第25章糖异生与乙醛酸循环.ppt

单糖的生物合成单糖的生物合成 高等植物葡萄糖的合成可有多个途径高等植物葡萄糖的合成可有多个途径:u卡尔文循环卡尔文循环u蔗糖、淀粉的降解蔗糖、淀粉的降解u糖异生糖异生动物体内葡萄糖的合成途径：动物体内葡萄糖的合成途径：糖原的降解糖原的降解 糖异生糖异生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。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丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸果糖果糖1,6-1,6-二磷酸转变为果糖二磷酸转变为果糖-6-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸水解为葡萄糖磷酸水解为葡萄糖2 2、糖酵解在、糖酵解在细胞液细胞液中进行，糖异生则分别在中进行，糖异生则分别在线粒体和细胞线粒体和细胞液液中进行。中进行。葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸PEPPEP丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸（不能跨越（不能跨越 线粒体膜）线粒体膜）COCO2 2+ATPATP+H+H2 2O OADP+PiADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸丙酮酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸PEPPEPGTPGTPGDP+COGDP+CO2 2PEPPEP羧化激酶羧化激酶1、丙酮酸、丙酮酸 PEP胞液胞液线粒体线粒体NADH+H+NADH+H+丙酮羧化酶是一种线粒体酶，以生物素为辅基，生物素起丙酮羧化酶是一种线粒体酶，以生物素为辅基，生物素起COCO2 2的作用，乙酰的作用，乙酰-CoACoA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-6-6-磷酸的其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，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。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丙酮羧化酶（线粒体）（线粒体）磷酸烯醇式磷酸烯醇式 丙酮酸羧激酶丙酮酸羧激酶（线粒体（线粒体/胞液）胞液）丙酮酸丙酮酸+ATP+GTP+HATP+GTP+H2 2O O 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+GDP+Pi+2HADP+GDP+Pi+2H+2 2、果糖、果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸 果糖果糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸+H H2 2O O 果糖果糖-6-6-磷酸磷酸+PiPi3 3、葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸+H H2 2O O 葡萄糖葡萄糖+PiPi果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸酶磷酸磷酸酶葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸酶存在于磷酸磷酸酶存在于光面内质网膜光面内质网膜上，它的活性需要一种上，它的活性需要一种CaCa2+2+结合结合蛋白参与作用，葡萄糖蛋白参与作用，葡萄糖-6-6-磷酸在内质网内水解为葡萄糖和无机磷酸。然后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再转运到细胞质中。动物的肝、肠和肾细胞存在葡萄糖-6-6-磷酸磷酸酶，而磷酸磷酸酶，而脑和肌肉细胞不存在此酶。脑和肌肉细胞不存在此酶。糖酵解作用糖酵解作用葡萄糖异生作用葡萄糖异生作用1 1己糖激酶己糖激酶葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶2 2磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶果糖果糖-6-6-磷酸酶磷酸酶3 3丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶和磷酸丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸激酶糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异糖酵解和葡萄糖异生途径中酶的差异葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮磷酸1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸PEPPEP丙酮酸丙酮酸大多数氨基酸大多数氨基酸乳酸乳酸CoriCori循环循环TCATCA的中间产物的中间产物糖异生途径及其前体糖异生途径及其前体草酰乙酸草酰乙酸反刍动物体内反刍动物体内乙酸、丙酸乙酸、丙酸丁酸丁酸琥珀酰琥珀酰C0AC0A葡萄糖异生作用的前体（葡萄糖异生作用的前体（大多数氨基酸）大多数氨基酸）葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-6-磷酸磷酸果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸P-P-二羟丙酮二羟丙酮2 2 1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 2 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 PEP PEP2丙酮酸丙酮酸糖异生的能量计算糖异生的能量计算？消耗消耗2ATP+2GTP消耗消耗2ATP2NADH+2H+？三、糖异生途径的意义糖异生途径的意义n葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人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，以维持血糖水动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。平。n当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰CoA通过通过乙醛酸循环乙醛酸循环合成琥珀酸合成琥珀酸 TCA循环循环 糖异生糖异生草酰乙酸草酰乙酸葡萄糖供种子萌发使用供种子萌发使用四、葡萄糖异生作用的调节四、葡萄糖异生作用的调节 糖酵解作用糖酵解作用 果糖果糖-6-磷酸磷酸 糖异生作用糖异生作用 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶果糖果糖1.6-1.6-二磷酸酶二磷酸酶果糖果糖-1-1、6-6-二磷酸二磷酸PEP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶PEPPEP羧激酶羧激酶G GF-2F-2、6BP6BPAMPAMPATPATP柠檬酸柠檬酸H+H+活化活化抑制抑制F-1F-1、6BP6BP活化活化ATPATPALaALa抑制抑制F-2F-2、6BP6BPAMPAMP柠檬酸活化柠檬酸活化抑制抑制ADPADP抑制抑制乙酰乙酰CoACoA活化活化ADPADP抑制抑制-脱磷酸化的酶脱磷酸化的酶 （激酶（激酶2 2活性）活性）（酯酶（酯酶2 2活性）活性）F-6-PF-2、6-BP具有一条肽链的酶蛋白，由于某些氨基酸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。，这种酶称双功能酶。果糖果糖-2-2、6-6-二磷酸合成与降解的调控二磷酸合成与降解的调控血糖低血糖低-胰高血糖素释放胰高血糖素释放-cAMPcAMP级联作用级联作用-蛋白磷酸化。蛋白磷酸化。血糖高血糖高-胰岛素释放胰岛素释放-F-2F-2、6-BP6-BP多多磷酸化的酶磷酸化的酶糖异生与糖酵解作用的相互调节：糖异生与糖酵解作用的相互调节：1 1、磷酸果糖激酶（、磷酸果糖激酶（PFKPFK）和果糖和果糖-1-1、6-6-二磷酸酶的调节：二磷酸酶的调节：当当AMPAMP水平高时，表明需要水平高时，表明需要ATPATP，PFKPFK激活，增加激活，增加糖酵解，由糖酵解，由于于果糖果糖-1-1、6-6-二磷酸酶二磷酸酶受抑制，则糖受抑制，则糖异生关闭。当异生关闭。当ATP和柠檬酸和柠檬酸水平高时，水平高时，PFKPFK受抑制，降低受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸糖酵解的速率，柠檬酸增加增加果糖果糖-1 1、6-6-二磷酸酶二磷酸酶活性，从而增加糖活性，从而增加糖异生速率。异生速率。当饥饿时，由于血糖水平低，激素当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起胰高血糖素释放，引起cAMPcAMP的级联作用，的级联作用，使酶蛋白磷酸化（使酶蛋白磷酸化（FBPase2FBPase2活化），降低活化），降低F-2F-2、6-6-BPBP；当进食时，当进食时，血糖水平较高，激素血糖水平较高，激素胰岛素释放，使胰岛素释放，使F-2F-2、6-BP6-BP增加，激活增加，激活PFKPFK，加速加速酵解；同时酵解；同时F-2F-2、6-BP6-BP的增加抑制的增加抑制果糖果糖-1-1、6-6-二磷酸酶活性，二磷酸酶活性，使糖使糖异生作用受抑制。异生作用受抑制。2 2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEPPEP羧激酶的调节：羧激酶的调节：高水平的高水平的ATPATP和和AlaAla抑制抑制丙酮酸激酶丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由，从而抑制糖酵解；由于该情况下乙酰于该情况下乙酰CoACoA亦是充裕的，则活化亦是充裕的，则活化丙酮酸羧化酶，丙酮酸羧化酶，有助于有助于糖异生的进行。反之，在细胞供能状态较低时，糖异生的进行。反之，在细胞供能状态较低时，ADPADP水平较高，水平较高，则抑制则抑制丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶和和PEPPEP羧激酶羧激酶，关闭糖异生作用。，关闭糖异生作用。丙酮酸激酶丙酮酸激酶被被F-1F-1、6BP6BP活化（前馈激活），即需要活化（前馈激活），即需要糖酵解加糖酵解加速时该酶的活性被提高。速时该酶的活性被提高。当饥饿时，由于血糖水平低，激素当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起胰高血糖素释放，引起cAMPcAMP的级联作用，使的级联作用，使丙酮酸激酶丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，发生磷酸化，从而失去活性，抑制抑制糖酵解。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相互调节：糖异生与糖酵解作用的紧密相互调节防止了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。二者共同进行时的无效循环。五五.乳酸循环（可立氏循环，乳酸循环（可立氏循环，Cori 循环）循环）乳酸循环的生理意义乳酸循环的生理意义：促进乳酸再利用，更新肝糖原，防止酸中毒促进乳酸再利用，更新肝糖原，防止酸中毒+H H+H H+CoriCori循环循环在激烈运动时，糖酵解作用产生的在激烈运动时，糖酵解作用产生的NADHNADH的速度超出通过呼吸链的速度超出通过呼吸链再形成再形成NADNAD+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乳酸使NADNAD+再生，这样糖酵解作用才能继续提供再生，这样糖酵解作用才能继续提供ATPATP。肌肉细胞内的乳酸扩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，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CoriCori循循环环六、六、三羧酸循环支路三羧酸循环支路天冬氨酸天冬氨酸异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸乙醛酸乙醛酸琥珀酸琥珀酸葡萄糖异生途径葡萄糖异生途径琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸-酮戊二酸酮戊二酸线线粒粒体体乙乙醛醛酸酸循循环环体体六、六、三羧酸循环支路三羧酸循环支路异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH乙