第三节糖的合成代谢
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由非糖前体合成葡萄糖的过程称为糖 异生。糖异生发生于所有动物、植物、 真菌和微生物，过程相似。
2. 糖异生作用(Gluconeogenesis)
糖异生作用的生理意义：
维持血糖平衡
满足组织和细胞对 糖的需求
•哺乳动物糖异生主要发生于肝脏
(1) 糖异生与酵解
• 糖异生过程总体上是酵解过程的逆转反应； • 由于酵解与异生都发生在胞质，两者有相互
△G0’ = 〜0 kJ/mol
2 Pi
△G0’ = -33.5 kJ/mol
2. 糖链的延长:
＋
糖原合酶
3. 糖原的分枝:
• 增加溶解度 • 增加非还原端（增加合成与降解的几率）
由糖原分枝酶催化
非还原端11个糖基
非还原端7糖残基被切下
Glycogen-branching enzyme
非还原端11个糖基
非还非原还端原7糖端残7糖基残被基切下
Glycogen-branching enzyme
非还原端11个糖基
非还原端7糖残基被切下
7糖残基的还原端被转移到同一或另一相 邻糖链距分枝点或核心第4个糖残基上
Glycogen-branching enzyme
△G0’ = -15.5 kJ/mol
非还原端11个糖基
协作的调节；
• 酵解过程的三步不可逆反应，因此在糖异生 中必需有不同的酶催化反应逾越三步不可逆 反应。
∴糖异生的中心点就是使能转变为丙酮酸的物 质如何沿着逆酵解途径回到Glc的问题，即如 何解决酵解途径中的三步不可逆反应。
酵解的三步不可逆反应
1. Glucose + ATP —己—糖激酶 G-6-P + ADP 2. F-6-P + ATP —磷—酸果—糖激酶 F-1,6-diP + ADP
（ 半 乳 糖 血
）症 机 制
Galactosemia
己糖激酶(hexokinase)缺乏
红细胞中，葡萄糖磷酸化受影响， EMP产物减少，2,3-dip-甘油酸缺少，血 红蛋白对O2的亲和力异常高，组织获得 O2的机会少，引起缺氧。
丙酮酸激酶（Py kinase）缺乏
酵解产物不能进入TCA，EMP产物浓 度增高，2,3-dip-GA增多，血红蛋白对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。
光反应 (photo reaction) In plants:
2NADP+ + 2ADP + 2pi + 2H2O→ 2NADPH•H+ + 2ATP+O2 In photobacteria:
NADP+ + ADP + pi + H2A→ NADPH•H+ + ATP + [A]
light
chlorophyl
AMP ADP F2,6BP
FDP G6P
ATP Citrate Ala Acetyl-CoA
ADP
PEP
GDP C2O GTP
Oxaloacetate
ATP
ADP
Pyruvate
ATP
相同的位点, 独立的调节
Acetyl-CoA
（6）糖的分解与异生的协调 F-2,6dip对酵解和异生的调节
（7）“无效循环”－Futile
malate
Citrate
Conversion of fructose 1,6-bisphosphate to fructose 6-phosphate is the second bypassing step
• The reaction is catalyzed by Mg 2+ dependent fructose 1,6-bisphosphatase (instead of phosphofructokiase-1).
The conversion of glucose 6-phosphate to glucose is the last bypassing step
• The reaction is catalyzed by glucose 6phosphatase (instead of hexokiase).
Cycle
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” （Futile cycle)。
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。
动为
()
5 生 糖 氨 基 酸 的 糖 异 生
命丙 是运酮 相：酸 互异的 调生两 节和个 的酵不
解同
G6P PEP
葡萄糖
ATP
Pi
Acetyl- CoA ADP
H2O
AMP
G6P
ADP
F2,6BP
ATP Citrate NADH
F1,6P
G6P
ATP Citrate 3-P-Glycerate
非还原端7糖残基被切下
Glycogen-branching enzyme
7糖残基的还原端被转移到前4个糖基上
△G0’ = -15.5 kJ/mol
• 在植物及光合细菌中，淀粉的合成与糖 原的合成是相似的，但葡萄糖的活化形 式是ADP-G
• 若支链淀粉形成，在葡萄糖链超过30－ 40后
糖原的分解与合成的调节
Chapter 3 Metabolism of Carbohydrate
第四节 糖的合成代谢
Biosynthesis of carbohydrates
1. 光合作用（photosynthesis)
光反应 (photo reaction) 光合作用分成两个部分
暗反应 (dark reaction)
基质 类囊体
“无效”循环（Futile Cycle）
3. 糖原与淀粉的合成 Biosynthesis of glycogen and starch
单糖的活化 基本步骤 糖链的延长
糖原的分枝
反应历程：
1. 单糖的活化
(1) G-6-P
G-1-P
△G0’ = 7.28 kJ/mol
(2) G-1-P + p-p-p-U UDP-G + PPi
低活性糖原磷酸化酶
高活性糖原合酶
高活性糖原磷酸化酶
低活性糖原合酶
第五节 糖代谢紊乱 (Metabolic Block)
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。
半乳糖血症（Galactosemia）
患 者 先 天 缺 乏 galactose 1-phosphate uridyl transferase，不能把Gal-1-P转化为 UDP-Gal，半乳糖不能进入EMP，血中半 乳糖增多，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 半乳糖会中毒死亡。
①
逆HMP途径
四碳循环 — Hatch-Stack 途径
2. 糖异生作用(Gluconeogenesis)
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。
O2 2H+ + 2e
Actived chlorophyl H2O
NADP
+
ADP
ATP
(CH2O)
NADPH•H+ CO2
三碳循环 — Calvin循环
CO2固定的方式：
四碳循环 — Hatch-Stack 途径
①
逆HMP途径
The initial CO2 fixation is catalyzed by ribulose 1,5bisphosphate carboxylase/oxygenase
糖 尿 病 的 代 谢 紊 乱
糖 尿 病 的 糖 代 谢 障 碍
Glucose 6-phosphatase converts glucose 6-P to glucose in the ER lumen of liver and kidney cells.
() TCA
环
糖 异 生
的 中 间 体
4
可
参
与
-CoA
乙偶 物酰数 中碳 不脂 能的肪 异氨酸 生基及 为酸代 糖在谢
G-6-P dHE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。
糖尿病(Diabetes mellitus)
Insulin缺乏或其受体异常，因此不能对抗由 肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素等 引起的血糖升高作用，产生高血糖 (hyperglycemia)和糖尿。病人的代谢发生障 碍，机体供能不足，表现出典型的多饮、多 食、多尿及体重减少的“三多一少”症状。 严重时还伴随酮血症（ketonemia）及酸中毒 (acidosis).
• The enzyme is present on the lumen side of the ER membrane of hepatocytes (肝细胞) and renal (肾的) cells.
• The enzyme is not present in muscle or brain cells, where gluconeogenesis does not occur.
丙酮酸激酶
3. PEP + ADP —— Pyruvate + ATP
糖酵解与糖异生中的不同酶
（2）糖异生的前体物质
• 凡可生成丙酮酸以及TCA循环中间产物的物 质，均可作为糖异生的前体:
– 大多氨基酸; – 肌肉剧烈运动产生的大量乳酸； – 反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁酸等 – 奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰CoA等。
由 简 单 前 体 合 成 糖
（3）从丙酮酸开始的糖异生作用
糖异生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
②
两
种
方
式
丙酮酸羧化支路
PEP
Pyruvate
acetyl-CoA
CO2 GDP
CO2 Байду номын сангаас ATP ADP + Pi
GTP
oxaloacetate
NADH+H+
NAD+
2. 糖异生作用(Gluconeogenesis)
糖异生作用的生理意义：
维持血糖平衡
满足组织和细胞对 糖的需求
•哺乳动物糖异生主要发生于肝脏
(1) 糖异生与酵解
• 糖异生过程总体上是酵解过程的逆转反应； • 由于酵解与异生都发生在胞质，两者有相互
△G0’ = 〜0 kJ/mol
2 Pi
△G0’ = -33.5 kJ/mol
2. 糖链的延长:
＋
糖原合酶
3. 糖原的分枝:
• 增加溶解度 • 增加非还原端（增加合成与降解的几率）
由糖原分枝酶催化
非还原端11个糖基
非还原端7糖残基被切下
Glycogen-branching enzyme
非还原端11个糖基
非还非原还端原7糖端残7糖基残被基切下
Glycogen-branching enzyme
非还原端11个糖基
非还原端7糖残基被切下
7糖残基的还原端被转移到同一或另一相 邻糖链距分枝点或核心第4个糖残基上
Glycogen-branching enzyme
△G0’ = -15.5 kJ/mol
非还原端11个糖基
协作的调节；
• 酵解过程的三步不可逆反应，因此在糖异生 中必需有不同的酶催化反应逾越三步不可逆 反应。
∴糖异生的中心点就是使能转变为丙酮酸的物 质如何沿着逆酵解途径回到Glc的问题，即如 何解决酵解途径中的三步不可逆反应。
酵解的三步不可逆反应
1. Glucose + ATP —己—糖激酶 G-6-P + ADP 2. F-6-P + ATP —磷—酸果—糖激酶 F-1,6-diP + ADP
（ 半 乳 糖 血
）症 机 制
Galactosemia
己糖激酶(hexokinase)缺乏
红细胞中，葡萄糖磷酸化受影响， EMP产物减少，2,3-dip-甘油酸缺少，血 红蛋白对O2的亲和力异常高，组织获得 O2的机会少，引起缺氧。
丙酮酸激酶（Py kinase）缺乏
酵解产物不能进入TCA，EMP产物浓 度增高，2,3-dip-GA增多，血红蛋白对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。
光反应 (photo reaction) In plants:
2NADP+ + 2ADP + 2pi + 2H2O→ 2NADPH•H+ + 2ATP+O2 In photobacteria:
NADP+ + ADP + pi + H2A→ NADPH•H+ + ATP + [A]
light
chlorophyl
AMP ADP F2,6BP
FDP G6P
ATP Citrate Ala Acetyl-CoA
ADP
PEP
GDP C2O GTP
Oxaloacetate
ATP
ADP
Pyruvate
ATP
相同的位点, 独立的调节
Acetyl-CoA
（6）糖的分解与异生的协调 F-2,6dip对酵解和异生的调节
（7）“无效循环”－Futile
malate
Citrate
Conversion of fructose 1,6-bisphosphate to fructose 6-phosphate is the second bypassing step
• The reaction is catalyzed by Mg 2+ dependent fructose 1,6-bisphosphatase (instead of phosphofructokiase-1).
The conversion of glucose 6-phosphate to glucose is the last bypassing step
• The reaction is catalyzed by glucose 6phosphatase (instead of hexokiase).
Cycle
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” （Futile cycle)。
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。
动为
()
5 生 糖 氨 基 酸 的 糖 异 生
命丙 是运酮 相：酸 互异的 调生两 节和个 的酵不
解同
G6P PEP
葡萄糖
ATP
Pi
Acetyl- CoA ADP
H2O
AMP
G6P
ADP
F2,6BP
ATP Citrate NADH
F1,6P
G6P
ATP Citrate 3-P-Glycerate
非还原端7糖残基被切下
Glycogen-branching enzyme
7糖残基的还原端被转移到前4个糖基上
△G0’ = -15.5 kJ/mol
• 在植物及光合细菌中，淀粉的合成与糖 原的合成是相似的，但葡萄糖的活化形 式是ADP-G
• 若支链淀粉形成，在葡萄糖链超过30－ 40后
糖原的分解与合成的调节
Chapter 3 Metabolism of Carbohydrate
第四节 糖的合成代谢
Biosynthesis of carbohydrates
1. 光合作用（photosynthesis)
光反应 (photo reaction) 光合作用分成两个部分
暗反应 (dark reaction)
基质 类囊体
“无效”循环（Futile Cycle）
3. 糖原与淀粉的合成 Biosynthesis of glycogen and starch
单糖的活化 基本步骤 糖链的延长
糖原的分枝
反应历程：
1. 单糖的活化
(1) G-6-P
G-1-P
△G0’ = 7.28 kJ/mol
(2) G-1-P + p-p-p-U UDP-G + PPi
低活性糖原磷酸化酶
高活性糖原合酶
高活性糖原磷酸化酶
低活性糖原合酶
第五节 糖代谢紊乱 (Metabolic Block)
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。
半乳糖血症（Galactosemia）
患 者 先 天 缺 乏 galactose 1-phosphate uridyl transferase，不能把Gal-1-P转化为 UDP-Gal，半乳糖不能进入EMP，血中半 乳糖增多，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 半乳糖会中毒死亡。
①
逆HMP途径
四碳循环 — Hatch-Stack 途径
2. 糖异生作用(Gluconeogenesis)
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。
O2 2H+ + 2e
Actived chlorophyl H2O
NADP
+
ADP
ATP
(CH2O)
NADPH•H+ CO2
三碳循环 — Calvin循环
CO2固定的方式：
四碳循环 — Hatch-Stack 途径
①
逆HMP途径
The initial CO2 fixation is catalyzed by ribulose 1,5bisphosphate carboxylase/oxygenase
糖 尿 病 的 代 谢 紊 乱
糖 尿 病 的 糖 代 谢 障 碍
Glucose 6-phosphatase converts glucose 6-P to glucose in the ER lumen of liver and kidney cells.
() TCA
环
糖 异 生
的 中 间 体
4
可
参
与
-CoA
乙偶 物酰数 中碳 不脂 能的肪 异氨酸 生基及 为酸代 糖在谢
G-6-P dHE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。
糖尿病(Diabetes mellitus)
Insulin缺乏或其受体异常，因此不能对抗由 肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素等 引起的血糖升高作用，产生高血糖 (hyperglycemia)和糖尿。病人的代谢发生障 碍，机体供能不足，表现出典型的多饮、多 食、多尿及体重减少的“三多一少”症状。 严重时还伴随酮血症（ketonemia）及酸中毒 (acidosis).
• The enzyme is present on the lumen side of the ER membrane of hepatocytes (肝细胞) and renal (肾的) cells.
• The enzyme is not present in muscle or brain cells, where gluconeogenesis does not occur.
丙酮酸激酶
3. PEP + ADP —— Pyruvate + ATP
糖酵解与糖异生中的不同酶
（2）糖异生的前体物质
• 凡可生成丙酮酸以及TCA循环中间产物的物 质，均可作为糖异生的前体:
– 大多氨基酸; – 肌肉剧烈运动产生的大量乳酸； – 反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁酸等 – 奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰CoA等。
由 简 单 前 体 合 成 糖
（3）从丙酮酸开始的糖异生作用
糖异生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
②
两
种
方
式
丙酮酸羧化支路
PEP
Pyruvate
acetyl-CoA
CO2 GDP
CO2 Байду номын сангаас ATP ADP + Pi
GTP
oxaloacetate
NADH+H+
NAD+