单糖的生物合成

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

2. 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。

3. 二、糖异生的途径 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： 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。 ①丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 ②果糖1,6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸 ③葡萄糖-6-磷酸水解为葡萄糖 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。

4. 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸 果糖-1，6-二磷酸 二羟丙酮磷酸 甘油醛-3-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

5. 1、丙酮酸 PEP 线粒体 胞液 丙酮酸羧化酶 丙酮酸 草酰乙酸（不能跨越 线粒体膜） 丙酮酸 CO2+ATP+H2O ADP+Pi NADH+H+ NADH+H+ 草酰乙酸 苹果酸 苹果酸 PEP羧化激酶 草酰乙酸 PEP GTP GDP+CO2 丙酮羧化酶是一种线粒体酶，以生物素为辅基，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。

6. 1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸 磷酸烯醇式 丙酮酸羧激酶 （线粒体/胞液） 丙酮羧化酶 （线粒体） 丙酮酸+ATP+GTP+H2O 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+GDP+Pi+2H+

7. 果糖二磷酸酶 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-磷酸 葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸+H2O 葡萄糖+Pi 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。

8. 糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异

9. 葡萄糖 糖异生途径及其前体 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 反刍动物体内乙酸、丙酸 丁酸 1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 琥珀酰C0A 2-磷酸甘油酸 草酰乙酸 TCA的中间产物 PEP 乳酸 Cori循环 丙酮酸 大多数氨基酸

10. 葡萄糖异生作用的前体（大多数氨基酸）

11. 葡萄糖 糖异生的能量计算？ 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 2NADH+2H+？ 21，3-二磷酸甘油酸 消耗2ATP 2  3-磷酸甘油酸 2  2-磷酸甘油酸 2  PEP 消耗2ATP+2GTP 2丙酮酸

12. 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

13. 四、葡萄糖异生作用的调节 柠檬酸活化 G F-2、6BP AMP ATP 柠檬酸 H+ 磷酸果糖激酶 活化 果糖1.6-二磷酸酶 F-2、6BP AMP 抑制 糖酵解作用 果糖-6-磷酸糖异生作用 果糖-1、6-二磷酸 抑制 PEP ADP抑制 F-1、6BP活化 ATP ALa PEP羧激酶 丙酮酸激酶 草酰乙酸 抑制 丙酮酸羧化酶 乙酰CoA活化 ADP抑制 丙酮酸

14. 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 脱磷酸化的酶 （激酶2活性） （酯酶2活性） F-6-P F-2、6-BP 磷酸化的酶 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之具有两种酶活性 ，这种酶称双功能酶。

15. 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（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。

16. 糖异生与糖酵解作用的相互调节： 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紧密相互调节防止了 二者共同进行时的无效循环。

17. 五. 乳酸循环（可立氏循环，Cori 循环） +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 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

18. 六、乙醛酸循环——三羧酸循环支路

19. 线粒体 天冬氨酸 天冬氨酸 α-酮戊二酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酸 草酰乙酸 草酰乙酸 乙醛酸循环体 苹果酸 柠檬酸 延胡索酸 异柠檬酸 乙醛酸 琥珀酸 琥珀酸 苹果酸 葡萄糖异生途径 苹果酸

20. 乙醛酸循环 CoASH 乙酰CoA 乙醛酸 ① ② 六、乙醛酸循环——三羧酸循环支路 CoASH • 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） 乙酰CoA 柠檬酸 草酰乙酸 异柠檬酸 苹果酸 琥珀酸 三羧酸循环

21. ① 异柠檬酸 琥珀酸 乙醛酸 ② 乙醛酸 乙酰CoA 苹果酸 异柠檬酸裂解酶 苹果酸合成酶 • 只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；

22. 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（1NADH）产能，只相当于3个ATP，意义不在于产能，在于生存。 Ⅰ.种子发芽

23. 脂代谢 油类植物种子中的油 乙酰CoA 乙醛酸循环 草酰乙酸 糖异生 糖

24. 乙酸 乙醛酸循环 NH3 乙酰CoA合成酶 乙酸 + ATP +CoASH →乙酰CoA + H2O +AMP +PPi Ⅱ原始细菌生存 转化 四碳、六碳化合物 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

25. 第26节 糖原的分解与合成

26. 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，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。

27. 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n－1）＋ 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

28. 糖原的分解 分支点前4个葡萄糖残基 α-1,6-糖苷键 α-1,4-糖苷键 （去分支酶）

29. 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。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。