2011浙大考研史峰生物化学辅导班课件 糖代谢4.ppt

1、糖元异生糖元异生(Gluconeogenesis)肝脏、肾脏及肠上皮细胞中，甘油、肝脏、肾脏及肠上皮细胞中，甘油、乳酸及一些氨基酸等非糖物质转变为葡乳酸及一些氨基酸等非糖物质转变为葡萄糖或糖元的过程。萄糖或糖元的过程。中心点是能转变为丙酮酸的物质如何中心点是能转变为丙酮酸的物质如何逆着酵解途径回到逆着酵解途径回到Glc的问题，即如何解的问题，即如何解决酵解途径中的三步不可逆反应。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、绝对必需，因脑、神经系统、红细胞、睾丸、

2、肾上腺髓质、胚胎组织等首选血睾丸、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。人脑每天需要超过燃料分子。人脑每天需要超过120g 的葡的葡萄糖。萄糖。由非己糖前体合成葡萄糖的过程称为由非己糖前体合成葡萄糖的过程称为糖元异生。糖元异生发生于所有动物、糖元异生。糖元异生发生于所有动物、植物、真菌和微生物，过程相似。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、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。高等动物糖元异丙酮酸、甘油和一些氨基酸。高等动物糖元异生绝大多数发

3、生于肝脏，极少部分发生于肾皮生绝大多数发生于肝脏，极少部分发生于肾皮质。质。植物萌发时，贮存的甘油三酯和蛋白质通植物萌发时，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。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、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乳酸、丙酸等条件下，通过糖异生把它们转变为葡萄糖。为葡萄糖。糖元异生简图及激素对糖元异生简图及激素对异生的调节异生的调节异生

4、与酵解异生与酵解哺乳动物糖异生发生于肝脏，异生过哺乳动物糖异生发生于肝脏，异生过程似乎是酵解过程的逆转反应，两者都程似乎是酵解过程的逆转反应，两者都发生于胞质，必需有相互和协作的调节。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。促反应是酵解过程的逆反应。酵解过程的三步不可逆反应在体内不酵解过程的三步不可逆反应在体内不能被用于异生，必需有不同的酶催化反能被用于异生，必需有不同的酶催化反应来逾越三步不可逆反应。应来逾越三步不可逆反应。酵解和糖元异

5、生是相反酵解和糖元异生是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 己糖激酶己糖激酶1. Glucose+ATPG-6-P+ADP 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶2. F-6-P+ATP F-1,6-dip+ADP 丙酮酸激酶丙酮酸激酶3. PEP+ADP Pyruvate+ATP从丙酮酸到从丙酮酸到PEP不能通过酵解的逆反应实现，需胞质和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。线粒体酶的相互协作完成。1） 丙酮酸进入线粒体，在羧化酶的作丙酮酸进入线粒体，在羧化酶的作用下生成草酰乙酸；用下生成草酰乙酸；2） 草酰乙酸不能过线粒体内膜，在苹草酰乙酸不能过线粒体内膜，在苹

6、果酸脱氢酶作用下生成苹果酸；果酸脱氢酶作用下生成苹果酸；3） 苹果酸进入胞质，在苹果酸脱氢酶苹果酸进入胞质，在苹果酸脱氢酶作用下转变回草酰乙酸；作用下转变回草酰乙酸；4） 草酰乙酸在草酰乙酸在PEP羧激酶作用下生成羧激酶作用下生成PEP。Py到到PEPPy生成生成PEP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CO2由丙酮酸开始的糖异生由丙酮酸开始的糖异生反应过程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丙酮酸生成和参与异生丙酮酸生成和参与异生的能量关系的能量关系糖元异生的前体物质糖元异生的前体物质 1） 凡可生成凡可生成Py的物质，包括的物质，包括TC

7、A的中间产物，的中间产物，但乙酰但乙酰CoA不能作为糖异生的前体；不能作为糖异生的前体； 2） 大大多氨基酸是生糖氨基酸，如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，分别变为丙酮酸、草酰乙酸、等，分别变为丙酮酸、草酰乙酸、 -酮戊二酮戊二酸等进入糖异生；酸等进入糖异生； 3） 肌肉剧烈运动产生的大量乳酸；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、反刍动物分解纤维素产生的乙酸、丙酸、丁酸等丁酸等 5) 奇数脂肪酸分解产生的琥珀酰奇数脂肪酸分解产生

8、的琥珀酰CoA等。等。 生糖氨基酸及进入部位生糖氨基酸及进入部位偶数碳脂肪酸及代谢为偶数碳脂肪酸及代谢为乙酰乙酰-CoA的氨基酸在动的氨基酸在动物和微生物中不能生糖物和微生物中不能生糖丙酮酸的两个不同丙酮酸的两个不同命运：异生和酵解命运：异生和酵解是相互调节的是相互调节的F-2，6dip对酵解和异生的调节对酵解和异生的调节萌发种子中贮存脂肪酸萌发种子中贮存脂肪酸转化为蔗糖转化为蔗糖萌发种子中甘油三酯的萌发种子中甘油三酯的甘油被转变为蔗糖甘油被转变为蔗糖“无效循环无效循环”Futile Cycle生物组织内由两个不同的酶催化两个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相

9、反的代谢途径，反应的一方需要高能化合物如化合物如ATP参与，而另一方则自动进参与，而另一方则自动进行，这样循环的结果只是行，这样循环的结果只是ATP被水解了，被水解了，而其他反应物并无变化，这种循环被称而其他反应物并无变化，这种循环被称为为“无效循环无效循环”（Futile cycle)。肝脏中有酵解和异生的完整酶系，可肝脏中有酵解和异生的完整酶系，可能存在种无效循环。能存在种无效循环。意义：产生热能、扩大代谢的调控。意义：产生热能、扩大代谢的调控。“无效无效”循环（循环（Futile Cycle） 磷酸己糖支路磷酸己糖支路(HMP) 又称己糖单磷酸途径，戊糖又称己糖单磷酸途径，戊糖(磷酸磷酸

10、)支路支路hexose monophosphate pathway(shunt), pentose phosphate shunt。Racker(1954)、Gunsalus(1955)发现，组织中添加酵解抑制剂，发现，组织中添加酵解抑制剂，Glc仍可被消耗，即仍可被消耗，即Glc还有其他的代谢支路。还有其他的代谢支路。整个途径分为两个阶段整个途径分为两个阶段: 氧化阶段：氧化阶段：Glc经脱氢、脱羧变为磷酸戊糖经脱氢、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。两个关键酶催化其转化，最终重新合成己糖。两个关键酶催化其中的反

11、应，即转羟乙醛基（转酮）酶中的反应，即转羟乙醛基（转酮）酶（transketolase）和转二羟丙酮基（转醛）酶）和转二羟丙酮基（转醛）酶(transaldolase)。 戊糖磷酸支路的戊糖磷酸支路的氧化反应氧化反应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HMP提供大量还原性提供大量还原性CoII（NADPH）HMP的碳数变化的碳数变化HMP的两个关键酶的两个关键酶转酮酶或转转酮酶或转羟乙醛基酶羟乙醛基酶转醛酶或转二转醛酶或转二羟丙酮基酶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-核酮糖生成核酮糖生成5-P-核糖核糖HM

12、P途径的意义途径的意义 1） 产生产生NADPH，为生物合成提供还原，为生物合成提供还原力，如脂肪酸合成、固醇合成；力，如脂肪酸合成、固醇合成； 2） 产生磷酸戊糖，参与核酸代谢；产生磷酸戊糖，参与核酸代谢； 3） NADPH使红细胞内使红细胞内GSSGGSH, 对对维持红细胞的还原性重要；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；非线粒体氧化体系中有重要作用； 5) 植物光合作用植物光合作用CO2合成合成Glc的部分的部分反应途径。反应途径。 糖醛酸途径（糖醛酸途径（Glucuronic Acid Pathway,Uronic Acid Pathway） 由由G-6-P或

13、或G-1-P开始，经开始，经UDP-glucuronic acid的代谢途径。的代谢途径。 （1）G-6-P转化为转化为UDPG，再由，再由NAD连接的脱连接的脱氢酶催化，氧化为氢酶催化，氧化为UDP-GlcUA； （2）抗坏血酸的合成；）抗坏血酸的合成； （3）UDP-GlcUA生成生成UDP-Iduronate; （4）UDP-GlcUA与药物或异物作用，生成水与药物或异物作用，生成水溶性加成物由尿中排出；溶性加成物由尿中排出； （5）GlcUA经脱氢、脱羧等生成经脱氢、脱羧等生成(磷酸磷酸)木酮糖木酮糖与与HMP相联。相联。 糖醛酸途径糖醛酸途径糖醛酸途径（续）糖醛酸途径（续）糖醛酸途径

14、糖醛酸途径糖醛酸途径（续）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肝脏中糖醛酸与药物或含-OH,-COOH,-NH2,-SH等异物结合，随尿、胆等异物结合，随尿、胆汁排出而解毒；汁排出而解毒；2） UDP-uronic acid 是糖醛酸基供体，可是糖醛酸基供体，可形成许多有重要功能的粘多糖；形成许多有重要功能的粘多糖；3） 可转化为抗坏血酸（可转化为抗坏血酸（Vit C），人及其），人及其他灵长类不能合成；他灵长类不能合成；4) 形成木酮糖与形成木酮糖与HMP相联系。相联系。 糖代谢紊乱糖代谢紊乱(Metabolic Block) 两个主要原因可导致糖代谢

15、的紊乱：两个主要原因可导致糖代谢的紊乱：代谢酶的先天性缺陷；代谢酶的先天性缺陷；调节作用的失调。调节作用的失调。 半乳糖血症半乳糖血症（Galactosemia） 患者先天缺乏患者先天缺乏galactose 1-phosphate uridyl transferase，不能把，不能把Gal-1-P转化转化为为UDPGal，Gal不能进入不能进入EMP，血中，血中Gal增多，引起半乳糖血，严重时导致半增多，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、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，继续腹泻、肝肿大、黄疸、智力迟钝，继续摄入摄入Gal会中毒死亡。会中

16、毒死亡。半乳糖血症半乳糖血症（Galactosemia）机制）机制己糖激酶己糖激酶(hexokinase)缺乏缺乏 红细胞中，红细胞中，Glc磷酸化受影响，磷酸化受影响，EMP产物减少，产物减少，2,3-dip-甘油酸缺少，甘油酸缺少，Hb对对O2的亲和力异常高，组织获得的亲和力异常高，组织获得O2的机会少，的机会少，引起缺氧。引起缺氧。 丙酮酸激酶（丙酮酸激酶（Py kinase）缺乏）缺乏 酵解产物不能进入酵解产物不能进入TCA，EMP产物浓产物浓度增高，度增高，2,3-dip-GA增多，增多，Hb对对O2的亲的亲和力非常低；和力非常低；ATP减少，降低减少，降低Na+.K+-ATPase

17、活性，细胞无法维持正常离子浓活性，细胞无法维持正常离子浓度而肿胀、裂解，导致溶血性贫血。度而肿胀、裂解，导致溶血性贫血。G-6-P dHE缺乏缺乏 先天缺乏者在给药（磺胺、阿司匹林先天缺乏者在给药（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，缺乏此酶无法产生细胞中无线粒体，缺乏此酶无法产生NADPH，不能保持细胞内，不能保持细胞内GSH水平，膜水平，膜结构破坏，造成溶血、贫血等。结构破坏，造成溶血、贫血等。糖尿病糖尿病(Diabetes mellitus) Insulin缺乏或其受体异常，因此不能对缺乏或其受体异常，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，产生高质激素等引起的血糖升高作用，产生高血糖血糖(hyperglycemia)和糖尿。病人的代和糖尿。病人的代谢发生障碍，机体供能不足，表现出典谢发生障碍，机体供能不足，表现出典型的多饮、多食、多尿及体重减少的型的多饮、多食、多尿及体重减少的“三多一少三多一少”症状。严重时还伴随酮血症状。严重时还伴随酮血症（症（ketonemia）及酸中毒）及酸中毒(acidosis).糖尿病的代谢紊乱糖尿病的代谢紊乱糖尿病的糖代谢障碍糖尿病的糖代谢障碍