65 5 Cori循環(huán)當骨骼肌劇烈運動時 呼吸不能向組織中運送足夠的氧使葡萄糖完全氧化 6 P G轉換成丙酮酸的速度大于丙酮酸進一步由三羧酸循環(huán)完全氧化的速度 這時丙酮酸傾向于還原成乳酸 乳酸釋放進入血液 再迅速進入肝 進入肝臟的乳酸再氧化成丙酮酸 丙酮酸通過糖異生再生成葡萄糖 葡萄糖再回到血液 骨骼肌又將葡萄糖攝入 再產生糖原儲備 66 Cori循環(huán)可立氏循環(huán) 這條途徑在肌肉劇烈運動后的恢復過程中特別活躍 是為了重建糖原儲備 67 6 糖異生和糖酵解作用的代謝協(xié)調控制糖酵解和糖異生都是在胞漿中進行但是方向相反 它們的控制必須是交互或是往復式的 換句話說 細胞激活其中一條途徑必定抑制另一條途徑 68 糖酵解的控制主要是通過調節(jié)三個強放能反應進行的 這三個強放能反應由己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶控制 在糖異生中 這三個反應的相反反應也是強放能的 由葡萄糖 6 磷酸酶 果糖1 6 二磷酸酶 以及丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶控制 69 70 糖異生和糖酵解作用的代謝協(xié)調控制的調節(jié)方式有 別構調節(jié) 無效循環(huán) 激素調節(jié) 71 別構調節(jié) 別構酶效應物在協(xié)調控制中的作用高濃度6 P G抑制己糖激酶 而激活葡萄糖6 磷酸酶 從而抑制酵解 促進糖異生 糖酵解和糖異生共同關鍵控制點是6 P F與1 6 2P F的轉化 其中酵解過程的關鍵調控酶是磷酸果糖激酶 糖異生的關鍵調控酶是果糖二磷酸酶 2 6二磷酸果糖對這兩個酶的作用相反 72 乙酰輔酶A是丙酮酸羧化酶的激活劑 是丙酮酸激酶和丙酮酸脫氫酶的抑制劑 丙氨酸是糖異生的前體 但對丙酮酸激酶有抑制作用 是該酶的負效應物 ATP抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活力 抑制酵解 其后果是同時激活糖異生 細胞中能荷減少 則酵解加速 糖異生作用減慢 73 無效循環(huán)由于酵解與糖異生途徑是由不同酶催化的兩個相反代謝反應 其條件不一樣 一個方向需要ATP參加使底物磷酸化 另一個方向使磷酸化的底物自動水解 結果ATP水解消耗了能量 底物沒有變化 這種循環(huán)稱無效循環(huán) 酵解和糖異生有3個點可能產生無效循環(huán) 74 75 激素對糖異生及酵解途徑的調控作用腎上腺素 高血糖素 糖皮質激素可增加磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶及葡萄糖6 磷酸酶的合成 從而促使糖異生作用 這些激素也可通過cAMP激活特定蛋白激酶 使丙酮酸激酶磷酸化 抑制酶的活性 使酵解受到抑制 胰島素可以使磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶活性升高 增強酵解 并可使果糖1 6 二磷酸酶活性下降 對抗高血糖素 腎上腺素對糖異生的效應 使糖異生減弱 糖尿病動物的糖異生加強 76 2蔗糖的合成 蔗糖在植物界分布最廣 特別是在甘蔗 甜菜 菠蘿的汁液中很多 蔗糖不僅是重要的光合作用和高等植物的主要成分 而且是糖類在植物體中運輸的主要形式 蔗糖在高等植物中的合成主要有