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2020年西医综合考研复习已经开始,新东方在线在此整理了2020考研西医综合备考:【生物化学】糖的合成代谢,希望能帮助大家!
生物化学知识:糖的合成代谢
一、蔗糖和淀粉的合成
自然界的糖类起源光合作用,绿色植物的叶绿素、藻类和光合细菌能捕获太阳能用于驱动二氧化碳和水合成糖类。植物的光合作用包括光反应和暗反应。光反应产生ATP和NADPH;暗反应亦称固碳反应,通过卡尔文循环将CO2、NADPH、ATP合成甘油醛-3-磷酸,最终产物是蔗糖和淀粉。
(一)蔗糖的合成
蔗糖在植物界分布最广,不仅是重要的光合作用产物和高等植物的主要成份,又是糖在植物体中运输的主要形式。
在叶绿体中由卡尔文循环产生的甘油醛-3-磷酸被运送到胞质溶胶用于合成蔗糖。甘油醛-3-磷酸转化为F-6-P和G-1-P(基本是糖酵解的逆反应);随后,G-1-P转变为UDP-G,它与F-6-P经磷酸蔗糖合成酶催化生成蔗糖-6-磷酸,再由专一的磷酸酯酶脱磷酸形成蔗糖。
(二)淀粉的合成
淀粉在叶绿体子座中产生并在子座中以淀粉颗粒储存。合成途径包括由卡尔文循环产生的甘油醛-3-磷酸转变为G-1-P,再合成核苷酸的糖衍生物ADP-G、CDP-G、GDP-G;随后,在引物分子上经转葡糖苷酶催化进行合成直链淀粉,再在Q酶作用下生成α-1,6-糖苷键,形成支链。
二、糖原的合成
葡萄糖等单糖合成糖原的过程称为糖原的合成。糖原合成是在糖原分子(引物约4-6个葡萄糖残基)基础上经酶系作用逐个加上葡萄糖,并形成分支。UDPG是葡萄糖的活性形式,是参与合成反应的葡萄糖的活性供体。
1.UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化UTP和G-1-P合成UDP-G和焦磷酸,焦磷酸立即被焦磷酸酶水解,释放能量。反应基本上不可逆。
2.糖原合成酶催化形成α-1,4-糖苷键,即把UDP-G的糖残基转移到糖原分子非还原端的C4-OH基上。此酶是关键酶。
3.分支酶催化α-1,6-糖苷键连接,形成分支。通常分支酶断裂含7个葡萄糖残基的一段糖链,将其转移到糖原分子更内部的位点。
总反应式: Gn+G+2ATP → Gn+1+2ADP+2Pi
糖原合成与分解是由不同酶催化的逆向反应,属于不同的途径,有利于调节。糖原合成酶和糖原磷酸化酶是两个过程的关键酶。其活性均受磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节,磷酸化的方式相似,但效果不同,糖原合成酶磷酸化后失活,去磷酸化后有活性,而糖原磷酸化酶磷酸化后活性变强。两种酶的磷酸化受相应的激酶催化,并通过上一级酶的调节及激素调控使整个调节过程精细化。
三、糖异生作用
(一)概念和部位
非糖物质(如甘油、丙酮酸、乳酸和生糖氨基酸等)转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生作用。这是体内单糖生物合成的惟一途径。
肝脏是糖异生的主要器官,长期饥饿时,肾脏的糖异生作用增强。糖异生中许多反应是糖酵解的逆向过程,在胞液和线粒体内发生。
(二)反应过程
糖异生并非是糖酵解的逆转,己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化的三个高放能反应不可逆,构成“能障”,需要消耗能量走另外途径,或由其它的酶催化来克服不可逆反应带来的“能障”。
1.丙酮酸羧化支路:丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧基化生成草酰乙酸,再经磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化脱羧基和磷酸化形成磷酸烯醇式丙酮酸。
丙酮酸羧化酶仅存在线粒体中,胞液中的丙酮酸必须进入线粒体,才能羧化为草酰乙酸,此步消耗1分子ATP,草酰乙酸不能直接透过线粒体膜,转化成苹果酸或天冬氨酸才转运回胞液。PEP羧激酶在线粒体和胞液都有,此步消耗1分子GTP。PEP经一系列酶催化生成F-1,6-BP,其反应需用1分子ATP和1分子NADH。
2.果糖二磷酸酶催化F-1,6-BP水解为F-6-P。
3.G-6-P酶催化G-6-P水解为葡萄糖。
总反应式:2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++6H2O → 葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+
糖异生等于用了4分子ATP克服由2分子丙酮酸形成2分子高能磷酸烯醇式丙酮酸的能障,用了2分子ATP进行磷酸甘油激酶催化反应的可逆反应。这比酵解净生成的ATP多用了4分子ATP。
(三)糖异生的调控和生理意义
糖异生的前体,例如乳酸是由乳酸脱氢酶催化转化为丙酮酸进入糖异生途径的,甘油先转变成α-磷酸甘油再转化成磷酸二羟丙酮进入。
ATP/AMP的变化是影响糖异生关键酶活性的重要因素。当AMP的水平高时,表明要合成更多的ATP,AMP激发PFK,增加糖酵解的速率和抑制果糖1,6-二磷酸酶,关闭糖异生作用;反之,当ATP和柠檬酸水平高时,PFK受抑制,降低酵解的速率,以及柠檬酸激发果糖1,6-二磷酸酶,增加糖异生的速率。
糖异生的意义:
1.补充血糖,可保持其浓度的相对恒定。在饥饿或剧烈运动时对保持血糖水平是重要的,在脑和红细胞,几乎完全依靠血糖作为能量的来源。
2.回收乳酸能量,防止乳酸中毒。剧烈运动时,肌糖原酵解产生大量乳酸,部分由尿排出,但大部分经血液运到肝脏,通过糖异生作用合成肝糖原和葡萄糖,以补充血糖,再被肌肉利用,形成乳酸循环。所以糖异生途径对乳酸的再利用、肝糖原的更新、补充肌肉消耗的糖及防止乳酸中毒都有一定的意义。
本文关键字: 2020考研西医综合
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