生物體將多種非糖物質轉變成葡萄糖或糖原的過程。在哺乳動物中，肝是糖異生的主要器官，正常情況下，腎的糖異生能力只有肝的1/10，長期飢餓時腎糖異生能力則可大為增強。糖異生的主要前體是乳酸、丙酮酸、胺基酸及甘油等。
基本介紹
- 中文名：糖異生
- 外文名：Gluconeogenesis
- 類型：糖
- 屬性：生理學
簡介,途徑,原料,過程,能量消耗,作用,調節,
簡介
糖異生（Gluconeogenesis gluco-指糖，neogenesis是希臘語 νεογ?ννηση，neojénnissi - 重新生成）：又稱為葡糖異生。由簡單的非糖前體（乳酸、甘油、生糖胺基酸等）轉變為糖（葡萄糖或糖原）的過程。糖異生不是糖酵解的簡單逆轉。雖然由丙酮酸開始的糖異生利用了糖酵解中的七步近似平衡反應的逆反應，但還必需利用另外四步酵解中不曾出現的酶促反應，繞過酵解過程中不可逆的三個反應。糖異生保證了機體的血糖水平處於正常水平。
途徑
這三步反應都是強放熱反應，它們分別是：
1葡萄糖經己糖激酶催化生成6磷酸葡萄糖 ΔG= -33.5 kJ/mol
2 6磷酸果糖經磷酸果糖激酶催化生成1，6二磷酸果糖ΔG= -22.2 kJ/mol
這三步反應會這樣被繞過
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 此過程由兩個反應組成，第一個反應由丙酮酸羧化酶催化，輔酶是生物素，反應消耗1分子ATP。第二個反應由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，反應消耗1分子GTP。
由於丙酮酸羧化酶僅存在於線粒體內，故胞液中的丙酮酸必須進入線粒體，才能羧化生成草醯乙酸。而磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶線上粒體和胞液中都存在，因此草醯乙酸可線上粒體中直接轉變為磷酸烯醇式丙酮酸再進入胞液，也可在胞液中被轉變成磷酸烯醇式丙酮酸。但是，草醯乙酸不能直接透過線粒體，需藉助兩種方式將其轉運入胞液：一種是經蘋果酸脫氫酶作用，將其還原成蘋果酸，然後再通過線粒體膜進入胞液，再由胞液中蘋果酸脫氫酶將蘋果酸脫氫氧化為草醯乙酸而進入糖異生反應途徑。另一種方式是經穀草轉氨酶作用，生成天冬氨酸後再逸出線粒體，進入胞液的天冬氨酸再經胞液中穀草轉氨酶的催化而恢復生成草醯乙酸。有實驗表明，以丙酮酸或能轉變成丙酮酸的某些生糖胺基酸作為原料異生成糖時，以蘋果酸通過線粒體方式進行糖異生；而乳酸進行糖異生反應時，常線上粒體生成草醯乙酸後，再轉變成天冬氨酸而進入胞液。
原料
3、Cori循環：劇烈運動時產生的大量乳酸會迅速擴散到血液，隨血流流至肝臟，先氧化成丙酮酸，再經過糖異生作用轉變為葡萄糖，進而補充血糖，也可重新合成肌糖原被貯存起來。這一乳酸——葡萄糖的循環過程稱為Cori循環或乳酸循環。
過程
糖異生過程分兩階段：
①各種糖異生前體（除甘油外）轉變成磷酸烯醇式丙酮酸；
②磷酸烯醇式丙酮酸轉變為6-磷酸葡萄糖，再生成各種單糖或多糖。
從丙酮酸開始合成糖的過程雖然與糖酵解的逆反應類似，但是由於己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶所催化的三個反應很難逆向進行。在糖異生作用中，己糖激酶和磷酸果糖激酶催化的兩個反應的逆過程分別由葡萄糖-6-磷酸酶和果糖1,6-二磷酸酶催化完成。丙酮酸激酶催化的反應的逆過程，則通過丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草醯乙酸，再由磷酸烯醇式丙酮酸羧基激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。糖異生調節飢餓時，體內脂肪及蛋白質分解加強，劇烈運動時肌肉糖酵解加強，均可提供較多的前體加速肝中的糖異生。
肝細胞ATP或乙醯輔酶A(CoA）供應充分時，能加強丙酮酸羧化而成糖。
腎上腺素、胰高血糖素、腎上腺皮質激素都能增加肝細胞中的糖異生；胰島素則抑制之。
生理意義空腹或飢餓時主要靠糖異生維持正常血糖濃度，以滿足腦組織等對葡萄糖持續消耗的需要，也充分利用了體內過多的非糖物質如乳酸、戊糖胺基酸等。
能量消耗
這六分子ATP/GTP是在三步反應裡面被消耗的，而生成一分子六碳化合物要重複這過程一次，所以總的能量消耗是3×2=6：
1丙酮酸在丙酮酸羧化酶的催化下，消耗一分子ATP，生成草醯乙酸。
2草醯乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的幫助下成為磷酸烯醇式丙酮酸。反應消耗一分子GTP。
3 3磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的幫助下，消耗一分子ATP生成1,3二磷酸甘油酸。注意，這一反應是可逆的。
作用
⒈ 糖異生作用的主要生理意義是保證在飢餓情況下，血糖濃度的相對恆定。
血糖的正常濃度為3.89-11mmol/L，即使禁食數周，血糖濃度仍可保持在3.40mmol/L左右，這對保證某些主要依賴葡萄糖供能的組織的功能具有重要意義，停食一夜（8-10小時）處於安靜狀態的正常人每日體內葡萄糖利用，腦約125g，肌肉（休息狀態）約50g，血細胞等約50g，僅這幾種組織消耗糖量達225g，體內貯存可供利用的糖約150g，貯糖量最多的肌糖原僅供本身氧化供能，若只用肝糖原的貯存量來維持血糖濃度最多不超過12小時，由此可見糖異生的重要性
⒉ 糖異生作用與乳酸的作用密切關係
在激烈運動時，肌肉糖酵解生成大量乳酸，後者經血液運到肝臟可再合成肝糖原和葡萄糖，因而使不能直接產生葡萄糖的肌糖原間接變成血糖，並且有利於回收乳酸分子中的能量，更新肌糖原，防止乳酸酸中毒的發生。
⒊ 協助胺基酸代謝
⒋ 促進腎小管泌氨的作用
長期禁食後腎臟的糖異生可以明顯增加，發生這一變化的原因可能是飢餓造成的代謝性酸中毒，體液pH降低可以促進腎小管中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的合成，使成糖作用增加，當腎臟中α－酮戊二酸經草醯乙酸而加速成糖後，可因α－酮戊二酸的減少而促進谷氨醯胺脫氨成谷氨酸以及谷氨酸的脫氨，腎小管細胞將NH3分泌入管腔中，與原尿中H+結合，降低原尿H+的濃度，有利於排氫保鈉作用的進行，對於防止酸中毒有重要作用。
調節
糖異生的限速酶主要有以下4個酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、果糖二磷酸酶和葡萄糖磷酸酶。
⒈ 激素對糖異生的調節
激素調節糖異生作用對維持機體的恆穩狀態十分重要，激素對糖異生調節實質是調節糖異生和糖酵解這兩個途徑的調節酶以及控制供應肝臟的脂肪酸，更大量的脂肪酸的獲得使肝臟氧化更多的脂肪酸，也就促進葡萄糖合成，胰高血糖素促進脂肪組織分解脂肪，增加血漿脂肪酸，所以促進糖異生；而胰島素的作用則正相反。胰高血糖素和胰島素都可通過影響肝臟酶的磷酸化修飾狀態來調節糖異生作用，胰高血糖素激活腺苷酸環化酶以產生cAMP，也就激活cAMP依賴的蛋白激酶，後者磷酸化丙酮酸激酶而使之抑制，這一酵解途徑上的調節酶受抑制就刺激糖異生途徑，因為阻止磷酸烯醇式丙酮酸向丙酮酸轉變。胰高血糖素降低2，6－二磷酸果糖在肝臟的濃度而促進1，6－二磷酸果糖轉變為6磷酸果糖，這是由於2，6－二磷酸果糖是果糖二磷酸酶的別位抑制物，又是6磷酸果糖激酶的別位激活物，胰高血糖素能通過cAMP促進雙功能酶（6磷酸果糖激酶2/果糖2，6－二磷酸酶）磷酸化。這個酶經磷酸化後就滅活激酶部位卻活化磷酸酶部位，因而2，6－二磷酸果糖生成減少而被水解為6磷酸果糖增多。這種由胰高血糖素引致的2，6－二磷酸果糖下降的結果是6磷酸果糖激酶1活性下降，果糖二磷酸酶活性增高，果糖二磷酸轉變為6?磷酸果糖增多，有利糖異生，而胰島素的作用正相反。
除上述胰高血糖素和胰島素對糖異生和糖酵解的短快調節，它們還分別誘導或阻遏糖異生和糖酵解的調節酶，胰高血糖素/胰島素比例高誘導大量磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，果糖6-磷酸酶等糖異生酶合成而阻遏葡萄糖激酶和丙酮酸激酶的合成。
⒉ 代謝物對糖異生的調節
⒉1.糖異生原料的濃度對糖異生作用的調節：血漿中甘油、乳酸和胺基酸濃度增加時，使糖的異生作用增強。例如飢餓情況下，脂肪動員增加，組織蛋白質分解加強，血漿甘油和胺基酸增高；激烈運動時，血乳酸含量劇增，都可促進糖異生作用。
