生化11糖代谢.docx
《生化11糖代谢.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生化11糖代谢.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![生化11糖代谢.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2022-12/15/dee8c546-f8ef-4954-80e1-861a7cae20b0/dee8c546-f8ef-4954-80e1-861a7cae20b01.gif)
生化11糖代谢
第三章糖代谢
第一节概述
一、特点
糖代谢可分为分解与合成两方面,前者包括酵解与三羧酸循环,后者包括糖的异生、糖原与结构多糖的合成等,中间代谢还有磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。
糖代谢受神经、激素和酶的调节。
同一生物体内的不同组织,其代谢情况有很大差异。
脑组织始终以同一速度分解糖,心肌和骨骼肌在正常情况下降解速度较低,但当心肌缺氧和骨骼肌痉挛时可达到很高的速度。
葡萄糖的合成主要在肝脏进行。
不同组织的糖代谢情况反映了它们的不同功能。
二、糖的消化和吸收
(一)消化
淀粉是动物的主要糖类来源,直链淀粉由300-400个葡萄糖构成,支链淀粉由上千个葡萄糖构成,每24-30个残基中有一个分支。
糖类只有消化成单糖以后才能被吸收。
主要的酶有以下几种:
1.α-淀粉酶哺乳动物的消化道中较多,是内切酶,随机水解链内α1,4糖苷键,产生α-构型的还原末端。
产物主要是糊精及少量麦芽糖、葡萄糖。
最适底物是含5个葡萄糖的寡糖。
2.β-淀粉酶在豆、麦种子中含量较多。
是外切酶,作用于非还原端,水解α-1,4糖苷键,放出β-麦芽糖。
水解到分支点则停止,支链淀粉只能水解50%。
3.葡萄糖淀粉酶存在于微生物及哺乳动物消化道内,作用于非还原端,水解α-1,4糖苷键,放出β-葡萄糖。
可水解α-1,6键,但速度慢。
链长大于5时速度快。
4.其他α-葡萄糖苷酶水解蔗糖,β-半乳糖苷酶水解乳糖。
二、吸收
D-葡萄糖、半乳糖和果糖可被小肠粘膜上皮细胞吸收,不能消化的二糖、寡糖及多糖不能吸收,由肠细菌分解,以CO2、甲烷、酸及H2形式放出或参加代谢。
三、转运
1.主动转运小肠上皮细胞有协助扩散系统,通过一种载体将葡萄糖(或半乳糖)与钠离子转运进入细胞。
此过程由离子梯度提供能量,离子梯度则由Na-K-ATP酶维持。
细菌中有些糖与氢离子协同转运,如乳糖。
另一种是基团运送,如大肠杆菌先将葡萄糖磷酸化再转运,由磷酸烯醇式丙酮酸供能。
果糖通过一种不需要钠的易化扩散转运。
需要钠的转运可被根皮苷抑制,不需要钠的易化扩散被细胞松驰素抑制。
2.葡萄糖进入红细胞、肌肉和脂肪组织是通过被动转运。
其膜上有专一受体。
红细胞受体可转运多种D-糖,葡萄糖的Km最小,L型不转运。
此受体是蛋白质,其转运速度决定肌肉和脂肪组织利用葡萄糖的速度。
心肌缺氧和肌肉做工时转运加速,胰岛素也可促进转运,可能是通过改变膜结构。
第二节糖酵解
一、定义
1.酵解是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的过程。
它是动植物及微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。
有氧时丙酮酸进入线粒体,经三羧酸循环彻底氧化生成CO2和水,酵解生成的NADH则经呼吸链氧化产生ATP和水。
缺氧时NADH把丙酮酸还原生成乳酸。
2.发酵也是葡萄糖或有机物降解产生ATP的过程,其中有机物既是电子供体,又是电子受体。
根据产物不同,可分为乙醇发酵、乳酸发酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。
二、途径
共10步,前5步是准备阶段,葡萄糖分解为三碳糖,消耗2分子ATP;后5步是放能阶段,三碳糖生成丙酮酸,共产生4分子ATP。
总过程需10种酶,都在细胞质中,多数需要Mg2+。
酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的,可防止从细胞膜漏出、保存能量,并有利于与酶结合。
1.磷酸化葡萄糖被ATP磷酸化,产生6-磷酸葡萄糖。
反应放能,在生理条件下不可逆(K大于300)。
由己糖激酶或葡萄糖激酶催化,需要Mg2+或Mn2+。
己糖激酶可作用于D-葡萄糖、果糖和甘露糖,是糖酵解过程中的第一个调节酶,受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。
有三种同工酶。
葡萄糖激酶存在于肝脏中,只作用于葡萄糖,不受6-磷酸葡萄糖的别构抑制肌肉的己糖激酶Km=0.1mM,肝脏的葡萄糖激酶Km=10mM,平时细胞中的葡萄糖浓度时5mM,只有进后葡萄糖激酶才活跃,合成糖原,降低血糖浓度,葡萄糖激酶是诱导酶,胰岛素可诱导它的合成。
6-磷酸葡萄糖也可由糖原合成,由糖原磷酸化酶催化,生成1-磷酸葡萄糖,在磷酸葡萄糖变位酶的催化下生成6-磷酸葡萄糖。
此途径少消耗1个ATP。
6-磷酸葡萄糖由葡萄糖6-磷酸酶催化水解,此酶存在于肝脏和肾脏中,肌肉中没有。
2.异构由6-磷酸葡萄糖生成6-磷酸果糖
反应中间物是酶结合的烯醇化合物,反应是可逆的,由浓度控制。
由磷酸葡萄糖异构酶催化,受磷酸戊糖支路的中间物竞争抑制,如6-磷酸葡萄糖酸。
戊糖支路通过这种方式抑制酵解和有氧氧化,pH降低使抑制加强,减少酵解,以免组织过酸。
3.磷酸化6-磷酸果糖被ATP磷酸化,生成1,6-二磷酸果糖
由磷酸果糖激酶催化,是酵解的限速步骤。
是别构酶,四聚体,调节物很多,ATP、柠檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG是负调节物;果糖1,6-二磷酸、AMP、ADP、磷酸、环AMP等是正调节物。
PFK有三种同工酶,A在心肌和骨骼肌中,对磷酸肌酸、柠檬酸和磷酸敏感;B在肝和红细胞中,对DPG敏感;C在脑中,对ATP和磷酸敏感。
各种效应物在不同组织中浓度不同,更重要的是其浓度变化幅度不同,如大鼠在运动和休息时ATP含量仅差0.8ug/g肌肉,不能改变PFK活力,而磷酸肌酸浓度变化大,效应也大。
4.裂解生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮
由醛缩酶催化,有三种同工酶,A在肌肉中,B在肝中,C在脑中。
平衡有利于逆反应,由浓度推动反应进行。
生成西弗碱中间物。
5.异构DHAP生成磷酸甘油醛
DHAP要转变成磷酸甘油醛才能继续氧化,此反应由磷酸丙糖异构酶催化,平衡时磷酸甘油醛占10%,由于磷酸甘油醛不断消耗而进行。
受磷酸和磷酸缩水甘油竞争抑制。
以上反应共消耗2分子ATP,产生2分子3-磷酸甘油醛,原来葡萄糖的3,2,1位和4,5,6位变成1,2,3位。
6.氧化G-3-P+NAD++H3PO4=1,3-DPG+NADH+H+
由磷酸甘油醛脱氢酶催化,产物是混合酸酐,含高能键(11.8千卡)。
反应可分为两部分,放能的氧化反应偶联推动吸能的磷酸化反应。
酶是四聚体,含巯基,被碘乙酸强烈抑制。
砷酸盐与磷酸竞争,可产生3-磷酸甘油酸,但没有磷酸化,是解偶联剂。
NAD之间有负协同效应,ATP和磷酸肌酸是非竞争抑制剂,磷酸可促进酶活。
肌肉收缩开始的几秒,磷酸肌酸从20mM下降到10-5mM,使酶活升高;随着乳酸的积累,ATP抑制增强,酶活下降。
7.放能1,3-DPG+ADP=3-磷酸甘油酸+ATP
由磷酸甘油酸激酶催化,需Mg。
是底物水平磷酸化,抵消了消耗的ATP。
8.变位3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸
由磷酸甘油酸变位酶催化,需镁离子。
DPG是辅因子,可由1,3-二磷酸甘油酸变位而来。
机理是DPG的3位磷酸转移到底物的2位。
DPG无高能键,可被磷酸酶水解成3-磷酸甘油酸。
红细胞中有15-50%的1,3-DPG转化为DPG,以调节运氧能力。
在氧分压较高的肺泡,亲和力不变,而在组织中亲和力降低,可增加氧的释放。
9.脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸PEP
由烯醇酶催化,需镁或锰离子。
反应可逆,分子内能量重新分布,产生一个高能键。
F—可络合镁离子,抑制酶活,有磷酸盐时更强,可用来抑制酵解。
10.放能生成丙酮酸和ATP
由丙酮酸激酶催化,需镁离子,不可逆。
是别构酶,F-1,6-2P活化,脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP和丙氨酸抑制酶活。
有三种同工酶,L型存在于肝脏中,被二磷酸果糖激活,脂肪酸、乙酰辅酶A、ATP和丙氨酸抑制;A型存在于脂肪、肾和红细胞,被二磷酸果糖激活,ATP和丙氨酸抑制;M型存在于肌肉中,被磷酸肌酸抑制。
丙酮酸激酶受激素影响,胰岛素可增加其合成。
三、能量变化
C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+=2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H++2H2O
有氧时2个NADH经呼吸链可产生6个ATP,共产生8个ATP;无氧时生成乳酸,只有2个ATP。
在骨骼肌和脑组织中,NADH进入线粒体要经过甘油磷酸穿梭系统,在细胞质中由3-磷酸甘油脱氢酶催化,将磷酸二羟丙酮还原生成3-磷酸甘油,进入线粒体后再氧化生成磷酸二羟丙酮,返回细胞质。
因为其辅酶是FAD,所以生成FADH2,只产生2个ATP。
这样其还原当量(2H++2e)被带入线粒体,生成FADH2,进入呼吸链,结果共生成6个ATP。
其他组织如肝脏和心肌等,通过苹果酸穿梭系统,在苹果酸脱氢酶作用下还原草酰乙酸,生成苹果酸,进入线粒体后再氧化生成草酰乙酸。
不过草酰乙酸不能通过线粒体膜,必需经谷草转氨酶催化生成天冬氨酸和α-酮戊二酸才能返回细胞质。
线粒体中苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD,所以可生成3个ATP。
四、丙酮酸的去向
1.生成乙酰辅酶A:
有氧时丙酮酸进入线粒体,脱羧生成乙酰辅酶A,通过三羧酸循环彻底氧化成水和CO2。
2.生成乳酸:
乳酸菌及肌肉供氧不足时,丙酮酸接受3磷酸甘油醛脱氢时产生的NADH上的H,在乳酸脱氢酶催化下还原生成乳酸。
LDH有5种同工酶,A4在骨骼肌,B4在心肌。
A4以高速催化丙酮酸的还原,使骨骼肌可在缺氧时运动;H4速度慢并受丙酮酸抑制,所以心肌在正常情况下并不生成乳酸,而是将血液中的乳酸氧化生成丙酮酸,进入三羧酸循环。
骨骼肌产生的大量乳酸还可由肝脏氧化生成丙酮酸,再通过糖的异生转变为葡萄糖,供骨骼肌利用,称为乳酸循环或Coli氏循环。
3.生成乙醇:
在酵母菌中,由丙酮酸脱羧酶催化生成乙醛,再由乙醇脱氢酶催化还原生成乙醇。
五、其他单糖
1.果糖:
可由己糖激酶催化形成6-磷酸果糖而进入酵解。
己糖激酶对葡萄糖的亲和力比果糖大12倍,只有在脂肪组织中,果糖含量比葡萄糖高,才由此途径进入酵解。
肝脏中有果糖激酶,可生成1-磷酸果糖,再被1-磷酸果糖醛缩酶裂解生成甘油醛和磷酸二羟丙酮,甘油醛由三碳糖激酶磷酸化生成3-磷酸甘油醛,进入酵解。
2.半乳糖:
在半乳糖激酶催化下生成1-磷酸半乳糖(需镁离子),再在1-磷酸半乳糖尿苷酰转移酶催化下与UDP-葡萄糖生成UDP-半乳糖和1-磷酸葡萄糖,UDP-半乳糖被UDP-半乳糖4-差向酶催化生成UDP-葡萄糖。
反应是可逆的,半乳糖摄入不足时可用于合成半乳糖。
3.甘露糖:
由己糖激酶催化生成6-磷酸甘露糖,被磷酸甘露糖异构酶催化生成6-磷酸果糖,进入酵解。
第三节三羧酸循环
一、丙酮酸脱氢酶复合体
(一)反应过程:
5步,第一步不可逆。
1.脱羧,生成羟乙基TPP,由E1催化。
2.羟乙基被氧化成乙酰基,转移给硫辛酰胺。
由E2催化。
3.形成乙酰辅酶A。
由E2催化。
4.氧化硫辛酸,生成FADH2。
由E3催化。
5.氧化FADH2,生成NADH。
复合体有60条肽链组成,直径30nm,E1和E2各24个,E3有12个。
其中硫辛酰胺构成转动长臂,在电荷的推动下携带中间产物移动。
(二)活性调控
此反应处于代谢途径的分支点,收到严密调控:
1.产物抑制:
乙酰辅酶A抑制E2,NADH抑制E3。
可被辅酶A和NAD+逆转。
2.核苷酸反馈调节:
E1受GTP抑制,被AMP活化。
3.共价调节:
E1上的特殊丝氨酸被磷酸化时无活性,水解后恢复活性。
丙酮酸抑制磷酸化作用,钙和胰岛素增加去磷酸化作用,ATP、乙酰辅酶A、NADH增加磷酸化作用。
二、三羧酸循环的途径:
8步。
曾经怀疑第一个组分是其他三羧酸,故名三羧酸循环。
也叫Krebs循环。
1.辅酶A与草酰乙酸缩合,生成柠檬酸
由柠檬酸缩合酶催化,高能硫酯键水解推动反应进行。
受ATP、NADH、琥珀酰辅酶A和长链脂肪酰辅酶A抑制。
ATP可增加对乙酰辅酶A的Km。
氟乙酰辅酶A可形成氟柠檬酸,抑制下一步反应的酶,称为致死合成,可用于杀虫剂。
2.柠檬酸异构化,生成异柠檬酸
由顺乌头酸酶催化,先脱水,再加水。
是含铁的非铁卟啉蛋白。
需铁及巯基化合物(谷胱甘肽或Cys等)维持其活性。
3.氧化脱羧,生成α-酮戊二酸
第一次氧化,由异柠檬酸脱氢酶催化,生成NADH或NADPH。
中间物是草酰琥珀酸。
是第二个调节酶,能量高时抑制。
生理条件下不可逆,是限速步骤。
细胞质中有另一种异柠檬酸脱氢酶,需NADPH,不是别构酶。
其反应可逆,与NADPH还原当量有关。
4.氧化脱羧,生成琥珀酰辅酶A
第二次氧化脱羧,由α-酮戊二酸脱氢酶体系催化,生成NADH。
其中E1为α-酮戊二酸脱氢酶,E2为琥珀酰转移酶,E3与丙酮酸脱氢酶体系相同。
机制类似,但无共价调节。
5.分解,生成琥珀酸和GTP
是唯一一个底物水平磷酸化,由琥珀酰辅酶A合成酶(琥珀酰硫激酶)催化。
GTP可用于蛋白质合成,也可生成ATP。
需镁离子。
6.脱氢,生成延胡索酸
第三步氧化还原反应,由琥珀酸脱氢酶催化,生成FADH2。
琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜,直接与呼吸链相连。
FADH2不与酶解离,电子直接转移到酶的铁原子上。
7.水化,生成苹果酸
由延胡索酸酶催化,是反式加成,只形成L-苹果酸。
8.脱氢,生成草酰乙酸
第四次氧化还原,由L-苹果酸脱氢酶催化,生成NADH。
反应在能量上不利,由于草酰乙酸的消耗而进行。
三、总结
1.能量情况:
每个循环产生3个NADH,1个FADH2,1个GTP,共12个ATP。
加上酵解和丙酮酸脱氢,每个葡萄糖有氧氧化共产生36-38个ATP。
2.不对称反应:
四、回补反应
三羧酸循环的中间物是许多生物合成的前体,如草酰乙酸和α-酮戊二酸可用于合成天冬氨酸和谷氨酸,卟啉的碳原子来自琥珀酰辅酶A。
这样会降低草酰乙酸浓度,抑制三羧酸循环。
所以必需补充草酰乙酸。
1.丙酮酸羧化:
与ATP、水和CO2在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸。
需要镁离子和生物素。
是调节酶,平时活性低,乙酰辅酶A可促进其活性。
2.PEP+CO2+GDP=草酰乙酸+GTP由磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化,需Mn2+,在脑和心脏中有这个反应。
3.由天冬氨酸转氨生成草酰乙酸,谷氨酸生成α-酮戊二酸,异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸生成琥珀酰辅酶A。
五、乙醛酸循环
六、许多植物和微生物可将脂肪转化为糖,是通过一个类似三羧酸循环的乙醛酸循环,将2个乙酰辅酶A合成一个琥珀酸。
此循环生成异柠檬酸后经异柠檬酸裂解酶催化,生成琥珀酸和乙醛酸,乙醛酸与另一个乙酰辅酶A缩合产生苹果酸,由苹果酸合成酶催化。
然后与三羧酸循环相同。
第四节磷酸戊糖途径
一、作用在细胞质中进行
(一)产生NADP,为生物合成提供还原力,如脂肪酸、固醇等。
NADPH还可使谷胱甘肽维持还原态,维持红细胞还原性。
(二)产生磷酸戊糖,参加核酸代谢
(三)是植物光合作用中从CO2合成葡萄糖的部分途径
二、途径
(一)氧化阶段:
生成5-磷酸核酮糖,并产生NADPH
1.葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶作用下生成6-磷酸葡萄糖酸内酯,并产生NADPH。
是此途径的调控酶,催化不可逆反应,受NADPH反馈抑制。
2.被6-磷酸葡萄糖酸δ内酯酶水解,生成6-磷酸葡萄糖酸。
3.在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下脱氢、脱羧,生成5-磷酸核酮糖,并产生NADPH。
(二)分子重排,产生6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛
1.异构化,由磷酸戊糖异构酶催化为5-磷酸核糖,由磷酸戊糖差向酶催化为5-磷酸木酮糖。
2.转酮反应。
5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖在转酮酶催化下生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。
此酶也叫转酮醇酶,需TPP和镁离子,生成羟乙醛基TPP负离子中间物。
3.转醛反应。
7-景天庚酮糖与3-磷酸甘油醛在转醛酶催化下生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖,反应中酶分子的赖氨酸氨基与酮糖底物生成西弗碱中间物。
4.转酮反应。
4-磷酸赤藓糖与5-磷酸木酮糖在转酮酶催化下生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
5.总反应为:
3核糖-5-磷酸=2果糖-6-磷酸+甘油醛-3-磷酸
如细胞中磷酸核糖过多,可以逆转反应,进入酵解。
第五节糖醛酸途径
一、意义
(一)解毒:
肝脏中的糖醛酸有解毒作用,可与含羟基、巯基、羧基、氨基等基团的异物或药物结合,生成水溶性加成物,使其溶于水而排出。
(二)生物合成:
UDP-糖醛酸可用于合成粘多糖,如肝素、透明质酸、硫酸软骨素等。
(三)合成维生素C,但灵长类不能。
(四)形成木酮糖,可与磷酸戊糖途径相连。
二、过程
(一)6-磷酸葡萄糖转化为UDP-葡萄糖,再由NAD连接的脱氢酶催化,形成UDP-葡萄糖醛酸。
(二)合成维生素C:
UDP-葡萄糖醛酸经水解、还原、脱水,形成L-古洛糖酸内酯,再经L-古洛糖酸内酯氧化酶氧化成抗坏血酸。
灵长类动物、豚鼠、印度果蝙蝠不能合成。
(三)通过C5差向酶,形成UDP-艾杜糖醛酸。
(四)L-古洛糖酸脱氢,再脱羧,生成L-木酮糖,然后与NADPH加氢生成木糖醇,还原NAD+生成木酮糖,与磷酸戊糖途径相连。
第六节糖的异生
一、意义
(一)将非糖物质转变为糖,以维持血糖恒定,满足组织对葡萄糖的需要。
人体可供利用的糖仅150克,而且储量最大的肌糖原只供本身消耗,肝糖原不到12小时即全部耗尽,这时必需通过异生补充血糖,以满足脑和红细胞等对葡萄糖的需要。
(二)将肌肉酵解产生的乳酸合成葡萄糖,供肌肉重新利用,即乳酸循环。
二、途径基本是酵解的逆转,但有三步不同:
(一)由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸
1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸
此酶存在于肝和肾脏的线粒体中,需生物素和镁离子。
镁离子与ATP结合,提供能量,生成羧基生物素,再转给丙酮酸,形成草酰乙酸。
此酶是别构酶,受乙酰辅酶A调控,缺乏乙酰辅酶A时无活性。
ATP含量高可促进羧化。
此反应联系三羧酸循环和糖异生,乙酰辅酶A可促进草酰乙酸合成,如ATP含量高则三羧酸循环被抑制,异生加快。
2.草酰乙酸过膜:
异生在细胞质中进行,草酰乙酸要转化为苹果酸才能出线粒体膜,在细胞质中再氧化成草酰乙酸。
这是由苹果酸脱氢酶催化的,同时带出一个NADH。
因为线粒体中还原辅酶多,NAD+/NADH在细胞质中是500-700,线粒体中是5-8。
3.磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化草酰乙酸生成PEP。
反应需GTP提供磷酰基,速度受草酰乙酸浓度和激素调节。
胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素可增加肝脏中的酶量,胰岛素相反。
总反应为:
丙酮酸+ATP+GTP+H2O=PEP+ADP+GDP+Pi+H+
反应消耗2个高能键,比酵解更易进行。
(二)果糖二磷酸酶催化果糖-1,6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸。
需镁离子。
是别构酶,AMP强烈抑制酶活,平时抑制酶活50%。
果糖2,6-二磷酸也抑制,ATP、柠檬酸和3-磷酸甘油酸可激活。
(三)6-磷酸葡萄糖水解,生成葡萄糖。
由葡萄糖-6-磷酸酶催化,需镁离子。
此酶存在于肝脏,脑和肌肉没有。
总反应为:
2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O=葡萄糖+NAD++4ADP+2GDP+6Pi
三、糖异生的前体
(一)三羧酸循环的中间物,如柠檬酸、琥珀酸、苹果酸等。
(二)大多数氨基酸是生糖氨基酸,如丙氨酸、丝氨酸、半胱氨酸等,可转变为三羧酸循环的中间物,参加异生。
(三)肌肉产生的乳酸,可通过乳酸循环(Cori循环)生成葡萄糖。
●反刍动物胃中的细菌将纤维素分解为乙酸、丙酸、丁酸等,奇数碳脂肪酸可转变为琥珀酰辅酶A,参加异生。
第七节糖原的合成与分解
一、分解代谢
(一)糖原磷酸化酶从非还原端水解α-1,4糖苷键,生成1-磷酸葡萄糖。
到分支点前4个残基停止,生成极限糊精。
可分解40%。
有a,b两种形式,b为二聚体,磷酸化后生成有活性的a型四聚体。
b也有一定活性,受AMP显著激活。
(二)去分支酶:
有两个活性中心,一个是转移酶,将3个残基转移到另一条链,留下以α-1,6键相连的分支点。
另一个活性中心起脱支酶作用,水解分支点残基,生成游离葡萄糖。
(三)磷酸葡萄糖变位酶:
催化1-磷酸葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖,经1,6-二磷酸葡萄糖中间物。
(四)肝脏、肾脏、小肠有葡萄糖6-磷酸酶,可水解生成葡萄糖,补充血糖。
肌肉和脑没有,只能氧化供能。
二、合成:
与分解不同
(一)在UDP-葡萄糖焦磷酸化酶作用下,1-磷酸葡萄糖生成UDP-葡萄糖,消耗一个UTP,生成焦磷酸。
(二)糖原合成酶将UDP-葡萄糖的糖基加在糖原引物的非还原端葡萄糖的C4羟基上。
引物至少要有4个糖基,由引发蛋白和糖原起始合成酶合成,将UDP-葡萄糖加在引发蛋白的酪氨酸羟基上。
糖原合成酶a磷酸化后活性降低,称为b,其活性依赖别构效应物6-磷酸葡萄糖激活。
(三)分支酶合成支链。
从至少11个残基的链上将非还原端7个残基转移到较内部的位置,形成1,6键分支。
新的分支必需与原有糖链有4个残基的距离。
分支可加快代谢速度,增加溶解度。
三、衍生糖的合成
(一)GDP-岩藻糖
Glc→Glc-6-P→Fru-6-P→Man-6-P→Man-1-P→GDP-Man→GDP-岩藻糖
(二)UDP-葡萄糖胺
Fru-6-P→葡萄糖胺-6-P→NacG-6-P→NAcG-1-P→UDP-NacG
(三)CMP-唾液酸
UDP-NAcG→N-乙酰神经氨酸-9-磷酸→N-乙酰神经氨酸(唾液酸)→CMP-唾液酸
第八节糖代谢的调节
一、酵解的调节:
三个酶。
通过能量与生物合成的原料调节。
(一)磷酸果糖激酶是限速酶。
其调节物有:
1.ATP是底物,也是负调节物,可被AMP逆转。
当细胞中能荷(ATP/AMP)高时,酶对6-磷酸果糖的亲和力降低。
2.柠檬酸是三羧酸循环的第一个产物,其浓度增加表示生物合成的前体过剩,可加强ATP的抑制作用。
3.氢离子也有抑制作用,可防止乳酸过多引起血液酸中毒。
4.2,6-二磷酸果糖是别构活化剂,可增加对底物的亲和力。
由磷酸果糖激酶2合成,在果糖二磷酸酶催化下水解成6-磷酸果糖。
这两个酶称为前后酶或双功能酶,组成相同,其丝氨酸磷酸化后起磷酸酶作用,去磷酸则起激酶作用。
(二)己糖激酶控制酵解的入口,因为6-磷酸葡萄糖的用处较多,参加磷酸戊糖途径、糖醛酸途径和糖原合成等,所以不是关键酶,由产物反馈抑制,磷酸果糖激酶活性降低则6-磷酸葡萄糖积累,抑制己糖激酶活性。
(三)丙酮酸激酶控制出口。
1.1,6-二磷酸果糖起活化作用,与磷酸果糖激酶协调,加速酵解。
2.丙酮酸转氨生成丙氨酸,别构抑制,表示生物合成过剩。
3.其三种同工酶调节不同,肝脏的L型同工酶受ATP别构抑制,且有可逆磷酸化。
血糖低时被级联放大系统磷酸化,降低活性,而肌肉中的M型不受磷酸化调节,血糖低时也可酵解供能。
A型介于两者之间。
二、三羧酸循环的调控
由三个酶调控:
柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶。
第一步是限速步骤,受底物浓度影响和ATP的抑制。
ATP还抑制异柠檬酸脱氢酶,ADP起激活作用。
NADH对三种酶都抑制。
琥珀酰辅酶A与乙酰辅酶A竞争,抑制柠檬酸合成酶和α-酮戊二酸脱氢酶。
草酰乙酸浓度低,是影响三羧酸循环速度的重要因素。
三、酵解、三羧酸循环与氧化磷酸化
给高速酵解的细胞氧气,则葡萄糖消耗减少,乳酸堆积终止,称为巴斯德效应。
原因是有氧时丙酮酸氧化,产生大量ATP,抑制酵解和三羧酸循环。
三者都由能荷控制。
四、糖异生和酵解的协调
(一)高浓度的6-磷酸葡萄糖抑制己糖激酶,促进异生。
(二)酵解和异生的控制点是6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖的转化。
ATP和柠檬酸促进异生,抑制酵解。
2,6-二磷酸果糖相反,是重要调节物。
(三)丙酮酸与磷酸烯醇式丙酮酸的转化,丙酮酸羧化酶受乙酰辅酶A激活,ADP抑制;丙酮酸激酶被ATP、NADH和丙氨酸抑制。
(四)无效循环:
由不同酶催化的两个相反代