第9章 糖异生

COOH
提问：这里CO2的作用是什么？ 能量载体
合成的草酰乙酸新－COOH中储存了ATP水解的键能， 脱碳时损失的键能相对较少。
第3步 第2步
第1步
葡萄糖-6-磷酸酶
P OCH2O CH2OH
HO
OH
果糖16-二磷酸酶
F-6-P
P OCH2O CH2O P
HO
磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶
丙酮酸羧化酶
OH F-1,6-2P
第九章 糖代谢
• 糖是有机体重要的能源和碳源。 • 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由糖的分解
代谢提供的。另方面，糖分解的中间产物，又为生物 体合成其它类型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂 肪酸等，提供碳源或碳链骨架。 • 糖代谢包括分解代谢和合成代谢。糖的分解代谢包括 糖酵解——糖的共同分解途径；三羧酸循环——糖的 最后氧化途径。糖的合成代谢包括糖原异生——非糖 物质形成糖的途径，糖原的合成，结构多糖的合成等 。糖的中间代谢途径还有磷酸戊糖途径，糖醛酸途径 等。
• 主要经磷酸化酶的磷酸解作用生成葡萄糖-1-磷酸 。
• 磷酸化酶作用于糖原分子的非还原端，连续释放 G-1-P,直到在分支点以前还有4各葡萄糖残基为止 ， 寡 聚 1,41,4 葡 聚 糖 转 移 酶 主 要 是 将 以 1,6- 键 连接于分支点的4个残基的葡三糖转移至另一链的 非还原端使其延长，而在分支点处还留有一个 1,6-键葡萄糖残基由脱支酶水解。
•意义：在于避免损失乳酸及防止乳酸堆积引
起酸中毒。
第七节 血糖及其调节
• 血糖的来源和去路 • 血糖水平的调节 • 血糖水平异常
血糖
• 血糖：指血液中的葡萄糖。 • 正 常 值 ： 人 空 腹 静 脉 血 含 葡 萄 糖 3.89 ～ 6.11mmol/L • 血糖含量维持一定水平，对于保证人体各组 织器官特别是脑组织的正常机能活动极为重要。
酵 三个不可逆 ⑥
解 反应
⑦
⑧ ⑨
丙酮酸激酶 ⑩
糖 异 生
⑾
乳酸
第1步 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸
提问：如何进行？
丙酮酸
草酰乙酸
磷酸烯醇式 丙酮酸
COOH
丙酮酸羧化酶
COOH
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 COOH
CO
C＝O
CO P
CH3 CO2 ATP ADP+Pi CH2 GTP GDP CO2 CH3
• 异生：非糖物质合成糖原或糖原。 • 部位：肝脏
主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体
提问：哪些物质可以转变成G或糖原？
• 答案：凡能转变成糖代谢中间产物的物质。
包括 有机酸：乳酸、丙酮酸，TAC中各种羧酸
甘油 生糖氨基酸
糖异生的概念
• 糖异生：
非糖化合物（如乳酸、甘油、生糖氨 基酸等）在肝脏中酶的作用下转变为葡萄糖 或糖原的过程。
• 糖异生途径：
从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。
糖异生途径
•乳 酸→葡萄糖：糖异生 •丙酮酸→葡萄糖：糖异生途径 •葡萄糖→丙酮酸：糖酵解途径 •葡萄糖→乳 酸：糖酵解
Glu
ATP
ADP
G-6-P
一、糖异生途径
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
* 过程
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
磷酸果糖激酶 果糖1.6-二磷酸酶
果糖-1、6-二磷酸
糖异生作用
柠檬酸活化
F-2、6BP AMP
抑制
PEP
ADP抑制
F-1、6BP活化
PEP羧激酶
ATP ALa
抑制
丙酮酸激酶
草酰乙酸
丙酮酸羧化酶 乙酰CoA活化
丙酮酸
ADP抑制
果糖-2、6-二磷酸合成与降解的调控
脱磷酸化的酶
（激酶2活性）
血糖低-- 胰高血糖素释放cAMP级联作用- 蛋白磷酸化 血糖高--胰岛素释放--
3．纤维素的酶水解
• 纤维素是由-D-葡萄糖通过-1, 4-糖苷键连 接而成的长链大分子。纤维素酶能特异性地水 解-1, 4-糖苷键，最终将纤维素水解成葡萄糖 。
• 人和动物的消化系统中不能分泌出纤维素酶， 所以不能直接利用纤维素作为食物。反刍动物 （牛，羊等）的消化道中含有某些微生物，这 些微生物能分泌出纤维素酶，因此反刍动物能 利用纤维素作为食物。
1. 促进葡萄糖转运入细胞内。 2. 通过调节糖原代谢的关键酶，加速糖原合成， 抑制糖原分解. 3. 通过诱导糖酵解途径的关键酶，激活丙酮酸脱 氢酶而加快糖的氧化分解过程。 4. 抑制肝内糖异生。 5. 抑制脂肪动员，增加葡萄糖利用，促进葡萄糖 转变成脂肪 。
胰高血糖素
升高血糖，机制：
1. 通过调节糖原代谢的关键酶，抑制糖原合成，促进 糖原分解 。
二 糖原的合成代谢
• 蔗糖的合成 • 淀粉的合成 • 糖原的合成 • 糖原的异生作用
1. 蔗糖的合成
• 蔗糖合成酶途径 • G-1-P+UTPUDPG+Ppi • UDPG+果糖蔗糖+UDP • 蔗糖磷酸合成酶途径 • UDPG+果糖-6-P 蔗糖磷酸+UDP • 蔗糖磷酸蔗糖＋H3PO4
2. 淀粉的合成
3. 丙酮酸羧化酶是糖异生的另一个调节酶，其活性受乙 酰辅酶A和ATP激活，受ADP抑制。
4. 糖酵解速度也受丙酮酸激酶的调控，ATP、丙氨酸、 NADH对该酶活性有抑制作用，对果糖-1,6-二磷酸酶 则有激活作用。
葡萄糖异生作用的调节
糖酵解作用
G
活化 F-2、6BP
AMP
ATP
抑制
柠檬酸 H+
果糖-6-磷酸
于果糖-1、6-二磷酸酶受抑制，则糖异生关闭。当ATP和柠檬酸
水平高时， PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-
1、6-二磷酸酶活性，从而增加糖异生速率。 当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起
cAMP的级联作用， 使酶蛋白磷酸化（FBPase2活化），降低 F-2、6-BP；当进食时，血糖水平较高，激素胰岛素释放，使F-
• -淀粉酶：它是仅作用于链的末端单位。它从链的非 还原性末端开始，每次切下两个葡萄糖单位－麦芽糖 。
• 葡萄糖淀粉酶：它是一种外切酶，能够将淀粉链端基 葡萄糖水解下来。最终可以将淀粉完全水解成葡萄糖 。
• -1,6-糖苷酶（脱支酶）：是一种能水解-1,6-糖苷 键的淀粉酶。
淀粉和糖原在细胞内的降解
• 糖尿病(diabetes mellitus) 持续性高血糖和糖尿，特别是空腹血糖和糖耐量曲线高
2．淀粉的酶水解
• 淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成。 • 直链淀粉是由-D-葡萄糖分子通过-1,4-糖苷
键连接而成的链状化合物。 • 支链淀粉是由多个直链淀粉通过1,6-糖苷键连
接而成的树枝状多糖。能够水解淀粉的酶称为 淀粉酶。
淀粉水解酶
• -淀粉酶：它是一种内切酶，以随机方式水解-1,4糖苷键，能将淀粉切断成分子量较小的糊精。
2、6-BP增加，激活PFK，加速酵解；同时F-2、6-BP的增加
抑制果糖-1、6-二磷酸酶活性，使糖异生作用受抑制。
糖异生与糖酵解作用的相互调节：
2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶的调节：
高水平的ATP和Ala抑制丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由于 该情况下乙酰CoA亦是充裕的，则活化丙酮酸羧化酶，有助于 糖异生的进行。反之，在细胞供能状态较低时，ADP水平较高， 则抑制丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶，关闭糖异生作用。 丙酮酸激酶被F-1、6BP活化（前馈激活），即需要糖酵解加 速时该酶的活性被提高。
2. 通过抑制关键酶活性，抑制糖酵解途径，减少糖的 氧化。
3. 促进磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶合成，并加速肝摄取 氨基酸原料，加强糖异生。
4. 通过加速脂肪动员，生成的大量脂肪酸可抑制周 围组织摄取利用葡萄糖。
糖皮质激素
升高血糖，增加肝糖原。作用机制：
1. 促进肌肉蛋白质分解，产生的氨基酸 转移到肝进行糖异生
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
➢ 糖异生途径与酵解途径大多数反应 是共有的、可逆的；
➢ 酵解途径中有3个由关键酶催化的不 可逆反应。在糖异生时，须由另外 的反应和酶代替。
已糖激酶 ①
②
6-磷酸果糖 ③ 激酶-1
糖
④ ⑤
血糖的来源与去路
血糖水平的调节
•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、肌肉、脂肪组织等各 器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 协调，以适应能量、燃料供求的变化。
•主要依靠激素的调节，酶水平的调节是最基 本的调节方式和基础：
胰岛素
• 降低血糖：
F-2、6-BP多
F-6-P
-
F-2、6-BP
磷酸化的酶
（酯酶2活性）
具有一条肽链的酶蛋白，由于某些氨基酸 的磷酸化和脱磷酸化使之具有两种酶活性 ，这种酶称双功能酶。
糖异生与糖酵解作用的相互调节：
1、磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1、6-二磷酸酶的调节：
当AMP水平高时，表明需要ATP， PFK激活，增加糖酵解，由
• 调节酸碱平衡
葡萄糖
糖 异 生 途 径
丙酮酸
NADH NAD+
乳酸
肝
葡萄糖
乳酸
血液
葡萄糖
糖 酵 解 途 径
丙酮酸
NADH NAD+
乳酸
肌肉
乳酸循环
•概念：肌收缩（尤其是氧供应不足时）通过糖酵
解产生乳酸，因为肌肉内糖异生活性低，所以乳酸 通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生 为葡萄糖，葡萄糖入血后又可被肌肉摄取，这就构 成了一个循环，成为乳酸循环，也叫Cori循环。
草酰 乙酸
丙酮酸 羧化支路
磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
羧激酶
(胞液)
丙酮酸
羧化酶
PEP
草酰乙酸
NADH+H+
草酰乙酸
NADH+H+
羧激酶
NAD+ NAD+
苹果酸
苹果酸
天冬氨酸
(线粒体)
羧激酶 草酰乙酸 天冬氨酸
3-磷酸甘油激酶 3-磷酸甘油脱氢酶
葡萄糖-6-磷酸酶
第3步
果糖16-二磷酸酶
第2步
磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶
• -1,4-糖苷键的形成 • nUDPG+引物nUDP+ (-1,4-葡萄糖)n • 支链淀粉的形成 • Q酶催化-1,4-糖苷键转换为-1,6-糖苷
键
3. 糖原的合成
• G-1-P在UDPG焦磷酸化酶催化下生成 UDPG。
• 在糖原合成酶的催化下，UDPG将葡萄 糖残基加到糖原引物非还原端形成-1,4糖苷键
• 在分枝酶的催化下，将-1,4-糖苷键转换 为-1,6-糖苷键
4. 糖原的异生作用
• 糖原异生作用：许多非糖物质如甘油、 丙酮酸、乳酸以及某些氨基酸等能在肝 脏中转变为糖原，称糖原异生作用。
• 各类非糖物质转变为糖原的具体步骤基 本上按酵解逆行过程进行
• 要克服三个激酶催化的三个不可逆反应
糖异生(gluconeogenesis)
丙酮酸羧化酶
第1步
草酰 乙酸
葡萄糖异生作用的调节
1. 高浓度的G-6-P 可抑制已糖激酶，活化葡萄糖-6-磷酸 酶从而抑制酵解，促进了糖异生。
2. 果糖-1,6-二磷酸酶是糖异生的关键酶，果糖磷酸激酶 是糖酵解的关键调控酶。ATP抑制后者，激活前者。 柠檬酸对果糖磷酸激酶也有抑制作用。果糖-2,6-二磷 酸是调节两酶活性的强效应物。当葡萄糖含量丰富时， 激素调节使果糖-2,6-二磷酸增加，从而激活果糖磷酸 激酶活性，并强烈抑制果糖-1,6-二磷酸活性，从而加 速酵解，减弱糖异生。
2. 抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖， 抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。
3. 使其他促进脂肪动员的激素发挥最大效果
肾上腺素
• 强有力的升高血糖激素，在应激状态下发挥作 用。
• 作用机制：
通过肝和肌肉的细胞膜受体、cAMP 、蛋白激 酶级联激活磷酸化酶，加速糖原分解。
血糖水平异常
• 高血糖(hyperglycemia ） 空腹血糖浓度高于7.22~7.78 mmol/L称为高血糖。 当血糖浓度高于8.89 ~10.00 mmol/L（肾糖阈），超过 肾小管的重吸收能力，可出现糖尿。
一、多糖和低聚糖的酶水解
1．二糖的酶水解
• 二糖在酶作用下，能水解成单糖。主要的二糖酶为蔗糖 酶、半乳糖酶和麦芽糖酶。这三种酶广泛存在于人及动 物的小肠液和微生物中。
• 蔗糖酶：它的作用是将蔗糖水解成D-葡萄糖和D-果糖 。
• 半乳糖酶：它能将乳糖水解为D-葡萄糖和D-半乳糖。 • 麦芽糖酶：其作用是将麦芽糖水解成D-葡萄糖。
当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起 cAMP的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，
抑制糖酵解。
糖异生与糖酵解作用的紧密相互调节防止了 二者共同进行时的无效循环。
糖异生的生理意义
• 维持血糖浓度恒定：
• 保证某些主要依赖葡萄糖供能的组织的功能具有重要 意义
• 补充肝糖原Fra Baidu bibliotek
机体摄入的葡萄糖先分解为丙酮酸、乳酸等三碳化合 物，后者再异生成糖原的途径称为三碳途径，也称之 为间接途径