糖异生作用

糖异生作用_生物化学

    第四节　糖异生作用

    由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。非糖物质主要有乳酸、丙酮酸、生糖氨基酸和甘油等。糖异生的主要器官是肝脏，长期饥饿时，肾脏糖异生作用加强。

    一、糖异生途径

    糖异生途径基本上是糖酵解途径的逆过程（图7－7）。由于在糖酵解过程中由己糖激酶、6－磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶催化的三个反应释放了大量的能量，构成难以逆行的能障，因此这三个反应是不可逆的。这三个反应必须通过另外的酶催化，才能绕过“能障”使反应逆行，从而生成葡萄糖或糖原，完成糖异生反应过程。

    

    

    图7－7　糖酵解途径与糖异生途径

    （一）丙酮酸羧化支路

    丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下生成草酰乙酸，草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下，生成磷酸烯醇式丙酮酸，此过程称为丙酮酸羧化支路。

    催化第一步反应的酶是丙酮酸羧化酶，其辅酶是生物素，由ATP供能固定CO₂至丙酮酸上生成草酰乙酸。由于丙酮酸羧化酶仅存在于线粒体内，故细胞质中的丙酮酸必须进入线粒体，才能羧化成草酰乙酸。

    参与第二步反应的酶是磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，由GTP供能催化草酰乙酸脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸。由于此酶主要存在于细胞质中（人类此酶在细胞质与线粒体中的分布比值为67/33），故生成的草酰乙酸还须经过一系列反应转运出线粒体。克服此“能障”消耗2分子ATP，整个反应不可逆。

    （二）1，6－二磷酸果糖转变为6－磷酸果糖

    该反应由果糖二磷酸酶催化，将1，6－二磷酸果糖水解为6－磷酸果糖。

    （三）6－磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖

    该反应由葡萄糖－6－磷酸酶催化，与肝糖原分解的第三步反应相同。

    上述过程中，丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶和葡萄糖－6－磷酸酶是糖异生途径的关键酶。其他非糖物质（如乳酸）可脱氢生成丙酮酸，再通过糖异生途径生成糖；甘油先磷酸化为α－磷酸甘油，再脱氢生成磷酸二羟丙酮，从而进入糖异生途径；生糖氨基酸能转变为三羧酸循环的中间产物，再通过糖异生途径转变为糖。

    二、糖异生作用的生理意义

    （一）维持空腹和饥饿时血糖浓度的相对恒定

    糖异生作用最重要的生理意义是在空腹或饥饿的情况下维持血糖浓度的相对恒定。人体储备糖原能力有限，在饥饿时，靠肝糖原分解葡萄糖仅能维持血糖浓度8～12h，以后主要依赖糖异生作用维持血糖浓度的恒定，以保证脑等重要器官的能量供应。

    （二）有利于乳酸的利用

    乳酸大部分是由肌肉和红细胞中糖酵解生成的。在剧烈运动时，肌肉糖酵解生成大量乳酸，经血液运输到肝脏或肾脏，经糖异生再生成葡萄糖，后者可经血液运输到各组织中继续氧化提供能量，这个过程称为乳酸循环（图7－8）。该循环将不能直接分解为葡萄糖的肌糖原间接变为血糖，这对于回收乳酸分子中的能量、更新肌糖原、防止乳酸性酸中毒均有重要作用。

    

    

    图7－8　乳酸循环

    （三）糖异生促进肾脏排H^＋，有利于维持酸碱平衡

    酸中毒时H^＋能激活肾小管上皮细胞中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，以促进糖异生进行。由于三羧酸循环中间代谢产物进行糖异生反应，从而造成α－酮戊二酸含量降低，促使谷氨酸和谷氨酰胺脱氨生成α－酮戊二酸以补充三羧酸循环。而产生的氨则分泌进入肾小管，与原尿中H^＋结合成NH₄^＋，随尿排出体外。这样不仅降低了原尿中H^＋的浓度，而且加速了肾脏的排H^＋、保Na^＋的作用，有利于维持酸碱平衡。