單糖代謝關(guān)鋒

單糖代謝關(guān)鋒第1頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三糖綴合物的生物合成需要將單糖轉(zhuǎn)化為活化的糖核苷酸，糖核苷酸作為供體，通過專一的糖基轉(zhuǎn)移酶，將糖基提供給各種各樣的接納體。因此本章將闡述真核細(xì)胞內(nèi)發(fā)生上述反應(yīng)的各種途徑，著重闡述高等動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)的主要單糖的代謝。第2頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三一般原理

多種多樣的生物都將葡萄糖和果糖作為主要碳源和能量來源，如人和酵母都可從這些主要供給中轉(zhuǎn)化獲得合成糖綴合物所必需的其他單糖。值得重視的是在所有類型的細(xì)胞中，所有生物合成途徑并不都具有同樣的活性，但是有幾個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)奠定了生物化學(xué)的基礎(chǔ)。第3頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三糖綴合物的合成需要活化的糖核苷酸作為供體。糖核苷二磷酸的作用于1950年首先被L.F.Leloir發(fā)現(xiàn)。核酸三磷酸UTP與糖基1-磷酸反應(yīng)，生成參與糖綴合物合成的高能量供體（糖-UDP）。糖總是被糖激酶活化（反應(yīng)1），或者從一個(gè)已合成的、活化的糖核苷酸轉(zhuǎn)化而來（反應(yīng)2和3）。第4頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三活化的糖供體表中列出最常見的糖核苷酸供體。唾液酸是惟一的以核苷一磷酸的形式被活化的單糖，CMP-sia。艾杜糖醛酸不含糖核苷酸母體結(jié)構(gòu)。第5頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三單糖的來源1.胞外糖源和轉(zhuǎn)運(yùn)子糖轉(zhuǎn)運(yùn)子有三種類型。

a.能量非依賴型的易擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)子，如葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子。

b.能量依賴型的，如鈉-葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子。

c.能量依賴型的，糖向細(xì)胞內(nèi)的輸入與ATP依賴的磷酸化過程相偶聯(lián)。第6頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三低等真核生物：釀酒酵母通常生活在葡萄汁（葡萄糖和果糖的等摩爾混合物）中，酵母質(zhì)膜含有能量非依賴性的易擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)子，這些轉(zhuǎn)運(yùn)子多數(shù)為葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子，直接轉(zhuǎn)運(yùn)這些單糖進(jìn)入細(xì)胞中，通過糖分子的相互轉(zhuǎn)化來進(jìn)行糖綴合物的合成。酵母還分泌水解酶降解雙糖，如蔗糖和麥芽糖，產(chǎn)生的單糖通過己糖轉(zhuǎn)運(yùn)子攝入細(xì)胞內(nèi)。高等生物：在高等生物中，穿行的單糖絕大多數(shù)是葡萄糖和果糖，它們都由能量依賴性的轉(zhuǎn)運(yùn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，如葡萄糖是鈉依賴型。第7頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2.細(xì)胞內(nèi)糖的來源補(bǔ)救途徑：單糖可以通過同一細(xì)胞內(nèi)糖綴合物的降解進(jìn)行補(bǔ)救合成。糖綴合物的降解多發(fā)生在低pH值的溶酶體中。盡管人們對(duì)補(bǔ)救合成途徑的研究既不系統(tǒng)又不太重視，但補(bǔ)救合成對(duì)糖基化的作用可能相當(dāng)重要。第8頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三

有利于糖補(bǔ)救途徑的證據(jù)第9頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三補(bǔ)救糖的再利用要求溶酶體中的單糖首先要從溶酶體出來，由溶酶體轉(zhuǎn)運(yùn)子（如中性己糖轉(zhuǎn)運(yùn)子）轉(zhuǎn)運(yùn)到達(dá)生物合成相關(guān)酶所在的胞液中。一旦這些單糖達(dá)到胞質(zhì)后，它們將被活化成如下所述的糖核苷酸供體，進(jìn)行糖綴合物的合成。第10頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三單糖的生物合成和相互轉(zhuǎn)化。供體（帶陰影的長方形和橢圓形框；單糖（空的橢圓形框）；控制點(diǎn)（星型）。第11頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三1.糖原糖原是動(dòng)物細(xì)胞中的主要儲(chǔ)存多糖，含有多達(dá)100000葡萄糖單體，以Glcα1,4Glc雙糖重復(fù)的排列，并有一定間隔的α1,6Glc分支。糖原的合成和降解能夠高度的調(diào)節(jié)能量利用。糖原合成是從UDP-Glc上的單個(gè)葡萄糖單位的添加，糖原降解是以糖原磷酸化酶處理，這種不依賴ATP的反應(yīng)生成Glc-1-P，既可以直接用于生成UDP-Glc，也可以差向異構(gòu)化為Glc-6-P，導(dǎo)致糖酵解反應(yīng)。第12頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三2.葡萄糖葡萄糖是糖代謝中的中心單糖，它可以轉(zhuǎn)化成糖基化所需的所有其它種類的糖。作為糖酵解途徑的一部分，葡萄糖既可以在己糖激酶作用下，轉(zhuǎn)化為Glc-6-P，然后進(jìn)行其它的轉(zhuǎn)化，又可以用于合成糖原和其它含有葡萄糖的分子（如葡糖腦酰胺）。第13頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三3.葡糖醛酸葡糖醛酸（UDP-GlcA）是由UDP-Glc在NAD存在下，通過氧化C-6-OH直接合成而來。它可用于糖胺聚糖的生物合成，也可用于GlcA在N-和O-聚糖和糖脂上的加成反應(yīng)。有證據(jù)表明，UDP-GlcA來源于糖原分解，而不是糖原異生。第14頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三4.艾杜糖醛酸艾杜糖醛酸IdoA是葡糖醛酸的5-位差向異構(gòu)體，它也存在于糖胺聚糖中。與糖綴合物中的所有其它單糖不同，艾杜糖醛酸不是由糖核苷酸供體直接合成，它的合成是：葡糖醛酸GlcA先加到延伸中的糖胺GAG聚糖鏈上，然后發(fā)生差向異構(gòu)，得到IdoA。第15頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三5.木糖

UDP-GlcA脫去羧基，就得到UDP-Xyl。UDP-Xyl用途是啟動(dòng)糖胺聚糖的合成，但UDP-Xyl也存在于若干凝血蛋白中。產(chǎn)生UDP-Xyl的脫羧反應(yīng)發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，或發(fā)生在早期高爾基體，在胞質(zhì)中也有發(fā)生。第16頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三6.甘露糖

甘露糖是用于N-連接寡糖和GPI-錨合成的關(guān)鍵糖。它的合成有兩種途徑，第一個(gè)是在己糖激酶作用下甘露糖的磷酸化。另一個(gè)是通過磷酸甘露糖異構(gòu)酶，F(xiàn)ru-6-P轉(zhuǎn)化為Man-6-P。第17頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三GDP-Man和GDP-Fuc的轉(zhuǎn)化第18頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三7.半乳糖首先，多條途徑將半乳糖活化成UDP-Gal。它和UDP-Glc惟一的不同是在C-4位，在半乳糖中，羥基為直立鍵取向，而葡萄糖中羥基為平伏鍵取向。NAD首先將C-4位上羥基變成4-酮基，生成NADH。第二步NAD重新生成而羥基發(fā)生異構(gòu)，從而生成另一種單糖。第19頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三UDP-Glc和UDP-Gal的轉(zhuǎn)化第20頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三8.唾液酸唾液酸是一組包括30多個(gè)變體的母體化合物的總稱。其修飾包括氧化、單個(gè)或多乙酰化、硫酸化及甲基化。唾液酸作為一個(gè)活化的糖核苷酸可以生成糖基衍生物。除此之外，在唾液酸轉(zhuǎn)移到接納體后，唾液酸所有其它的修飾都發(fā)生在高爾基體。與其他活化糖的合成相比，它的生物合成途徑更復(fù)雜（以后會(huì)詳細(xì)說明）。第21頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三糖核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)子

因?yàn)榇蠖鄶?shù)糖基化反應(yīng)發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體內(nèi)，由于自身攜帶負(fù)電荷，所以糖核苷酸不易擴(kuò)散穿過膜而進(jìn)入這些亞細(xì)胞器。為克服解決這個(gè)問題，真核生物細(xì)胞自身產(chǎn)生了一套不需要能量的糖核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)子，實(shí)際上是反向轉(zhuǎn)運(yùn)子，它將糖核苷酸送入這些亞細(xì)胞器的腔內(nèi)，同時(shí)送出開始時(shí)從核苷二磷酸轉(zhuǎn)化而生成的核苷一磷酸。第22頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三位于哺乳動(dòng)物、酵母、原生動(dòng)物和植物高爾基體膜的糖核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)子、PAPS轉(zhuǎn)運(yùn)子及ATP轉(zhuǎn)運(yùn)子。第23頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三大多數(shù)反向轉(zhuǎn)運(yùn)子存在于高爾基體內(nèi)，但也有一些存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)里，這樣，反向轉(zhuǎn)運(yùn)子是亞細(xì)胞器特異的，它們的定位通常與已知的轉(zhuǎn)移酶的定位相關(guān)聯(lián)。第24頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三高爾基體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)子內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與高爾基體中核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)子的相對(duì)分布以正號(hào)（+）的數(shù)目表示，負(fù)號(hào)（-）代表在該室區(qū)內(nèi)無轉(zhuǎn)運(yùn)子。這些轉(zhuǎn)運(yùn)子在生物體的分布樣式見圖。第25頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三反向轉(zhuǎn)運(yùn)子作用顯著：對(duì)大多數(shù)糖基化反應(yīng)來說，糖核苷酸提供出糖基之后，生成核苷二磷酸，而生成的核苷二磷酸在高爾基體腔內(nèi)一定要被核苷二磷酸酶轉(zhuǎn)化為核苷一磷酸。在這個(gè)過程中，反向轉(zhuǎn)運(yùn)子有利于將糖核苷酸的消耗速率與它的輸入相偶聯(lián)。另外，有些轉(zhuǎn)運(yùn)子已被重新構(gòu)建裝入蛋白質(zhì)脂質(zhì)體中，并進(jìn)行功能分析和蛋白純化。第26頁，共28頁，2023年，2月20日，星期三理論上，調(diào)控高爾基體內(nèi)的糖核苷酸可以部分控制糖基化，可以推測，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)子也有相同的作用。目前尚不知道轉(zhuǎn)運(yùn)子在高爾基體各區(qū)的定位，也不知道這種物理定位與糖基轉(zhuǎn)移酶的關(guān)系