第6章糖的生物合成2

1、 6 糖的生物合成糖的生物合成 6.2 糖异生作用糖异生作用 6.3 蔗糖和多糖的生物合成蔗糖和多糖的生物合成 定义：定义： 由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖（原）由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖（原）异生作用。异生作用。 部位：部位： 肝脏（主要）及肾脏肝脏（主要）及肾脏6.2 6.2 糖异生作用糖异生作用(gluconeogenesis)(gluconeogenesis) 原料：原料： 生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸、甘油及三羧酸循环中生糖氨基酸、丙酮酸、乳酸、甘油及三羧酸循环中的有机酸的有机酸（1 1）克服糖酵解的）克服糖酵解的三步不可逆反应三步不可逆反应。（2 2）糖酵解在）

2、糖酵解在细胞液细胞液中进行，糖异生则分别在中进行，糖异生则分别在线粒线粒体体和和细胞液细胞液中进行。中进行。糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同，糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同，但有两方面不同：但有两方面不同：一一. . 糖异生的反应历程糖异生的反应历程(P203)(P203)葡萄糖葡萄糖 6-P 6-P葡萄糖葡萄糖6-P6-P果糖果糖1 1，6-6-二二P P果糖果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛P-P-二羟丙酮二羟丙酮1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸PEPPEP丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 PEP PEP丙酮酸丙酮

3、酸草酰乙酸草酰乙酸（不能跨越（不能跨越 线粒体膜）线粒体膜）丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸丙酮酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸PEPPEPGDP+CO2PEPPEP羧化激酶羧化激酶胞液胞液线粒体线粒体COCO2 2+ +ATPATP+H+H2 2O OADP+PiADP+PiNADH+H+NADH+H+GTP丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶是存在于线粒体中的一个生物是存在于线粒体中的一个生物素蛋白，需素蛋白，需乙酰乙酰CoACoA和和MgMg2+2+激活激活。PyrPyr需经运载系统进入线粒体后才能羧化成需经运载系统进入线粒体后才能羧化成OAAOAA，OAAOAA只有在转变为只有在转变为Ma

4、lMal后才能再进入细后才能再进入细胞质。胞质。二磷酸果糖酯酶是变构酶，受二磷酸果糖酯酶是变构酶，受AMPAMP、2,6-2,6-二磷酸果糖二磷酸果糖变构抑制，但受变构抑制，但受ATPATP、柠檬酸变构激活。、柠檬酸变构激活。F-B-P 转化成转化成 F-6-P 哺乳动物糖异生作用在肝脏中进行哺乳动物糖异生作用在肝脏中进行,高等植物主要发生在油高等植物主要发生在油料种子萌发时脂肪酸氧化产物和甘油向糖的转变。料种子萌发时脂肪酸氧化产物和甘油向糖的转变。葡萄糖葡萄糖 6-P 6-P葡萄糖葡萄糖6-P6-P果糖果糖1 1，6-6-二二P P果糖果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛P-P-二羟丙酮二羟丙酮

5、1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸PEPPEP丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸甘油甘油丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸生糖氨基酸生糖氨基酸TCATCA的中间产物的中间产物 1. 在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定 糖异生能使酵解产生的糖异生能使酵解产生的乳酸乳酸、脂肪分解产生的、脂肪分解产生的甘油甘油以及以及生糖氨生糖氨基酸基酸等中间产物重新生成糖。等中间产物重新生成糖。2.补充糖原贮备补充糖原贮备 糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。糖异生作用是一个十分重要的生

6、物合成葡萄糖的途径。3.3.糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。 糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖供应不足时，糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的酮体酮体（乙酰乙酸、（乙酰乙酸、-羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用。 4.4.油料种子萌发时，胚乳里储存的脂肪降解油

7、料种子萌发时，胚乳里储存的脂肪降解乙醛酸循环乙醛酸循环糖异生糖异生葡萄糖葡萄糖供种子萌发使用供种子萌发使用TCA循环循环糖异生糖异生甘油甘油 + + 脂肪酸脂肪酸乙酰乙酰-CoA -CoA 琥珀酸琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径。红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料的，成人每天约需红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料的，成人每天约需要要160160克葡萄糖，其中克葡萄糖，其中120120克用于脑代谢，而糖原的贮克用于脑代谢，而糖原的贮存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖的不足。存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖的不足

8、。在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满足组织对间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需要是十分重要的。糖的需要是十分重要的。葡萄糖葡萄糖 6-P 6-P葡萄糖葡萄糖6-P6-P果糖果糖1 1，6-6-二二P P果糖果糖3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛P-P-二羟丙酮二羟丙酮2 21 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 23-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 22-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2XPEP2X

9、PEP2丙酮酸丙酮酸作业：作业：由丙酮酸进行糖异由丙酮酸进行糖异生的能量计算？生的能量计算？消耗消耗2ATP+2GTP2ATP+2GTP消耗消耗2ATP2ATP2NADH+2H2NADH+2H+ +？四、糖酵解和糖异生的互补调节四、糖酵解和糖异生的互补调节糖异生作用和糖异生作用和EMPEMP作用相互协调作用相互协调, ,受到很多代谢物调控：受到很多代谢物调控：v高水平的高水平的ATPATP、NADHNADH变构抑制变构抑制PFKPFK和和PK,PK,而变构激活而变构激活二磷酸果糖酯酶。二磷酸果糖酯酶。v Pi Pi、AMPAMP、ADPADP变构激活变构激活PFKPFK、PK, PK, 而变构

10、抑制而变构抑制 二二磷酸果糖酯酶。磷酸果糖酯酶。vATP/ADPATP/ADP比值高时比值高时EMPEMP途径关闭，糖异生打开；途径关闭，糖异生打开；ATP/ADPATP/ADP比值低时比值低时EMPEMP打开，糖异生活性降低。柠檬酸打开，糖异生活性降低。柠檬酸起类似的作用。起类似的作用。磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶果糖果糖1.6-1.6-二磷酸酶二磷酸酶1 1、6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖PEP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶PEPPEP羧激酶羧激酶AMP AMP F-2F-2、6BP6BPATPATP柠檬酸柠檬酸活化活化抑制抑制ATPATPAlaAla乙

11、酰乙酰CoACoA抑制抑制 AMP AMPF-2F-2、6BP6BP柠檬酸柠檬酸 活化活化抑制抑制ADPADP抑制抑制乙酰乙酰CoACoA活化，胰高血糖素也可提活化，胰高血糖素也可提高其活性；高其活性；ADPADP抑制抑制活化活化: :F-1,6-2PF-1,6-2P6-P果糖果糖 一、单糖基的活化一、单糖基的活化糖核苷酸的合成糖核苷酸的合成 二、蔗糖的生物合成二、蔗糖的生物合成 三、淀粉的生物合成三、淀粉的生物合成 四、糖原的生物合成四、糖原的生物合成n单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为糖核苷酸。糖核苷酸。n糖核苷二磷酸糖核苷二磷酸（UDPGUD

12、PG、ADPGADPG、GDPGGDPG等）是高等等）是高等动植物体合成双糖和多糖的糖基供体。动植物体合成双糖和多糖的糖基供体。植物细胞中蔗糖合成时需植物细胞中蔗糖合成时需UDPGUDPG，淀粉合成时需，淀粉合成时需ADPGADPG，纤维素合成时需，纤维素合成时需GDPGGDPG和和UDPGUDPG；动物细胞；动物细胞中糖元合成时需中糖元合成时需UDPGUDPG。一、单糖基的活化一、单糖基的活化糖核苷酸糖核苷酸的的合成合成GUDP+PPi1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖UTPUDPG高等植物合成蔗糖的途径有两条高等植物合成蔗糖的途径有两条蔗糖合成酶催化的合成途径蔗糖合成酶催化的合成途径 UDPG +

13、UDPG + 果糖果糖 蔗糖蔗糖 + UDP+ UDP主要存在主要存在: :植物的非绿色组织植物的非绿色组织( (如贮藏器官如贮藏器官) )二二 蔗糖的生物合成蔗糖的生物合成磷酸蔗糖合成酶催化的合成途径磷酸蔗糖合成酶催化的合成途径 UDPG + F-6-P UDPG + F-6-P 磷酸蔗糖磷酸蔗糖 + UDP+ UDP主要在光合组织中主要在光合组织中由于磷酸蔗糖合成酶的活性较大，平衡常数有利蔗糖由于磷酸蔗糖合成酶的活性较大，平衡常数有利蔗糖合成，而且磷酸蔗糖合成酶存在量大，所以一般认合成，而且磷酸蔗糖合成酶存在量大，所以一般认为此途径是植物合成蔗糖的主要途径。为此途径是植物合成蔗糖的主要途径

14、。蔗糖磷酸化酶催化的途径蔗糖磷酸化酶催化的途径 ( (微生物中微生物中) )G-1-P + G-1-P + 果糖果糖 蔗糖蔗糖 + Pi+ Pil 引物引物是作葡萄糖的受体，转移来的葡萄糖分子是作葡萄糖的受体，转移来的葡萄糖分子结合在引物非还原末端结合在引物非还原末端C4C4的羟基上。的羟基上。l 该酶的作用主要是催化淀粉的分解。该酶的作用主要是催化淀粉的分解。三、淀粉的生物合成三、淀粉的生物合成直链淀粉的生物合成直链淀粉的生物合成 1 1、淀粉磷酸化酶、淀粉磷酸化酶 1-P1-P葡萄糖葡萄糖+ +引物引物 淀粉淀粉+Pi+Pi引物（引物（Gn）是含是含-1-1，4 4糖苷键的葡萄多糖苷键的葡

15、萄多糖，最小为麦芽三糖糖，最小为麦芽三糖2 2、淀粉合酶（是淀粉合成的主要途径）、淀粉合酶（是淀粉合成的主要途径） ADPGADPG+ +引物引物 淀粉淀粉+ADP+ADP 从非还原端延长从非还原端延长也可用也可用UDPGUDPG做供体。做供体。AADPG引物（引物（Gn）+直链淀粉直链淀粉(Gn+1)AADP淀粉合酶淀粉合酶3 3 D D酶酶 ( (加成酶，糖苷转移酶加成酶，糖苷转移酶) )D-D-酶是一种糖苷转移酶，酶是一种糖苷转移酶，作用于作用于 - -1,4-1,4-糖苷键上糖苷键上。供供体最小是体最小是麦芽三糖麦芽三糖，受体也同样，受体也同样，它能将它能将供体脱下一供体脱下一分子葡萄糖分子葡萄糖, ,残余段转移到麦芽糖或其它残余段转移到麦芽糖或其它 - -1,4-1,4-键的键的多糖上多糖上, ,起着起着加成作用加成作用, ,形成淀粉合成中的形成淀粉合成中的“引物引物”. . 支链淀粉的合成支链淀粉的合成l支链淀粉的支链淀粉的-1-1，6 6糖苷键的分支是由直链糖苷键的分支是由直链底物转化而来，催化这个转化的酶称为底物转化而来，催化这个转化的酶称为Q Q酶酶。mn+mmnnQ Q酶酶Q Q酶酶还原端还原端从非还原端切断从非还原端切断1 1个个小寡聚糖碎片小寡聚糖碎片A