Pentose phosphate PathwayPentose phosphate Pathway

Chapter 20.4Chapter 20.4

Glycolysis Glycolysis 中間代謝物中間代謝物

Transketolase Transketolase 轉酮醇酶轉酮醇酶

TPP 為 transketolase 的輔基 接收 aldose

得到重組的 ketose

Transaldolase Transaldolase 轉醛醇酶轉醛醇酶

Transaldolase Transaldolase 上的 上的 LysLys

脫水脫水 質子化質子化 去質子化去質子化

Transketolase Transketolase 轉酮醇酶轉酮醇酶

Transaldolase Transaldolase 轉醛醇酶轉醛醇酶

磷酸五碳糖的四個代謝模式磷酸五碳糖的四個代謝模式取決於 取決於 NADPHNADPH 、、 Ribose-5-PRibose-5-P 、、 ATPATP

GycolysisGycolysis

當 當 NADPH NADPH 需要量 需要量 < Ribose-5-P < Ribose-5-P 需要量需要量

5 G-6-P + ATP 5 G-6-P + ATP 6 Ribose-5-P + ADP +2H 6 Ribose-5-P + ADP +2H++

Glycolysis Glycolysis 中間代謝物中間代謝物

當 當 NADPH NADPH 需要量 需要量 = Ribose-5-P = Ribose-5-P 需要量需要量

6 G-6-P + 2 NADP6 G-6-P + 2 NADP++ + H + H22OO 5 Ribose-5-P + 2 NADPH+ 5 Ribose-5-P + 2 NADPH+ 2 H2 H++ + CO + CO22

Ribulose-5-P Ribulose-5-P 完全氧化產生 完全氧化產生 NADPH NADPH 進行糖質新生進行糖質新生6 G-6-P + 12 NADP6 G-6-P + 12 NADP++ +7 H +7 H22OO 6 CO 6 CO2 2 + +

12 NADPH + Pi+ 12 H12 NADPH + Pi+ 12 H++

當 當 NADPH NADPH 需要量 需要量 = ATP = ATP 需要量需要量3 G-6-P + 6 NADP3 G-6-P + 6 NADP++ + 5 NAD + 5 NAD++ + 5 Pi +8 ATP + 5 Pi +8 ATP 5 5

pyruvatepyruvate + + 6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP6 NADPH + 5 NADH + 8 ATP + 8 H + 8 H22O + 8 HO + 8 H++

體內重要的抗氧化酵素需要 體內重要的抗氧化酵素需要 NADPH NADPH 還原成還原態還原成還原態

2 GSH + ROOH 2 GSH + ROOH GSSG + ROH + H GSSG + ROH + H22OOGlutathione peroxidaseGlutathione peroxidase

Flavoprotein Glutathione reductase Flavoprotein Glutathione reductase (( 需要 需要 NADPH NADPH 使 使 –– S-S- S-S- 還原成 還原成 -SH)-SH)

缺乏 缺乏 G-6-P dehydrogenase G-6-P dehydrogenase 導致溶血性貧血導致溶血性貧血

BiochemistrySixth Edition

Chapter 21:Glycogen Metabolism

Berg • Tymoczko • Stryer

身體需要的能量時，迅速轉換成 glucose ，並

產生能量

Glycogen 的功用在維持血糖的

恒定

Structure of Glycogen

直鏈— α-1,4 l inkage支鏈— α-1,6 l inkage

非還原端

肝細胞中細胞質電子顯微鏡圖

肝糖的三個代謝路徑肝糖的三個代謝路徑

需要能量時

提供組織利用，維持血糖恆定

DNA 、 RNA、 β-

oxidation 等

Glycogen phosphorylase—Glycogen phosphorylase—剪切後以磷酸根取代 剪切後以磷酸根取代 1st 1st 碳的殘基，碳的殘基，

切下一個 切下一個 glucose glucose 分子。分子。

由非環原端逐次切下 glucose 分

子，切下的 glucose 轉換成

G-1-P 。 支鏈的殘基轉移至直鏈部分

切除支鏈的剩下的一個殘基完全直鏈狀

態

G-6-P

(Debranching enzyme)(Debranching enzyme)去分支水解酵素去分支水解酵素

物是 產物是 產 glucoseglucose ，不是 ，不是 G-1-PG-1-P

αα -1,6 glucosidase-1,6 glucosidase

Epimer ( 表異構物 ) ： Gal Glc

G-6-P

Glycolysispathway

Phosphoglucomutase

Gal-1-P

G-1-P轉移帶有磷酸根的 uridine 到 Gal-1-P 原本的 UDP-glucose 轉變成

G-1-P

與醣類代謝路徑接軌的酵素

PhosphoglucomutasePhosphoglucomutase

與醣類代謝路徑接軌的酵素

G-6-P

Glucose

Glycolysis

糖質新生，維持血糖恆定

糖解代謝，產生能量

Pentose phosphate pathway

PhosphoglucomutasePhosphoglucomutase

G-6-PhosphaseG-6-Phosphase只有 只有 Liver Liver 才具有的酵素才具有的酵素

內質網內質網Glucose

主要提供腦細胞與主要提供腦細胞與骨骼肌利用骨骼肌利用

Glycogen phosphorylase

HomodimerHomodimer同分子量同分子量

可與磷酸鹽受可與磷酸鹽受質結合的部位質結合的部位

Glycogen phosphorylase

所需要的輔酶

Pyridoxine (Vit B6) 的衍生物

GlucoseGlucose G-1-PG-1-P

Glycogen phosphorylase

作用機制

Glycogen phosphorylase

的活性調控

Insulin胰島素 Epinephri

ne腎上腺素

Glucagon昇糖激素

Regulation Glycogen MetabolismRegulation Glycogen Metabolism

Muscle Liver

Glycogen phosphorylase

的活性調控

產生能量供 Muscle 利用 維持全身組織 glucose 的恒定

Muscle Glycogen Phosphorylase

Phosphorylase aRelaxed state

不受 AMP 、 ATP 與 G-6-P 影響，一直具有活性

Phosphorylase b常以 Tense state

High AMP conc. 時有活性 R stateHigh ATP conc. 低活性 T stateHigh G-6-P 抑制活性 T state Epinephrine ↑

興奮、恐懼、運動

Phosphorylase kinase

平衡時以 平衡時以 Tense state Tense state

存在，不具有活存在，不具有活性。性。

AMP↑AMP↑ ATP↑ATP↑

Phosphorylase kinase

Phosphorylase kinase

具有活性

具有活性

Epinephrine ↑興奮、恐懼、運動

G-6-P↑G-6-P↑

缺乏能量時

能量充足時

不具有活不具有活性性

具有活性具有活性

LiverLiver 中 Phosphorylase 的調控方式— 當血糖濃度低時活性增加。

不具有活不具有活性性

具有活性具有活性

Glucose Glucose 充充足，足， Glycogen Glycogen 沒有沒有

必要分解產生 必要分解產生 glucoseglucose

不受 不受 AMP AMP 影響，影響，因為 因為 liver l iver 中不如中不如

肌肉中會有劇烈的能肌肉中會有劇烈的能量變化。量變化。

增加 Ca2+ 含量

磷酸化

β-subunit 被磷酸化

δ-subunit 被鈣離子化

得到最大活性

Phosphorylase kinase

Epinephrine 與 Glucagon 對於肝醣代謝之調控

胰臟

腎髓質

ReceptorReceptor

ReceptorReceptor

1. Epinephrine 與 Glucagon 進入 transmenbrane 與特定 receptor 結合 。

2. 結合後活化 Gs protein ，然後活化 G-protein 。

3. GTP Gs subunit 活 化 adenylate cyclase 。

1. Epinephrine 與 Glucagon 進入 transmenbrane 與特定 receptor 結合 。

2. 結合後活化 Gs protein ，然後活化 G-protein 。

3. GTP Gs subunit 活 化 adenylate cyclase 。

GTPase

終止肝醣分解

Regulatory Cascade for Glycogen Breakdown.

1.Glycogen degradation is stimulated by hormone

binding to 7TM receptors.

2.Hormone binding initiates a G-protein-dependent G-protein-dependent

signal-transduction pathway signal-transduction pathway

3.that results in the phosphorylation and activation activation

of glycogen phosphorylase.of glycogen phosphorylase.

Glycogen synthesis

(Uridine triphosphate)

(UDP-Glucose pyrophosphoryla

se)

UDP-glucose, the glucose donor in the biosynthesis of glycogenglucose donor in the biosynthesis of glycogen, is an activated form of glucoseactivated form of glucose, just as ATP and acetyl CoA are activated forms of orthophosphate and acetate, respectively.

hydroxyl group is esterified to the hydroxyl group is esterified to the diphosphate moiety of UDP.diphosphate moiety of UDP.

Glycogen synthase

Glycogen 合成的關鍵酵素—只能作用在超過 4 個殘基的多醣鏈

上需要依賴 Glycogenin ( 肝醣合成蛋

白 )

Glycogenin ( 肝醣合成蛋白 )

分支 α-1,6 由 branching enzyme 轉移合成

A Branching Enzyme Forms α-1,6 Linkages

Branching is important because it increases

the solubility of glycogen.

Furthermore, branching creates a large number

of terminal residues, the sites of action of

glycogen phosphorylase and synthase

Thus, branching increases the branching increases the rate of glycogen

synthesis and degradation.

Glycogen branching requires a

single transferase activity.

Glycogen debranching requires

two enzyme activities: a transferase and

an α -1,6 glucosidase.

Synthase a

不受 G-6-P 影響，一直具有活性

Synthase b

不具活性Glycogen

sythatase kinase/

Protein kinase A

High G-6-P concentration

合成肝醣

G-6-P G-1-P UTP

UDP-glucosePPi

H2OPi

Glycogen (n)

Glycogen (n+1)UDP

ATP

ADP

Glycogen synthesis pathway

抑制肝醣合成

運動時需要肝醣分解以提高血糖濃度與能量

bbaa

具有活性不具活性

PP1

使 GM 磷酸化 與 PP1

分離

肌肉中肝醣結合位置

肌肉中的小分子 protein

運動過程中，使 Protein Phosphotase 1 (PP1) 失去活性以抑制肝醣生成之作用機

制

Insulin 對於 Glycogen synthesis 的調控—Glycogen synthase

kinase

(Insulin receptor substrate)(Insulin receptor substrate)

Insulin 活化 Glycogen sythase kinase 活性以

促進 Glycogen synthesis

作用在使 作用在使 Glycogen Glycogen synthesis synthesis 維持在不維持在不

活化的狀態活化的狀態不活化狀態不活化狀態

活化狀態活化狀態

活化狀態活化狀態 不活化狀態不活化狀態