反刍动物糖异生的原料

糖异生(Gluconeogenesis gluco-指糖, neogenesis是希腊语 νεογ?ννηση, neojénnissi - 重新生成)：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进似平衡反应的逆反应，但还必需利用另外四步酵解中不曾出现的酶促反应，绕过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十分之一，但长期饥饿时肾糖异生能力可大为增强。

途径：

当肝或肾以丙酮酸为原料进行糖异生时，糖异生中的其中七步反应是糖酵解中的逆反应，它们有相同的酶催化。但是糖酵解中有三步反应，是不可逆反应。在糖异生时必须绕过这三步反应，代价是更多的能量消耗。

这三步反应都是强放热反应，它们分别是：

1 葡萄糖经己糖激酶催化生成6磷酸葡萄糖 ΔG= -33.5 kJ/mol

2 6磷酸果糖经磷酸果糖激酶催化生成1，6二磷酸果糖 ΔG= -22.2 kJ/mol

3 磷酸烯醇式丙酮酸经丙酮酸激酶生成丙酮酸 ΔG= -16.7 kJ/mol

这三步反应会这样被绕过

1 葡萄糖6磷酸酶催化6磷酸葡萄糖生成葡萄糖

2 果糖1，6二磷酸酶催化1，6二磷酸果糖生成6磷酸果糖。

3 丙酮酸在一元羧酸转运酶的帮助下进入线粒体，在丙酮酸羧化酶的催化下，消耗一分子ATP，生成草酰乙酸。草酰乙酸不能通过线粒体膜。在苹果酸-天冬氨酸循环里草酰乙酸通过了线粒体膜之后，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的帮助下成为磷酸烯醇式丙酮酸。反应消耗一分子GTP。

能量消耗

从两分子丙酮酸开始，最终合成一分子葡萄糖，需要消耗6分子ATP/GTP。相比糖酵解过程能净产生2ATP，糖异生是耗能的过程。

这六分子ATP/GTP是在三步反应里面被消耗的,而生成一分子六碳化合物要重复这过程一次，所以总的能量消耗是3×2=6：

1 丙酮酸在丙酮酸羧化酶的催化下，消耗一分子ATP，生成草酰乙酸。

2 草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的帮助下成为磷酸烯醇式丙酮酸。反应消耗一分子GTP。

3 3磷酸甘油醛在磷酸甘油醛激酶的帮助下，消耗一分子ATP生成1,3二磷酸甘油酸。注意，这一反应是可逆的。

糖异生作用的重要意义：

在于补充糖供应的不足，以维持血糖水平的稳定。另外，糖异生作用可消除肌肉中乳酸的积累。剧烈运动后，骨骼肌中产生大

量的乳酸，经血液循环运至肝脏，在肝脏通过糖异生作用再次生成葡萄糖被利用。

三、糖异生途径的前体

1、凡是能生成丙酮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。

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。

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。

糖异生的途径基本上是糖酵解或糖有氧氧化的逆过程，糖酵解通路中大多数的酶促反应是可逆的，但是糖酵解途径中己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶三个限速酶催化的三个反应过程，都有相当大的能量变化，因为己糖激酶(包括葡萄糖激酶)和磷酸果糖激酶所催化的反应都要消耗ATP而释放能量，丙酮酸激酶催化的反应使磷酸烯醇式丙酮酸转移其能量及磷酸基生成ATP，这些反应的逆过程就需要吸收相等量的能量，因而构成“能障”，为越过障碍，实现糖异生，可以由另外不同的酶来催化逆行过程，而绕过各自能障，这种由不同的酶催化的单向反应，造成两个作用物互变的循环称为作用物循环或底物循环。

(一)由丙酮酸激酶催化的逆反应是由两步反应来完成的。

首先由丙酮酸羧化酶催化，将丙酮酸转变为草酰乙酸，然后再由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由草酰乙酸生成磷酸烯醇式丙酮酸。

这个过程中消耗两个高能键(一个来自ATP，另一个来自GTP)，而由磷酸烯醇式丙酮酸分解为丙酮酸只生成1个ATP。

由于丙酮酸羧化酶仅存在于线粒体内，胞液中的丙酮酸必须进入线粒体，才能羧化生成草酰乙酸，而磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在线粒体和胞液中都存在，因此草酰乙酸可在线粒体中直接转变为磷酸烯醇式丙酮酸再进入胞液中，也可在胞液中被转变为磷酸烯醇式丙酮酸。但是，草酰乙酸不能通过线粒体膜，其进入胞液可通过两种方式将其转运：一种是经苹果酸脱氢酶作用，将其还原成苹果酸，然后通过线粒体膜进入胞液，再由胞液中NAD+-苹果酸脱氢酶将苹果酸脱氢氧化为草酰乙酸而进入糖异生反应途径，由此可见，以苹果酸代替草酰乙酸透过线粒体膜不仅解决了糖异生所需要的碳单位，同时又从线粒体内带出一对氢，以NADH+H+形成使1，3-二磷酸甘油酸生成3磷酸甘油醛，从而保证了糖异生顺利进行。另一种方式是经谷草转氨酶的作用，生成天门冬氨酸后再逸出线粒体，进入胞液中的天门冬氨酸再经胞液中谷草转氨酶催化而恢复生成草酰乙酰。有实验表明，以丙酮酸或能转变为丙酮酸的某些成糖氨基酸作为原料成糖时，以苹果酸通过线粒体方式进行糖异生，而乳糖进行糖异生反应时，它在胞液中变成丙酮酸时已脱氢生成NADH+H+，可供利用，故常在线粒体内生成草酰乙酸后，再变成天门冬氨酸而出线粒体内膜进入胞浆(图4-10)。

图4-10　草酸乙酸逸出线粒体方式

①苹果酸脱氢酶　②谷草转氨酶　③柠檬合成酶　④丙酮酸羧化酶　⑤ATP-柠檬裂酸酶合

(二)由己糖激酶和磷酸果糖激酶催化的两个反应的逆行过程

由两个特异的磷酸酶水解己糖磷酸酯键完成，催化G-6-P水解生成葡萄糖的酶为葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)；催化1，6-二磷酸果糖水解生成F-6-P的酶是果糖二磷酸酶(fructose diphosphatase)。

除上述几步反应以外，糖异生反应就是糖酵解途径的逆反应过程。因此，糖异生可总结为：

2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H+ +6H2O→葡萄糖+2NAD++4ADP+2GDP+6Pi+6H+

图4-11　肝与肾皮质中糖氧化与糖异生的通路

现将肝脏和肾皮质中糖的氧化与糖异生作用过程总结如图4?1，糖异生作用的三种主要原料有乳酸、甘油和氨基酸等，乳酸在乳酸脱氢酶作用下转变为丙酮酸，经前述羧化支路成糖；甘油被磷酸化生成磷酸甘油后，氧化成磷酸二羟丙酮，再循糖酵解逆行过程合成糖；氨基酸则通过多种渠道成为糖酵解或糖有氧氧化过程中的中间产物，然后生成糖；三羧酸循环中的各种羧酸则可转变为草酰乙酸，然后生成糖。

在动物体内，由脂肪酸降解产生的乙酰-CoA不能形成丙酮酸或草酰乙酸。虽然乙酰-CoA都经过柠檬酸循环，但都转变为CO2。因此动物体不能将脂肪酸转变为葡萄糖。而植物，因为具有另外两种酶，即异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶，它们可以使乙酰-CoA转变为草酰乙酸。（乙醛酸循环途径）

脂肪酸B-氧化的结果直接产生还原型FADH2和NADH，所形成的的乙酰-CoA通过柠檬酸循环也产生FADH2和NADH。通过电子传递链即合成大量提供能量的ATP。因此脂肪酸氧化的功能无疑是产生大量的能量，但是此氧化并不给糖异生提供原料。

（ps:酮体的合成主要是肝脏的功能，在这里乙酰-CoA可转变为乙酰乙酸，某种羟丁酸和丙酮，合称为酮体，当B-氧化产生的乙酰-CoA超过柠檬酸循环的需要量时，就走向酮体合成的道路。虽然脑在正常情况下主要利用葡萄糖作能源，在饥饿或患糖尿病的情况下，却首先利用乙酰乙酸作能源。

奇数碳原子脂肪酸主要存在于反刍动物，不产生丙酮酸，就不多写了。）（再ps：文中B是百塔）

醋的主要酸性成分是醋酸，或者再加上苹果酸、柠檬酸等，这些成分确实都是人体在呼吸代谢过程中所必需的；不过，只要饮食均衡，一般人从食物或水果中就能充分摄取，要不然人体也能从代谢过程中自行产生类似的化合物，并非一定要喝醋才可获得。虽然，目前的人体实验证实，在饮食中添加醋，可降低饭后血糖的数值，但是所需要的量，也仅仅如沙拉酱中的含醋量就已足够，并不需额外摄取，甚至喝得过多。因为，当人体摄入过多的醋酸时，体内反而会合成脂肪酸贮存；而空腹时，也不适合喝醋，以免胃酸过多伤害胃壁。其实，直至目前为止，尚未有科学文献证明多喝醋有益健康，一般流传的有关醋的保健功效，都还只停留在民间偏方或个人案例；尤其是醋的主要成分—醋酸，既然能在一般食物或水果中充分获得，或人体自行产生以供所需，因此实在没有必要多花钱去买所谓的「健康醋」来喝。