糖异生途径示意

5-磷酸木酮糖的形成
第一次碳单位的转移和重排反应
转酮酶催化的反应机理
转醛酶催化的反应机理
第二次碳单位的转移和重排反应
第三次碳单位的转移和重排反应
磷酸戊糖途径小结
一个葡萄糖分子不能完成上述反应，至少有3个葡 萄糖分子；
只有6个葡萄糖分子同时进入磷酸戊糖途径，最后 才相当于有一个葡萄糖分子完全被氧化成CO2和 H2O；
磷酸戊糖途径的三个阶段
第一阶段：氧化阶段，产生 NADPH
6-磷酸葡萄糖 + 2NADP+ + H2O 5-磷酸核酮糖 + 2NADPH + 2H+ + CO2
第二阶段：非氧化阶段，转换途径
3 分子 5-磷酸核酮糖
2 分子 6-磷酸果糖 + 1 分子 3-磷酸甘油醛
第三阶段：
6-磷酸果糖
6-磷酸葡萄糖
葡萄糖在胞内分解的两条途径
产生 :
NADPH：生物合成中重要的还原剂（合成ATP） 5-磷酸核糖：合成生物分子(DNA、RNA、ATP、 NAD+、FAD、CoA)
特点： 1. 环式代谢途径 ---- 起始物和终止物 ---- 6 - 磷酸葡萄糖；
2. 三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖、七碳糖之间能够发生相互转化。
乳糖不耐症
半乳糖血症
半乳糖-1-磷酸 尿苷酰转移酶
1-磷酸葡萄糖
1分子半乳糖
2分子丙酮酸
2分子ATP + 2分子NADH
6-磷酸葡萄糖 糖酵解
糖异生（Gluconeogenesis）
泛指细胞内由乳酸或其他非糖物质净合成葡萄糖的过程。
它主要发生在动物的肝脏（80％）和肾脏（20％），是动物 细胞自身合成葡萄糖的唯一手段。

.
5
糖 酵 解 过 程：
三
ATP ADP
个 葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
ATP 6-磷酸果糖
ADP 1,6-二磷酸果糖
不
2×乳酸
可
逆
磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
过
2×丙酮酸 2×NADH+ 2H+ 2×NAD+
2×Pi
程
2×1,3-二磷酸甘油酸
2×烯醇式丙酮酸 2×ATP
2×ADP
2×ADP
2×磷酸烯醇式丙酮酸
糖异生是肝补充或恢复糖原储备的重要途 径。
.
23
肌肉中乳酸的利用： 血糖
糖原
葡萄糖
乳酸
丙酮酸
肝脏
肌肉
糖原 葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸酶
H3PO4
H2O
.
13
糖异生作用与膜障：
糖异生作用的酶
存在部位
葡萄糖 - 6 - 磷酸酶 果糖二磷酸酶-1 丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
细胞质 细胞质 线粒体 细胞质、线粒体
线粒体内膜不允许草酰乙酸自由透过，故此草酰乙 酸在线粒体与胞浆之间的交换受阻从而构成“膜障”。
.
14
6-磷酸葡萄糖+H2O
葡萄糖+Pi
.
11
1,6-二磷酸果糖的水解：
ATP
底物循环
磷酸果糖激酶-1
ADP
糖的分解代谢
6-磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖
糖的异生作用
果糖二磷酸酶-1
H3PO4
H2O
.
12
6-磷酸葡萄糖的水解：
底物循环
ATP
己糖激酶
(肝)
ADP

大约90％的葡萄糖残基是以葡 萄糖-1-磷酸形式进入糖酵解 途径。
另有10％葡萄糖残基要经己糖 激酶催化生成葡萄糖-6-磷酸 进行糖酵解的。
个
15.3 糖原合成
糖原的生物合成不是糖原降解的逆过程，而是通过 另外一条途径。
糖原合成需要的能量是由尿嘧啶核苷三磷酸（UTP） 提供的。
糖原合成的底物是UDP-葡糖。
G o' = -16.3 kJ/mol
旁路III：葡糖-6-磷酸水解生成葡萄糖
葡糖-6-磷酸在葡糖-6-磷酸酶作用下水解为 葡萄糖 和无机磷酸。
G o'= -13.8 kJ/mol
糖
葡糖-6-磷酸酶
异
生
途
径
总
览
图
糖 异 生 与 糖 酵 解 过 程 能 量 变 化
糖异生是个需能过程，由2分子丙酮酸合成1分子葡萄 糖需要4分子ATP和2分子GTP，同时还需要2分子NADH。 总反应方程式为：
3. 糖异生的调控
磷酸果糖激酶I（PFK-I）和果糖-1,6-二磷酸酶的调节
果糖-2,6-二磷酸可以激活PFK-1，加快糖酵解；而抑制 果糖-1,6-二磷酸酶（FBPase-1），进而抑制糖异生。
当ATP和柠檬酸水平高时，PFK-I受抑制，降低糖酵解速 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AMP水平高时，PFK-I激活，加快糖酵解，果 糖-1,6-二磷酸酶受抑制，糖异生关闭。
但糖酵解途径中由丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶I和己 糖激酶催化的三个高放能反应是不可逆的。
1. 糖异生反应
旁路I：丙酮酸转化为磷酸烯醇式丙酮酸
（1）丙酮酸羧化生成草酰乙酸 在丙酮酸羧化酶（生物素作为辅基）催化下，丙酮酸

糖
阶
消耗
段 2 ATP
⑤
Continue for
2nd phase
5
14-2b
丙糖阶段 生成
4 ATP &
2 NADH
发酵还包括
在无氧条件下
由丙酮酸继续
反应并最终生
成乳酸/乙醇
等
6
P28-3
Glc + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi → 2 pyruvate + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
- 通常细胞内的[Glc] 仅为 4 mmol，故只有当[血糖] 很高时才能由Glc激酶在 肝脏活化Glc以合成糖原
(G6P → G1P → UDP-Glc)
8
(诱导契合) 与Glc的结合引发两个结构域相对转动17º而靠近(~8Å)，使被结合的Glc 与待结合的Mg2+-ATP更为接近，并相应阻断H2O进入活性位点水解ATP
2-PG
-
的[2,3-BPG]
高达5 mM，可调节
Hb对O2的亲和性
21
p532⑨
- 烯醇化酶 - 2-PG的 导致分子内能量重新分布…
2-PG和 的磷酰基水解∆G’o具有很大差值： 2-PG: -17.6 kJ/mol (→glycerate, as for 3-PG)
足以在下步反应中合
成ATP
有一羰基(利于负碳离子形成)
10
(重排异构 & E-碱性残基的交替广义酸-碱催化)
酶活性位点 碱性残基
吡喃葡糖开环
(cf. Fig. 11-4)
C2的H+移除促进顺
-烯二醇中间物的形

1.糖原合成的关键酶是________;糖原分解的关键 .糖原合成的关键酶是 ; 是____________. . 2.三羧酸循环过程中有 .三羧酸循环过程中有___________次脱氢和 次脱氢和 __________次脱羧反应. 次脱羧反应. 次脱羧反应 3._________是糖异生中最主要器官, 是糖异生中最主要器官, . 是糖异生中最主要器官 ______________也具有糖异生的能力. 也具有糖异生的能力. 也具有糖异生的能力 4.1个葡萄糖分子经糖酵解可生成 个葡萄糖分子经糖酵解可生成________个ATP; . 个葡萄糖分子经糖酵解可生成 个 ; 糖原中有1个葡萄糖残基经糖酵解可生成 糖原中有 个葡萄糖残基经糖酵解可生成 ____________个ATP . 个 5.糖类是具有 结构的一大类化合物. .糖类是具有_____结构的一大类化合物.根据其分 结构的一大类化合物 子大小可分为_______,______和_____三大类. 三大类. 子大小可分为 , 和 三大类
7.5 糖的合成代谢
糖的合成代谢主要讨论糖异生作用和糖原的合成.糖 . 异生是指从非糖物质合成葡萄糖的过程.动物可以将丙 酮酸,甘油,乳酸及某些氨基酸等非糖物质转化成糖. 糖原是动物体内葡萄糖的储存形式. . 糖 异 生 作 用 糖异生的途径 糖异生的前体 糖异生的生理意义 糖异生作用的证据
糖 原 合 成
细胞膜
ATP
R
cAMP+PPi c
ATP
c
蛋白激酶 (无活性) 无活性) 非磷酸化蛋白激酶
+
ADP
R
cAMP
蛋白激酶(有活性) 蛋白激酶(有活性)
磷酸化蛋白激酶
内在蛋白质的磷酸化作用
改变细胞的生理过程

31
至少有2种类型单糖运输蛋白参与催化单糖 从肠腔进入小肠上皮细胞
Na+ -单糖共运输蛋白系统:四聚体,每个单体 75k,对 D-Glc,α-甲基-D-Glc,D-Gal 专一
需要Na+伴随,跨膜运输所需要的能量来自细胞 膜两侧Na+浓度梯度, Na+在Na+ /K+泵催化下 离开细胞.
32
Glc跨膜运输是消耗ATP的主动过程,所需能 量来自细胞膜两侧Na+浓度梯度。
别位激活物.
PFK- 1 ATP+ 柠檬酸-
果糖-2磷酸酶
--抑制

胰高血糖素+ 果糖二磷酸酶2
FBPase 2
结果是PFK-1活性下 降，果糖二磷 酸 酶活性增高，1,6-
+ F – 1,6 - 2P Pi
-果糖-6-磷酸
2P-F转变为6-P-F 增多，有利于糖异
生，而胰岛素的作
用正相反。
20
• 胰岛素的作用: • 刺激糖原合成
消耗的160g葡萄糖中120g由脑消耗.
• 缺氧与缺糖对脑是致命的.
27
2、协助AA代谢 3、减轻或消除代谢性酸中毒 缺氧和一些疾病(如糖尿病)能导致体内酸
性物质堆积(乳酸和酮体),引起代谢性酸 中毒.如肾脏细胞内的糖异生,能增强质 子从体内排除. 4 、植物和某些微生物利用乙酰CoA作为糖 异生的前体,使得它们可以利用乙酸作为 唯一的碳骨架来源.
H2O 二磷酸果糖 磷酸酶
Pi
F-1，6-2P
F-6-P
ADP 果糖磷酸 ATP 激酶-1
5
3、丙酮酸羧化支路：
• 在EMP中，丙酮酸激酶 催化的反应是不可逆 的。
• ①胞液中的丙酮酸进 入线粒体，生成草酰 乙酸。

(胞液 胞液) 胞液
丙酮酸
羧化酶
羧激酶
PEP
羧激酶
草酰乙酸
NADH+H+ NAD+ NAD+
草酰乙酸
NADH+H+
草酰乙酸Βιβλιοθήκη 苹果酸苹果酸(线粒体) 线粒体)
天冬氨酸
天冬氨酸
糖异生
乳酸： 乳酸：
丙酮酸 粒体) 粒体) 天冬氨酸 (线
丙氨酸： 丙氨酸：
丙酮酸 粒体) 粒体) 苹果酸 (线
糖异生的生理意义
葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶 P OCH2 O
CH2OH
第2步 步
OH
HO
F-6-P
果糖双磷酸酶-1 果糖双磷酸酶 P OCH2O CH2O P
HO OH
磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶
F-1,6-2P
第1步 步
丙酮酸羧化 丙酮酸羧化酶
草酰 乙酸
丙酮酸 羧化支路
磷酸烯醇式丙酮酸（ 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） ） 羧激酶
ADP
酵解途径中有3个由关键酶催化的不 酵解途径中有 个由关键酶催化的不 可逆反应。 在糖异生时， 可逆反应 。 在糖异生时 ， 须由另外 的反应和酶代替。 的反应和酶代替。
丙酮酸
ATP
已糖激酶
① ②
糖 酵 解
6-磷酸果糖 ③ 激酶-1
④ ⑤
糖
三个不可逆 ⑥ 反应
⑦ ⑧ ⑨
丙酮酸激酶 ⑩
⑾
乳酸
第3步 步
糖异生
糖异生的概念 糖异生途径 糖异生的调节 糖异生的生理意义
糖异生(gluconeogenesis)
• 异生：非糖物质合成糖原或糖原。 异生：非糖物质合成糖原或糖原。 物质合成糖原或糖原 • 部位：肝脏 部位：

2
它主要在肝细胞和胰岛细胞中进行，是葡萄糖生 成丙酮酸的重要步骤，也是糖异生的主要来源。
3
戊糖磷酸途径的产物丙酮酸可以进一步转化为葡 萄糖或者脂肪酸，参与能量代谢和物质合成。
戊糖磷酸途径过程
01
葡萄糖经过一系列的酶促反应， 生成6-磷酸葡萄糖。
03
6-磷酸葡糖酸经过磷酸戊糖异构 酶的催化，异构为5-磷酸葡糖酸
药物研发
了解这些代谢过程有助于药物的 研发，针对相关酶或代谢途径设 计新的药物，用于治疗相关疾病。
02
糖酵解
糖酵解定义
01
糖酵解定义：糖酵解是指在无氧或微氧条件下，葡萄糖在细胞 质中被分解成为丙酮酸的过程，并伴随着少量能量释放。
02
糖酵解是生物体获取能量的重要方式之一，特别是在缺氧或无
氧环境中。
糖酵解是葡萄糖代谢的主要途径之一，为生物体的生命活动提
03
供所需的能量。
糖酵解过程
01
糖酵解过程分为三个阶段：己糖 激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激 酶三个限速步骤。
02
在己糖激酶的作用下，葡萄糖磷 酸化生成6-磷酸葡萄糖。
磷酸果糖激酶催化6-磷酸果糖磷 酸化生成1,6-二磷酸果糖。
03
丙酮酸激酶催化1,6-二磷酸果糖 裂解生成丙酮酸和ATP。
糖酵解、糖异生和戊 糖磷酸途径
目录
• 引言 • 糖酵解 • 糖异生 • 戊糖磷酸途径 • 三种代谢途径的比较和总结
01
引言
主题简介
糖酵解
01
糖酵解是生物体内将葡萄糖分解为丙酮酸的过程，是生物体获
取能量的主要方式之一。
糖异生
02
糖异生是指将非糖物质转化为葡萄糖的过程，是维持血糖水平

转酮酶
2
+2
3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖
4-磷酸赤藓糖
5-磷酸木酮糖
磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三
（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）
3-磷酸甘油醛
异 构 酶 醛缩酶
H2O
Pi
二磷酸果糖酯酶
1,6-二 磷酸果糖
6-磷酸果糖
磷酸戊糖途径的总反应式
6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+
6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P
发生部位：细胞溶胶中
磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段
NADP+ NADPH+H+ H2 O
内酯酶
6-磷酸葡萄糖 脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸内酯 6-磷酸葡萄糖酸
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄 糖酸 脱氢酶
NADP+
NADPH+H+
CO2
5-磷酸核酮糖
磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段
生物素的末端羧 基与酶分子的一 个赖氨酸残基的 ε-氨基以酰胺键 相连。
葡萄糖
二、糖酵解和葡 萄糖异生的关系
A
A. G-6-P磷酸酶 B. F-1.6-P磷酸酶 C1 .丙酮酸羧化酶
G-6-P
F-6-P
B
F-1.6-P
3-P-甘油醛
C2 . PEP羧激酶
磷酸二羟丙酮 3-P-甘油
C2 天冬氨酸 苹果酸
H2CO P HO
OH
二磷酸果 糖磷酸酶
H
O H
H2COH HO
H
H OH

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。
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×H2O 2×ADP 2×ATP
2× 3-磷酸甘油酸
六、糖异生作用的意义
在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定
补充糖原贮备
有利于乳酸的利用
七. 乳酸循环（可立氏循环，Cori 循环）
+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

二、糖异生作用与乳酸的作用密切关系
在激烈运动时，肌肉糖酵解生成大量乳酸，后者经血液运到肝脏可再合成肝糖原和葡萄糖，因而使不能直接 产生葡萄糖的肌糖原间接变成血糖，并且有利于回收乳酸分子中的能量，更新肌糖原，防止乳酸酸中毒的发生。
三、协助氨基酸代谢
实验证实进食蛋白质后，肝中糖原含量增加；禁食、晚期糖尿病或皮质醇过多时，由于组织蛋白质分解，血 浆氨基酸增多，糖的异生作用增强，因而氨基酸成糖可能是氨基酸代谢的主要途径。
糖异生( gluconeogenesis)又称为葡糖异生,是由简单的非糖前体(乳酸、甘油、生糖氨基酸等)转变为糖 (葡萄糖或糖原)的过程。糖异生不是糖酵解的简单逆转。虽然由丙酮酸开始的糖异生利用了糖酵解中的七步近似 平衡反应的逆反应,但还必须利用另外四步酵解中不曾出现的酶促反应,绕过糖酵解过程中不可逆的三个反应。糖 异生保证了机体的血糖水平处于正常水平。糖异生的主要器官是肝。肾在正常情况下糖异生能力只有肝的1/10， 但长期饥饿时肾糖异生能力可大为增强 。
3、Cori循环：剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过 糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳酸——葡萄糖的循环过程称 为Cori循环或乳酸循环。
4、反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成 为琥珀酰CoA参加糖异生途径合成葡萄糖。
原料
原料
1、凡是能生成草酰乙酸的物质都可以变成葡萄糖。例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊 二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生途径。
2、大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨 酸、苏氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们可转化成丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙 酸等三羧酸循环中间物参加糖异生途径。

糖异生途径示意
１、过程 乳酸 NADH 丙酮酸 ATP 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸 天冬氨酸 GTP 天冬氨酸 NADH 草酰乙酸 苹果酸 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 磷酸烯醇式丙酮酸 2-磷酸甘油酸 ATP 3-磷酸甘油酸 NADH 1，3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮 NADH 1,6-双磷酸果糖 果糖双磷酸酶 6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶 葡萄糖 糖原 甘油 ATP 3-磷酸甘油 (胞液) 丙酮酸 丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸 (线粒体内) 丙氨酸等生糖氨基酸
糖异生途径示意1过酸丙酮酸羧化酶草酰乙酸草酰乙酸线粒体内天冬氨酸苹果酸gtp天冬氨酸nadh草酰乙酸苹果酸磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶磷酸烯醇式丙酮酸2磷酸甘油酸atp3磷酸甘油酸nadh13二磷酸甘油酸甘油atp3磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮3磷酸甘油nadh16双磷酸果糖果糖双磷酸酶6磷酸果糖6磷酸葡萄糖1磷酸葡萄糖糖原葡萄糖6磷酸酶葡萄糖

NAD+ NADH + H+
线 粒
ADP + Pi
ATP + CO2 丙酮酸羧化酶
体
丙酮酸
丙酮酸
目录
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+。 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+
目录
（三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡
长期饥饿或禁食时，肾糖异生增强，有利于维持酸碱 平衡。
发生这一变化的原因可能是饥饿造成的代谢性酸中毒 造成的。此时体液pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇 式丙酮酸羧激酶的合成，从而使糖异生作用增强。另 外，当肾中α-酮戊二酸因异生成糖而减少时，可促进 谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸以及谷氨酸的脱氨反应，肾 小管细胞将NH3分泌入管腔中，与原尿中H+结合，降 低原尿H+的浓度，有利于排氢保钠作用的进行，对于 防止酸中毒有重要作用。
目录
循环过程

葡萄糖
葡萄糖
葡萄糖
糖 异 生 途 径
丙酮酸
酵 解 途 径
丙酮酸
NADH
NADH
NAD+
乳酸
乳酸
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 没有葡萄糖-6磷酸酶
目录
10
乳酸循环是一个耗能的过程 2分子乳酸异生为1分子葡萄糖需6分子ATP。
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。