糖代謝
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糖是一類(lèi)化學(xué)本質(zhì)為多羥醛或多羥酮及其衍生物的有機(jī)化合物。在人體內(nèi)糖的主要形式是葡萄糖(glucose，Glc)及糖原(glycogen，Gn)。葡萄糖是糖在血液中的運(yùn)輸形式，在機(jī)體糖代謝中占據(jù)主要地位；糖原是葡萄糖的多聚體,包括肝糖原、肌糖原和腎糖原等，是糖在體內(nèi)的儲(chǔ)存形式。葡萄糖與糖原都能在體內(nèi)氧化提供能量。
食物中的糖是機(jī)體中糖的主要來(lái)源，被人體攝入經(jīng)消化成單糖吸收后，經(jīng)血液運(yùn)輸?shù)礁鹘M織細(xì)胞進(jìn)行合成代謝和分解代謝。機(jī)體內(nèi)糖的代謝途徑主要有葡萄糖的無(wú)氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖原合成與糖原分解、糖異生以及其他己糖代謝等。
目錄 |
糖的消化和吸收
食物中的糖主要是淀粉，另外包括一些雙糖及單糖。多糖及雙糖都必須經(jīng)過(guò)酶的催化水解成單糖才能被吸收。
食物中的淀粉經(jīng)唾液中的α淀粉酶作用，催化淀粉中α-1，4-糖苷鍵的水解，產(chǎn)物是葡萄糖、麥芽糖、麥芽寡糖及糊精。由于食物在口腔中停留時(shí)間短，淀粉的主要消化部位在小腸。小腸中含有胰腺分泌的α淀粉酶，催化淀粉水解成麥芽糖、麥芽三糖、α糊精和少量葡萄糖。在小腸黏膜刷狀緣上，含有α糊精酶，此酶催化α極限糊精的α-1，4-糖苷鍵及α-1，6-糖苷鍵水解，使α-糊精水解成葡萄糖；刷狀緣上還有麥芽糖酶可將麥芽三糖及麥芽糖水解為葡萄糖。小腸黏膜還有蔗糖酶和乳糖酶，前者將蔗糖分解成葡萄糖和果糖，后者將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖。
糖被消化成單糖后的主要吸收部位是小腸上段，己糖尤其是葡萄糖被小腸上皮細(xì)胞攝取是一個(gè)依賴Na+的耗能的主動(dòng)攝取過(guò)程，有特定的載體參與：在小腸上皮細(xì)胞刷狀緣上，存在著與細(xì)胞膜結(jié)合的Na+-葡萄糖聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)體，當(dāng)Na+經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)體順濃度梯度進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞時(shí)，葡萄糖隨Na+一起被移入細(xì)胞內(nèi)，這時(shí)對(duì)葡萄糖而言是逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)。這個(gè)過(guò)程的能量是由Na+的濃度梯度（化學(xué)勢(shì)能）提供的，它足以將葡萄糖從低濃度轉(zhuǎn)運(yùn)到高濃度。當(dāng)小腸上皮細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖濃度增高到一定程度，葡萄糖經(jīng)小腸上皮細(xì)胞基底面單向葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（unidirectional glucose transporter）順濃度梯度被動(dòng)擴(kuò)散到血液中。小腸上皮細(xì)胞內(nèi)增多的Na+通過(guò)鈉鉀泵(Na+-K+ ATP酶)，利用ATP提供的能量，從基底面被泵出小腸上皮細(xì)胞外,進(jìn)入血液，從而降低小腸上皮細(xì)胞內(nèi)Na+濃度，維持刷狀緣兩側(cè)Na+的濃度梯度,使葡萄糖能不斷地被轉(zhuǎn)運(yùn)。
血 糖
血液中的葡萄糖，稱(chēng)為血糖(blood sugar)。體內(nèi)血糖濃度是反映機(jī)體內(nèi)糖代謝狀況的一項(xiàng)重要指標(biāo)。正常情況下，血糖濃度是相對(duì)恒定的。正常人空腹血漿葡萄糖糖濃度為3.9～6.1mmol／L(葡萄糖氧化酶法)?？崭寡獫{葡萄糖濃度高于7．0 mmol／L稱(chēng)為高血糖，低于3．9mmol／L稱(chēng)為低血糖。要維持血糖濃度的相對(duì)恒定，必須保持血糖的來(lái)源和去路的動(dòng)態(tài)平衡。
一、血糖的主要來(lái)源及去路
血糖的來(lái)源：①食物中的糖是血糖的主要來(lái)源；②肝糖原分解是空腹時(shí)血糖的直接來(lái)源；③非糖物質(zhì)如甘油、乳酸及生糖氨基酸通過(guò)糖異生作用生成葡萄糖，在長(zhǎng)期饑餓時(shí)作為血糖的來(lái)源。
血糖的去路：①在各組織中氧化分解提供能量，這是血糖的主要去路；②在肝臟、肌肉等組織進(jìn)行糖原合成；③轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌羌捌溲苌铮?a href="/w/%E6%A0%B8%E7%B3%96" title="核糖">核糖、氨基糖和糖醛酸等；④轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘俏镔|(zhì)，如脂肪、非必需氨基酸等；⑤血糖濃度過(guò)高時(shí)，由尿液排出。血糖濃度大于8．88～9.99mmol／L，超過(guò)腎小管重吸收能力，出現(xiàn)糖尿。將出現(xiàn)糖尿時(shí)的血糖濃度稱(chēng)為腎糖閾。糖尿在病理情況下出現(xiàn)，常見(jiàn)于糖尿病患者。
二、血糖濃度的調(diào)節(jié)
正常人體血糖濃度維持在一個(gè)相對(duì)恒定的水平，這對(duì)保證人體各組織器官的利用非常重要，特別是腦組織,幾乎完全依靠葡萄糖供能進(jìn)行神經(jīng)活動(dòng)，血糖供應(yīng)不足會(huì)使神經(jīng)功能受損，因此血糖濃度維持在相對(duì)穩(wěn)定的正常水平是極為重要的。
正常人體內(nèi)存在著精細(xì)的調(diào)節(jié)血糖來(lái)源和去路動(dòng)態(tài)平衡的機(jī)制，保持血糖濃度的相對(duì)恒定是神經(jīng)系統(tǒng)、激素及組織器官共同調(diào)節(jié)的結(jié)果。
神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)血糖濃度的調(diào)節(jié)主要通過(guò)下丘腦和自主神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)相關(guān)激素的分泌。激素對(duì)血糖濃度的調(diào)節(jié)，主要是通過(guò)胰島素、胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質(zhì)激素、生長(zhǎng)激素及甲狀腺激素之間相互協(xié)同、相互拮抗以維持血糖濃度的恒定。激素對(duì)血糖濃度的調(diào)節(jié)。
肝臟是調(diào)節(jié)血糖濃度的最主要器官。血糖濃度和各組織細(xì)胞膜上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體（glucose transporters）是器官水平調(diào)節(jié)的兩個(gè)主要影響因素，此時(shí)細(xì)胞膜上葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體家族有GLUT1-5，是雙向轉(zhuǎn)運(yùn)體。在正常血糖濃度情況下，各組織細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞膜上GLUT1和 GLUT3攝取葡萄糖作為能量來(lái)源；當(dāng)血糖濃度過(guò)高是，肝細(xì)胞膜上的GLUT2起作用，快速攝取過(guò)多的葡萄糖進(jìn)入肝細(xì)胞，通過(guò)肝糖原合成來(lái)降低血糖濃度；血糖濃度過(guò)高會(huì)刺激胰島素分泌，導(dǎo)致肌肉和脂肪組織細(xì)胞膜上GLUT4的量迅速增加，加快對(duì)血液中葡萄糖的吸收，合成肌糖原或轉(zhuǎn)變成脂肪儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)血糖濃度偏低時(shí)，肝臟通過(guò)糖原分解及糖異生升高血糖濃度。
從體外實(shí)驗(yàn)了解機(jī)體對(duì)血糖濃度的調(diào)節(jié)能力，可以通過(guò)葡萄糖耐量試驗(yàn)（glucose tolerance test，GTT）獲得糖耐量試驗(yàn)曲線加以理解。正常人由于存在精細(xì)的調(diào)節(jié)機(jī)制，空腹時(shí)正常血糖濃度是3.8-6.1 mmol／L，在口服或靜脈注射葡萄糖2小時(shí)后血糖濃度＜7.8 mmol／L。糖耐量減退病人，一般空腹血糖濃度＜7.0 mmol／L，口服或靜脈注射葡萄糖0.5-1小時(shí)后最高濃度＜11.1 mmol／L，2小時(shí)血糖濃度≥7.8 mmol／L，稱(chēng)為亞臨床或無(wú)癥狀的糖尿病，糖耐量試驗(yàn)在這種病人的早期診斷上頗具意義。典型的糖尿病人糖耐量試驗(yàn)為：空腹血糖濃度在≥7.0 mmol／L，口服或靜脈注射葡萄糖2小時(shí)后血糖濃度≥11.1 mmol／L，說(shuō)明病人調(diào)節(jié)血糖濃度能力降低。目前臨床上建議檢測(cè)空腹血糖濃度和2小時(shí)餐后血糖濃度，簡(jiǎn)化糖耐量試驗(yàn)過(guò)程?！ ?/p>
糖的無(wú)氧酵解
一、糖的無(wú)氧酵解
當(dāng)機(jī)體處于相對(duì)缺氧情況(如劇烈運(yùn)動(dòng))時(shí)，葡萄糖或糖原分解生成乳酸，并產(chǎn)生能量的過(guò)程稱(chēng)之為糖的無(wú)氧酵解。這個(gè)代謝過(guò)程常見(jiàn)于運(yùn)動(dòng)時(shí)的骨骼肌，因與酵母的生醇發(fā)酵非常相似，故又稱(chēng)為糖酵解。反應(yīng)過(guò)程
參與糖酵解反應(yīng)的一系列酶存在在細(xì)胞質(zhì)中，因此糖酵解的全部反應(yīng)過(guò)程均在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，可將整個(gè)過(guò)程分為四個(gè)階段：
（一） 己糖磷酸化：
1. 葡萄糖或糖原磷酸化為6-磷酸葡萄糖（glucose-6-phosphate,G-6-P）
（1）催化葡萄糖生成G-6-P的是己糖激酶（hexokinase，HK）, ATP提供磷酸基團(tuán)，Mg2+作為激活劑。這個(gè)反應(yīng)的ΔG"0 =-16.7KJ/mol,基本是一個(gè)不可逆的反應(yīng)。己糖激酶是糖酵解過(guò)程關(guān)鍵酶之一。
己糖激酶廣泛存在各組織中，Km為0.1mmol／L，對(duì)葡萄糖的親和力高。哺乳動(dòng)物中已發(fā)現(xiàn)了四種己糖激酶的同工酶Ⅰ-Ⅳ型。Ⅳ型酶只存在于肝臟，對(duì)葡萄糖有高度專(zhuān)一性，又稱(chēng)葡萄糖激酶(glucokinase，GK)，GK對(duì)葡萄糖的Km為10mmol／L，對(duì)葡萄糖的親和力低，這種特性的存在，使GK催化的酶促反應(yīng)只有在飲食后大量消化吸收的葡萄糖進(jìn)入肝臟后才加強(qiáng)，生成糖原儲(chǔ)存于肝中，在維持血糖濃度恒定的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。
（2）從糖原開(kāi)始的分解途徑，是糖原在磷酸化酶的作用下成為1-磷酸葡萄糖（G-1-P），再變位成為G-6-P。
（3）G-6-P是一個(gè)重要的中間代謝產(chǎn)物，是許多糖代謝途徑（無(wú)氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖原合成、糖原分解）的連接點(diǎn)。
（4）葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞后進(jìn)行了一系列的磷酸化,其目的在于：磷酸化后的化合物極性增高，不能自由進(jìn)出細(xì)胞膜，因而葡萄糖磷酸化后不易逸出胞外，反應(yīng)限制在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行；同時(shí)從ATP中釋放出的能量?jī)?chǔ)存到了6-磷酸葡萄糖中；另外結(jié)合了磷酸基團(tuán)的化合物不僅能減低酶促反應(yīng)的活化能，同時(shí)能提高酶促反應(yīng)的特異性。
2． G-6-P生成6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate,F-6-P）
此反應(yīng)在磷酸己糖異構(gòu)酶催化下進(jìn)行，是一個(gè)醛-酮異構(gòu)變化。
3. 6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖(Fructose l，6 bisphosphate，F(xiàn)-1，6-BP)
催化此反應(yīng)的酶是6-磷酸果糖激酶1(6-phosphofructokinase1，PFK 1)，這是糖酵解途徑的第二次磷酸化反應(yīng)，需要ATP與Mg2+參與，ΔG"0 =-14.2KJ/mol,反應(yīng)不可逆。
6-磷酸果糖激酶1是糖酵解過(guò)程的主要限速酶,是糖酵解過(guò)程中的主要調(diào)節(jié)點(diǎn)。
至此，糖酵解完成了代謝的第一個(gè)階段，這一階段的主要特點(diǎn)是葡萄糖的磷酸化，并伴隨著能量的消耗，糖酵解若從葡萄糖開(kāi)始磷酸解，則每生成1分子F-1，6-BP消耗了2分子ATP；若從糖原開(kāi)始磷酸解，則每生成1分子F-1，6-BP消耗1分子ATP。在這一階段中有二個(gè)不可逆反應(yīng)，從葡萄糖開(kāi)始由二個(gè)關(guān)鍵酶己糖激酶和6-磷酸果糖激酶1催化；從糖原開(kāi)始由二個(gè)關(guān)鍵酶磷酸化酶和6-磷酸果糖激酶1催化，它們是糖酵解過(guò)程的調(diào)節(jié)點(diǎn)。
(二)1分子磷酸己糖裂解為2分子磷酸丙糖
F-1，6-BP裂解為2分子磷酸丙糖，此反應(yīng)由醛縮酶催化，反應(yīng)可逆。3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，兩者互為異構(gòu)體，在磷酸丙糖異構(gòu)酶催化下可互相轉(zhuǎn)變，當(dāng)3-磷酸甘油醛在繼續(xù)進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，磷酸二羥丙酮可不斷轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油醛，這樣1分子F-1，6-BP生成2分子3-磷酸甘油醛。
(三)2分子磷酸丙糖氧化為2分子丙酮酸
1．3-磷酸甘油醛脫氫氧化成為1，3-二磷酸甘油酸
此反應(yīng)由3-磷酸甘油醛脫氫酶催化脫氫、加磷酸，其輔酶為NAD+，反應(yīng)脫下的氫交給NAD+成為NADH+H+；反應(yīng)時(shí)釋放的能量?jī)?chǔ)存在所生成的1，3-二磷酸甘油酸1位的羧酸與磷酸的構(gòu)成的混合酸酐內(nèi)，此高能磷酸基團(tuán)可將能量轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP。
2．1，3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變3-磷酸甘油酸
此反應(yīng)由3-磷酸甘油酸激酶催化，產(chǎn)生1分子ATP,這是無(wú)氧酵解過(guò)程中第一次生成ATP。由于是1分子葡萄糖產(chǎn)生2分子1，3-二磷酸甘油酸，所以在這一過(guò)程中，1分子葡萄糖可產(chǎn)生2分子ATP。ATP的產(chǎn)生方式是底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)，能量是由底物中的高能磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP。
3．3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-磷酸甘油酸
此反應(yīng)由磷酸甘油酸變位酶催化，磷酸基團(tuán)由3-位轉(zhuǎn)至2-位。
4.2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)
此脫水反應(yīng)由烯醇化酶所催化，Mg2+作為激活劑。反應(yīng)過(guò)程中，分子內(nèi)部能量重新分配，形成含有高能磷酸基團(tuán)的磷酸烯醇式丙酮酸。
5．磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變丙酮酸
此反應(yīng)由丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK) 催化，Mg2+作為激活劑,產(chǎn)生1分子ATP,ΔG'0=-61.9KJ/mol,在生理條件下，此反應(yīng)不可逆。丙酮酸激酶也是無(wú)氧酵解過(guò)程中的關(guān)鍵酶及調(diào)節(jié)點(diǎn)。
這是無(wú)氧酵解過(guò)程第二次生成ATP，產(chǎn)生方式也是底物水平磷酸化。由于是1分子葡萄糖產(chǎn)生2分子丙酮酸，所以在這一過(guò)程中，1分子葡萄糖可產(chǎn)生2分子ATP。
反應(yīng)的第二階段的特點(diǎn)是能量的產(chǎn)生。無(wú)氧酵解過(guò)程的能量產(chǎn)生主要在3-磷酸甘油醛脫氫成為1，3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸徇^(guò)程中，共產(chǎn)生4分子ATP，產(chǎn)生方式都是底物水平磷酸化。這一階段中丙酮酸激酶是糖酵解過(guò)程的另一個(gè)關(guān)鍵酶和調(diào)節(jié)點(diǎn)。
(四)2分子丙酮酸還原為2分子乳酸
在無(wú)氧條件下，丙酮酸被還原為乳酸。此反應(yīng)由乳酸脫氫酶催化，乳酸脫氫酶有多種同工酶，骨骼肌中主要含有LDH5，它和丙酮酸親和力較高，有利于丙酮酸還原為乳酸，LDH5的輔酶是NAD+。還原反應(yīng)所需的NADH+H+是3-磷酸甘油醛脫氫時(shí)產(chǎn)生，作為供氫體脫氫后成為NAD+，再作為3-磷酸甘油醛脫氫酶的輔酶。因此，NAD+來(lái)回穿梭，起著遞氫作用，使無(wú)氧酵解過(guò)程持續(xù)進(jìn)行。在有氧的條件下，3-磷酸甘油醛脫氫產(chǎn)生的NADH+H+從細(xì)胞質(zhì)中通過(guò)穿梭系統(tǒng)進(jìn)入線粒體經(jīng)電子傳遞鏈傳遞生成水，同時(shí)釋放出能量。
二、糖酵解過(guò)程的能量變化
1分子葡萄糖在缺氧的條件下轉(zhuǎn)變?yōu)?分子乳酸，同時(shí)伴隨著能量的產(chǎn)生，凈產(chǎn)生2分子ATP；糖原開(kāi)始1分子葡萄糖單位糖酵解成乳酸，凈產(chǎn)生3分子ATP。
三、糖酵解的生理意義
(一) 主要的生理功能是在缺氧時(shí)迅速提供能量
(二)正常情況下為一些細(xì)胞提供部分能量
(三) 糖酵解是糖有氧氧化的前段過(guò)程，其一些中間代謝物是脂類(lèi)、氨基酸等合成的前體。
四、糖酵解的調(diào)節(jié)
糖酵解途徑中有3個(gè)不可逆反應(yīng)：分別由己糖激酶(葡萄糖激酶)、6-磷酸果糖激酶1和丙酮酸激酶催化的反應(yīng)。它們是糖無(wú)氧酵解途徑的三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)，其中以6-磷酸果糖激酶1的活性是該途徑中的主要調(diào)節(jié)點(diǎn)。
(一)己糖激酶活性的別構(gòu)調(diào)節(jié)
骨骼肌中的己糖激酶的Km相對(duì)較小,在血糖達(dá)到一定濃度后，活性就能達(dá)到最高，它是一種別構(gòu)酶，其活性受到自身反應(yīng)產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖的抑制。肝內(nèi)的葡萄糖激酶的直接調(diào)節(jié)因素是血糖濃度，由于葡萄糖激酶Km相對(duì)較大,在餐后、血糖濃度很高時(shí)，過(guò)量的葡萄糖運(yùn)輸?shù)礁蝺?nèi)，肝內(nèi)的葡萄糖激酶激活；葡萄糖激酶也是別構(gòu)酶，活性受到6-磷酸果糖的抑制，而不受6-磷酸葡萄糖的抑制，這樣可保證肝糖原順利合成。
(二)6-磷酸果糖激酶1的別構(gòu)調(diào)節(jié)
6-磷酸果糖激酶1是糖酵解途徑中最重要的一個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)，它是別構(gòu)酶，由4個(gè)亞基組成，有很多激活劑和抑制劑。高濃度ATP、檸檬酸是此酶的變構(gòu)抑制劑。ADP、AMP、2，6-二磷酸果糖(Fructose 2，6 bisphosphate，F(xiàn)-2，6-BP)是此酶的變構(gòu)激活劑。2，6-二磷酸果糖盡管和1，6二磷酸果糖結(jié)構(gòu)相似，但F-2，6-BP不是6-磷酸果糖激酶1的產(chǎn)物，而是6-磷酸果糖激酶1最強(qiáng)烈的激活劑、最重要的調(diào)節(jié)因素。
F-2，6-BP的生成是以6-磷酸果糖為底物在6-磷酸果糖激酶2(6-phosphofructokinase2，PFK2)催化下產(chǎn)生(圖6-5)。6-磷酸果糖激酶2是雙功能酶，包括6-磷酸果糖激酶2與2,6-二磷酸果糖酶2活性，它們同時(shí)存在于一條55x103(55kDa )的多肽鏈中。6-磷酸果糖激酶2的別構(gòu)激活劑是底物F-6-P，在糖供應(yīng)充分時(shí)，F(xiàn)-6-P激活雙功能酶中的6-磷酸果糖激酶2的活性、抑制2,6-二磷酸果糖酶2活性,產(chǎn)生大量F-2，6-BP。相反，在葡萄糖供應(yīng)不足的情況下，胰高血糖素刺激產(chǎn)生cAMP,激活A(yù)激酶,使雙功能酶磷酸化后,雙功能酶中的6-磷酸果糖激酶2活性抑制而2,6-二磷酸果糖酶2活性激活，減少F-2，6-BP產(chǎn)生。由此可見(jiàn)，在高濃度葡萄糖的情況下，2，6-二磷酸果糖濃度提高，可激活6-磷酸果糖激酶1，促進(jìn)糖酵解過(guò)程進(jìn)行。 F-2，6-BP在參與糖代謝調(diào)節(jié)中起著重要作用。
(三)丙酮酸激酶
丙酮酸激酶是糖酵解過(guò)程的第二個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)，1，6-二磷酸果糖是此酶的別構(gòu)激活劑，而ATP是該酶的別構(gòu)抑制劑，ATP能降低該酶對(duì)底物磷酸烯醇式丙酮酸的親和力；乙酰輔酶A及游離長(zhǎng)鏈脂肪酸也是該酶抑制劑，它們都是產(chǎn)生ATP的重要物質(zhì)?！ ?/p>
糖的有氧氧化
有氧氧化(aerobic oxidation)是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧條件下，進(jìn)一步氧化生成乙酰輔酶A，經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底氧化成水、二氧化碳及能量的過(guò)程。這是糖氧化的主要方式，是機(jī)體獲得能量的主要途徑。
一、反應(yīng)過(guò)程
（一）葡萄糖氧化生成丙酮酸；
這一階段和糖酵解過(guò)程相似，在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。在缺氧的條件下丙酮酸生成乳酸。在有氧的條件下丙酮酸進(jìn)入線粒體生成乙酰輔酶A，再進(jìn)入三羧酸循環(huán)。
（二）丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A
在有氧條件下，丙酮酸從細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入線粒體。在丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下進(jìn)行氧化脫羧反應(yīng)，該反應(yīng)的ΔG'0=-39．5kJ／mol，反應(yīng)不可逆(圖6-6)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體是由三種酶組成的多酶復(fù)合體，它包括丙酮酸脫氫酶，二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶及二氫硫辛酸脫氫酶。以乙酰轉(zhuǎn)移酶為核心，周?chē)帕兄崦摎涿讣岸淞蛐了崦摎涿?。參與的輔酶有TPP，硫辛酸，F(xiàn)AD，NAD+，輔酶A。在多酶復(fù)合體中進(jìn)行著緊密相連的連鎖反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)迅速完成，催化效率高，使丙酮酸脫羧和脫氫生成乙酰輔酶A及NADH+H+。
（三）三羧酸循環(huán)
丙酮酸氧化脫羧生成的乙酰輔酶A要徹底進(jìn)行氧化，這個(gè)氧化過(guò)程是三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)。三羧酸循環(huán)是Krebs于1937年發(fā)現(xiàn)的。故又稱(chēng)Krebs循環(huán)。因?yàn)檠h(huán)中第一個(gè)中間產(chǎn)物是檸檬酸，故又稱(chēng)檸檬酸循環(huán)(citric acid cycle)。乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成含有3個(gè)羧基的檸檬酸，再經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)重新變成草酰乙酸完成一輪循環(huán)，其中氧化反應(yīng)脫下的氫經(jīng)線粒體內(nèi)膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成ATP；而脫羧反應(yīng)生成的二氧化碳則通過(guò)血液運(yùn)輸?shù)?a href="/w/%E5%91%BC%E5%90%B8%E7%B3%BB%E7%BB%9F" title="呼吸系統(tǒng)">呼吸系統(tǒng)而被排出，是體內(nèi)二氧化碳的主要來(lái)源。
1.三羧酸循環(huán)反應(yīng)過(guò)程：
（1）乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成檸檬酸
此反應(yīng)由檸檬酸合酶（citrate synthase）催化，是三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶，是重要的調(diào)節(jié)點(diǎn)。由于高能硫酯鍵水解時(shí)釋出較多自由能，ΔG'0=-32.2kJ／mol，此反應(yīng)不可逆。
（2）檸檬酸經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸
此反應(yīng)由順烏頭酸酶催化，檸檬酸脫水、加水生成異檸檬酸。
（3）異檸檬酸β-氧化、脫羧生成α-酮戊二酸
此反應(yīng)在異檸檬酸脫氫酶作用下進(jìn)行脫氫、脫羧，這是三羧酸循環(huán)中第一次氧化脫羧。異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase)是三羧酸循環(huán)的限速酶，是最主要的調(diào)節(jié)點(diǎn)，輔酶是NAD+，脫氫生成的NADH+H+經(jīng)線粒體內(nèi)膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。異檸檬酸先脫氫生成草酰琥珀酸，再脫羧生成α-酮戊二酸。ΔG'0=-20.9kJ／mol。
（4）α-酮戊二酸氧化、脫羧生成琥珀酰輔酶A
此反應(yīng)在α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體(α-ketoglutarate dehydrogenase complex)的催化下脫氫、脫羧生成琥珀酰輔酶A，這是三羧酸循環(huán)中第二次氧化脫羧。α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體是三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶，是第三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)。α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體是多酶復(fù)合體，其組成及反應(yīng)方式都與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體相似。它所含的三種酶是α-酮戊二酸脫氫酶(需TPP)；硫辛酸琥珀酰基轉(zhuǎn)移酶(需硫辛酸和輔酶A)；二氫硫辛酸脫氫酶(需FAD、NAD+)。脫氫生成NADH+H+，經(jīng)線粒體內(nèi)膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。
由于反應(yīng)中分子內(nèi)部能量重排，產(chǎn)物琥珀酰輔酶A中含有一個(gè)高能硫酯鍵，此反應(yīng)不可逆。ΔG'0=-33.5kJ／mol。
（5）琥珀酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/w/%E7%90%A5%E7%8F%80%E9%85%B8" title="琥珀酸">琥珀酸
此反應(yīng)由琥珀酸硫激酶（琥珀酰輔酶A合成酶）催化，琥珀酰輔酶A中的高能硫酯鍵釋放能量，可以轉(zhuǎn)移給ADP（或GDP），形成ATP（或GTP）。細(xì)胞中有兩種同工酶，一種形成ATP，另一種形成GTP。這是因?yàn)殓晁崃蚣っ赣搔?、β亞基組成，α亞基上有磷酸化的組氨酸殘基以及結(jié)合CoA的位點(diǎn)；β亞基上既可以結(jié)合ATP又可以結(jié)合GTP。形成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下，將高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP。這是三羧酸循環(huán)中唯一的一次底物水平磷酸化，生成1分子ATP。
（6）琥珀酸脫氫轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/w/%E5%BB%B6%E8%83%A1%E7%B4%A2%E9%85%B8" title="延胡索酸" class="mw-redirect">延胡索酸
此反應(yīng)由琥珀酸脫氫酶催化，輔酶是FAD，脫氫后生成FADH2，經(jīng)線粒體內(nèi)膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成2分子ATP。
（7）延胡索酸轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/w/%E8%8B%B9%E6%9E%9C" title="蘋(píng)果">蘋(píng)果酸
此反應(yīng)由延胡索酸酶催化，加水生成蘋(píng)果酸。
（8）蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸
此反應(yīng)由蘋(píng)果酸脫氫酶催化，輔酶是NAD+，脫氫后生成NADH+H+，經(jīng)線粒體內(nèi)膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。
2. 三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)：
（1）三羧酸循環(huán)是乙酰輔酶A的徹底氧化過(guò)程。草酰乙酸在反應(yīng)前后并無(wú)量的變化。三羧酸循環(huán)中的草酰乙酸主要來(lái)自丙酮酸的直接羧化。
（2）三羧酸循環(huán)是能量的產(chǎn)生過(guò)程，1分子乙酰CoA通過(guò)TCA經(jīng)歷了4次脫氫（3次脫氫生成NADH+H+，1次脫氫生成FADH2）、2次脫羧生成CO2，1次底物水平磷酸化，共產(chǎn)生12分子ATP。
（3）三羧酸循環(huán)中檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體是反應(yīng)的關(guān)鍵酶，是反應(yīng)的調(diào)節(jié)點(diǎn)。
3. 三羧酸循環(huán)的生理意義
（1）三羧酸循環(huán)是糖、脂和蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的最終代謝通路。糖、脂和蛋白質(zhì)在體內(nèi)代謝都最終生成乙酰輔酶A，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解成水、CO2和產(chǎn)生能量。
（2）三羧酸循環(huán)是糖、脂和蛋白質(zhì)三大物質(zhì)代謝的樞紐。
二、糖的有氧氧化生理意義
糖有氧氧化的主要功能是提供能量，人體內(nèi)絕大多數(shù)組織細(xì)胞通過(guò)糖的有氧氧化獲取能量。體內(nèi)l分子葡萄糖徹底有氧氧化生成38(或36)分子 ATP。葡萄糖徹底氧化生成CO2、H2O的過(guò)程中，ΔG'0=-2840kJ／mol，生成了38分子 ATP，38×30.5 kJ／mol=1159 kJ／mol，產(chǎn)生能量的有效率為40%左右。
糖的有氧氧化中通過(guò)氧化磷酸化反應(yīng)得到34(或32)分子ATP，通過(guò)底物水平磷酸化生成6分子ATP。在肝、腎、心等組織中l(wèi)分子葡萄糖徹底氧化可生成38分子ATP，而骨骼肌及腦組織中只能生成36分子ATP，這一差別的原因是由于葡萄糖到丙酮酸這階段的反應(yīng)是在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，3-磷酸甘油醛脫氫酶的輔酶NADH+H+又必須在線粒體內(nèi)進(jìn)行氧化磷酸化，因此NADH+H+要通過(guò)穿梭系統(tǒng)進(jìn)入線粒體，由于穿梭系統(tǒng)的不同，最后獲得ATP數(shù)目亦不同。從糖原的葡萄糖殘基開(kāi)始氧化，則每分子糖基氧化可形成39(或37)分子ATP。
三、糖有氧氧化的調(diào)節(jié)
糖有氧氧化中，葡萄糖生成丙酮酸過(guò)程的調(diào)節(jié)和糖酵解中一樣，這里主要討論丙酮酸脫氫酶復(fù)合體和三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)。
（一） 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié)
丙酮酸脫氫酶復(fù)合體有別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)調(diào)節(jié)兩種。別構(gòu)調(diào)節(jié)的抑制劑有ATP、乙酰輔酶A、NADH、脂肪酸等。激活劑是ADP、CoA、NAD+和Ca2+等。當(dāng)［ATP］/［ADP］，［NADH］/［NAD+］和［乙酰CoA］/［ CoA］很高時(shí)，提示能量足夠，丙酮酸脫氫酶復(fù)合體被別構(gòu)后活性抑制。
丙酮酸脫氫酶復(fù)合體還存在共價(jià)修飾調(diào)節(jié)機(jī)制：組成成分之一的丙酮酸脫氫酶中的絲氨酸殘基可被特定的磷酸激酶磷酸化而使丙酮酸脫氫酶失活；相應(yīng)的磷酸酶可使磷酸化的丙酮酸脫氫酶去磷酸化而恢復(fù)其活性。這個(gè)特定的磷酸激酶又受到ATP的別構(gòu)激活：當(dāng)ATP濃度高時(shí)，特定的磷酸激酶別構(gòu)激活，使丙酮酸脫氫酶被磷酸化抑制其活性。
（二） 三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)
三羧酸循環(huán)的三個(gè)調(diào)節(jié)點(diǎn)是：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體這三個(gè)限速酶，最重要的調(diào)節(jié)點(diǎn)是異檸檬酸脫氫酶，其次是α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體；最主要的調(diào)節(jié)因素是ATP和NADH的濃度。當(dāng)［ATP］/［ADP］，［NADH］/［NAD+］很高時(shí)，提示能量足夠，三個(gè)限速酶活性被抑制；反之，這三個(gè)限速酶的活性被激活。此外，底物乙酰CoA、草酰乙酸的不足，產(chǎn)物檸檬酸、ATP產(chǎn)生過(guò)多，都能抑制檸檬酸合酶。
四、糖有氧氧化與糖酵解的相互調(diào)節(jié)
巴斯德效應(yīng)（Pastuer effect）是指：在有氧的條件下糖有氧氧化抑制糖無(wú)氧酵解。這個(gè)效應(yīng)是Pastuer在研究酵母菌葡萄糖發(fā)酵時(shí)發(fā)現(xiàn)的：在無(wú)氧的條件下，糖無(wú)氧酵解產(chǎn)生的ATP的速度和數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有氧氧化，為產(chǎn)生ATP的主要方式。但在有氧的條件下，酵母菌的酵解作用受到抑制。這種現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在肌肉中：當(dāng)肌肉組織供氧充分的情況下，有氧氧化抑制糖無(wú)氧酵解，產(chǎn)生大量量能量供肌肉組織活動(dòng)所需。缺氧時(shí)，則以糖無(wú)氧酵解為主。
在一些代謝旺盛的正常組織和腫瘤細(xì)胞中，即使在有氧的條件下，仍然以糖無(wú)氧酵解為產(chǎn)生ATP的主要方式，這種現(xiàn)象稱(chēng)為Cratree效應(yīng)或反巴斯德效應(yīng)。在具有Cratree效應(yīng)的組織細(xì)胞中，其糖無(wú)氧酵解酶系（己糖激酶、6磷酸果糖激酶1、丙酮酸激酶）活性較強(qiáng)，而線粒體中產(chǎn)生ATP的酶系活性較低，氧化磷酸化減弱，以糖無(wú)氧酵解酶系產(chǎn)生能量為主?！ ?/p>
磷酸戊糖途徑
磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）是葡萄糖氧化分解的另一條重要途徑，它的功能不是產(chǎn)生ATP，而是產(chǎn)生細(xì)胞所需的具有重要生理作用的特殊物質(zhì)，如NADPH和5-磷酸核糖。這條途徑存在于肝臟、脂肪組織、甲狀腺、腎上腺皮質(zhì)、性腺、紅細(xì)胞等組織中。代謝相關(guān)的酶存在于細(xì)胞質(zhì)中。
一、 磷酸戊糖途徑反應(yīng)過(guò)程
磷酸戊糖途徑是一個(gè)比較復(fù)雜的代謝途徑： 6分子葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑可以使1分子葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?分子CO2。磷酸戊糖途徑的過(guò)程
反應(yīng)可分為兩個(gè)階段：第一階段是氧化反應(yīng)，產(chǎn)生NADPH及5-磷酸核糖；第二階段是非氧化反應(yīng)，是一系列基團(tuán)的轉(zhuǎn)移過(guò)程。
第一階段：氧化反應(yīng)
6-磷酸葡萄糖由6-磷酸葡萄糖脫氫酶（glucose 6-phosphate dehydrogenase,G-6-PD）及6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的催化作用，NADP+是它們的輔酶，G-6-P在第一位碳原子上脫氫脫羧而轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核酮糖，同時(shí)生成2分子NADPH+H+及1分子CO2。5-磷酸核酮糖在異構(gòu)酶的作用下成為5-磷酸核糖。
在這一階段中產(chǎn)生了NADPH+H+和5-磷酸核糖這兩個(gè)重要的代謝產(chǎn)物。
第二階段：非氧化反應(yīng)--一系列基團(tuán)的轉(zhuǎn)移
在這一階段中磷酸戊糖繼續(xù)代謝，通過(guò)一系列的反應(yīng)，循環(huán)再生成G-6-P。5-磷酸核酮糖經(jīng)異構(gòu)反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸核糖或5-磷酸木酮糖，三種形式的磷酸戊糖經(jīng)轉(zhuǎn)酮醇酶催化轉(zhuǎn)移酮醇基(—CO-CH20H)及轉(zhuǎn)醛醇酶催化轉(zhuǎn)移醛醇基(-CHOH-CO-CH20H)，進(jìn)行基團(tuán)轉(zhuǎn)移，中間生成三碳、七碳、四碳和六碳等的單糖磷酸酯，最后轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，進(jìn)一步代謝成為G-6-P。
二、生理意義
磷酸戊糖途徑不是供能的主要途徑，它的主要生理作用是提供生物合成所需的一些原料。
(一)提供NADPH+H+
1.NADPH+H+作為供氫體，參與生物合成反應(yīng)。如脂肪酸、類(lèi)固醇激素等生物合成時(shí)都需NADPH+H+，所以脂類(lèi)合成旺盛的組織如肝臟、乳腺、腎上腺皮質(zhì)、脂肪組織等磷酸戊糖途徑比較活躍。
2.NADPH+H+是加單氧酶體系的輔酶之一，參與體內(nèi)羥化反應(yīng)，例如一些藥物、毒物在肝臟中的生物轉(zhuǎn)化作用等。
3．NADPH+H+是谷胱甘肽還原酶的輔酶，NADPH使氧化型谷胱甘肽變?yōu)镚SH，對(duì)維持紅細(xì)胞中還原型谷胱甘肽(GSH)的正常含量起重要作用。GSH能去除紅細(xì)胞中的H2O2，維護(hù)紅細(xì)胞的完整性：H2O2在紅細(xì)胞中的積聚，會(huì)加快血紅蛋白氧化生成高鐵血紅蛋白的過(guò)程，降低紅細(xì)胞的壽命；H2O2對(duì)脂類(lèi)的過(guò)氧化會(huì)導(dǎo)致紅細(xì)胞膜的破壞，造成溶血。
遺傳性G-6-PD缺乏的患者，磷酸戊糖途徑不能正常進(jìn)行，造成NADPH+H+減少，GSH含量低下，紅細(xì)胞易破壞而發(fā)生溶血性貧血。
(三)三碳糖、四碳糖、五碳糖、七碳糖及六碳糖通過(guò)磷酸戊糖途徑互相轉(zhuǎn)換?！ ?/p>
糖原合成和糖原分解
糖原是體內(nèi)糖的儲(chǔ)存形式，主要以肝糖原、肌糖原形式存在。肝糖原的合成與分解主要是為了維持血糖濃度的相對(duì)恒定；肌糖原是肌肉糖酵解的主要來(lái)源。糖原由許多葡萄糖通過(guò)α-1，4-糖苷鍵(直鏈)及α-1，6-糖苷鍵(分枝)相連而成的帶有分枝的多糖(圖6-11)，存在于細(xì)胞質(zhì)中。
糖原合成(glycogenesis)是由葡萄糖合成糖原的過(guò)程。反之，糖原分解(glycogenolysis)則是指肝糖原分解為葡萄糖的過(guò)程。糖原合成及分解反應(yīng)都是從糖原分支的非還原性末端開(kāi)始，分別由兩組不同的酶催化。
一、 糖原合成
糖原合成首先以葡萄糖為原料合成尿苷二磷酸葡萄糖（uridine diphosphate glucose，UDP-Glc），在限速酶糖原合酶(glycogen synthase)的作用下，將UDP-Glc轉(zhuǎn)給肝、肌肉中的糖原蛋白(glycogenin)上，延長(zhǎng)糖鏈合成糖原。其次糖鏈在分支酶的作用下再分支合成多支的糖原。反應(yīng)可以分為二個(gè)階段：
第一階段：糖鏈的延長(zhǎng)
游離的葡萄糖不能直接合成糖原，它必須先磷酸化為G-6-P再轉(zhuǎn)變?yōu)镚-1-P，后者與UTP作用形成UDP-Glc及焦磷酸(PPi)。UDP-Glc是糖原合成的底物，葡萄糖殘基的供體，稱(chēng)為活性葡萄糖。UDP-Glc在糖原合酶催化下將葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到糖原蛋白中糖原的直鏈分子非還原端殘基上，以α-1，4-糖苷鍵相連延長(zhǎng)糖鏈。
第二階段：糖鏈分支
糖原合酶只能延長(zhǎng)糖鏈，不能形成分支。當(dāng)直鏈部分不斷加長(zhǎng)到超過(guò)11個(gè)葡萄糖殘基時(shí)，分支酶可將一段糖鏈(至少含有6個(gè)葡萄糖殘基)轉(zhuǎn)移到鄰近糖鏈上，以α-1，6-糖苷鍵相連接，形成新的分支(圖6-13)，分支以α-1，4-糖苷鍵繼續(xù)延長(zhǎng)糖鏈。
糖原蛋白是一個(gè)分子質(zhì)量為37 kDa的蛋白質(zhì)，它既是糖鏈延長(zhǎng)的引物，又具有酶活性，在糖原合成起始中具有重要作用（圖6-15）。①UDP-Glc提供的一個(gè)葡萄糖殘基和糖原蛋白上的酪氨酸殘基進(jìn)行共價(jià)連接，這一步是由糖原蛋白本身具有的糖基轉(zhuǎn)移酶（glucosyltransferase）所催化的。②結(jié)合了一個(gè)葡萄糖殘基的糖原蛋白和糖原合酶一起三者形成一個(gè)牢固的復(fù)合物，以后的反應(yīng)都在這個(gè)復(fù)合物上進(jìn)行。③UDP-Glc在糖基轉(zhuǎn)移酶催化下提供葡萄糖殘基，糖原合酶催化合成，以α-1，4-糖苷鍵延長(zhǎng)，形成7個(gè)葡萄糖殘基以上的短鏈。④隨著糖鏈的延長(zhǎng)，糖原合酶最終和糖原蛋白分離。⑤在糖原合酶和分支酶的聯(lián)合作用下完成糖原的合成，糖原蛋白仍然保留在糖原分子中。
糖原合酶是糖原合成的限速酶，是糖原合成的調(diào)節(jié)點(diǎn)。糖原蛋白每增加一個(gè)葡萄糖殘基要消耗2分子ATP(葡萄糖磷酸化以及生成UDP-Glc)。
二、糖原分解
在限速酶糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase）的催化下，糖原從分支的非還原端開(kāi)始，逐個(gè)分解以α-1，4-糖苷鍵連接的葡萄糖殘基，形成G-1-P。G-1-P轉(zhuǎn)變?yōu)镚-6-P后，肝及腎中含有葡萄糖-6-磷酸酶，使G-6-P水解變成游離葡萄糖，釋放到血液中，維持血糖濃度的相對(duì)恒定。由于肌肉組織中不含葡萄糖-6-磷酸酶，肌糖原分解后不能直接轉(zhuǎn)變?yōu)檠?，產(chǎn)生的G-6-P在有氧的條件下被有氧氧化徹底分解，在無(wú)氧的條件下糖酵解生成乳酸，后者經(jīng)血循環(huán)運(yùn)到肝臟進(jìn)行糖異生，再合成葡萄糖或糖原。
當(dāng)糖原分子的分支被糖原磷酸化酶作用到距分支點(diǎn)只有4個(gè)葡萄糖殘基時(shí)，糖原磷酸化酶不能再發(fā)揮作用。此時(shí)脫支酶發(fā)揮作用，脫支酶具有轉(zhuǎn)寡糖基酶和α-1，6-葡萄糖苷酶兩個(gè)酶活性：轉(zhuǎn)寡糖基酶將分支上殘留的3個(gè)葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到另外分支的末端糖基上，并進(jìn)行α-1，4-糖苷鍵連接；而殘留的最后一個(gè)葡萄糖殘基則通過(guò)α-1，6-葡萄糖苷酶水解，生成游離的葡萄糖；分支去除后，糖原磷酸化酶繼續(xù)催化分解葡萄糖殘基形成G-1-P。
三、糖原合成與糖原分解的調(diào)節(jié)
在肌肉中糖原的合成與分解主要是為肌肉提供ATP；在肝臟，糖原合成、糖原分解主要是為了維持血糖濃度的相對(duì)恒定。它們的作用受到腎上腺素、胰高血糖素、胰島素等激素的影響：腎上腺素主要作用于肌肉；胰高血糖素、胰島素主要調(diào)節(jié)肝臟中糖原合成和分解的平衡。糖原合酶與糖原磷酸化酶分別是糖原合成和糖原分解的限速酶，糖原磷酸化酶和糖原合酶的活性不會(huì)同時(shí)被激活或同時(shí)抑制，它們可以通過(guò)別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾調(diào)節(jié)兩種方式進(jìn)行活性的調(diào)節(jié)。
(一) 糖原磷酸化酶活性調(diào)節(jié)
糖原磷酸化酶以a、b兩種形式存在。在糖原磷酸化酶激酶及ATP存在下，在糖原磷酸化酶b的絲氨酸殘基進(jìn)行磷酸化修飾，使無(wú)活性的糖原磷酸化酶b轉(zhuǎn)變成有活性的糖原磷酸化酶a。糖原磷酸化酶a可經(jīng)磷蛋白磷酸酶作用使其絲氨酸殘基脫去磷酸，成為無(wú)活性的糖原磷酸化酶b。
在肌肉劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，糖原磷酸化酶的活性是受到腎上腺素的調(diào)節(jié)。腎上腺素通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)使cAMP的濃度提高，激活A(yù)激酶使無(wú)活性的糖原磷酸化酶激酶b磷酸化成為有活性的糖原磷酸化酶激酶a，糖原磷酸化酶激酶a進(jìn)一步使無(wú)活性的糖原磷酸化酶b成為有活性的糖原磷酸化酶a，促進(jìn)糖原分解，產(chǎn)生能量。
當(dāng)肌肉劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌糖原分解增加，這過(guò)程也涉及是二個(gè)別構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制。一個(gè)是Ca2+的別構(gòu)調(diào)節(jié)：Ca2+是肌肉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)，它結(jié)合并別構(gòu)糖原磷酸化酶激酶b使其具有活性，促進(jìn)無(wú)活性的糖原磷酸化酶b轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘奶窃姿峄竌。另一個(gè)是AMP和ATP的別構(gòu)調(diào)節(jié)：AMP在劇烈運(yùn)動(dòng)的肌肉中積聚，別構(gòu)激活糖原磷酸化酶；當(dāng)ATP足夠時(shí)，ATP和別構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合，使糖原磷酸化酶失活。
在肝臟中，糖原磷酸化酶的活性調(diào)節(jié)主要受胰高血糖素調(diào)節(jié)，當(dāng)血糖濃度降低到一定程度，通過(guò)胰高血糖素形成cAMP，激活A(yù)激酶使磷酸化酶激酶b成為磷酸化酶激酶a，催化無(wú)活性的磷酸化酶b轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牧姿峄竌，促使肝糖原分解成葡萄糖釋放到血液中，達(dá)到升血糖目的。在肝臟中糖原磷酸化酶的活性也存在著別構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制。當(dāng)血糖濃度恢復(fù)正常，葡萄糖進(jìn)入肝細(xì)胞并和糖原磷酸化酶a的別構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合，使糖原磷酸化酶a上磷酸化的絲氨酸殘基暴露給糖原磷酸化酶a磷酸酶，糖原磷酸化酶a脫磷酸成無(wú)活性的糖原磷酸化酶b，此時(shí)葡萄糖是別構(gòu)劑。
(二)糖原合成酶活性的調(diào)節(jié)
糖原合酶也分為a、b兩種形式。糖原合酶a具有活性。糖原合酶a被磷酸化轉(zhuǎn)變成無(wú)活性的糖原合酶b。在磷蛋白磷酸酶的作用下，無(wú)活性的糖原酶b脫磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘奶窃厦竌。糖原磷酸化酶和糖原合酶的活性在磷酸化與去磷酸化作用下相互調(diào)節(jié)，一個(gè)酶被激活，另一個(gè)酶活性被抑制，二個(gè)酶不會(huì)同時(shí)被激活或同時(shí)抑制。
糖原磷酸化酶激酶a、糖原磷酸化酶a和糖原合酶b，它們的脫磷酸均由磷蛋白磷酸酶催化。磷蛋白磷酸酶可與磷蛋白磷酸酶抑制物結(jié)合而失去活性，以保證糖原磷酸化酶激酶a、糖原磷酸化酶a和糖原合酶b維持磷酸化的狀態(tài)。只有磷酸化的磷蛋白磷酸酶抑制物才能和磷蛋白磷酸酶結(jié)合而使磷蛋白磷酸酶失去活性。因此cAMP激活A(yù)激酶，不僅促進(jìn)糖原磷酸化酶激酶b磷酸化成為糖原磷酸化酶激酶a、磷酸化酶b磷酸化成為磷酸化酶a，又通過(guò)磷蛋白磷酸酶抑制劑的磷酸化，達(dá)到抑制磷蛋白磷酸酶對(duì)糖原磷酸化酶激酶a、糖原磷酸化酶a和糖原合酶b脫磷酸化的目的，最終促進(jìn)糖原分解，抑制糖原合成。
中酶的磷酸化與去磷酸化使酶活性相應(yīng)改變，構(gòu)成一組連續(xù)的、級(jí)聯(lián)式(cascade)的酶促反應(yīng)過(guò)程，各級(jí)反應(yīng)不僅都可被調(diào)節(jié)，而且有放大效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)機(jī)制有利于機(jī)體針對(duì)不同生理狀況作出反應(yīng)。
四、糖原貯積病
糖原貯積病(glycogen storage disease)是一類(lèi)遺傳性疾病,表現(xiàn)為異常種類(lèi)和數(shù)量的糖原在組織中沉積,產(chǎn)生不同類(lèi)型的糖原貯積病,每種類(lèi)型表現(xiàn)為糖原代謝中的一個(gè)特定的酶缺陷或缺失而使糖原貯存,由于肝臟和骨骼肌是糖原代謝的重要部位,因此是糖原貯積病的最主要累及部位.肝臟、肌肉?！ ?/p>
糖異生作用
糖異生作用(gluconeogenesis)是指非糖物質(zhì)如生糖氨基酸、乳酸、丙酮酸及甘油等轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^(guò)程。糖異生的最主要器官是肝臟。
一、糖異生反應(yīng)過(guò)程
糖異生反應(yīng)過(guò)程基本上是糖酵解反應(yīng)的逆過(guò)程。由于糖酵解過(guò)程中由己糖激
酶、6-磷酸果糖激酶1及丙酮酸激酶催化的三個(gè)反應(yīng)釋放了大量的能量，構(gòu)成難以逆行的能障， 因此這三個(gè)反應(yīng)是不可逆的。這三個(gè)反應(yīng)可以分別通過(guò)相應(yīng)的、特殊的酶催化，使反應(yīng)逆行(圖6-19)，完成糖異生反應(yīng)過(guò)程。
(一)丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐际奖?/p>
丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的反應(yīng)包括丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化的兩步反應(yīng)，構(gòu)成一條所謂“丙酮酸羧化支路”使反應(yīng)進(jìn)行。這個(gè)反應(yīng)是糖酵解過(guò)程中丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的逆過(guò)程。
1. 丙酮酸羧化生成草酰乙酸
此反應(yīng)由丙酮酸羧化酶催化，輔酶是生物素， ATP、Mg2+（Mn2+）參與羧化反應(yīng)， CO2通過(guò)生物素使丙酮酸羧化生成草酰乙酸。此酶存在于線粒體中，故丙酮酸必須進(jìn)入線粒體才能被羧化為草酰乙酸，這也是體內(nèi)草酰乙酸的重要來(lái)源之一。
2．草酰乙酸脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
此反應(yīng)由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由GTP提供能量，釋放CO2。
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在人體的線粒體及胞液中均有存在。存在于線粒體中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，可直接催化草酰乙酸脫羧生成PEP，PEP從線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)，通過(guò)糖酵解逆行過(guò)程生成1，6-二磷酸果糖。存在于細(xì)胞質(zhì)中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，首先要使草酰乙酸從線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中：由于草酰乙酸不能自由進(jìn)出線粒體內(nèi)膜，因此草酰乙酸先要在線粒體內(nèi)還原生成蘋(píng)果酸或經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成天冬氨酸；蘋(píng)果酸、天冬氨酸都能自由進(jìn)出線粒體內(nèi)膜，可從線粒體到達(dá)細(xì)胞質(zhì)；在細(xì)胞質(zhì)中蘋(píng)果酸可脫氫氧化、天冬氨酸可再經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成草酰乙酸，完成了將草酰乙酸從線粒體轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)的過(guò)程。然后，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)中的草酰乙酸可在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下脫羧生成PEP。
(二)1，6-二磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖
此反應(yīng)由1，6-二磷酸果糖酶1催化進(jìn)行。這個(gè)反應(yīng)是糖酵解過(guò)程中1，6-二磷酸果糖酶1催化6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖的逆過(guò)程。
(三)6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?/p>
此反應(yīng)由葡萄糖-6-磷酸酶催化進(jìn)行。這個(gè)反應(yīng)是糖酵解過(guò)程中己糖激酶催
化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖的逆過(guò)程。
二、生理意義
1.糖異生最重要的生理意義是在空腹或饑餓情況下維持血糖濃度的相對(duì)恒定
2.乳酸再利用：
乳酸大部分是由肌肉和紅細(xì)胞中糖酵解生成的，經(jīng)血液運(yùn)輸?shù)礁闻K或腎臟，經(jīng)糖異生再形成葡萄糖，后者可經(jīng)血液運(yùn)輸回到各組織中繼續(xù)氧化提供能量。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為是乳酸循環(huán)或Cori循環(huán)（lactate cycle or Cori cycle）。在安靜狀態(tài)下產(chǎn)生乳酸的量甚少，此途徑意義不大。但在某些生理或病理情況下，如劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌糖原酵解產(chǎn)生大量乳酸，大部分可經(jīng)血液運(yùn)到肝臟，通過(guò)糖異生作用合成肝糖原或葡萄糖以補(bǔ)充血糖，而血糖又可供肌肉利用。乳酸循環(huán)可避免損失乳酸以及防止因乳酸堆積引起的酸中毒。
3.糖異生促進(jìn)腎臟排H+、緩解酸中毒
酸中毒時(shí)H+能激活腎小管上皮細(xì)胞中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，促進(jìn)糖異生進(jìn)行。由于三羧酸循環(huán)中間代謝物進(jìn)行糖異生，造成α-酮戊二酸含量降低，促使谷氨酸和谷氨酰胺的脫氨生成的α-酮戊二酸補(bǔ)充三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生的氨則分泌進(jìn)入腎小管，與原尿中H+結(jié)合成NH4+，對(duì)H+過(guò)多起到緩沖作用，可緩解酸中毒。
三、糖異生的調(diào)節(jié)
糖異生途徑中四個(gè)關(guān)鍵酶催化的反應(yīng)是糖異生的主要調(diào)節(jié)點(diǎn)。糖異生與糖酵解是兩條相同但方向相反的代謝途徑，因此它們必須是互為調(diào)節(jié)的，兩條代謝途徑中關(guān)鍵酶的激活或抑制要互相配合：當(dāng)糖供應(yīng)充分時(shí)，糖酵解有關(guān)的酶活性增高，糖異生有關(guān)的酶活性減低；當(dāng)糖供應(yīng)不足時(shí)，糖酵解有關(guān)的酶活性減低，糖異生有關(guān)的酶活性增高。體內(nèi)通過(guò)改變酶的合成速度、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)和別構(gòu)調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)控這兩條途徑中關(guān)鍵酶的活性，以達(dá)到最佳生理效應(yīng)。
1. 誘導(dǎo)、抑制關(guān)鍵酶的合成
當(dāng)血糖濃度升高，一方面可導(dǎo)致胰島素分泌增加，成為增加糖酵解關(guān)鍵酶合成的誘導(dǎo)因素；另一方面可抑制糖皮質(zhì)激素和胰高血糖素誘導(dǎo)產(chǎn)生糖異生的關(guān)鍵酶。
2. 關(guān)鍵酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)
當(dāng)血糖濃度的降低，可導(dǎo)致胰高血糖素、少量的腎上腺素產(chǎn)生，通過(guò)cAMP達(dá)到抑制糖酵解、增加糖異生的目的。cAMP濃度的增加可使A激酶對(duì)丙酮酸酸激酶進(jìn)行磷酸化，磷酸化后的丙酮酸激酶活性降低，糖酵解過(guò)程抑制。胰高血糖素和腎上腺素對(duì)6-磷酸果糖激酶2也有共價(jià)修飾作用，根據(jù)糖供應(yīng)的情況產(chǎn)生相應(yīng)的2，6-二磷酸果糖的量，進(jìn)而影響6-磷酸果糖激酶1的活性，達(dá)到調(diào)節(jié)糖酵解的目的。
3. 關(guān)鍵酶的別構(gòu)調(diào)節(jié)
（1）乙酰CoA作為別構(gòu)劑的作用：激活糖異生的丙酮酸羧化酶，抑制糖有氧氧化中的丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性，促進(jìn)糖異生作用。當(dāng)細(xì)胞能量足夠時(shí)，三羧酸循環(huán)被抑制、乙酰CoA堆積，進(jìn)而抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性，減緩丙酮酸生成乙酰CoA；與此同時(shí)丙酮酸羧化酶激活，增加糖異生過(guò)程，將多余的丙酮酸生成葡萄糖。
（2）AMP、ATP作為別構(gòu)劑的作用：AMP是糖異生的1，6-二磷酸果糖酶1的別構(gòu)抑制劑，是糖酵解中6-磷酸果糖激酶1的別構(gòu)激活劑。ATP、檸檬酸是6-磷酸果糖激酶1的別構(gòu)抑制劑。這二個(gè)酶相互協(xié)調(diào)共同調(diào)節(jié)糖異生、糖酵解。肝細(xì)胞內(nèi)ATP／ADP比值增加時(shí)，糖異生加強(qiáng)而糖酵解被抑制，反之，當(dāng)ATP／ADP比值下降時(shí)，糖酵解加速，而糖異生被抑制。
（3）2，6-二磷酸果糖作為別構(gòu)劑的作用：2，6-二磷酸果糖在糖酵解、糖異生的相互調(diào)節(jié)中起著重要作用。2，6-二磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶1最強(qiáng)烈的別構(gòu)激活劑，同時(shí)也是1，6-二磷酸果糖酶1的別構(gòu)抑制劑。在糖供應(yīng)充分時(shí)，2，6-二磷酸果糖濃度增高激活6-磷酸果糖激酶1，抑制1，6-二磷酸果糖酶1，促進(jìn)糖酵解。在糖供應(yīng)缺乏時(shí) ，2，6二磷酸果糖濃度降低，減低對(duì)6-磷酸果糖激酶1的激活、減低對(duì)1，6-二磷酸果糖酶1的抑制，糖異生增加?！ ?/p>
糖蛋白與蛋白聚糖
糖蛋白(glycoprotein)及蛋白聚糖(proteoglycan)都由蛋白質(zhì)及一條或多條糖鏈以共價(jià)鍵連接的復(fù)合物。它們普遍存在于生物界，在體內(nèi)具有多種重要的生物學(xué)功能。糖蛋白以蛋白質(zhì)為主，而蛋白聚糖中多糖所占重量在一半以上，最多可達(dá)95％，兩者的組成成分、結(jié)構(gòu)與功能有較大差別。
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