第 三 节 葡 萄 糖 异 生Gluconeogenesis* 概念 糖异生(gluconeogenesis)是指从非糖物质物转变为葡萄糖的过程 部位 主要在肝，肾上腺皮质；胞浆及线粒体 * 原料 主要有三碳化合物：丙酮酸、乳酸、甘油；生糖氨基酸；三羧酸循环中间代谢物等一、葡萄糖异生途径 糖异生途径(gluconeogenic pathway)：从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程过程： 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GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶为生物素,乙酰-CoA别构激活剂磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PECK）草酰乙酸丙酮酸2步；耗能：2高能磷酸键线粒体中丙酮酸的羧化作用丙酮酸苹果酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶调节酶位于线粒体基质 果糖-1,6-二磷酸果糖-6-磷酸Pi 果糖-1,6-二磷酸酶 2.果糖-1,6-二磷酸 转变为果糖-6-磷酸 途径限速反应 别构抑制剂： AMP；果糖-2,6-二磷酸3.葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶活性受底物水平调控（肝、肠、肾）血糖脑、肌肉中不存在葡萄糖-6-磷酸酶不能利用G-6-P生成葡萄糖6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 Pi 葡萄糖-6-磷酸酶 糖异生途径乳酸生糖氨基酸丙酮酸CO2，H2OATPADP+Pi丙酮酸羧化酶（线粒体）草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸GTPGDP，CO2磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶2-磷酸甘油酸烯醇化酶3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶1、3-二磷酸甘油酸ATPADP磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NADH+H+NAD+，Pi3-磷酸甘油醛脱氢酶1，6-二磷酸果糖醛缩酶6-磷酸果糖果糖二磷酸酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖异构酶葡萄糖葡萄糖-6磷酸酶3-磷酸甘油酸激酶糖酵解调节酶：己糖激酶磷酸果糖激酶I丙酮酸激酶总反应丙酮酸 + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H2O 葡萄糖 + 4ADP + 2GDP + 2NAD+ + 6Pi二、糖酵解与糖异生糖酵解 葡萄糖2丙酮酮酸 产产生: ATP, NADH 胞浆浆糖异生 2丙酮酮酸葡萄糖 消耗: ATP/GTP, NADH 胞浆浆-线线粒体区域化调调节节2262 三、糖异生与塘酵解的调节果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸磷酸果糖激酶 果糖二磷酸酶ADP ATP Pi 葡萄糖-6-磷酸葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 己糖激酶 ATP ADP Pi PEP 丙酮酸草酰乙酸 丙酮酸激酶 丙酮酸羧化酶 ATP ADP CO2+ATP ADP+Pi GTP 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶GDP+Pi +CO2 三个不可逆部位果糖- 6-磷酸果糖-1,6-二磷酸ATP ADP 磷酸果糖激酶-1 ，PFK-1 Pi 果糖1，6二磷酸酶果糖- 2,6-二磷酸AMP 果糖-6-磷酸与果糖-1,6-二磷酸之间的转化磷酸果糖激酶-2PFK-2同工酶PFK-2是双功能蛋白果糖- 6-磷酸果糖-2,6-二磷酸磷酸果糖激酶-2果糖2，6二磷酸酶磷酸果糖激酶-2果糖2，6二磷酸酶ATPADPPi磷酸果糖激酶-2OPO-O-果糖-2，6-二磷酸对糖酵解和糖异生的协同调节低血糖时 胰高血糖素，PKA，PFK-2 FBPase-2 , F-2.6-2P,PFK-1,EMP ,血糖高血糖时 胰高血糖素，PKA，FBPase-2PFK-2 , F-2.6-2P，PFK-1，EMP，血糖FBPase-1：果糖二磷酸酶-1FBPase-2：果糖二磷酸酶-2双功能蛋白 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间PEP 丙 酮 酸 ATP ADP 丙酮酸激酶 1,6-二磷酸果糖 丙氨酸 乙 酰 CoA 草酰乙酸 丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶ADP四、糖异生的生理意义 维持血糖（80120 mg / 100ml血）浓度恒定, 保证脑（120g 葡萄糖 /天 )、红细胞等组织的正常功能。
调节酸碱平衡，消除肌肉中乳酸和丙酮酸等的积累 五、乳酸循环(lactose cycle)（Cori 循环） 生理意义 乳酸再利用，避免了乳酸的损失 防止乳酸的堆积引起酸中毒 第 四 节三羧酸循环 tricarboxylic acid cycle一、 葡萄糖在有氧条件下彻底氧化， 产生H2O、CO2和能量 第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧 第三阶段：三羧酸循环 及氧化磷酸化G（Gn） 丙酮酸 乙酰CoA CO2 NADH+H+ FADH2H2O O ATP ADP TCA循环 胞液 线粒体 二、丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧转变 为乙酰CoA (acetyl CoA)丙酮酸进入三羧酸循环的贮备阶段丙酮酸 乙酰CoA NAD+ , CoASH CO2 , NADH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体（真核线粒体、原核胞浆）总反应式: 丙酮酸脱氢酶复合体 pyruvate dehydrogenase complex E1：丙酮酸脱氢酶 辅基：TPP 作用：丙酮酸氧化脱羧E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶 辅基：硫辛酰胺，CoASH 作用：将乙酰基转移到CoAE3：二氢硫辛酰脱氢酶 辅基：FAD，NAD+ 作用：将还原型硫辛酰胺转变为氧化型各酶均有多拷贝羟乙基-TPP硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺乙酰CoA丙酮酸E1：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶E3：(依赖FAD)二氢硫辛酰脱氢酶5种辅酶参与反应HS-氧化还原酯化丙酮酸脱氢酶的调节决定丙酮酸命运的关键步骤：丙酮酸氧化脱羧别构调节： ATP、NADH、乙酰-CoA、脂肪酸抑制酶活性 AMP、CoASH、NAD+是酶的别构激活剂共价调节： 可逆磷酸化作用丙酮酸脱氢酶ATP 丙酮酸脱氢酶-PADP 磷酸酶 （有活性） （无活性） 激酶三、三羧酸循环三、三羧酸循环乙酰基二碳单位进一步氧化生成 CO2和还原型辅酶的代谢途径柠檬酸循环（citric acid cycle）： 循环的第一个中间产物为柠檬酸。
三羧酸循环(tricarboxylic acid Cycle, TCA)：柠檬酸含三个羧基Krebs循环：Hans Krebs（德） 1953年诺贝尔医学与生理学奖CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶顺乌头酸（水合）酶异柠檬酸脱氢酶-酮酮戊二酸脱氢氢酶复合体琥珀酰CoA合成酶琥珀酸脱氢酶（膜结合酶）延胡索酸水化酶（立体专一）苹果酸脱氢酶 ATP草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸 延胡索酸L-苹果酸1. 过程2.小 结 三羧酸循环的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸缩合生成含三个羧基的柠檬酸，反复的进行脱氢脱羧，又生成草酰乙酸，再重复循环反应的过程 总反应： CH3COCoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTPCoASH TCA途径的反应部位：线粒体 三羧酸循环的要点 经过一次三羧酸循环：l消耗一分子乙酰CoA，l经历：四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化l生成：1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP。
lC2+C4 C6 C6 C6 C5 C4C4 C4 C4l关键酶： 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合物 整个循环反应为不可逆反应3. 三羧酸循环的调节底物的可用性调节乙酰CoA进入三羧酸循环的调节底物的可用性调节乙酰CoA水平草酰乙酸浓度乙酰CoA和草酰乙酸粒体中的浓度不能饱和柠檬酸合酶乙酰CoA进入三羧酸循环的调节3个限速酶的调节共同特征：ATP/ADPNADH/NAD+柠檬酸合酶 产物柠檬酸的反馈抑制 琥珀酰CoA、NADH、ATP和脂酰CoA为抑制剂 ADP是酶的别构激活剂异柠檬酸脱氢酶 ATP为别构抑制剂 ADP、Ca2+为别构激活剂-酮戊二酸脱氢酶复合体 反应产物琥珀酰CoA和NADH的反馈抑制 Ca2+为别构激活剂乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 琥珀酰CoA -酮戊二酸 异柠檬酸 苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸 脱氢酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体 ATP +ADP ADP +ATP 柠檬酸 琥珀酰CoA NADH 琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+ ATP、ADP的影响 产物堆积引起抑制 循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶 其他，如Ca2+可激活许多酶 三羧酸循环的调节丙酮酸丙酮酸脱氢酶复合体ATP,乙酰-CoA,NADH,脂肪酸 +ADP ,CoA,NAD+,Ca2+ 有氧氧化的调节关键酶 酵解途径：己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：柠檬酸合酶 磷酸果糖激酶I 丙酮酸激酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体有氧氧化的调节通过对其关键酶的调节实现。
ATP/ADP或ATP/AMP比值全程调节该比值升高，所有关键酶均被抑制氧化磷酸化速率影响三羧酸循环前者速率降低，则后者速率也减慢三羧酸循环与酵解途径互相协调三羧酸循环需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰CoA4. 4.三羧酸循环的功能和意义三羧酸循环的功能和意义 是三大营养物质氧化供能的共同途径分解为生物大分子合成提供前体合成两用代谢途径（amphibolic pathway）血红素嘧啶嘌呤 TCA循环在合成代谢中的作用柠檬酸循环的双重作用两用代谢途径（amphibolic pathway）5. 5. 有氧氧化生成的有氧氧化生成的ATP ATP H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同时，ADP偶联磷酸化生成ATPNADH+H+ H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 葡萄糖彻底氧化生成的ATP*取决于NADH+进入线粒体的途径2x2.5或2x1.5*2 x 2.52 x 2.52 x 2.52 x 2.52 x 1.532(或30)ATP6. 柠檬酸循环中间物的回补补充柠檬酸循环中间物用于其它途径时的浓度降低回补反应（anaplerotic reaction）uTCA循环中间物浓度基本保持恒定：循环中间物被移出到其他途径反应补补充反应应丙酮酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 一些氨基酸可回补TCA ：Glu 、Ala、 Asp 等 肝、肾等心脏、骨骼肌真核、原核植物、酵母、细菌PEP羧激酶水解GTP乙酰辅酶A四、乙醛酸循环（Glyoxylate Cycle）存在：植物、某些无脊椎动物及微生物（乙酸唯一碳源）酶：异柠檬酸裂解酶， 苹果酸合酶部位：乙醛酸循环体异柠檬酸琥珀酸乙醛酸苹果酸乙醛酸循环2分子乙酰CoA进入途径1分子琥珀酸释放途径本身无净碳得失四碳单位合成途径途径2乙酰CoA + NAD+ +2H2O 琥珀酸 + 2CoASH + NADH + H+异柠檬酸裂解酶苹果酸合酶琥珀酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸苹果酸生成糖类乙醛酸循环与三羧酸循环三羧酸循环二碳分解途径乙醛酸循环四碳单位合成途径乙醛酸循环体(glyoxesome)植物细胞器内含乙醛酸循环相关酶与TCA循环共有酶同工酶（线粒体或乙醛酸循环体特有）脂肪场所：内含降解种子油微粒中脂肪酸所需酶，脂质葡萄糖乙醛酸循环的意义琥珀酸经经糖异生生成葡萄糖微生物能源、碳源植物种子萌发，脂肪酸分解供能：乙酰CoA4碳化合物（琥珀酸）葡萄糖琥珀酸（乙醛酸循环）三羧酸循环糖异生琥珀酸苹果酸乙酰CoA乙醛酸循环三羧酸循环糖异生磷酸丙糖 第 四 节 磷酸戊糖途径Pentose Phosphate Pat。