第五章 糖代謝?

一、糖類的生理功用：?

① 氧化供能：糖類是人體最主要的供能物質，占全部供能物質供能量的70%；與供能有關的糖類主要是葡萄糖和糖原，前者為運輸和供能形式，后者為貯存形式。② 作為結構成分：糖類可與脂類形成糖脂，或與蛋白質形成糖蛋白，糖脂和糖蛋白均可參與構成生物膜、神經組織等。③作為核酸類化合物的成分：核糖和脫氧核糖參與構成核苷酸，DNA，RNA等。④轉變?yōu)槠渌镔|：糖類可經代謝而轉變?yōu)橹净虬被岬然衔铩?

二、糖的無氧酵解：?

糖的無氧酵解是指葡萄糖在無氧條件下分解生成乳酸并釋放出能量的過程。其全部反應過程在胞液中進行，代謝的終產物為乳酸，一分子葡萄糖經無氧酵解可凈生成兩分子ATP。?

糖的無氧酵解代謝過程可分為四個階段：?

1. 活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖經磷酸化和異構反應生成1,6-雙磷酸果糖(FBP)，即葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖→1,6-雙磷酸果糖（F-1,6-BP)。這一階段需消耗兩分子ATP，己糖激酶（肝中為葡萄糖激酶）和6-磷酸果糖激酶-1是關鍵酶。?

2. 裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子F-1,6-BP裂解為兩分子3-磷酸甘油醛，包括兩步反應：F-1,6-BP→磷酸二羥丙酮 + 3-磷酸甘油醛 和磷酸二羥丙酮→3-磷酸甘油醛。?

3. 放能（丙酮酸的生成）：3-磷酸甘油醛經脫氫、磷酸化、脫水及放能等反應生成丙酮酸，包括五步反應：3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此階段有兩次底物水平磷酸化的放能反應，共可生成2×2=4分子ATP。丙酮酸激酶為關鍵酶。?

4．還原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代謝過程中產生的NADH，使NADH重新氧化為NAD+。即丙酮酸→乳酸。?

三、糖無氧酵解的調節(jié)：?

主要是對三個關鍵酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶進行調節(jié)。己糖激酶的變構抑制劑是G-6-P；肝中的葡萄糖激酶是調節(jié)肝細胞對葡萄糖吸收的主要因素，受長鏈脂酰CoA的反饋抑制；6-磷酸果糖激酶-1是調節(jié)糖酵解代謝途徑流量的主要因素，受ATP和檸檬酸的變構抑制，AMP、ADP、1,6-雙磷酸果糖和2,6-雙磷酸果糖的變構激活；丙酮酸激酶受1,6-雙磷酸果糖的變構激活，受ATP的變構抑制，肝中還受到丙氨酸的變構抑制。?

四、糖無氧酵解的生理意義：?

1. 在無氧和缺氧條件下，作為糖分解供能的補充途徑：⑴ 骨骼肌在劇烈運動時的相對缺氧；⑵ 從平原進入高原初期；⑶ 嚴重貧血、大量失血、呼吸障礙、肺及心血管疾患所致缺氧。?

2. 在有氧條件下，作為某些組織細胞主要的供能途徑：如表皮細胞，紅細胞及視網膜等，由于無線粒體，故只能通過無氧酵解供能。?

五、糖的有氧氧化：?

葡萄糖在有氧條件下徹底氧化分解生成C2O和H2O，并釋放出大量能量的過程稱為糖的有氧氧化。絕大多數(shù)組織細胞通過糖的有氧氧化途徑獲得能量。此代謝過程在細胞胞液和線粒體內進行，一分子葡萄糖徹底氧化分解可產生36/38分子ATP。糖的有氧氧化代謝途徑可分為三個階段：?

1．葡萄糖經酵解途徑生成丙酮酸：?

此階段在細胞胞液中進行，與糖的無氧酵解途徑相同，涉及的關鍵酶也相同。一分子葡萄糖分解后生成兩分子丙酮酸，兩分子（NADH+H+）并凈生成2分子ATP。NADH在有氧條件下可進入線粒體產能，共可得到2×2或2×3分子ATP。故第一階段可凈生成6/8分子ATP。?

2．丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA：?

丙酮酸進入線粒體，在丙酮酸脫氫酶系的催化下氧化脫羧生成（NADH+H+）和乙酰CoA。此階段可由兩分子（NADH+H+）?

產生2×3分子ATP 。丙酮酸脫氫酶系為關鍵酶，該酶由三種酶單體構成，涉及六種輔助因子，即NAD+、FAD、CoA、TPP、硫辛酸和Mg2+。?

3．經三羧酸循環(huán)徹底氧化分解：?

生成的乙酰CoA可進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解為CO2和H2O，并釋放能量合成ATP。一分子乙酰CoA氧化分解后共可生成12分子ATP，故此階段可生成2×12=24分子ATP。?

三羧酸循環(huán)是指在線粒體中，乙酰CoA首先與草酰乙酸縮合生成檸檬酸，然后經過一系列的代謝反應，乙?；谎趸纸?，而草酰乙酸再生的循環(huán)反應過程。這一循環(huán)反應過程又稱為檸檬酸循環(huán)或Krebs循環(huán)。?

三羧酸循環(huán)由八步反應構成：草酰乙酸 + 乙酰CoA→檸檬酸→異檸檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→琥珀酸→延胡索酸→蘋果酸→草酰乙酸。?

三羧酸循環(huán)的特點：①循環(huán)反應在線粒體中進行，為不可逆反應。 ②每完成一次循環(huán)，氧化分解掉一分子乙?；?，可生成12分子ATP。 ③循環(huán)的中間產物既不能通過此循環(huán)反應生成，也不被此循環(huán)反應所消耗。 ④循環(huán)中有兩次脫羧反應，生成兩分子CO2。 ⑤循環(huán)中有四次脫氫反應，生成三分子NADH和一分子FADH2。 ⑥循環(huán)中有一次直接產能反應，生成一分子GTP。 ⑦三羧酸循環(huán)的關鍵酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶系，且α-酮戊二酸脫氫酶系的結構與丙酮酸脫氫酶系相似，輔助因子完全相同。?

六、糖有氧氧化的生理意義：?

1．是糖在體內分解供能的主要途徑：⑴ 生成的ATP數(shù)目遠遠多于糖的無氧酵解生成的ATP數(shù)目；⑵ 機體內大多數(shù)組織細胞均通過此途徑氧化供能。?

2．是糖、脂、蛋白質氧化供能的共同途徑：糖、脂、蛋白質的分解產物主要經此途徑徹底氧化分解供能。?

3．是糖、脂、蛋白質相互轉變的樞紐：有氧氧化途徑中的中間代謝物可以由糖、脂、蛋白質分解產生，某些中間代謝物也可以由此途徑逆行而相互轉變。

七、有氧氧化的調節(jié)和巴斯德效應：?

丙酮酸脫氫酶系受乙酰CoA、ATP和NADH的變構抑制，受AMP、ADP和NAD+的變構激活。異檸檬酸脫氫酶是調節(jié)三羧酸循環(huán)流量的主要因素，ATP是其變構抑制劑，AMP和ADP是其變構激活劑。?

巴斯德效應：糖的有氧氧化可以抑制糖的無氧酵解的現(xiàn)象。有氧時，由于酵解產生的NADH和丙酮酸進入線粒體而產能，故糖的無氧酵解受抑制。?

八、磷酸戊糖途徑：?

磷酸戊糖途徑是指從G-6-P脫氫反應開始，經一系列代謝反應生成磷酸戊糖等中間代謝物，然后再重新進入糖氧化分解代謝途徑的一條旁路代謝途徑。該旁路途徑的起始物是G-6-P，返回的代謝產物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中間代謝產物是5-磷酸核糖和NADPH。整個代謝途徑在胞液中進行。關鍵酶是6-磷酸葡萄糖脫氫酶。?

九、磷酸戊糖途徑的生理意義：?

1. 是體內生成NADPH的主要代謝途徑：NADPH在體內可用于：⑴ 作為供氫體，參與體內的合成代謝：

如參與合成脂肪酸、膽固醇等。⑵ 參與羥化反應：作為加單氧酶的輔酶，參與對代謝物的羥化。⑶ 維持巰基酶的活性。⑷ 使氧化型谷胱甘肽還原。⑸ 維持紅細胞膜的完整性：由于6-磷酸葡萄糖脫氫酶遺傳性缺陷可導致蠶豆病，表現(xiàn)為溶血性貧血。?

2. 是體內生成5-磷酸核糖的唯一代謝途徑：體內合成核苷酸和核酸所需的核糖或脫氧核糖均以5-磷酸核糖的形式提供，其生成方式可以由G-6-P脫氫脫羧生成，也可以由3-磷酸甘油醛和F-6-P經基團轉移的逆反應生成。?

十、糖原的合成與分解：?

糖原是由許多葡萄糖分子聚合而成的帶有分支的高分子多糖類化合物。糖原分子的直鏈部分借α-1,4-糖苷鍵而將葡萄糖殘基連接起來，其支鏈部分則是借α-1,6-糖苷鍵而形成分支。糖原是一種無還原性的多糖。糖原的合成與分解代謝主要發(fā)生在肝、腎和肌肉組織細胞的胞液中。?

1．糖原的合成代謝：糖原合成的反應過程可分為三個階段。?

⑴活化：由葡萄糖生成尿苷二磷酸葡萄糖：葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→1-磷酸葡萄糖→UDPG。此階段需使用UTP，并消耗相當于兩分子的ATP。?

⑵縮合：在糖原合酶催化下，UDPG所帶的葡萄糖殘基通過α-1,4-糖苷鍵與原有糖原分子的非還原端相連，使糖鏈延長。糖原合酶是糖原合成的關鍵酶。?

⑶分支：當直鏈長度達12個葡萄糖殘基以上時，在分支酶的催化下，將距末端6～7個葡萄糖殘基組成的寡糖鏈由α-1,4-糖苷鍵轉變?yōu)棣?1,6-糖苷鍵，使糖原出現(xiàn)分支，同時非還原端增加。?

2．糖原的分解代謝：糖原的分解代謝可分為三個階段，是一非耗能過程。?

⑴水解：糖原→1-磷酸葡萄糖。此階段的關鍵酶是糖原磷酸化酶，并需脫支酶協(xié)助。?

⑵異構：1-磷酸葡萄糖→6-磷酸葡萄糖。?

⑶脫磷酸：6-磷酸葡萄糖→葡萄糖。此過程只能在肝和腎進行。?

十一、糖原合成與分解的生理意義：?

1．貯存能量：葡萄糖可以糖原的形式貯存。?

2．調節(jié)血糖濃度：血糖濃度高時可合成糖原，濃度低時可分解糖原來補充血糖。?

3．利用乳酸：肝中可經糖異生途徑利用糖無氧酵解產生的乳酸來合成糖原。這就是肝糖原合成的三碳途徑或間接途徑。?

十二、糖異生：?

由非糖物質轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生。該代謝途徑主要存在于肝及腎中。糖異生主要沿酵解途徑逆行，但由于有三步反應（己糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶）為不可逆反應，故需經另外的反應繞行。?

1．G-6-P → G：由葡萄糖-6-磷酸酶催化進行水解，該酶是糖異生的關鍵酶之一，不存在于肌肉組織中，故肌肉組織不能生成自由葡萄糖。?

2．F-1,6-BP → F-6-P：由果糖1,6-二磷酸酶-1催化進行水解，該酶也是糖異生的關鍵酶之一。?

3．丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸：經由丙酮酸羧化支路完成，即丙酮酸進入線粒體，在丙酮酸羧化酶（需生物素）的催化下生成草酰乙酸，后者轉變?yōu)樘O果酸穿出線粒體并回復為草酰乙酸，再在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下轉變?yōu)榱姿嵯┐际奖?，這兩個酶都是關鍵酶。?

糖異生的原料主要來自于生糖氨基酸、甘油和乳酸。?

十三、糖異生的生理意義：?

1．在饑餓情況下維持血糖濃度的相對恒定：在較長時間饑餓的情況下，機體需要靠糖異生作用生成葡萄糖以維持血糖濃度的相對恒定。?

2．回收乳酸分子中的能量：由于乳酸主要是在肌肉組織經糖的無氧酵解產生，但肌肉組織糖異生作用很弱，且不能生成自由葡萄糖，故需將產生的乳酸轉運至肝臟重新生成葡萄糖后再加以利用。?

葡萄糖在肌肉組織中經糖的無氧酵解產生的乳酸，可經血循環(huán)轉運至肝臟，再經糖的異生作用生成自由葡萄糖后轉運至肌肉組織加以利用，這一循環(huán)過程就稱為乳酸循環(huán)（Cori循環(huán)）。?

3．維持酸堿平衡：腎臟中生成的α-酮戊二酸可轉變?yōu)椴蒗Ｒ宜?，然后經糖異生途徑生成葡萄糖，這一過程可促進腎臟中的谷氨酰胺脫氨基，生成NH3，后者可用于中和H+，故有利于維持酸堿平衡。?

十四、血糖：?

血液中的葡萄糖含量稱為血糖。按真糖法測定，正?？崭寡菨舛葹?.89～6.11mmol/L（70～100mg%）。?

1．血糖的來源與去路：正常情況下，血糖濃度的相對恒定是由其來源與去路兩方面的動態(tài)平衡所決定的。血糖的主要來源有：① 消化吸收的葡萄糖；② 肝臟的糖異生作用；③ 肝糖原的分解。血糖的主要去路有：① 氧化分解供能；② 合成糖原（肝、肌、腎）；③ 轉變?yōu)橹净虬被?；?轉變?yōu)槠渌穷愇镔|。?

2．血糖水平的調節(jié)：調節(jié)血糖濃度相對恒定的機制有：?

⑴組織器官：①肝臟：通過加快將血中的葡萄糖轉運入肝細胞，以及通過促進肝糖原的合成，以降低血糖濃度；通過促進肝糖原的分解，以及促進糖的異生作用，以增高血糖濃度。②肌肉等外周組織：通過促進其對葡萄糖的氧化利用以降低血糖濃度。?

⑵激素：①降低血糖濃度的激素——胰島素。②升高血糖濃度的激素——胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質激素、生長激素、甲狀腺激素。?

⑶神經系統(tǒng)。