单糖代谢关锋

单糖代谢关锋第1页，共28页，2023年，2月20日，星期三糖缀合物的生物合成需要将单糖转化为活化的糖核苷酸，糖核苷酸作为供体，通过专一的糖基转移酶，将糖基提供给各种各样的接纳体。因此本章将阐述真核细胞内发生上述反应的各种途径，着重阐述高等动物细胞内的主要单糖的代谢。第2页，共28页，2023年，2月20日，星期三一般原理

多种多样的生物都将葡萄糖和果糖作为主要碳源和能量来源，如人和酵母都可从这些主要供给中转化获得合成糖缀合物所必需的其他单糖。值得重视的是在所有类型的细胞中，所有生物合成途径并不都具有同样的活性，但是有几个重要的发现奠定了生物化学的基础。第3页，共28页，2023年，2月20日，星期三糖缀合物的合成需要活化的糖核苷酸作为供体。糖核苷二磷酸的作用于1950年首先被L.F.Leloir发现。核酸三磷酸UTP与糖基1-磷酸反应，生成参与糖缀合物合成的高能量供体（糖-UDP）。糖总是被糖激酶活化（反应1），或者从一个已合成的、活化的糖核苷酸转化而来（反应2和3）。第4页，共28页，2023年，2月20日，星期三活化的糖供体表中列出最常见的糖核苷酸供体。唾液酸是惟一的以核苷一磷酸的形式被活化的单糖，CMP-sia。艾杜糖醛酸不含糖核苷酸母体结构。第5页，共28页，2023年，2月20日，星期三单糖的来源1.胞外糖源和转运子糖转运子有三种类型。

a.能量非依赖型的易扩散转运子，如葡萄糖转运子。

b.能量依赖型的，如钠-葡萄糖转运子。

c.能量依赖型的，糖向细胞内的输入与ATP依赖的磷酸化过程相偶联。第6页，共28页，2023年，2月20日，星期三低等真核生物：酿酒酵母通常生活在葡萄汁（葡萄糖和果糖的等摩尔混合物）中，酵母质膜含有能量非依赖性的易扩散转运子，这些转运子多数为葡萄糖转运子，直接转运这些单糖进入细胞中，通过糖分子的相互转化来进行糖缀合物的合成。酵母还分泌水解酶降解双糖，如蔗糖和麦芽糖，产生的单糖通过己糖转运子摄入细胞内。高等生物：在高等生物中，穿行的单糖绝大多数是葡萄糖和果糖，它们都由能量依赖性的转运子进行转运，如葡萄糖是钠依赖型。第7页，共28页，2023年，2月20日，星期三2.细胞内糖的来源补救途径：单糖可以通过同一细胞内糖缀合物的降解进行补救合成。糖缀合物的降解多发生在低pH值的溶酶体中。尽管人们对补救合成途径的研究既不系统又不太重视，但补救合成对糖基化的作用可能相当重要。第8页，共28页，2023年，2月20日，星期三

有利于糖补救途径的证据第9页，共28页，2023年，2月20日，星期三补救糖的再利用要求溶酶体中的单糖首先要从溶酶体出来，由溶酶体转运子（如中性己糖转运子）转运到达生物合成相关酶所在的胞液中。一旦这些单糖达到胞质后，它们将被活化成如下所述的糖核苷酸供体，进行糖缀合物的合成。第10页，共28页，2023年，2月20日，星期三单糖的生物合成和相互转化。供体（带阴影的长方形和椭圆形框；单糖（空的椭圆形框）；控制点（星型）。第11页，共28页，2023年，2月20日，星期三1.糖原糖原是动物细胞中的主要储存多糖，含有多达100000葡萄糖单体，以Glcα1,4Glc双糖重复的排列，并有一定间隔的α1,6Glc分支。糖原的合成和降解能够高度的调节能量利用。糖原合成是从UDP-Glc上的单个葡萄糖单位的添加，糖原降解是以糖原磷酸化酶处理，这种不依赖ATP的反应生成Glc-1-P，既可以直接用于生成UDP-Glc，也可以差向异构化为Glc-6-P，导致糖酵解反应。第12页，共28页，2023年，2月20日，星期三2.葡萄糖葡萄糖是糖代谢中的中心单糖，它可以转化成糖基化所需的所有其它种类的糖。作为糖酵解途径的一部分，葡萄糖既可以在己糖激酶作用下，转化为Glc-6-P，然后进行其它的转化，又可以用于合成糖原和其它含有葡萄糖的分子（如葡糖脑酰胺）。第13页，共28页，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，通过氧化C-6-OH直接合成而来。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应。有证据表明，UDP-GlcA来源于糖原分解，而不是糖原异生。第14页，共28页，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-位差向异构体，它也存在于糖胺聚糖中。与糖缀合物中的所有其它单糖不同，艾杜糖醛酸不是由糖核苷酸供体直接合成，它的合成是：葡糖醛酸GlcA先加到延伸中的糖胺GAG聚糖链上，然后发生差向异构，得到IdoA。第15页，共28页，2023年，2月20日，星期三5.木糖

UDP-GlcA脱去羧基，就得到UDP-Xyl。UDP-Xyl用途是启动糖胺聚糖的合成，但UDP-Xyl也存在于若干凝血蛋白中。产生UDP-Xyl的脱羧反应发生在内质网腔内，或发生在早期高尔基体，在胞质中也有发生。第16页，共28页，2023年，2月20日，星期三6.甘露糖

甘露糖是用于N-连接寡糖和GPI-锚合成的关键糖。它的合成有两种途径，第一个是在己糖激酶作用下甘露糖的磷酸化。另一个是通过磷酸甘露糖异构酶，Fru-6-P转化为Man-6-P。第17页，共28页，2023年，2月20日，星期三GDP-Man和GDP-Fuc的转化第18页，共28页，2023年，2月20日，星期三7.半乳糖首先，多条途径将半乳糖活化成UDP-Gal。它和UDP-Glc惟一的不同是在C-4位，在半乳糖中，羟基为直立键取向，而葡萄糖中羟基为平伏键取向。NAD首先将C-4位上羟基变成4-酮基，生成NADH。第二步NAD重新生成而羟基发生异构，从而生成另一种单糖。第19页，共28页，2023年，2月20日，星期三UDP-Glc和UDP-Gal的转化第20页，共28页，2023年，2月20日，星期三8.唾液酸唾液酸是一组包括30多个变体的母体化合物的总称。其修饰包括氧化、单个或多乙酰化、硫酸化及甲基化。唾液酸作为一个活化的糖核苷酸可以生成糖基衍生物。除此之外，在唾液酸转移到接纳体后，唾液酸所有其它的修饰都发生在高尔基体。与其他活化糖的合成相比，它的生物合成途径更复杂（以后会详细说明）。第21页，共28页，2023年，2月20日，星期三糖核苷酸转运子

因为大多数糖基化反应发生在内质网和高尔基体内，由于自身携带负电荷，所以糖核苷酸不易扩散穿过膜而进入这些亚细胞器。为克服解决这个问题，真核生物细胞自身产生了一套不需要能量的糖核苷酸转运子，实际上是反向转运子，它将糖核苷酸送入这些亚细胞器的腔内，同时送出开始时从核苷二磷酸转化而生成的核苷一磷酸。第22页，共28页，2023年，2月20日，星期三位于哺乳动物、酵母、原生动物和植物高尔基体膜的糖核苷酸转运子、PAPS转运子及ATP转运子。第23页，共28页，2023年，2月20日，星期三大多数反向转运子存在于高尔基体内，但也有一些存在于内质网里，这样，反向转运子是亚细胞器特异的，它们的定位通常与已知的转移酶的定位相关联。第24页，共28页，2023年，2月20日，星期三高尔基体与内质网中的核苷酸转运子内质网与高尔基体中核苷酸转运子的相对分布以正号（+）的数目表示，负号（-）代表在该室区内无转运子。这些转运子在生物体的分布样式见图。第25页，共28页，2023年，2月20日，星期三反向转运子作用显著：对大多数糖基化反应来说，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尔基体腔内一定要被核苷二磷酸酶转化为核苷一磷酸。在这个过程中，反向转运子有利于将糖核苷酸的消耗速率与它的输入相偶联。另外，有些转运子已被重新构建装入蛋白质脂质体中，并进行功能分析和蛋白纯化。第26页，共28页，2023年，2月20日，星期三理论上，调控高尔基体内的糖核苷酸可以部分控制糖基化，可以推测，调节转运子也有相同的作用。目前尚不知道转运子在高尔基体各区的定位，也不知道这种物理定位与糖基转移酶的关系