第八22糖异生及糖原合成

• 分枝酶催化合成具有1，6－糖苷键的有
分枝的糖原。 • 分枝酶从至少有11个残基的糖链非还原 性末端将7个葡萄糖残基转移到较内部的 位置上去，形成具有1，6－糖苷键的分 枝链，新形成的分枝必须与原有的糖链 有4个糖残基的距离。
Glycogenin initiates glycogen synthesis and stays inside the glycogen particle
• 淀粉合成中的前体是ADP葡萄糖（但是在最初
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阶段依然是UDP葡萄糖）。 淀粉合成酶也是将糖残基转移到淀粉链的非还 原性末端上。 支链淀粉的分枝机制同糖原的是一样的。 ADP葡萄糖焦磷酸化酶催化ADP葡萄糖的形成， 但是这个酶的速度是有限制的。 在细菌中，使用ADP葡萄糖来合成细菌糖原。
在植物的细胞液中，蔗糖是通过UDP 葡萄糖与6－磷酸果糖合成而来的
• 随后。生成的葡萄糖进入血液中。 • 该酶并不存在于肌肉细胞或脑细胞中，
因而这两个组织也不具备糖异生的功能。
• 6－磷酸葡萄糖的另一代谢途径是在肝脏
和肌肉中以糖原的形式存储起来。
糖异生所消耗的能量比糖酵解 产生的能量要多
• 从两分子的丙酮酸形成一分子的葡萄糖共消耗
6个高等磷酸键。从丙酮酸到草酰乙酸消耗一 个ATP，从草酰乙酸到磷酸烯醇式丙酮酸消耗 一个GTP，从3－磷酸甘油酸到1，3－二磷酸 甘油酸消耗一个ATP。尽管整个反应消耗能量， 但是可以使反应容易进行。 • 而通过糖酵解途径，一分子葡萄糖转化为两分 子的丙酮酸，则产生2分子的ATP。
• 糖异生是将三碳原子的化合物（主要是丙酮
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酸）转化为葡萄糖的过程。 糖异生与糖酵解的途径基本相似，但是绕过 了糖酵解中的三个不可逆反应（通过其它的 酶）。 糖异生所消耗的能量要比糖酵解所释放的能 量要多。 哺乳动物（大多数的脊椎动物）中，大多数 氨基酸可以产生糖异生的前体，但是一般不 这样认为脂肪酸。 糖异生与糖酵解受某些共同物质的相反调节。
• 6－磷酸蔗糖合成酶催化6－磷酸蔗糖的
合成。 • 6－磷酸蔗糖磷酸化酶催化磷酸根的从蔗 糖上移去。 • 蔗糖是没有半缩醛羟基的（因而不具备 还原性），合成的蔗糖再重新被转运到 其它的部位去。
Sucrose is synthesized from UDP-Glc and Fru 6-P
Summary
糖异生途径的前体
• 凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡
萄糖。但是丙酮酸脱氢酶是不可逆的— —乙酰辅酶A不能作为糖异生的前体。 • 大多数氨基酸都是生糖氨基酸。 • 一般认为在哺乳动物体内，脂肪酸不是 糖异生的前体。
糖异生和酵解的代谢协调控制
• 糖酵解和糖异生的控制点是6－磷酸果糖与1，6－
二磷酸果糖的转化。糖异生的关键调控酶是1，6－ 二磷酸酶，而酵解的关键调控酶是1，6－二磷酸果 糖激酶。ATP刺激后者抑制前者，柠檬酸的作用正 相反。2，6－二磷酸果糖是强效应物，当葡萄糖丰 富时，激素调节2，6－二磷酸果糖增加，从而刺激 磷酸果糖激酶和强烈抑制果糖二磷酸酶的活性，从 而加速酵解，减弱糖的异生。饥饿时，1，6－二磷 酸果糖和2，6－二磷酸果糖减少，从而降低酵解速 度，增加糖异生速度，使非糖物质转化为糖。因此， 2，6－二磷酸果糖对决定葡萄糖分解或合成起着重 要的作用。
草酰乙酸向磷酸烯醇式丙酮酸的转化是一 个不可逆反应，该酶只有在ATP浓度较 高时才起作用： 草酰乙酸+GTP磷酸烯醇式丙酮酸 +CO2+GDP
上述四步反应将丙酮酸转化为磷酸烯醇式 丙酮酸，并绕过了糖酵解途径中由丙酮 酸激酶所催化的不可逆反应（第10步）。
1，6－二磷酸果糖向6－磷酸果 糖的转化是第二个迂回过程
糖原合成
• 体内合成糖原时，己糖首先转化为核苷糖。 • 一度认为，糖原的合成只是糖原磷酸化分解的简
单的逆反应。 • 1949年Leloir 指出糖原合成不是降解的途径逆转， 随即他又在1959年发现糖原合成中糖基的供体不 是G－1－P而是UDP。 • 在碳水化合物的转化或者聚合效应中，己糖通常 是首先形成核苷糖的形式。 • 核苷己糖一般是通过1－磷酸己糖与NTP缩合形 成的。
• 丙酮酸通过丙酮酸脱氢酶复合体的作用
而转化为乙酰辅酶A。 • 通过8步的三羧酸循环反应，乙酰辅酶A 被转化为两个CO2，同时产生3个NADH、 一个FADH2, 以及一个ATP（通过底物水 平磷酸化）。 • 三羧酸循环的中间物可以用来合成多种 生物分子，比如：脂肪酸、类固醇、氨 基酸、嘧啶、葡萄糖等。 • 丙酮酸可经丙酮酸羧化酶的作用产生草 酰乙酸。
• 糖酵解有三个调速步骤，分别是由己糖
激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶所催 化。 • 三羧酸循环中则有四个主要的调节酶， 分别是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、 a－酮戊二酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶。 通过乙醛酸循环，在植物发芽的种子、一 些无脊椎动物以及一些细菌当中，脂肪 酸的碳原子可以完全转化为葡萄糖。乙 醛酸循环绕过了柠檬酸循环中的两个脱 羧步骤，将两个乙酰辅酶A转化为了一个 琥珀酸。
激素协调糖原分解与合成代谢
• 激素是通过调节糖原磷酸化酶及糖原合
成酶活性与非活性的比例来起作用的。 • 胰岛素使糖原合成增加。 • 肾上腺素、高血糖素、肾上腺皮质激素 则刺激肝和肌糖原分解，方式是通过升 高糖原磷酸化酶a/磷酸化酶b的比值及降 低糖原合成酶a/糖原合成酶b的比值来完 成的。
叶绿体基质中合成淀粉的方式 与动物合成糖原的方式相似
也即：草酰乙酸首先在线粒体中被转化为 苹果酸，然后后续的反应是在细胞液中 进行的：苹果酸再被转化为草酰乙酸， 草酰乙酸经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的 作用重新被转化为磷酸烯醇式丙酮酸。 苹果酸+NAD+ 草酰乙酸+NADH+H+ 并不存在直接的方法。 苹果酸借助于二羧酸载体被转运到细胞液 中。此载体只对苹果酸、琥珀酸和延胡 索酸有特异性。
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• 在生物合成中，一般所使用的都是核苷糖：
糖原合成中是UDP葡萄糖，而淀粉合成中则 使用的是ADP葡萄糖。 • 糖原的合成并不是其分解代谢的逆发应。 • 糖原的合成与分解受到激素的调节。 • 柠檬酸循环中还需注意：原手征性、柠檬酸 循环的两性

糖原代谢的调节
• 糖原分解及合成的主要酶是磷酸化酶及
糖原合成酶，它们的活性是受磷酸化或 去磷酸化的共价修饰调节及变构效应的 调节。两种酶磷酸化及去磷酸化的方式 相似，但其效果相反。。 • 促使它们磷酸化的酶是磷酸化酶激酶， 而使它们水解去磷酸化的酶是蛋白磷酸 酶。
Glycogen synthase and phosphorylase are reciprocally regulated by hormones via phosphorylationdephosphorylation
A sugar nucleotide is formed through a condensation reaction between a NTP and a sugar phosphate.
合成糖原的糖基是UDP葡萄糖
• 6－磷酸葡萄糖（磷酸化或糖异生）首先转化
为1－磷酸葡萄糖（磷酸葡萄糖变位酶）， 1－ 磷酸葡萄糖再与UTP缩合而成UDP葡萄糖，该 反应是由UDP葡萄糖焦磷酸化酶所催化的。 • UDP葡萄糖中的糖残基在糖原合成酶的催化下 加在糖原引物的非还原性末端的葡萄糖残基的 第四碳的羟基上，形成a-1,4 糖苷键
1、糖异生：碳水化合物通过糖 异生途径经由简单的前体合成
1、一些三碳原子的化合物，譬如：乳酸、 甘油酸、甘油、3－磷酸甘油酸，作为糖 类（葡萄糖）合成的前体——糖异生。 2、在不同的生物有机体内糖异生的途径在 本质上是相同的。 3、糖异生的中心环节就是从丙酮酸向葡萄 糖的转化。
2、糖异生在对糖酵解的反向途 径中有7个反应是相同的，3个 反应是不同的
该反应被果糖－1，6－二磷酸酶所催化
AMP和柠檬酸分别对该酶和磷酸果糖激酶 的作用。（3－磷酸甘油酸）
最后一个步骤是从6－磷酸葡萄 糖向葡萄糖的转化
• 在6－磷酸葡萄糖异构酶的催化作用下，6－磷
酸果糖被转化为6－磷酸葡萄糖。葡萄糖激酶 （仅存在于肝脏）和己糖激酶能催化葡萄糖生 成6－磷酸葡萄糖，但是不能催化此反应的逆 反应。 • 然而在肝脏、肾脏的光面内质网上存在着一种 特殊的酶——葡萄糖－6－磷酸酶，该酶可以 催化6－磷酸葡萄糖水解为葡萄糖。
酶体系，在这些多酶体系中，底物从一 种酶流向另一种酶。 • 在糖原磷酸化酶的催化下，糖原发生磷 酸解作用，糖单位以1－磷酸葡萄糖的形 式从糖原上解离下来。 • 其它的单糖也是通过转化为糖酵解中的 中间体而进入更进一步的氧化分解。 • 通过磷酸己糖支路，6－磷酸葡萄糖可以 形成5－磷酸核糖及NADPH。
• 丙酮酸到磷酸烯醇式丙酮酸的转化在糖异生中
是由丙酮酸羧化酶调节，在酵解中是被丙酮酸 激酶调节。乙酰辅酶A刺激丙酮酸羧化酶活性， 却抑制丙酮酸脱氢酶的活性。因此，只要线粒 体中乙酰辅酶A超过细胞燃料要求时，可促进 葡萄糖的合成。丙酮酸是糖异生的前体，但是 对丙酮酸激酶有抑制作用，是此酶的负效应物。 • ATP抑制丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶，NADH 也有类似作用。而GTP却促进磷酸烯醇式丙酮 酸羧化激酶，促进糖异生。ADP刺激酵解作用， 抑制丙酮酸羧化酶。 • 当细胞中含有大量燃料分子及丰富ATP时，糖 异生途径的酶激活，酵解途径的酶受抑制。
• 在绝大部分有机体内，D－葡萄糖是 • 葡萄糖首先是通过10步反应的糖酵解转 化为两个三碳原子的丙酮酸，在糖酵解 中，没有直接消耗O2，并因底物水平的 磷酸化而净产生了两个分子的ATP。 • 在厌氧条件下通过发酵氧化葡萄糖只能 放出很少的能量。
• 参与糖酵解作用的酶可能会组成多种多
在糖酵解中有三步不可逆反应，他们是通 过所谓的附加反应（bypass）获得通过的。 糖酵解途径中的三个不可逆反应分别是由 己糖激酶（肝脏中为葡萄糖激酶）、磷 酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的。 所以，丙酮酸被转化为葡萄糖时，将有三 个非糖酵解步骤发生。