糖原的合成与分解糖原的合成与分解Glycogenesis and Glycogenolysis糖糖 原原 (glycogen)是动物体内糖的储存形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。式之一，是机体能迅速动用的能量储备。肌肉：肌糖原，肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收缩所需主要供肌肉收缩所需肝脏：肝糖原，肝脏：肝糖原，70 100g，维持血糖水平维持血糖水平糖原的定义：糖原的定义：糖原储存的主要器官及其生理意义：糖原储存的主要器官及其生理意义：1. 葡萄糖单元以葡萄糖单元以-1,4-糖苷键糖苷键形成长链。形成长链。2. 约约10个葡萄糖单元处形成分个葡萄糖单元处形成分枝，分枝处葡萄糖以枝，分枝处葡萄糖以-1,6-糖糖苷键连接，分支增加，溶解苷键连接，分支增加，溶解度增加。度增加。3. 每条链都终止于一个非还原每条链都终止于一个非还原端端.非还原端增多，以利于其非还原端增多，以利于其被酶分解。被酶分解。糖原的结构特点及其意义：糖原的结构特点及其意义：一、糖原的合成代谢主要在一、糖原的合成代谢主要在肝和肌组织中进行肝和肌组织中进行n合成部位：合成部位：糖原的合成糖原的合成(glycogenesis) 指由葡萄糖指由葡萄糖合成糖原的过程。合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、肌肉组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆细胞定位：胞浆1.1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸ATP ADP己糖激酶己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）葡萄糖激酶（肝）n糖原合成途径：糖原合成途径：葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸2.2.葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸转变成葡萄糖磷酸转变成葡萄糖-1-1-磷酸磷酸UDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”，在体内充，在体内充作葡萄糖供体。作葡萄糖供体。3.3.葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖+UTP尿苷尿苷 PPPPPiUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶2Pi+能量能量葡萄糖葡萄糖-1- 磷酸磷酸 尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖 (uridine diphosphate glucose, UDPG)糖原糖原n + UDPG糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase)UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶4.-1,4-糖苷键式结合糖苷键式结合糖原糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，为原有的细胞内的较小糖原分子，称为称为糖原引物糖原引物(primer)， 作为作为UDPG 上葡萄上葡萄糖基的接受体。糖基的接受体。 糖原糖原n + UDPG糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase) . .糖原分枝的形成糖原分枝的形成 分支酶分支酶(branching enzyme) -1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖苷键近近来来人人们们在在糖糖原原分分子子的的核核心心发发现现了了一一种种名名为为glycogenin的的蛋蛋白白质质。Glycogenin可可对对其其自自身身进进行行共共价价修修饰饰，将将UDP-葡葡萄萄糖糖分分子子的的C1结结合合到到其其酶酶分分子子的的酪酪氨氨酸酸残残基基上上，从从而而使使它它糖糖基基化化。这这个个结结合合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。上去的葡萄糖分子即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糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？从何而来？二、肝糖原分解产物二、肝糖原分解产物葡萄葡萄糖可补充血糖糖可补充血糖n亚细胞定位：亚细胞定位：胞浆胞浆n肝糖元的分解过程：肝糖元的分解过程：糖原糖原n+1n+1糖原糖原n n + 1- + 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(Glycogen phosphorylase)1.1.糖原的磷酸解糖原的磷酸解糖原分解糖原分解 (glycogenolysis )习惯上指肝糖习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。原分解成为葡萄糖的过程。2.2.脱枝酶的作用脱枝酶的作用转移葡萄糖残基转移葡萄糖残基水解水解 -1,6-糖苷键糖苷键脱枝酶脱枝酶 (debranching enzyme)磷酸化酶磷酸化酶转移酶活性转移酶活性 -1,6糖糖苷酶活性苷酶活性在在几几个个酶酶的的共共同同作作用用下下，最最终终产产物物中中约约85%为为1-磷酸葡萄糖，磷酸葡萄糖，15%为游离葡萄糖。为游离葡萄糖。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磷酸葡萄糖变位酶变位酶3.葡萄糖葡萄糖-1-磷酸转变成葡萄糖磷酸转变成葡萄糖-6-磷酸磷酸4.葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 水解生成葡萄糖水解生成葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶（肝，肾）（肝，肾）葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸葡葡萄萄糖糖-6-磷磷酸酸酶酶只只存存在在于于肝肝、肾肾中中，而而不不存存在在于于肌肌中中。所所以以只只有有肝肝和和肾肾可可补补充充血血糖糖；而而肌肌糖糖原原不不能分解成葡萄糖，只能进行糖酵解或有氧氧化。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的分解肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中织中不存在葡萄糖不存在葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶，所以生成的，所以生成的6-磷磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血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。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肌糖原的分解与合成与乳酸循环乳酸循环有关。有关。nG-6-P的代谢去路：的代谢去路：G（补充血糖）补充血糖）G-6-PF-6-P（进入酵解途径）（进入酵解途径）G-1-PGn（合成糖原）合成糖原）UDPG 6-磷酸葡萄糖内酯磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）（进入磷酸戊糖途径）葡萄糖醛酸葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）（进入葡萄糖醛酸途径）小结小结n反应部位：反应部位：胞浆胞浆 n糖原的合成与分解总图糖原的合成与分解总图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 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 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 糖糖原原的的合合成成与与分分解解是是分分别别通通过过两两条条不不同同途途径径进进行行的的。这这种种合合成成与与分分解解循循两两条条不不同同途途径径进进行行的的现现象象，是是生生物物体体内内的的普普遍遍规规律律。这这样样才才能进行精细的调节。能进行精细的调节。当当糖糖原原合合成成途途径径活活跃跃时时，分分解解途途径径则则被被抑抑制制，才能有效地合成糖原；反之亦然。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三、糖原合成与分解受到彼此相反的调节调节关键酶关键酶 糖原合成：糖原合成：糖原合酶糖原合酶 糖原分解：糖原分解：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶它们的快速调节有它们的快速调节有共价修饰共价修饰和和变构调节变构调节二二种方式。种方式。它们都以活性、无（低）活性二种形式存它们都以活性、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在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。化而相互转变。n这两种关键酶的重要特点：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（一）糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶n糖原磷酸化酶的共价修饰调节糖原磷酸化酶的共价修饰调节磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶磷酸化酶磷酸化酶b（活性低）（活性低）磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-磷酸化酶磷酸化酶a-（活性高）（活性高）（二）糖原合酶是糖原合成的关键酶（二）糖原合酶是糖原合成的关键酶糖原合酶糖原合酶糖原合酶糖原合酶-n糖原合酶的共价修饰调节糖原合酶的共价修饰调节腺苷环化酶腺苷环化酶（无活性）（无活性）腺苷环化酶（有活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体受体ATPcAMP PKA(无活性无活性) 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P PKA(有活性有活性) 磷酸化酶磷酸化酶b磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-PPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1PiPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂-P磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂PKA（有活性）（有活性） 两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；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；此调节为酶促反应，调节速度快；调节有调节有级联放大级联放大作用，效率高；作用，效率高；受激素调节。受激素调节。n糖原磷酸化酶合糖原合酶的共价修饰调节特点：糖原磷酸化酶合糖原合酶的共价修饰调节特点：n肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同：肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调节与肝糖原不同：在在糖原分解代谢时肝主要受糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素胰高血糖素的调节，的调节，而肌肉主要受而肌肉主要受肾上腺素肾上腺素调节。调节。 肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及及6-磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖。 糖原合酶糖原合酶磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶bAMPATP及及6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖调节小结调节小结: :双向调控：双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行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。调节，如加强合成则减弱分解，或反之。双重调节：双重调节：别构调节和共价修饰调节。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。原的激素主要为肾上腺素。关键酶调节上存在关键酶调节上存在级联效应级联效应。 关键酶都以关键酶都以活性、无（低）活性二种形式活性、无（低）活性二种形式存存在，二种形式之间可通过在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化磷酸化和去磷酸化而相互转变。而相互转变。 糖原积累症糖原积累症是由先天性酶缺陷所致是由先天性酶缺陷所致糖原累积症糖原累积症(glycogen storage diseases)是是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组一类遗传性代谢病，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。是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。 型别型别缺陷的酶缺陷的酶受害器官受害器官糖原结构糖原结构葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶缺陷磷酸酶缺陷肝、肾肝、肾正常正常溶酶体溶酶体14和和16葡葡萄糖苷酶萄糖苷酶所有组织所有组织正常正常脱支酶缺失脱支酶缺失肝、肌肉肝、肌肉分支多，外周分支多，外周糖链短糖链短分支酶缺失分支酶缺失所有组织所有组织分支少，外周分支少，外周糖链特别长糖链特别长肌磷酸化酶缺失肌磷酸化酶缺失肌肉肌肉正常正常肝磷酸化酶缺陷肝磷酸化酶缺陷肝肝正常正常肌肉和红细胞磷酸果糖肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷激酶缺陷肌肉、红肌肉、红细胞细胞正常正常肝脏磷酸化酶激酶缺陷肝脏磷酸化酶激酶缺陷 脑、肝脑、肝正常正常糖原积累症分型糖原积累症分型血糖及其调节血糖及其调节The Definition, Level and Regulation of Blood Glucose血糖，血糖，指血液中的葡萄糖。指血液中的葡萄糖。血糖水平，血糖水平，即血糖浓度。即血糖浓度。n血糖及血糖水平的概念：血糖及血糖水平的概念：正常血糖浓度正常血糖浓度 ：3.896.11mmol/Ln血糖水平恒定的生理意义：血糖水平恒定的生理意义：保证重要组织器官的能量供应，特别是某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。些依赖葡萄糖供能的组织器官。脑组织脑组织不能利用脂酸，正常情况下主要依赖不能利用脂酸，正常情况下主要依赖葡萄糖供能；葡萄糖供能；红细胞红细胞没有线粒体，完全通过糖酵解获能；没有线粒体，完全通过糖酵解获能；骨髓及神经组织骨髓及神经组织代谢活跃，经常利用葡萄糖代谢活跃，经常利用葡萄糖供能。供能。血血糖糖食物糖食物糖消化，消化，吸收吸收肝糖原肝糖原分解分解非糖物质非糖物质糖异生糖异生氧化氧化分解分解CO2 + H2O糖原合成糖原合成 肝（肌）糖原肝（肌）糖原磷酸戊糖途径等磷酸戊糖途径等其它糖其它糖脂类、氨基酸合成代谢脂类、氨基酸合成代谢脂肪、氨基酸脂肪、氨基酸一、血糖的来源和去路是相对平衡的一、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。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，主要协调，以适应能量、燃料供求的变化，主要依靠激素的调节。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。酶水平的调节是最基本的调节方式和基础。主要调主要调节激素节激素降低血糖：胰岛素降低血糖：胰岛素(insulin)升高血糖：升高血糖： 胰高血糖素胰高血糖素(glucagon)糖皮质激素糖皮质激素肾上腺素肾上腺素胰岛素胰岛素(Insulin)是体内唯一的降低血糖的激素，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、蛋白质合成的也是唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。激素。胰岛素的分泌受血糖控制，血糖升高立即引起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。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（一）胰岛素是体内唯一降低血糖的激素促促进进肌肌、脂脂肪肪组组织织等等的的细细胞胞膜膜葡葡萄萄糖糖载载体体将将葡葡萄萄糖糖转转运入细胞。运入细胞。通通过过增增强强磷磷酸酸二二酯酯酶酶活活性性，降降低低cAMP水水平平，从从而而使使糖糖原原合合酶酶活活性性增增强强、磷磷酸酸化化酶酶活活性性降降低低，加加速速糖糖原原合合成成、抑制糖原分解。抑制糖原分解。通通过过激激活活丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶磷磷酸酸酶酶而而使使丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶激激活活，加速丙酮酸氧化为乙酰加速丙酮酸氧化为乙酰CoA，从而加快糖的有氧氧化。，从而加快糖的有氧氧化。抑抑制制肝肝内内糖糖异异生生。这这是是通通过过抑抑制制磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸羧羧激激酶酶的的合合成成以以及及促促进进氨氨基基酸酸进进入入肌肌组组织织并并合合成成蛋蛋白白质质，减少肝糖异生的原料。减少肝糖异生的原料。通通过过抑抑制制脂脂肪肪组组织织内内的的激激素素敏敏感感性性脂脂肪肪酶酶，可可减减缓缓脂脂肪动员的速率。肪动员的速率。胰岛素的作用机制胰岛素的作用机制: :（二）机体在不同状态下有相应的升高血糖（二）机体在不同状态下有相应的升高血糖的激素的激素正常人体内存在一套精细的调节糖代谢的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。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人体对摄入的葡萄糖具有很大的耐受能力的现象称为的现象称为葡萄糖耐量葡萄糖耐量(glucose tolerence)。三、血糖水平异常及糖尿病是最常见的三、血糖水平异常及糖尿病是最常见的糖代谢紊乱糖代谢紊乱n临床上因糖代谢障碍可发生血糖水平紊乱，常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：见有以下两种类型：低血糖低血糖 (hypoglycemia) 高血糖高血糖 (hyperglycemia) （一）低血糖是指血糖浓度低于（一）低血糖是指血糖浓度低于3.0mmol/L低低血血糖糖影影响响脑脑的的正正常常功功能能，因因为为脑脑细细胞胞所所需需要要的的能能量量主主要要来来自自葡葡萄萄糖糖的的氧氧化化。当当血血糖糖水水平平过过低低时时，就就会会影影响响脑脑细细胞胞的的功功能能，从从而而出出现现头头晕晕、倦倦怠怠无无力力、心心悸悸等等，严严重重时时出出现现昏昏迷迷，称称为为低低血血糖糖休休克克。如如不不及及时时给给病病人人静脉补充葡萄糖，可导致死亡。静脉补充葡萄糖，可导致死亡。 n低血糖的危害：低血糖的危害：胰胰性性(胰胰岛岛-细细胞胞机机能能亢亢进进、胰胰岛岛-细细胞胞机能低下等机能低下等)；肝性（肝癌、糖原累积病等）；肝性（肝癌、糖原累积病等）；内内分分泌泌异异常常（垂垂体体机机能能低低下下、肾肾上上腺腺皮皮质质机能低下等）；机能低下等）；肿瘤（胃癌等）；肿瘤（胃癌等）；饥饿或不能进食者等。饥饿或不能进食者等。 n低血糖的原因：低血糖的原因：（二）高血糖是指空腹血糖高于（二）高血糖是指空腹血糖高于6.9mmol/L临临床床上上将将空空腹腹血血糖糖浓浓度度高高于于5.66.9mmol/L 称为高血糖称为高血糖(hyperglycemia)。当当血血糖糖浓浓度度超超过过了了肾肾小小管管的的重重吸吸收收能能力力(肾肾糖糖阈阈)，则可出现糖尿。，则可出现糖尿。持持续续性性高高血血糖糖和和糖糖尿尿，特特别别是是空空腹腹血血糖糖和和糖糖耐耐量量曲曲线线高高于于正正常常范范围围，主主要要见见于于糖糖尿尿病病(diabetes mellitus)。糖尿病；糖尿病；遗传性胰岛素受体缺陷遗传性胰岛素受体缺陷某某些些慢慢性性肾肾炎炎、肾肾病病综综合合症症等；等；生理性高血糖和糖尿。生理性高血糖和糖尿。n高血糖的原因：高血糖的原因：（三）糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病（三）糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病糖糖尿尿病病是是一一种种因因部部分分或或完完全全胰胰岛岛素素缺缺失失、或或细细胞胞胰胰岛岛素素受受体体减减少少、或或受受体体敏敏感感性性降降低低导导致致的的疾疾病病，它它是是除除了了肥肥胖胖症症之之外外人人类类最最常常见见的的内分泌紊乱性疾病。内分泌紊乱性疾病。 型（胰岛素依赖型）型（胰岛素依赖型）型（非胰岛素依赖型）型（非胰岛素依赖型）n糖尿病可分为二型糖尿病可分为二型: 糖的合成代谢糖的合成代谢1、葡糖糖合成（、葡糖糖合成（糖异生糖异生作用）作用）2、蔗糖蔗糖的合成的合成3、糖原糖原的合成的合成4、淀粉的合成、淀粉的合成（1 1）糖异生作用的概念和）糖异生作用的概念和场所场所（2 2）糖异生的）糖异生的途径途径（3 3）糖异生的）糖异生的前体前体（4 4）糖异生的）糖异生的意义意义（5 5） CoriCori循环循环（6 6）糖异生和糖酵解的代谢糖异生和糖酵解的代谢协调控制协调控制1 1、糖异生作用、糖异生作用（1 1）糖异生作用的概念和场所）糖异生作用的概念和场所 葡萄糖的异生作用是指葡萄糖的异生作用是指由非糖物质转变由非糖物质转变成葡萄糖的过程，成葡萄糖的过程，是葡糖糖合成方式之一。是葡糖糖合成方式之一。 哺乳动物葡萄糖异生作用是在哺乳动物葡萄糖异生作用是在肝脏细胞肝脏细胞中进行的，高等植物主要是发生在油料作物中进行的，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。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由异生的葡萄糖合成糖原的过程称为糖原异生作用。原异生作用。 糖糖异异生生途途径径：丙丙酮酮酸酸 葡葡萄萄糖糖，但但不不是是酵酵解途径的简单逆转。解途径的简单逆转。 在在酵酵解解中中，己己糖糖激激酶酶，磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶和和丙丙酮酮酸酸激激酶酶所所催催化化的的反反应应是是不不可可逆逆的的。在在糖糖异异生生中中，这这三三步步反反应应由由不不同同的的酶酶催催化化，由由四四步步反反应应实实现现克克服服，其其余余7 7步反应就是是酵解的逆反应。步反应就是是酵解的逆反应。（2 2）糖异生作用途径）糖异生作用途径 糖异生途径：糖异生途径：丙酮酸丙酮酸 葡萄糖，葡萄糖，（2 2）糖异生作用途径）糖异生作用途径限速第一步限速第一步：丙酮酸丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸限速第二步限速第二步：果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 果糖果糖-6-6-磷酸磷酸限速第三步限速第三步：葡糖糖葡糖糖-6-6-磷酸磷酸 葡糖糖葡糖糖限速第一步：丙酮酸限速第一步：丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸破解：丙酮酸破解：丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸羧化生成草酰乙酸丙酮酸羧化生成草酰乙酸在在丙丙酮酮酸酸羧羧化化酶酶的的催催化化下下，丙丙酮酮酸酸羧羧化化生生成成草草酰酰乙乙酸酸，反反应应消消耗耗一一分分子子的的ATPATP。丙丙酮酮酸酸羧羧化化酶酶以以生生物物素素为为辅辅基基，催化的反应是不可逆反应，反应受乙酰催化的反应是不可逆反应，反应受乙酰CoACoA别构抑制。别构抑制。草酰乙酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸 草草酰酰乙乙酸酸经经磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸羧羧化化激激酶酶催催化化生生成成磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸。该该脱脱羧羧反反用用GTPGTP作作为为高高能能磷磷酰酰基基的的供供体体，在在体体内内是是不不可可逆逆的的，但但在在体体外外，分分离离的的磷磷酸酸烯醇式丙酮酸羧化激酶却可以催化该反应的逆反应。烯醇式丙酮酸羧化激酶却可以催化该反应的逆反应。 注意：注意：丙酮酸羧化酶存在于线粒体中丙酮酸羧化酶存在于线粒体中丙酮酸丙酮酸进入线粒体后进入线粒体后生成草酰乙酸；生成草酰乙酸；在线粒体内在线粒体内草酰乙酸转变成苹果酸后草酰乙酸转变成苹果酸后转运到胞浆转运到胞浆细细胞胞浆浆中中的的苹苹果果酸酸又又被被苹苹果果酸酸脱脱氢氢酶酶再再氧氧化化成成草草酰乙酸，然后再转变成酰乙酸，然后再转变成PEPPEP。NADNAD+ +是氢受体。是氢受体。 线粒体中线粒体中NADH + H+ + 草酰乙酸-NAD+ + 苹果酸 G0= -29.7kJ/mol 胞浆中胞浆中苹果酸 + NAD+ - 草酰乙酸 + NADH + H+ G0= +29.7 kJ/mol果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸水解生成果糖二磷酸水解生成果糖-6-6-磷酸磷酸 酵酵解解过过程程中中的的F-6-PF-6-P生生成成F-1,6-2PF-1,6-2P反反应应是是不不可可逆逆反反应应。所所以以，糖糖异异生生途途径径使使用用F-1,6-2PF-1,6-2P酶酶催催化化F-1,6-F-1,6-2P2P水水解解生生成成F-6-PF-6-P，反反应应释释放放出出大大量量的的自自由由能能，反反应应也也是不可逆的。是不可逆的。限速第二步：果糖限速第二步：果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 果糖果糖-6-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸水解生成葡萄糖磷酸水解生成葡萄糖 F-6-PF-6-P沿沿酵酵解解的的逆逆反反应应异异构构化化生生成成G-6-PG-6-P，由由葡葡G-6-PG-6-P酶酶催催化化其其水水解解为为葡葡萄萄糖糖和和无无机机磷磷酸酸，该水解反应不可逆。该水解反应不可逆。限速第三步：葡糖糖限速第三步：葡糖糖-6-6-磷酸磷酸 葡糖糖葡糖糖 从从以以上上过过程程可可以以看看出出，糖糖异异生生是是个个需需能能过过程程，由由两两分分子子丙丙酮酮酸酸合合成成一一分分子子葡葡萄萄糖糖需需要要4 4分分子子ATPATP和和2 2 分子分子GTPGTP，同时还需要两分子同时还需要两分子NADHNADH， 糖异生总反应方程式为：糖异生总反应方程式为：2 2丙酮酸丙酮酸4 4ATPATP2 2GTPGTP2 2NADHNADH2 2H H+ +6 6H H2 2O O 葡萄糖葡萄糖4 4ADPADP2 2GDPGDP6 6P Pi i2 2NADNAD+ + 糖糖异异生生等等于于用用ATPGTPATPGTP各各2 2分分子子克克服服由由两两分分子子丙丙酮酮酸酸形形成成两两分分子子高高能能磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸的的能能障障，用用2 2分分子子ATPATP进行磷酸甘油激酶催化反应的可逆反应。进行磷酸甘油激酶催化反应的可逆反应。 葡葡萄萄糖糖经经糖糖酵酵解解转转化化为为两两分分子子丙丙酮酮酸酸净净生生成成2 2分分子子ATPATP，而而由由两两分分子子丙丙酮酮酸酸经经糖糖异异生生途途径径合合成成一一分分子子葡葡萄萄糖糖却却消消耗耗了了6 6个个高高能能键键，也也就就是是说说，糖糖异异生生比比酵酵解净生成的解净生成的ATPATP多用了多用了4 4分子分子ATP-ATP-储存能量储存能量。 （3 3）糖异生的前体糖异生的前体凡是能生成丙酮酸的物质凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖都可以变成葡萄糖三三羧羧酸酸循循环环的的中中间间物物，柠柠檬檬酸酸，异异柠柠檬檬酸酸，-酮酮戊戊二二酸酸，琥琥珀珀酸酸，延延胡胡索索酸酸和和苹苹果果酸酸都都可可以转变为草酰乙酸而进入糖异生途径。以转变为草酰乙酸而进入糖异生途径。乙乙酰酰CoACoA不不能能作作为为糖糖异异生生的的前前体体，它它不不能能转转化化成丙酮酸，因为丙酮酸脱氢酶反应是不可逆的成丙酮酸，因为丙酮酸脱氢酶反应是不可逆的大大多多数数氨氨基基酸酸是是生生糖糖氨氨基基酸酸，如如丙丙氨氨酸酸，谷谷氨氨酸酸，天天冬冬氨氨酸酸，丝丝氨氨酸酸，半半胱胱氨氨酸酸，甘甘氨氨酸酸，精精氨氨酸酸，组组氨氨酸酸，苏苏氨氨酸酸，脯脯氨氨酸酸，谷谷氨氨酰酰胺胺，天天冬冬酰酰胺胺，甲甲硫硫氨氨酸酸，缬缬氨氨酸酸，它它们们可可转转变变成成丙丙酮酮酸酸，以以及及-酮酮戊戊二二酸酸，草草酰酰乙乙酸酸等等三三羧羧酸酸循循环环中中间产物参加糖异生途径。间产物参加糖异生途径。 糖糖异异生生具具有有重重要要的的生生理理意意义义，在在饥饥饿饿、剧剧烈烈运运动动造造成成糖糖原原下下降降后后，血血糖糖浓浓度度降降低低，糖糖异异生生可可使使酵酵解解产产生生的的乳乳酸酸、脂脂肪肪分分解解的的甘甘油油以以及及大大部部分分氨氨基基酸酸等等代代谢谢中中间间物物重重新新生生成成糖糖。这这对对于于维维持持血血糖糖浓浓度度，满满足足组组织织（特特别别是是脑脑和和红红细细胞）对糖的需要是十分重要的。胞）对糖的需要是十分重要的。（4 4）糖异生作用意义）糖异生作用意义线粒体糖异生途径酵解途径 （5 5）CoriCori循环循环 当当骨骨骼骼肌肌剧剧烈烈运运动动时时，呼呼吸吸不不能能向向组组织织中中运运送送足足够够的的氧氧使使葡葡萄萄糖糖完完全全氧氧化化。6-P-G6-P-G转转换换成成丙丙酮酮酸酸的的速速度度大大于于丙丙酮酮酸酸进进一一步步由由三三羧羧酸酸循循环环完完全全氧氧化化的的速速度度。这这时时丙丙酮酮酸酸倾倾向向于于还还原原成成乳乳酸酸。乳乳酸酸释释放放进进入入血液，再迅速进入肝。血液，再迅速进入肝。 进进入入肝肝脏脏的的乳乳酸酸再再氧氧化化成成丙丙酮酮酸酸。丙丙酮酮酸酸通通过过糖糖异异生生再再生生成成葡葡萄萄糖糖。葡葡萄萄糖糖再再回回到到血血液液。骨骨骼骼肌肌又将葡萄糖摄入，再产生糖原储备。又将葡萄糖摄入，再产生糖原储备。Cori 循环 可立氏循环 这条途径在肌肉剧烈运动后的恢复过程中特别活这条途径在肌肉剧烈运动后的恢复过程中特别活跃，是为了重建糖原储备跃，是为了重建糖原储备。（6 6）糖异生和糖酵解作用的代谢协调控制糖异生和糖酵解作用的代谢协调控制 糖糖酵酵解解和和糖糖异异生生都都是是在在胞胞浆浆中中进进行行但但是是方方向向相相反反，它它们们的的控控制制必必须须是是交交交交互互互互或或是是往往往往复复复复式式的的。换换句句话话说说，细细细细胞胞胞胞激激激激活活活活其其其其中中中中一一一一条条条条途途途途径径径径必必必必定定定定抑抑抑抑制制制制另另另另一一一一条途径条途径条途径条途径。 糖糖酵酵解解的的控控制制主主要要是是通通过过调调节节三三个个强强放放能能反反应应进进行行的的。这这三三个个强强放放能能反反应应由由己己糖糖激激酶酶，磷磷酸酸果果糖激酶糖激酶和和丙酮酸激酶丙酮酸激酶控制。控制。 在在糖糖异异生生中中，这这三三个个反反应应的的相相反反反反应应也也是是强强放放能能的的，由由葡葡萄萄糖糖-6-6-磷磷酸酸酶酶，果果糖糖1 1，6-6-二二磷磷酸酸酶酶，以及以及丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶和和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶控制控制酵解控制点酵解控制点酵解控制点酵解控制点糖异生控制点糖异生控制点糖异生控制点糖异生控制点 糖糖异异生生和和糖糖酵酵解解作作用用的的代代谢谢协协调控制的调控制的调节方式有：调节方式有： 别构别构调节调节 无效无效循环循环 激素激素调节调节 别构调节：别构调节：别构酶效应物在协调控制中的作用别构酶效应物在协调控制中的作用 高高浓浓度度6-P-G6-P-G抑抑制制己己糖糖激激酶酶，而而激激活活葡葡萄萄糖糖6-6-磷磷酸酶，从而抑制酵解，促进糖异生。酸酶，从而抑制酵解，促进糖异生。 糖糖酵酵解解和和糖糖异异生生共共同同关关键键控控制制点点是是6-P-F6-P-F与与1 1，6-2P-F6-2P-F的的转转化化。其其中中酵酵解解过过程程的的关关键键调调控控酶酶是是磷磷酸酸果糖激酶果糖激酶，糖异生的关键调控酶是，糖异生的关键调控酶是果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶。2,62,6二磷酸果糖二磷酸果糖对这两个酶的作用相反。对这两个酶的作用相反。 乙酰辅酶乙酰辅酶A A是丙酮酸羧化酶的激活剂，是丙酮酸激是丙酮酸羧化酶的激活剂，是丙酮酸激酶和丙酮酸脱氢酶的抑制剂。酶和丙酮酸脱氢酶的抑制剂。 丙氨酸丙氨酸是糖异生的前体，但对丙酮酸激酶有抑制是糖异生的前体，但对丙酮酸激酶有抑制作用，是该酶的负效应物。作用，是该酶的负效应物。 ATPATP抑抑制制磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶和和丙丙酮酮酸酸激激酶酶的的活活力力，抑抑制酵解，其后果是同时激活糖异生制酵解，其后果是同时激活糖异生. . 细胞中能荷减少，则酵解加速，糖异生作用减慢细胞中能荷减少，则酵解加速，糖异生作用减慢. .无效循环无效循环 由由于于酵酵解解与与糖糖异异生生途途径径是是由由不不同同酶酶催催化化的的两两个个相相反反代代谢谢反反应应，其其条条件件不不一一样样，一一个个方方向向需需要要ATPATP参参加加使使底底物物磷磷酸酸化化，另另一一个个方方向向使使磷磷酸酸化化的的底底物物自自动动水水解解。结结果果ATPATP水水解解消消耗耗了了能能量量，底底物物没有变化没有变化。这种循环称。这种循环称无效循环无效循环。 酵解和糖异生有酵解和糖异生有3 3个点可能产生无效循环。个点可能产生无效循环。 己糖激酶葡萄糖 + ATP 6-磷酸葡萄糖 + ADP 葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖 + H2O 葡萄糖 + Pi 磷酸果糖激酶6-磷酸果糖 + ATP 1，6-二磷酸果糖 + ADP 果糖1，6-二磷酸酶1,6-二磷酸果糖 + H2O 6-磷酸果糖 + Pi 丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP 丙酮酸 + ATP 丙酮酸羧化酶，磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶丙酮酸 + ATP + GTP + H2O 磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP + GDP + Pi这3个反应的结果是 ATP + H2O ADP + Pi这种无效反应只能产生热量。（1）（2）（3）激素对糖异生及酵解途径的调控作用激素对糖异生及酵解途径的调控作用 肾肾上上腺腺素素，高高血血糖糖素素，糖糖皮皮质质激激素素可可增增加加磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸羧羧化化激激酶酶及及葡葡萄萄糖糖6-6-磷磷酸酸酶酶的的合合成成，从从而而促促使使糖糖异异生作用。生作用。 这这些些激激素素也也可可通通过过cAMPcAMP激激活活特特定定蛋蛋白白激激酶酶，使使丙丙酮酮酸酸激酶磷酸化激酶磷酸化，抑制酶的活性，使酵解受到抑制。，抑制酶的活性，使酵解受到抑制。 胰胰岛岛素素可可以以使使磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶，丙丙酮酮酸酸激激酶酶活活性性升升高高，增增强强酵酵解解。并并可可使使果果糖糖1 1，6-6-二二磷磷酸酸酶酶活活性性下下降降，对对抗抗高高血血糖糖素素，肾肾上上腺腺素素对对糖糖异异生生的的效效应应，使使糖糖异异生生减减弱弱。糖糖尿尿病动物的糖异生加强。病动物的糖异生加强。2 2 蔗糖的合成蔗糖的合成 蔗糖在植物界分布最广，特别是在甘蔗、蔗糖在植物界分布最广，特别是在甘蔗、甜菜、菠萝的汁液中很多。蔗糖不仅是重要的光甜菜、菠萝的汁液中很多。蔗糖不仅是重要的光合作用和高等植物的主要成分，而且是糖类在植合作用和高等植物的主要成分，而且是糖类在植物体中物体中 运输的主要形式。运输的主要形式。 蔗糖在高等植物中的合成主要有两种途径：蔗糖在高等植物中的合成主要有两种途径： （1 1）蔗糖合成酶合成蔗糖）蔗糖合成酶合成蔗糖 （2 2）蔗糖磷酸合成酶）蔗糖磷酸合成酶（1 1）蔗糖合成酶）蔗糖合成酶-利用尿苷二磷酸利用尿苷二磷酸（UDPGUDPG）作为葡萄糖给体与果糖和合成蔗糖。作为葡萄糖给体与果糖和合成蔗糖。而尿苷二磷酸葡糖是葡糖而尿苷二磷酸葡糖是葡糖-1-1-磷酸与尿苷三磷磷酸与尿苷三磷酸（酸（UTPUTP）在）在UDPGUDPG焦磷酸化酶催化下生成。焦磷酸化酶催化下生成。 葡糖葡糖-1-1-磷酸磷酸 + UTP - UDPG + + UTP - UDPG + PPiPPi PPiPPi + H + H2 2O -2PiO -2PiUDPG + 果糖果糖 - 蔗糖蔗糖 + UDP K（平衡常数）= 8 （pH7.4）蔗糖合成酶蔗糖合成酶 （2 2）磷酸蔗糖合成酶）磷酸蔗糖合成酶也利用也利用UDPGUDPG作为葡作为葡萄糖给体，但果糖部分不是游离果糖，而是萄糖给体，但果糖部分不是游离果糖，而是果糖果糖磷酸酯磷酸酯，合成产物是，合成产物是蔗糖磷酸酯蔗糖磷酸酯，再经专一的磷，再经专一的磷酸酯酶作用脱去磷酸形成蔗糖，被认为酸酯酶作用脱去磷酸形成蔗糖，被认为是植物合是植物合成蔗糖的主要途径。成蔗糖的主要途径。糖原的合成糖原的合成 在在体体外外，使使糖糖原原分分解解的的磷磷酸酸化化酶酶可可催催化化逆逆反反应合成糖原。应合成糖原。 在在体体内内，糖糖原原合合成成不不是是由由磷磷酸酸化化酶酶催催化化的的。糖糖原原合合成成中中糖糖基基的的供供体体是是UDPGUDPG（ UDP-UDP-葡葡萄萄糖糖）而而不是不是G-1-PG-1-P。 合合成成与与分分解解采采用用不不同同途途径径更更容容易易满满足足代代谢谢调调节节和反应所需能量的要求和反应所需能量的要求。（1 1）UDP-GUDP-G合成：合成：在体内，在体内， G-1-PG-1-P在在UDP-UDP-葡萄糖葡萄糖焦磷酸化酶焦磷酸化酶催化下与催化下与UTPUTP反应生成反应生成UDP-UDP-葡萄糖。葡萄糖。反应是可逆的，但由于焦磷酸极易被反应是可逆的，但由于焦磷酸极易被焦磷酸酶焦磷酸酶水水解成磷酸使反应向右进行。解成磷酸使反应向右进行。H H2 2O O2Pi2Pi-焦磷酸酶 糖原合成酶催化新的葡萄糖残基加在糖原糖原合成酶催化新的葡萄糖残基加在糖原非还原末端非还原末端的葡萄糖残基碳的葡萄糖残基碳4 4的羟基上的羟基上，形成，形成-1,4-1,4糖苷键。糖苷键。UDP-葡萄糖糖原合成酶糖原合成酶(2)(2)糖原合成糖原合成(3)1(3)1，6-6-糖苷键的形成：糖苷键的形成： 分枝酶从至少分枝酶从至少1111个葡萄糖残基的糖原将末端个葡萄糖残基的糖原将末端6 6个葡萄糖残基转移到较内部的葡萄糖残基个葡萄糖残基转移到较内部的葡萄糖残基6 6位羟基位羟基上，形成具有上，形成具有1 1，6-6-糖苷键的新分枝。分枝酶的这糖苷键的新分枝。分枝酶的这个反应为糖原合成酶的反应创造了两个末端。个反应为糖原合成酶的反应创造了两个末端。糖原合成中的分枝过程淀粉淀粉- -（1 1，4141，6 6）转葡糖苷酶）转葡糖苷酶 （分枝酶）糖代谢主要途径的相互联系糖代谢主要途径的相互联系