糖异生概述及分析
糖异生反应概念
糖异生反应概念
摘要：
1.糖异生反应的定义
2.糖异生反应的过程
3.糖异生反应的意义
正文：
糖异生反应是指生物体内非糖物质通过一系列酶促反应转化为葡萄糖的过程。
在这个过程中，非糖物质如脂肪、氨基酸等可以为生物体提供能量。
糖异生反应主要发生在肝脏和肾脏，是生物体维持血糖稳定的重要机制之一。
糖异生反应的过程可以分为三个阶段：
第一阶段是生成丙酮酸，非糖物质在细胞质中经过一系列反应生成丙酮酸。
丙酮酸在细胞质中生成，然后进入线粒体进行氧化，生成乙酰辅酶A （acetyl-CoA）。
第二阶段是生成草酰乙酸，乙酰辅酶A 进入线粒体后，通过柠檬酸循环生成草酰乙酸。
在这个过程中，草酰乙酸的生成与柠檬酸循环中的其它物质相结合，生成柠檬酸中间产物。
第三阶段是生成葡萄糖，草酰乙酸在细胞质中经过一系列反应生成葡萄糖。
在这个过程中，草酰乙酸首先与磷酸结合生成草酰乙酸磷酸，然后通过一系列反应生成葡萄糖。
糖异生反应在生物体中具有重要意义。
首先，糖异生反应是生物体补充血糖的主要途径。
当血糖浓度降低时，肝脏和肾脏可以通过糖异生反应生成葡萄
糖，维持血糖稳定。
其次，糖异生反应也是生物体利用非糖物质提供能量的重要途径。
当血糖浓度较高时，生物体可以通过糖异生反应将非糖物质转化为葡萄糖，以供能量需求。
糖异生生物化学缩写
糖异生生物化学缩写糖异生生物化学（Glycosylation）是生物体中糖类与其他生物大分子（如蛋白质、脂类等）发生化学反应的过程。
这一过程在生物体内起着重要的调节作用，并参与了许多生物学过程，如细胞信号传导、免疫应答和疾病发展等。
本文将从糖异生的定义、机制和生物学功能等方面进行探讨。
一、糖异生的定义糖异生是指生物体中糖类与其他生物大分子发生化学反应的过程。
糖异生过程中，糖类分子通过酶催化作用与其他生物大分子结合，形成糖基化产物。
这一过程包括糖基转移、糖基修饰和糖基结构的调节等步骤。
二、糖异生的机制糖异生过程中，糖类分子通过酶催化作用与其他生物大分子结合。
酶催化是指酶作为催化剂，降低了反应的活化能，加速了糖基转移反应的进行。
常见的糖基转移反应包括糖基转移酶将糖基从一种底物转移到另一种底物上的过程。
糖基修饰是指糖基转移后，对糖基进行进一步的修饰，如酸性水解、酰化、硫酸化等。
糖基结构的调节是指糖异生过程中，糖基的结构可以根据不同的细胞环境和信号分子进行调节，从而影响糖异生的效率和特异性。
三、糖异生的生物学功能1. 细胞信号传导：糖异生参与了细胞表面受体的修饰和调节，从而影响细胞信号传导的过程。
例如，糖基修饰可以影响受体与配体的结合亲和力，从而调节细胞信号的传递效率和特异性。
2. 免疫应答：糖异生在免疫应答中起着重要的作用。
糖基修饰可以影响抗原的识别和免疫效应的调节。
一些病原体利用糖异生来逃避宿主免疫系统的攻击，而疫苗的研发也常常利用糖异生来改善免疫效果。
3. 疾病发展：糖异生在疾病的发展中起着重要的作用。
一些疾病如癌症、糖尿病和神经系统疾病等都与糖异生异常有关。
研究糖异生的异常调节机制对于疾病的治疗和预防具有重要的意义。
四、糖异生的研究方法研究糖异生的方法主要包括糖基转移酶的酶学研究、质谱分析和分子生物学技术等。
糖基转移酶的酶学研究可以揭示糖异生的催化机制和底物特异性等重要特征。
质谱分析可以用于鉴定和定量糖异生产物，从而分析糖异生的动态变化和调节机制。
糖异生
葡萄糖
四、葡萄糖异生作用的调节
糖酵解作用 果糖-6-磷酸
磷酸果糖激酶
糖异生作用
柠檬酸活化
活化
G F-2、6BP AMP ATP 柠檬酸 H+
果糖1.磷酸
抑制
PEP
F-1、6BP活化
丙酮酸激酶
ADP抑制
PEP羧激酶
ATP ALa
草酰乙酸
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。
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 草酰乙酸 合成琥珀酸 TCA循环 糖异生
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。
二、糖异生的途径
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cAM P的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，抑制
肝脏糖异生原理
肝脏糖异生原理
肝脏糖异生(Gluconeogenesis)是一种生物化学过程，通过这个过程，非糖类物质(如氨基酸、乳酸、甘油醇)被转化为葡萄糖。
这一过程在多种生理条件下非常重要，尤其是在长时间禁食、剧烈运动或糖尿病等情况下。
肝脏糖异生的原理涉及多个酶促反应和底物转运机制。
主要的生化反应包括：
1. 糖异生底物的摄取:非糖类物质首先被摄取到肝脏细胞内。
2. 糖异生底物的转化:这些底物通过一系列酶促反应被转化为葡萄糖或其前体。
这些反应包括：
- 酮体生成:在肝脏中，氨基酸可以转化为酮体(如醋酸和β-羟基丁酸)。
- 丙酮酸生成:酮体进一步被转化为丙酮酸。
- 磷酸化反应:丙酮酸通过一系列酶促反应被磷酸化，生成磷酸丙酮酸。
- 糖异生循环:磷酸丙酮酸通过一系列反应被转化为葡萄糖。
3. 葡萄糖的释放:最终，新合成的葡萄糖被释放到血液中，以供全身各组织使用。
这一过程需要多种酶的参与，包括：
- 磷酸丙酮酸激酶(Phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK):这是一个关键的调节酶，它控制着糖异生循环的速率。
- 葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase，G6Pase):这一酶负责将葡萄糖从肝脏细胞内释放到血液中。
肝脏糖异生是一个相对复杂的过程，涉及多种底物和酶的协同作用。
这个过程在维持血糖稳定、提供能量和支持其他生理功能方面起着至关重要的作用。
糖异生的名词解释生物化学
糖异生的名词解释生物化学
糖异生（Gluconeogenesis）是一种生物化学过程，指在细胞内将非糖物质转化为葡萄糖的途径。
糖异生广泛存在于动物、植物和微生物中，是细胞体内维持葡萄糖平衡的重要途径之一。
糖异生过程主要发生在肝脏和肾脏的细胞中，并受到多个调控因子的影响。
它涉及多个酶的参与，包括磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、果糖-1,6-二磷酸酶、磷酸甘油烯醇磷酸化酶等。
糖异生不仅能够提供细胞增殖所需的能量，还可以通过调节血糖水平来维持机体的能量代谢平衡。
在长时间禁食或低血糖状态下，糖异生途径会被激活，以确保机体正常功能的维持。
糖异生作用()(精)
糖异生
线粒体中 草酰乙酸的转运
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸果糖
2× 苹果酸 2× 草酰乙酸
1，6-二磷酸果糖 2× 苹果酸 2× 磷酸烯醇式丙酮酸
2× 草酰乙酸 2× 丙酮酸 2× 丙酮酸
乳酸、丙酮酸的 糖异生作用
2× 乳酸
葡萄糖
6
甘 油
甘油激酶
1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛
糖酵解过程
ATP ADP ATP ADP
三 个 不 可 逆 过 程
葡萄糖
2×乳酸
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸果糖
1,6-二磷酸果糖
磷酸二羟丙酮
2×NADH+ 2H+ 2×NAD+ 2×丙酮酸
3-磷酸甘油醛 2×Pi
2×1,3-二磷酸甘油酸
2×烯醇式丙酮酸 2×ATP 2×ADP 2×磷酸烯醇式丙酮酸 2× 2-磷酸甘油酸 2× H 2 O 2×ADP 2×ATP
丙酮酸
—
ATP
乙酰CoA
胰高血糖素对糖异生的调节-1
[2,6二磷酸果糖浓度 2,6二磷酸果糖]
-
果糖二磷酸酶 1,6-二磷酸果糖 -1 酶活性相对增加
6-磷酸果糖激酶-2 失 活
糖异生作用 糖异生作用加强 磷酸烯醇式丙酮 酸羧激酶合成↑
[cAMP]
胰高血糖素
胰高血糖素对糖异生的调节-2
[2,6二磷酸果糖浓度 2,6二磷酸果糖]
而抑制糖的异生以产生更多的ATP，以供机体需要。
促进糖异生作用的激素
肾上腺素、胰高血糖素、糖皮质激素
抑制糖的异生作用的激素是
胰岛素
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乳酸的利用
血糖 糖原
生物化学糖异生
血糖的来源与去路
血糖水平的调节
•血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢 协调的结果，也是肝、肌肉、脂肪组织等各 器官组织代谢协调的结果。
•机体的各种代谢以及各器官之间能这样精确 协调，以适应能量、燃料供求的变化。
•主要依靠激素的调节，酶水平的调节是最基 本的调节方式和基础：
胰岛素
• 降低血糖：
甘油 生糖氨基酸
糖异生的概念
• 糖异生：
非糖化合物（如乳酸、甘油、生糖氨 基酸等）在肝脏中酶的作用下转变为葡萄糖 或糖原的过程。
• 糖异生途径：
从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。
糖异生途径
•乳 酸→葡萄糖：糖异生 •丙酮酸→葡萄糖：糖异生途径 •葡萄糖→丙酮酸：糖酵解途径 •葡萄糖→乳 酸：糖酵解
已糖激酶 ①
②
糖
6-磷酸果糖 激酶-1
③
④
酵
⑤
解
三个不可逆 ⑥
反应
⑦
⑧ ⑨
丙酮酸激酶 ⑩
糖 异 生
⑾
乳酸
第1步 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸
提问：如何进行？
丙酮酸
草酰乙酸
磷酸烯醇式 丙酮酸
COOH
丙酮酸羧化酶
CO
COOH
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
COOH
C＝O
CO P
CH3 CO2 ATP ADP+Pi CH2 GTP GDP CO2 CH3
磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油激酶 3-磷酸甘油脱氢酶
葡萄糖-6-磷酸酶
第3步
果糖双磷酸酶-1
第2步
磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶
丙酮酸羧化酶
第1步
草酰 乙酸
底物循环
• 概念：作用物的互变反应分别由不同的 酶催化其单向反应，这种互变循环就称 为底物循环。
糖异生作用的名词解释
什么叫糖异生作用？由非糖的这一类物质转变为葡萄糖或者糖原的过程我们称为糖异生作用，在正常情况下糖异生的主要合成器官它是在这个肝脏内进行的，糖异生的这个过程它也受到多种这个内分泌激素的影响，糖异生主要受胰高糖素，肾上腺素和糖皮质激素，这些激素它是可以促进糖异生的，而胰岛素它是可以减低糖异生，当胰岛素缺乏而胰高糖素，肾上腺素和糖皮质激素增多的时候，糖异生就会加强，肝糖原输出会增加，所以肝脏它是糖异生的主要的一个场所，而当正常人连续保持饥饿2-3天或者进行剧烈运动的时候，糖异生也是会增加的，在这种情况下，糖异生的作用增强主要是用来补充血液当中葡萄糖的不足，来维持体内血糖的这种日常所需。
成人每天生成大概100-150克的这种葡萄糖，其中90%的糖异生是在肝脏合成的，还有10%是在肾脏合成的，那我们空腹时候75%的血糖它都是由肝糖原来分解的，而25%是来源于糖的这种糖异生作用。
总之，糖异生的临床意义主要在于维持血糖的稳定，并不断补充机体所需的所需要的热能，预防低血糖的发生。
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H2CO P
果糖二磷酸酶
O H2COH
H HO
+ H2O
H
OH
H HO
+ Pi
H
OH
OH H
OH H
1,6-二磷酸果糖
6-磷酸果糖
15
葡萄糖
6-P葡萄糖 6-P果糖
1，6-二P果糖
3-磷酸甘油醛
P-二羟丙酮
1，3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸 PEP
丙酮酸
3. 6-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖
PEP
草酰乙酸
1,6-双磷酸果糖
丙氨酸
丙酮酸
乙 酰 CoA
ADP 丙酮酸激酶
ATP
（一） 代谢物的调节作用
ATP/AMP、ADP的调节作用 ATP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的变构激活剂， 是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的变构抑制剂 AMP、ADP是丙酮酸羧化酶和果糖1,6-二磷酸酶的变构 抑制剂，是丙酮酸激酶和磷酸果糖激酶的变构激活剂
应，这种互变循环 称之为底物循环 (substratecycle)。
ADP+Pi
GTP
丙酮酸羧化酶 CO2+ATP
磷酸烯醇式丙酮酸
草酰乙酸 羧激酶
GDP+Pi
丙酮酸
PEP +CO2
ADP 丙酮酸激酶 ATP
当两种酶活性相等时，则不能将代谢向 前推进，结果仅是ATP分解释放出能量，因而 称之为无效循环(futile cycle)。
CH2O P
H
OH
OH OH
H OH
H2O
葡萄糖-6-磷酸酶
Pi
CH2OH
H
OH
OH OH H
OH OH
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖
葡萄糖6-磷酸酶存在于肝、肾细胞，肌肉组织中不含此酶
17
非糖物质进入糖异生的途径
⑴ 糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物
生糖氨基酸
-NH2
α-酮酸
甘油 乳酸
α-磷酸甘油
2H
磷酸二羟丙酮 丙酮酸
⑵ 上述糖代谢中间代谢产物进入糖异生途径， 异生为葡萄糖或糖原
18
谷丙转氨酶（GPT）/ 丙氨酸氨基转移酶（ALT）
谷氨酸 +丙酮酸
α-酮戊二酸+丙氨酸
谷草转氨酶（GOT）/
天冬氨酸氨基转移酶（AST ）
谷氨酸 +草酰乙酸
α-酮戊二酸+天冬氨酸
糖 葡萄糖或糖原
甘油三酯
脂肪
氨
磷酸丙糖
基
α-磷酸甘油
草酰 乙酸
NADH+H+
苹果酸 NAD+
线粒体
苹果酸 NAD+
草酰 乙酸
NADH+H+
胞浆
葡萄糖
6-P葡萄糖 6-P果糖
1，6-二P果糖
3-磷酸甘油醛
P-二羟丙酮
1，3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸 PEP
丙酮酸
2. 1,6-双磷酸果糖 转变为 6-磷酸果糖
H2CO P O H2CO P
脂肪酸
酸
磷酸烯醇式丙酮酸
、 丙氨酸 糖 半胱氨酸
丙酮酸
及 丝氨酸
脂 肪
苏氨酸 色氨酸
代
谢
异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸
乙酰CoA
草酰乙酸
乙酰乙酰CoA
酮体
亮氨酸 赖氨酸
柠檬酸
酪氨酸 色氨酸 苯丙氨酸
的
天冬氨酸
联
天冬酰胺
TAC
CO2
系
延胡索酸
α-酮戊二酸
谷氨酸
苯丙氨酸 酪氨酸
琥珀酰CoA CO2
异亮氨酸 蛋氨酸 丝氨酸 苏氨酸 缬氨酸
一、糖异生作用的概念
由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程 称为糖异生作用。 * 部位
主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体
* 原料 主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸
1
二、糖异生作用的过程
基本上是糖酵解的逆过程 跨越三个能障
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。
2
糖酵解过程
线 粒
ADP + Pi
ATP + CO2 丙酮酸羧化酶
体
丙酮酸
丙酮酸
葡萄糖
6-P葡萄糖 6-P果糖
1，6-二P果糖
3-磷酸甘油醛
P-二羟丙酮
1，3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸 PEP
丙酮酸
糖酵解途径
己糖激酶 磷酸己糖异构酶 6-磷酸果糖激酶-1
醛缩酶
(aldolase)
磷酸丙糖异构酶
⑵ 乳酸循环是一个耗能的过程
⑶ 生理意义
① 乳酸再利用，避免了乳酸的损失。 ② 防止乳酸的堆积引起酸中毒。
乳酸的利用
血糖
糖原
葡萄糖
乳酸
丙酮酸
糖原 葡萄糖 6-磷
3-磷酸甘油 醛脱氢酶
磷酸甘油酸 激酶
磷酸甘油酸 变位酶
烯醇化酶
丙酮酸激酶
糖异生途径所需NADH+H+的来源
糖异生途径中，1,3-二磷酸甘油酸生成3-磷 酸甘油醛时，需要NADH+H+。
① 由乳酸为原料异生糖时， NADH+H+由下述 反应提供。
乳酸 LDH
丙酮酸
NAD+ NADH+H+
12
② 由氨基酸为原料进行糖异生时， NADH+H+则由 线 粒 体 内 NADH+H+ 提 供 ， 它 们 来 自 于 脂 酸 的 β氧化或三羧酸循环，NADH+H+转运则通过草酰 乙酸与苹果酸相互转变而转运。
胰高血糖素对糖异生的调节
2,6-2二,6磷-二酸磷果酸糖果浓糖度
- 果果糖糖二二磷磷酸酸酶酶-1-活1 性 相对增加
6-磷酸果糖激酶-2 失活
糖糖异异生生作作用用加强
[cAMP] 胰高血糖素
磷酸烯醇式丙酮酸羧激 酶合成↑
28
四、糖异生作用的意义
（一）维持血糖浓度恒定 （二）补充肝糖原
三碳途径： 指进食后，大部分葡萄糖 先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳 化合物，再进入肝细胞异生为糖原的过程。
（三）调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）
29
五、乳酸循环(lactose cycle)
———（Cori 循环）
⑴ 循环过程
葡萄糖
糖 异 生 途 径 丙酮酸
NADH
NAD+ 乳酸
葡萄糖 乳酸
葡萄糖
酵 解 途 径
丙酮酸
NADH NAD+ 乳酸
肝
血液
肌肉
【 】 【 】 糖异生活跃 有葡萄糖-6磷酸酶
糖异生低下 30 没有葡萄糖-6磷酸酶
② 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反应在线粒体、 胞液）
6
※ 草酰乙酸转运出线粒体
出线粒体
草酰乙酸 苹果酸
苹果酸
草酰乙酸
草酰乙酸 天冬氨酸 出线粒体 天冬氨酸 草酰乙酸
8
PEP
胞 液
GDP + CO2 GTP
磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶
天冬氨酸
草酰乙酸
苹果酸
天冬氨酸
苹果酸
α-酮戊二酸 谷氨酸
草酰乙酸
NAD+ NADH + H+
ATP ADP
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
2×乳酸
ATP 6-磷酸果糖
ADP 1,6-二磷酸果糖
磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
2×丙酮酸 2×NADH+ 2H+ 2×NAD+
2×Pi
2×烯醇式丙酮酸 2×ATP
2×ADP
2×磷酸烯醇式丙酮酸
2× 2-磷酸甘油酸
2×H2O
2×1,3-二磷酸甘油酸 2×ADP
2×ATP 2× 3-磷酸甘油酸
精氨酸 谷氨酰胺 组氨酸 缬氨酸
糖 酵 解 和 糖 异 生 途 径
三、糖异生的调节
葡萄糖-6-磷酸酶 Pi
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖
在前面的三个
ADP
己糖激酶 ATP
反应过程中，作用 物的互变分别由不
果糖双磷酸酶-1 Pi
1,6-双磷酸果糖 6-磷酸果糖
同酶催化其单向反
ADP 6-磷酸果糖激酶-1 ATP
4
葡萄糖
6-P葡萄糖 6-P果糖
1，6-二P果糖
3-磷酸甘油醛
P-二羟丙酮
1，3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸 PEP
丙酮酸
1. 丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
ATP CO2
丙酮酸
ADP+Pi
GTP GDP
P
①
② CO2
草酰乙酸
磷酸烯醇丙
酮酸(PEP)
① 丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)，辅酶 为生物素（反应在线粒体）
因此，有必要通过调节使糖异生途径与酵 解途径相互协调，主要是对前述底物循环中的 后2个底物循环进行调节。
23
1. 6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖之间
Pi
果糖双磷 酸酶-1
6-磷酸果糖
2,6-双磷酸果糖
AMP 1,6-二磷酸果糖
ATP
6-磷酸果 糖激酶-1
ADP
2. 磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸之间
(1) 当体内ATP积聚量较多时，可抑制糖的分解，促 进糖的异生，以积累能源。 (2) 当耗能增加时，ATP不足，可促进糖的分解而抑 制糖的异生以产生更多的ATP，以供机体需要。