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1、糖元异生糖元异生(Gluconeogenesis)(Gluconeogenesis)糖元异生糖元异生(Gluconeogenesis)(Gluconeogenesis)肝脏、肾脏及肠上皮细胞中，甘 油、乳酸和一些氨基酸等非糖物质转 变为糖元或葡萄糖的过程。 中心点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。 由简单前体合成糖由简单前体合成糖糖元异生糖元异生由非糖物质合成葡萄糖对于哺乳动 物绝对必需绝对必需，因脑、神经系统、红细胞 、睾丸、肾上腺髓质、胚胎组织等首选 血糖作为它们几乎唯一的或主要的燃料 分子。人脑每天需要超过120 g
2、 的葡萄 糖氧化供能。 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（续）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，极少部分发生于肾上腺皮质 。植物种子萌发时，种子中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。糖元异生简图糖元异生简图异生与酵解异生与酵解哺乳动物糖异生主要发生于肝脏，异 生过程“似乎”是酵解过程的逆转反
3、应逆转反应，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不能被用 于异生，必需有不同的酶催化反应来逾越 这三步不可逆反应。糖酵解和糖元异生是糖酵解和糖元异生是 “ “相反相反” ”的过程的过程酵解的三步不可逆反应酵解的三步不可逆反应1. Glucose+ATPG-6-P+ADP2. F-6-P+ATP F-1,6-dip+ADP3. PEP+ADP Pyruvate+ATP己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶从丙酮酸到从丙酮酸到PEPPEP不能通过酵解的逆反应实现，需胞质和线
4、粒体酶的共同完成。 1、丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸羧化酶的作用 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、苹果酸回到胞质，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。PyPy到到PEPPEP线粒体胞质PyPy生成生成PEPPEP线粒体丙酮酸羧化酶胞 质PEP羧激酶丙酮酸生成磷酸丙酮酸生成磷酸 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸生物素与生物素与COCO2 2丙酮酸开始的糖异生反应过程丙酮酸开始的糖异生反应过程糖酵解与糖元异生的酶不同糖酵解与糖元异生的酶不同GlycolysisGluconeogenesisHexokina
5、seGlucose 6-phosphatasePhosphofructokinaseFructose 1,6- diphosphatasePyruvate kinasePyruvate carboxylase Phosphoenolpyruvate carboxykinaseEnzymatic differences between glycolysis and gluconeogenesis丙酮酸生成和异生为糖丙酮酸生成和异生为糖 的能量关系的能量关系糖异生的生理意义糖异生的生理意义维持血糖浓度补充肝糖原调节酸碱平衡糖元异生的前体物质糖元异生的前体物质 1) 凡可生成Py的物质，包括TCA中
6、间物，但乙 酰CoA动物体不作为糖异生的前体； 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，分别代谢为丙酮酸、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。 生糖氨基酸及进入生糖氨基酸及进入 糖元异生的部位糖元异生的部位偶数偶数碳脂肪酸及代谢为碳脂肪酸及代谢为乙乙 酰酰-CoA-CoA的氨基酸等的氨基酸等 人体人体 不能生糖不能生糖糖原异生的调节
7、糖原异生的调节 1、ATP/AMP、ADP的调节 2、Acetyl CoA的调节 3、Glucagon、Adrenaline及 Glucocorticoid 4、Insulin丙酮酸异生糖和脱羧氧丙酮酸异生糖和脱羧氧 化受到乙酰化受到乙酰CoACoA的调节的调节种子贮存的油脂在萌发时种子贮存的油脂在萌发时 转化为蔗糖转化为蔗糖萌发种子中甘油三酯萌发种子中甘油三酯 的甘油被转变为蔗糖的甘油被转变为蔗糖“ “无效循环无效循环” ”Futile CycleFutile Cycle生物组织内由两个不同的酶催化两个相 反的代谢途径，反应的一个方向需要高能 化合物如ATP参与，而另一方向则自动进 行，这样
8、循环的结果只是ATP被水解了， 而反应物并无变化，这种循环被称为“无效 循环”（Futile cycle) (substrate cycles )。肝脏中有酵解和异生的完整酶系，可能 存在种无效循环。意义：产生热能、扩大代谢的调控。葡萄糖代谢的无效循环葡萄糖代谢的无效循环 底物循环底物循环“ “无效无效” ”循环循环（Futile CycleFutile Cycle） 磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pathway（PPP） 己糖单磷酸途径(Hexose Monophosphate Pathway) 戊糖(磷酸)支路(pentose phosphate shunt) 磷酸己糖支
9、路(Hexose Monophosphate shunt) 磷酸己糖旁路(Phosphohexose bypass) 磷酸葡萄糖酸途径(phosphogluconate pathway)磷酸戊糖支路磷酸戊糖支路 (PPP)(PPP) 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 transa
10、ldolase。 可以分为两个阶段：氧化及非氧化戊糖磷酸支路的戊糖磷酸支路的 氧化反应氧化反应氧化阶段的反应氧化阶段的反应Regulatory enzymeThe enzyme is highly specific for NADP+，the Km for NAD+ is 1000 greater than for NADP+.G0= -0.42 kJ/mol戊糖磷酸支路的非氧化反应戊糖磷酸支路的非氧化反应戊糖磷酸支路的戊糖磷酸支路的 碳架转变碳架转变HMPHMP提供大量还原提供大量还原 性性CoII NADPHCoII NADPHHMPHMP的碳数变化的碳数变化HMPHMP的两个关键酶的两个
11、关键酶转酮酶或转 羟乙醛基酶转醛酶或转二 羟丙酮基酶转醛酶的作用转醛酶的作用转酮酶的作用转酮酶的作用5-P-5-P-核酮糖生成核酮糖生成5-P-5-P-核糖核糖磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的调节主要由NADPH/ NADP+ 的比例来调节 关键酶的活性。NADP+ NADPHH+（） （）6-磷酸葡萄糖脱氢酶 HMPHMP途径的意义途径的意义 1）产生大量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GSSGGSH, 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
12、途 径。 需要NADPH的代谢途径糖醛酸途径糖醛酸途径（Glucuronic Acid Glucuronic Acid Pathway,Uronic Acid PathwayPathway,Uronic Acid Pathway） 由G-6-P或G-1-P开始，经UDP-glucuronic acid 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
13、糖与 HMP相联。 糖醛酸途径糖醛酸途径糖醛酸途径糖醛酸途径 续续 糖醛酸途径糖醛酸途径糖醛酸途径续糖醛酸途径的意义糖醛酸途径的意义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-uronic acid 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（Vit C），人及其他灵长类不能合成；4) 形成木酮糖与HMP相联系。 糖代谢紊乱糖代谢紊乱(Metabolic Block)(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。 高血糖、低血糖及尿糖高血糖、
14、低血糖及尿糖（一）低血糖(hypoglycemia)空腹血糖浓度 3.89 mmol/L（二）高血糖(hyperglycemia)空腹血糖浓度 7.22 mmol/L（三）糖尿(glucosuria)空腹血糖浓度8.89 mmol/L肾糖阈 低血糖：空腹血糖3.89 mmol/L【70 mg/dL】 症状：头晕、心悸、出冷汗等严重引起脑昏迷原因: 1、饥饿或不能进食2、胰岛素分泌过多3、严重肝疾患4、内分泌异常低血糖低血糖( (HypoglycemiaHypoglycemia) )低血糖低血糖（Hypoglycemia） 生理性低血糖：妊娠期哺乳期饥饿及长期剧烈 运动后。 病理性低血糖：胰岛细
15、胞增生严重肝病对抗胰 岛素的激素分泌不足过量胰岛素 治疗等。高血糖及糖尿Hyperglycemia and Glucosuriayperglycemia and Glucosuria高血糖：空腹血糖 7.22 mmol/L130 mg/dL糖 尿：血糖浓度 8.89 mmol/L160 mg/dL饮食性糖尿、情感性糖尿、肾性糖尿高血糖高血糖（HyperglycemiaHyperglycemia） 生理性高血糖：餐后，短时运动后，精神紧张时。注射葡萄糖或肾上腺素后。 病理性高血糖：糖尿病（diabetes mellitus）：型，型甲亢 垂体前叶嗜酸性细胞腺瘤 肾上腺皮质 功能亢进症 嗜铬细胞瘤
16、 垂体前叶嗜碱性 细胞机能亢进等。糖尿病糖尿病(Diabetes mellitus)(Diabetes mellitus) Insulin缺乏、胰岛素受体异常或胰岛 素信号通路异常，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)。 糖尿病：持续性高血糖和糖尿 类型：胰岛素依赖型（型）(IDDM)非胰岛素依赖型（型）(NIDDM) 病因: 胰岛素缺乏受体数目减少受体与胰岛素的亲和力降低糖尿病糖尿病糖尿病的危害：糖尿病患者 截肢图台湾李先生 55岁糖尿病的现状：糖尿病的现状：全球糖
