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1、单糖的生物合成,高等植物葡萄糖的合成可有多个途径: 卡尔文循环 蔗糖、淀粉的降解 糖异生 动物体内葡萄糖的合成途径： 糖原的降解 糖异生,一、糖异生的概念 由丙酮酸、草酰乙酸、乳酸、丙酸、甘油、氨基酸等非糖物质转变成葡萄糖的过程称为糖异生。 糖异生研究中最直接的证据来自动物实验：大鼠禁食24小时，肝中糖原从7%-1%，若喂乳酸、丙酮酸等糖原的量会增加。 葡萄糖的来源饮食摄入，体内糖原分解，糖异生。,1、克服糖酵解的三步不可逆反应。糖酵解途径中有三步不可逆反应，这三步反应与糖异生途径是不可逆的。 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 果糖1,6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸 葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖
2、2、糖酵解在细胞液中进行，糖异生则分别在线粒体和细胞液中进行。,糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同，但有两方面不同：,二、糖异生的途径,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,果糖-6-磷酸,果糖-1，6-二磷酸,甘油醛-3-磷酸,二羟丙酮磷酸,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,丙酮酸,草酰乙酸（不能跨越 线粒体膜）,CO2+ATP+H2O,ADP+Pi,丙酮酸羧化酶,丙酮酸,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,草酰乙酸,PEP,GTP,GDP+CO2,PEP羧化激酶,1、丙酮酸 PEP,胞液,线粒体,NADH+H+,NADH+H+,丙酮羧化酶是一种线粒体酶，以生物素为辅基
3、，生物素起CO2的作用，乙酰-CoA是该酶的强抑制剂。对人体来说，葡萄糖异生作用中形成葡萄糖-6-磷酸的其他酶均在细胞质中，由丙酮酸羧化形成的草酰乙酸，必须穿过线粒体膜才能作为磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的底物。因为细胞不存在直接跨膜运送草酰乙酸的运载蛋白，一般情况下，草酰乙酸通过形成苹果酸的形式跨膜运输。,1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮羧化酶 （线粒体）,磷酸烯醇式 丙酮酸羧激酶 （线粒体/胞液）,丙酮酸+ATP+GTP+H2O 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+GDP+Pi+2H+,2、果糖-1，6-二磷酸 果糖-6-磷酸 果糖-1，6-二磷酸+H2O 果糖-6-磷酸+Pi 3、葡萄糖-6-磷
4、酸 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸+H2O 葡萄糖+Pi,果糖二磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸磷酸酶存在于光面内质网膜上，它的活性需要一种Ca2+结合蛋白参与作用，葡萄糖-6-磷酸在内质网内水解为葡萄糖和无机磷酸。然后再转运到细胞质中。动物的肝、肠和肾细胞存在葡萄糖-6-磷酸磷酸酶，而脑和肌肉细胞不存在此酶。,糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,果糖-6-磷酸,果糖-1,6-二磷酸,甘油醛-3-磷酸,二羟丙酮磷酸,1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,PEP,丙酮酸,大多数氨基酸,乳酸,Cori循环,TCA的中间产物,糖异生途径及其前体,草酰
5、乙酸,反刍动物体内乙酸、丙酸 丁酸,琥珀酰C0A,葡萄糖异生作用的前体（大多数氨基酸）,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,果糖-6-磷酸,果糖-1，6-二磷酸,甘油醛-3-磷酸,P-二羟丙酮,21，3-二磷酸甘油酸,2 3-磷酸甘油酸,2 2-磷酸甘油酸,2 PEP,2丙酮酸,糖异生的能量计算？,消耗2ATP+2GTP,消耗2ATP,2NADH+2H+？,三、糖异生途径的意义,葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人脑对葡萄糖有高度依赖性。红细胞也需要葡萄糖。尤其在饥饿状态下葡萄糖异生尤为重要；在机体处在剧烈运动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。 当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰
6、CoA通过乙醛酸循环合成琥珀酸 TCA循环 糖异生,草酰乙酸,葡萄糖,供种子萌发使用,四、葡萄糖异生作用的调节,糖酵解作用 果糖-6-磷酸 糖异生作用,磷酸果糖激酶,果糖1.6-二磷酸酶,果糖-1、6-二磷酸,PEP,丙酮酸,草酰乙酸,丙酮酸激酶,丙酮酸羧化酶,PEP羧激酶,G F-2、6BP AMP ATP 柠檬酸 H+,活化,抑制,F-1、6BP活化 ATP ALa,抑制,F-2、6BP AMP,柠檬酸活化,抑制,ADP抑制,乙酰CoA活化 ADP抑制,-,脱磷酸化的酶 （激酶2活性） （酯酶2活性）,F-6-P,F-2、6-BP,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
7、之具有两种酶活性 ，这种酶称双功能酶。,果糖-2、6-二磷酸合成与降解的调控,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- F-2、6-BP多,磷酸化的酶,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
8、（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-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。,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。 当饥饿时，由于血糖水平低，激素
9、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相互调节：,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。,五. 乳酸循环（可立氏循环，Cori 循环）,乳酸循环的生理意义：促进乳酸再利用，更新肝糖原，防止酸中毒,+H+,+H+,Cori循环在激烈运动时，糖酵解作用产生的NADH的速度超出通过呼吸链再形成NAD+的能力。这时肌肉中酵解过程形成的丙酮酸由乳酸脱氢酶转变为乳酸使NAD+再生，这样糖酵解作用才能继续提供ATP。肌肉细胞内的乳酸扩散到血液并随着血流进入肝脏细胞，在肝脏中通过糖异生途径转变为葡萄糖，又回到
10、血液，随血流供应肌肉和脑对葡萄糖的需要。这个循环过程称Cori循环,六、乙醛酸循环三羧酸循环支路,天冬氨酸,异柠檬酸,柠檬酸,草酰乙酸,乙醛酸,琥珀酸,葡萄糖异生途径,琥珀酸,苹果酸,苹果酸,草酰乙酸,延胡索酸,苹果酸,天冬氨酸,谷氨酸,-酮戊二酸,谷氨酸,-酮戊二酸,线粒体,乙醛酸循环体,六、乙醛酸循环三羧酸循环支路,三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（省了6步）,异柠檬酸,柠檬酸,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,CoASH,三羧酸循环,乙酰CoA,只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,这种途径对于植物和微生物意义重大！,只保留三羧酸循环中的（10）脱氢（
11、1NADH）产能，只相当于3个ATP，意义不在于产能，在于生存。 .种子发芽,糖异生,油类植物种子中的油,脂代谢,糖,乙醛酸循环,草酰乙酸,乙酰CoA,原始细菌生存,乙酸菌 以乙酸为主要食物的细菌 （物质循环中的重要一环）,生存,四碳、六碳化合物,转化,第26节 糖原的分解与合成,糖原是由若干个葡萄糖单位组成的具有许多分支结构的多糖， 是动物体内糖的储存形式。 糖原的分子结构：,糖原以颗粒形式存在于细胞质中，颗粒中除含糖原外，还有催化其合成与降解的酶以及调节蛋白。糖原主要储存在肝和肌肉组织中 肝糖原分解主要是补充血糖； 肌糖原分解主要是为肌肉收缩提供能量。,糖原的分解代谢,肝糖原分解后绝大部分转化为葡萄糖释放入血。 反应过程为： 糖原（葡萄糖单位n）H3PO4 糖原（葡萄糖单位n1） 1-磷酸葡萄糖 葡萄糖-1-磷酸 葡萄糖-6-磷酸 葡萄糖-6-磷酸H2O 葡萄糖H3PO4,糖原磷酸化酶,磷酸葡萄糖变位酶,葡萄糖-6-磷酸酶,（去分支酶）,糖原的分解,分支点前4个葡萄糖残基,-1,4-糖苷键,-1,6-糖苷键,糖原磷酸化酶从糖原的非还原端逐个断下葡萄糖分子，催化断裂的是末端葡萄糖残基C1与相邻葡萄糖残基C4之间的糖苷键（-1，4-糖苷键），断裂后氧原子留在C4上。只作用到糖原分支点前4个葡萄糖残基处即不能再继续催化。,
