2011浙大考研史峰生物化学辅导班课件 糖代谢4

糖元异生(Gluconeogenesis) 肝脏、肾脏及肠上皮细胞中，甘油、乳酸及一些氨基酸等非糖物质转变为葡萄糖或糖元的过程。 中心点是能转变为丙酮酸的物质如何逆着酵解途径回到Glc的问题，即如何解决酵解途径中的三步不可逆反应。糖元异生(Gluconeogenesis) 肝脏、肾脏及肠1由简单前体合成糖由简单前体合成糖2糖元异生

由非糖物质合成葡萄糖对于哺乳动物绝对必需，因脑、神经系统、红细胞、睾丸、肾上腺髓质、胚胎组织等首选血液中的葡萄糖作为他们唯一的或主要的燃料分子。人脑每天需要超过120g的葡萄糖。 由非己糖前体合成葡萄糖的过程称为糖元异生。糖元异生发生于所有动物、植物、真菌和微生物，过程相似。

糖元异生 由非糖物质合成葡萄糖对于哺乳动物绝对必需，因脑、3糖元异生（续） 哺乳动物糖元异生的前体物质主要有乳酸、丙酮酸、甘油和一些氨基酸。高等动物糖元异生绝大多数发生于肝脏，极少部分发生于肾皮质。 植物萌发时，贮存的甘油三酯和蛋白质通过糖异生转变为蔗糖运送到生长的植物，葡萄糖及其衍生物是植物细胞壁、核苷酸、辅酶及其他重要代谢物的合成前体。 许多微生物可以生长在简单有机物如乙酸、乳酸、丙酸等条件下，通过糖异生把它们转变为葡萄糖。糖元异生（续） 哺乳动物糖元异生的前体物质主要有乳酸、丙酮4糖元异生简图及激素对异生的调节糖元异生简图及激素对异生的调节5异生与酵解

哺乳动物糖异生发生于肝脏，异生过程似乎是酵解过程的逆转反应，两者都发生于胞质，必需有相互和协作的调节。但过程也不是独特的，因为两者享有几步共同的反应步骤，十步反应的七步酶促反应是酵解过程的逆反应。 酵解过程的三步不可逆反应在体内不能被用于异生，必需有不同的酶催化反应来逾越三步不可逆反应。异生与酵解 哺乳动物糖异生发生于肝脏，异生过程似乎是酵解过6酵解和糖元异生是相反的过程酵解和糖元异生是相反的过程7酵解的三步不可逆反应

己糖激酶 1.Glucose+ATPG-6-P+ADP

磷酸果糖激酶 2.F-6-P+ATPF-1,6-dip+ADP

丙酮酸激酶 3.PEP+ADPPyruvate+ATP酵解的三步不可逆反应8从丙酮酸到PEP

不能通过酵解的逆反应实现，需胞质和线粒体酶的相互协作完成。 1）丙酮酸进入线粒体，在羧化酶的作用下生成草酰乙酸； 2）草酰乙酸不能过线粒体内膜，在苹果酸脱氢酶作用下生成苹果酸； 3）苹果酸进入胞质，在苹果酸脱氢酶作用下转变回草酰乙酸； 4）草酰乙酸在PEP羧激酶作用下生成PEP。从丙酮酸到PEP 不能通过酵解的逆反应实现，需胞质和线粒体酶9Py到PEPPy到PEP10Py生成PEPPy生成PEP11丙酮酸生成磷酸

烯醇式丙酮酸丙酮酸生成磷酸

烯醇式丙酮酸12生物素与CO2生物素与CO213由丙酮酸开始的糖异生

反应过程由丙酮酸开始的糖异生

反应过程14糖酵解与糖元异生的酶不同糖酵解与糖元异生的酶不同15丙酮酸生成和参与异生

的能量关系丙酮酸生成和参与异生

的能量关系16糖元异生的前体物质

1）

凡可生成Py的物质，包括TCA的中间产物，但乙酰CoA不能作为糖异生的前体；2）

大多氨基酸是生糖氨基酸，如Ala,Glu,Asp,Ser,Cys,Gly,Arg,His,Thr,Pro,Gln,Asn,Met,Val等，分别变为丙酮酸、草酰乙酸、

-酮戊二酸等进入糖异生；3）

肌肉剧烈运动产生的大量乳酸；4)反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁酸等5)奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰CoA等。糖元异生的前体物质1）

凡可生成Py的物质，包括T17生糖氨基酸及进入部位生糖氨基酸及进入部位18偶数碳脂肪酸及代谢为乙酰-CoA的氨基酸在动物和微生物中不能生糖偶数碳脂肪酸及代谢为乙酰-CoA的氨基酸在动物和微生物中不能19丙酮酸的两个不同

命运：异生和酵解

是相互调节的丙酮酸的两个不同

命运：异生和酵解

是相互调节的20F-2，6dip对酵解和异生的调节F-2，6dip对酵解和异生的调节21萌发种子中贮存脂肪酸

转化为蔗糖萌发种子中贮存脂肪酸

转化为蔗糖22萌发种子中甘油三酯的甘油被转变为蔗糖萌发种子中甘油三酯的甘油被转变为蔗糖23“无效循环”－FutileCycle

生物组织内由两个不同的酶催化两个相反的代谢途径，反应的一方需要高能化合物如ATP参与，而另一方则自动进行，这样循环的结果只是ATP被水解了，而其他反应物并无变化，这种循环被称为“无效循环”（Futilecycle)。 肝脏中有酵解和异生的完整酶系，可能存在３种无效循环。意义：产生热能、扩大代谢的调控。“无效循环”－FutileCycle 生物组织内由两个不24“无效”循环（FutileCycle）

“无效”循环（FutileCycle）25磷酸己糖支路(HMP)

又称己糖单磷酸途径，戊糖(磷酸)支路[hexosemonophosphatepathway(shunt),pentosephosphateshunt]。Racker(1954)、Gunsalus(1955)发现，组织中添加酵解抑制剂，Glc仍可被消耗，即Glc还有其他的代谢支路。整个途径分为两个阶段:氧化阶段：Glc经脱氢、脱羧变为磷酸戊糖非氧化阶段，戊糖经几种不同碳数的糖的转化，最终重新合成己糖。两个关键酶催化其中的反应，即转羟乙醛基（转酮）酶（transketolase）和转二羟丙酮基（转醛）酶(transaldolase)。磷酸己糖支路(HMP)又称己糖单磷酸途26戊糖磷酸支路的

氧化反应戊糖磷酸支路的

氧化反应27戊糖磷酸支路的非氧化反应戊糖磷酸支路的非氧化反应28戊糖磷酸支路的

碳架转变戊糖磷酸支路的

碳架转变29HMP提供大量还原性CoII（NADPH）HMP提供大量还原性CoII（NADPH）30HMP的碳数变化HMP的碳数变化31HMP的两个关键酶转酮酶或转羟乙醛基酶转醛酶或转二羟丙酮基酶HMP的两个关键酶转酮酶或转羟乙醛基酶转醛酶或转二羟丙酮基酶32转醛酶的作用转醛酶的作用33转酮酶的作用转酮酶的作用345-P-核酮糖生成5-P-核糖5-P-核酮糖生成5-P-核糖35HMP途径的意义

1）

产生NADPH，为生物合成提供还原力，如脂肪酸合成、固醇合成；2）

产生磷酸戊糖，参与核酸代谢；3）

NADPH使红细胞内GSSG

GSH,对维持红细胞的还原性重要；4）

非线粒体氧化体系中有重要作用；5)植物光合作用CO2合成Glc的部分反应途径。

HMP途径的意义1）

产生NADPH，为生物合成36糖醛酸途径（GlucuronicAcidPathway,UronicAcidPathway）

由G-6-P或G-1-P开始，经UDP-glucuronicacid的代谢途径。（1）G-6-P转化为UDPG，再由NAD连接的脱氢酶催化，氧化为UDP-GlcUA；（2）抗坏血酸的合成；（3）UDP-GlcUA生成UDP-Iduronate;（4）UDP-GlcUA与药物或异物作用，生成水溶性加成物由尿中排出；（5）GlcUA经脱氢、脱羧等生成(磷酸)木酮糖与HMP相联。

糖醛酸途径（GlucuronicAcidPathway,37糖醛酸途径糖醛酸途径38糖醛酸途径（续）糖醛酸途径（续）39糖醛酸途径糖醛酸途径40糖醛酸途径（续）糖醛酸途径（续）41糖醛酸途径的意义1）

肝脏中糖醛酸与药物或含-OH,-COOH,-NH2,-SH等异物结合，随尿、胆汁排出而解毒；2）

UDP-uronicacid是糖醛酸基供体，可形成许多有重要功能的粘多糖；3）

可转化为抗坏血酸（VitC），人及其他灵长类不能合成；4)形成木酮糖与HMP相联系。糖醛酸途径的意义1）

肝脏中糖醛酸与药物或含-OH,-COO42糖代谢紊乱(MetabolicBlock)

两个主要原因可导致糖代谢的紊乱：

代谢酶的先天性缺陷； 调节作用的失调。

糖代谢紊乱(MetabolicBlock) 两个主要原因43半乳糖血症（Galactosemia）

患者先天缺乏galactose1-phosphateuridyltransferase，不能把Gal-1-P转化为UDPGal，Gal不能进入EMP，血中Gal增多，引起半乳糖血，严重时导致半乳糖尿，患儿生长迟缓、喝奶后呕吐、腹泻、肝肿大、黄疸、智力迟钝，继续摄入Gal会中毒死亡。半乳糖血症（Galactosemia） 患者先天缺乏ga44半乳糖血症（Galactosemia）机制半乳糖血症（Galactosemia）机制45己糖激酶(hexokinase)缺乏

红细胞中，Glc磷酸化受影响，EMP产物减少，2,3-dip-甘油酸缺少，Hb对O2的亲和力异常高，组织获得O2的机会少，引起缺氧。己糖激酶(hexokinase)缺乏 红细胞中，Glc磷46丙酮酸激酶（Pykinase）缺乏

酵解产物不能进入TCA，EMP产物浓度增高，2,3-dip-GA增多，Hb对O2的亲和力非常低；ATP减少，降低Na+.K+-ATPase活性，细胞无法维持正常离子浓度而肿胀、裂解，导致溶血性贫血。丙酮酸激酶（Pykinase）缺乏 酵解产物不能进入T47G-6-PdHE缺乏

先天缺乏者在给药（磺胺、阿司匹林等氧化性药物）后表现为不耐，数天后产生黄疸、尿变黑、血红素下降，因红细胞中无线粒体，缺乏此酶无法产生NADPH，不能保持细胞内GSH水平，膜结构破坏，造成溶血、贫血等。G-6-PdHE缺乏 先天缺乏者在给药（磺胺、阿司匹林48糖尿病(Diabetesmellitus)