糖新生

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January 18, 2022

糖异生是人和动物以分泌胰高血糖素为信号,从丙酮酸、乳酸、糖原氨基酸、丙酸、甘油等非糖类物质产生葡萄糖的手段和途径。

概述

如果饮食偏向肉类,营养摄入偏向蛋白质和脂肪,导致糖分摄入不足,而糖分也是三大营养素之一。猫等肉食动物的糖异生酶活性高于狗等杂食动物,糖异生是由蛋白质分解得到的糖原氨基酸,在体内产生必需的糖类而进行的。在反刍动物的情况下,丙酸的糖异生是一种特别重要的代谢,因为分解纤维素的细菌在胃中将糖类转化为挥发性脂肪酸。产生一分子葡萄糖需要六分子ATP。大多数是肝细胞,一些在肾脏中。由于缺乏葡萄糖-6-磷酸酶的表达,大多数细胞无法产生游离葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸酶是唯一参与葡萄糖摄取和分解代谢的酶。只有具有葡萄糖6-磷酸酶的肝细胞和严重饥饿条件下的小肠和肾脏才能将糖异生反应产生的葡萄糖-6-磷酸的磷酸基团去除,产生游离葡萄糖,才有可能将游离葡萄糖释放到血管中。一旦葡萄糖被细胞吸收,就会发生磷酸化并产生 6-磷酸葡萄糖,以防止葡萄糖扩散到细胞膜之外。6-磷酸葡萄糖不能轻易穿过细胞膜,因为电荷是通过磷酸化引入的。由于快速糖异生而引起高血糖的现象称为somogy效应。它是由法国生理学家克劳德·伯纳德 (Claude Bernard) 在 1850 年代发现的。此外,禁食时,肌肉分解以代偿糖分不足而发生糖异生,肌肉流失导致新陈代谢下降。

糖异生途径

该反应几乎沿着糖酵解的逆反应进行,但由于也存在不可逆反应,所以总体反应不是糖酵解的逆反应。不可逆反应是由另一种方法引起的。反应如下所示。

丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸

该反应通过柠檬酸循环进行。该反应需要四步,前两步在线粒体中,其余在细胞质中。在线粒体中,丙酮酸羧化酶作用于丙酮酸形成草酰乙酸,草酰乙酸是柠檬酸循环的中间体。由于草酰乙酸不能直接穿过线粒体内膜,磷酸烯醇丙酮酸从线粒体到细胞质的转运是由苹果酸/磷酸烯醇丙酮酸穿梭介导的。然后,草酰乙酸在苹果酸脱氢酶的作用下被还原成苹果酸离开线粒体,以苹果酸的形式穿过线粒体内膜。它再次被线粒体外细胞质中的苹果酸脱氢酶氧化为草酰乙酸,并最终被磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)转化为磷酸烯醇丙酮酸。总的来说,该反应的总吉布斯能量为 ⊿G'° = 0。它是 9 kj/mol。 (线粒体内) 步骤 1:丙酮酸 + HCO3- + ATP → 继续进行草酰乙酸 + ADP + Pi 丙酮酸羧化酶。步骤 2:继续使用草酰乙酸 + NADH + H + ⇌ {\ displaystyle \ rightleftharpoons} L-苹果酸 + NAD 苹果酸脱氢酶。 (苹果酸-天冬氨酸穿梭以苹果酸的形式穿过线粒体内外膜到达细胞质)第3阶段:L-苹果酸+NAD ⇌ {\ displaystyle \ rightleftharpoons} 草酰乙酸+ NADH + H + 这个反应也与苹果酸一起进行脱氢酶..步骤 4:继续进行草酰乙酸 + GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 + GDP + CO2 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。

1,6-二磷酸果糖 → 6-磷酸果糖

在糖酵解中,它的逆反应是通过磷酸果糖激酶进行的,但由于这是不可逆的,因此使用果糖-1,6-二磷酸酶(fructose-1,6-bisphosphatase)。您还需要 Mg2+。该酶水解 1,6-二磷酸果糖 C-1 位的磷酸基团。1,6-二磷酸果糖 + H2O → 6-磷酸果糖 + Pi (⊿G'° = -16.3 kj / mol)

6-磷酸葡萄糖→葡萄糖

继续使用葡萄糖-6-磷酸酶。ATP 在糖酵解的逆反应中产生,但在该反应中不产生 ATP。葡萄糖-6-磷酸酶使用葡萄糖-6-磷酸作为磷酸酯来促进水解。6-磷酸葡萄糖 + H2O → 葡萄糖 + Pi (⊿G'° = -13.8 kj/mol)

丙酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸

丙酸通过以下途径发生糖异生。该反应的前半部分遵循奇链脂肪酸β-氧化生成丙酸的代谢途径。丙酸→丙酰辅酶A→S-甲基丙二酰辅酶A→R-甲基丙二酰辅酶A→琥珀酰辅酶A→琥珀酸→富马酸→苹果酸→草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸

甘油

甘油在肝脏中变成 3-磷酸甘油,然后变成磷酸二羟丙酮并进入糖异生途径。

脚注

相关项目

糖酵解无效循环 Cori 循环 血糖水平