- 相關(guān)推薦
臨床執業(yè)醫師考點(diǎn)：糖類(lèi)代謝
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化合物.在人體內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輸形式，在機體糖代謝中占據主要地位;糖原是葡萄糖的多聚體,包括肝糖原、肌糖原和腎糖原等，是糖在體內的儲存形式。葡萄糖與糖原都能在體內氧化提供能量。食物中的糖是機體中糖的主要來(lái)源，被人體攝入經(jīng)消化成單糖吸收后，經(jīng)血液運輸到各組織細胞進(jìn)行合成代謝和分解代謝。機體內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、糖醛酸途徑、多元醇途徑、糖原合成與糖原分解、糖異生以及其他己糖代謝等。
第一節 概述
一、特點(diǎn)
糖代謝可分為分解與合成兩方面，前者包括酵解與三羧酸循環(huán)，后者包括糖的異生、糖原與結構多糖的合成等，中間代謝還有磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等。
糖代謝受神經(jīng)、激素和酶的調節。同一生物體內的不同組織，其代謝情況有很大差異。腦組織始終以同一速度分解糖，心肌和骨骼肌在正常情況下降解速度較低，但當心肌缺氧和骨骼肌痙攣時(shí)可達到很高的速度。葡萄糖的合成主要在肝臟進(jìn)行。不同組織的糖代謝情況反映了它們的不同功能。
二、糖的消化和吸收
(一)消化
淀粉是動(dòng)物的主要糖類(lèi)來(lái)源，直鏈淀粉由300-400個(gè)葡萄糖構成，支鏈淀粉由上千個(gè)葡萄糖構成，每24-30個(gè)殘基中有一個(gè)分支。糖類(lèi)只有消化成單糖以后才能被吸收。
主要的酶有以下幾種：
1.α-淀粉酶 哺乳動(dòng)物的消化道中較多，是內切酶，隨機水解鏈內α1，4糖苷鍵，產(chǎn)生α-構型的還原末端。產(chǎn)物主要是糊精及少量麥芽糖、葡萄糖。最適底物是含5個(gè)葡萄糖的寡糖。
2.β-淀粉酶 在豆、麥種子中含量較多。是外切酶，作用于非還原端，水解α-1，4糖苷鍵，放出β-麥芽糖。水解到分支點(diǎn)則停止，支鏈淀粉只能水解50%。
3.葡萄糖淀粉酶 存在于微生物及哺乳動(dòng)物消化道內，作用于非還原端，水解α-1，4糖苷鍵，放出β-葡萄糖�？伤�α-1，6鍵，但速度慢。鏈長(cháng)大于5時(shí)速度快。
4.其他 α-葡萄糖苷酶水解蔗糖，β-半乳糖苷酶水解乳糖。
二、吸收
D-葡萄糖、半乳糖和果糖可被小腸粘膜上皮細胞吸收，不能消化的二糖、寡糖及多糖不能吸收，由腸細菌分解，以CO2、甲烷、酸及H2形式放出或參加代謝。
三、轉運
1.主動(dòng)轉運小腸上皮細胞有協(xié)助擴散系統，通過(guò)一種載體將葡萄糖(或半乳糖)與鈉離子轉運進(jìn)入細胞。此過(guò)程由離子梯度提供能量，離子梯度則由Na-K-ATP酶維持。細菌中有些糖與氫離子協(xié)同轉運，如乳糖。另一種是基團運送，如大腸桿菌先將葡萄糖磷酸化再轉運，由磷酸烯醇式丙酮酸供能。果糖通過(guò)一種不需要鈉的易化擴散轉運。需要鈉的轉運可被根皮苷抑制，不需要鈉的易化擴散被細胞松馳素抑制。
2.葡萄糖進(jìn)入紅細胞、肌肉和脂肪組織是通過(guò)被動(dòng)轉運。其膜上有專(zhuān)一受體。紅細胞受體可轉運多種D-糖，葡萄糖的Km最小，L型不轉運。此受體是蛋白質(zhì)，其轉運速度決定肌肉和脂肪組織利用葡萄糖的速度。心肌缺氧和肌肉做工時(shí)轉運加速，胰島素也可促進(jìn)轉運，可能是通過(guò)改變膜結構。
第二節 糖酵解
一、定義
1.酵解是酶將葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的過(guò)程。它是動(dòng)植物及微生物細胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。有氧時(shí)丙酮酸進(jìn)入線(xiàn)粒體，經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底氧化生成CO2和水，酵解生成的NADH則經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)生ATP和水。缺氧時(shí)NADH把丙酮酸還原生成乳酸。
2.發(fā)酵也是葡萄糖或有機物降解產(chǎn)生ATP的過(guò)程，其中有機物既是電子供體，又是電子受體。根據產(chǎn)物不同，可分為乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。
二、途徑
共10步，前5步是準備階段，葡萄糖分解為三碳糖，消耗2分子ATP;后5步是放能階段，三碳糖生成丙酮酸，共產(chǎn)生4分子ATP�？傔^(guò)程需10種酶，都在細胞質(zhì)中，多數需要Mg2+。酵解過(guò)程中所有的中間物都是磷酸化的，可防止從細胞膜漏出、保存能量，并有利于與酶結合。
1.磷酸化葡萄糖被ATP磷酸化，產(chǎn)生6-磷酸葡萄糖。
反應放能，在生理條件下不可逆(K大于300)。由己糖激酶或葡萄糖激酶催化，需要Mg2+或Mn2+。己糖激酶可作用于D-葡萄糖、果糖和甘露糖，是糖酵解過(guò)程中的第一個(gè)調節酶，受6-磷酸葡萄糖的別構抑制。有三種同工酶。葡萄糖激酶存在于肝臟中，只作用于葡萄糖，不受6-磷酸葡萄糖的別構抑制肌肉的己糖激酶Km=0.1mM，肝臟的葡萄糖激酶Km=10mM，平時(shí)細胞中的葡萄糖濃度時(shí)5mM，只有進(jìn)后葡萄糖激酶才活躍，合成糖原，降低血糖濃度，葡萄糖激酶是誘導酶，胰島素可誘導它的合成。6-磷酸葡萄糖也可由糖原合成，由糖原磷酸化酶催化，生成1-磷酸葡萄糖，在磷酸葡萄糖變位酶的催化下生成6-磷酸葡萄糖。此途徑少消耗1個(gè)ATP。6-磷酸葡萄糖由葡萄糖6-磷酸酶催化水解，此酶存在于肝臟和腎臟中，肌肉中沒(méi)有。
2.異構由6-磷酸葡萄糖生成6-磷酸果糖
反應中間物是酶結合的烯醇化合物，反應是可逆的，由濃度控制。由磷酸葡萄糖異構酶催化，受磷酸戊糖支路的中間物競爭抑制，如6-磷酸葡萄糖酸。戊糖支路通過(guò)這種方式抑制酵解和有氧氧化，pH降低使抑制加強，減少酵解，以免組織過(guò)酸。
3.磷酸化 6-磷酸果糖被ATP磷酸化，生成1，6-二磷酸果糖
由磷酸果糖激酶催化，是酵解的限速步驟。是別構酶，四聚體，調節物很多，ATP、檸檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG是負調節物;果糖1，6-二磷酸、AMP、ADP、磷酸、環(huán)AMP等是正調節物。PFK有三種同工酶，A在心肌和骨骼肌中，對磷酸肌酸、檸檬酸和磷酸敏感;B在肝和紅細胞中，對DPG敏感;C在腦中，對ATP和磷酸敏感。各種效應物在不同組織中濃度不同，更重要的是其濃度變化幅度不同，如大鼠在運動(dòng)和休息時(shí)ATP含量?jì)H差0.8ug/g肌肉，不能改變PFK活力，而磷酸肌酸濃度變化大，效應也大。
4.裂解生成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮
由醛縮酶催化，有三種同工酶，A在肌肉中，B在肝中，C在腦中。平衡有利于逆反應，由濃度推動(dòng)反應進(jìn)行。生成西弗堿中間物。
5.異構 DHAP生成磷酸甘油醛
DHAP要轉變成磷酸甘油醛才能繼續氧化，此反應由磷酸丙糖異構酶催化，平衡時(shí)磷酸甘油醛占10%，由于磷酸甘油醛不斷消耗而進(jìn)行。受磷酸和磷酸縮水甘油競爭抑制。以上反應共消耗2分子ATP，產(chǎn)生2分子3-磷酸甘油醛，原來(lái)葡萄糖的3，2，1位和4，5，6位變成1，2，3位。
6.氧化 G-3-P+NAD++H3PO4=1，3-DPG+NADH+H+
由磷酸甘油醛脫氫酶催化，產(chǎn)物是混合酸酐，含高能鍵(11.8千卡)。反應可分為兩部分，放能的氧化反應偶聯(lián)推動(dòng)吸能的磷酸化反應。酶是四聚體，含巰基，被碘乙酸強烈抑制。砷酸鹽與磷酸競爭，可產(chǎn)生3-磷酸甘油酸，但沒(méi)有磷酸化，是解偶聯(lián)劑。NAD之間有負協(xié)同效應，ATP和磷酸肌酸是非競爭抑制劑，磷酸可促進(jìn)酶活。
肌肉收縮開(kāi)始的幾秒，磷酸肌酸從20mM下降到10-5mM，使酶活升高;隨著(zhù)乳酸的積累，ATP抑制增強，酶活下降。
7.放能 1，3-DPG+ADP=3-磷酸甘油酸+ATP
由磷酸甘油酸激酶催化，需Mg。是底物水平磷酸化，抵消了消耗的ATP。
8.變位 3-磷酸甘油酸變成2-磷酸甘油酸
由磷酸甘油酸變位酶催化，需鎂離子。DPG是輔因子，可由1，3-二磷酸甘油酸變位而來(lái)。機理是DPG的3位磷酸轉移到底物的2位。DPG無(wú)高能鍵，可被磷酸酶水解成3-磷酸甘油酸。紅細胞中有15-50%的1，3-DPG轉化為DPG，以調節運氧能力。在氧分壓較高的肺泡，親和力不變，而在組織中親和力降低，可增加氧的釋放。
9.脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸PEP
由烯醇酶催化，需鎂或錳離子。反應可逆，分子內能量重新分布，產(chǎn)生一個(gè)高能鍵。F—可絡(luò )合鎂離子，抑制酶活，有磷酸鹽時(shí)更強，可用來(lái)抑制酵解。
10.放能生成丙酮酸和ATP
由丙酮酸激酶催化，需鎂離子，不可逆。是別構酶，F-1，6-2P活化，脂肪酸、乙酰輔酶A、ATP和丙氨酸抑制酶活。有三種同工酶，L型存在于肝臟中，被二磷酸果糖激活，脂肪酸、乙酰輔酶A、ATP和丙氨酸抑制;A型存在于脂肪、腎和紅細胞，被二磷酸果糖激活，ATP和丙氨酸抑制;M型存在于肌肉中，被磷酸肌酸抑制。丙酮酸激酶受激素影響，胰島素可增加其合成。
三、能量變化
C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+=2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H++2H2O
有氧時(shí)2個(gè)NADH經(jīng)呼吸鏈可產(chǎn)生6個(gè)ATP，共產(chǎn)生8個(gè)ATP;無(wú)氧時(shí)生成乳酸，只有2個(gè)ATP。在骨骼肌和腦組織中，NADH進(jìn)入線(xiàn)粒體要經(jīng)過(guò)甘油磷酸穿梭系統，在細胞質(zhì)中由3-磷酸甘油脫氫酶催化，將磷酸二羥丙酮還原生成3-磷酸甘油，進(jìn)入線(xiàn)粒體后再氧化生成磷酸二羥丙酮，返回細胞質(zhì)。因為其輔酶是FAD，所以生成FADH2，只產(chǎn)生2個(gè)ATP。這樣其還原當量(2H++2e)被帶入線(xiàn)粒體，生成FADH2，進(jìn)入呼吸鏈，結果共生成6個(gè)ATP。
其他組織如肝臟和心肌等，通過(guò)蘋(píng)果酸穿梭系統，在蘋(píng)果酸脫氫酶作用下還原草酰乙酸，生成蘋(píng)果酸，進(jìn)入線(xiàn)粒體后再氧化生成草酰乙酸。不過(guò)草酰乙酸不能通過(guò)線(xiàn)粒體膜，必需經(jīng)谷草轉氨酶催化生成天冬氨酸和α-酮戊二酸才能返回細胞質(zhì)。線(xiàn)粒體中蘋(píng)果酸脫氫酶的輔酶是NAD，所以可生成3個(gè)ATP。
四、丙酮酸的去向
1.生成乙酰輔酶A：有氧時(shí)丙酮酸進(jìn)入線(xiàn)粒體，脫羧生成乙酰輔酶A，通過(guò)三羧酸循環(huán)徹底氧化成水和CO2。
2.生成乳酸：乳酸菌及肌肉供氧不足時(shí)，丙酮酸接受3磷酸甘油醛脫氫時(shí)產(chǎn)生的NADH上的H，在乳酸脫氫酶催化下還原生成乳酸。LDH有5種同工酶，A4在骨骼肌，B4在心肌。A4以高速催化丙酮酸的還原，使骨骼肌可在缺氧時(shí)運動(dòng);H4速度慢并受丙酮酸抑制，所以心肌在正常情況下并不生成乳酸，而是將血液中的乳酸氧化生成丙酮酸，進(jìn)入三羧酸循環(huán)。骨骼肌產(chǎn)生的大量乳酸還可由肝臟氧化生成丙酮酸，再通過(guò)糖的異生轉變?yōu)槠咸烟�，供骨骼肌利用，稱(chēng)為乳酸循環(huán)或Coli氏循環(huán)。
3.生成乙醇：在酵母菌中，由丙酮酸脫羧酶催化生成乙醛，再由乙醇脫氫酶催化還原生成乙醇。
五、其他單糖
1.果糖：可由己糖激酶催化形成6-磷酸果糖而進(jìn)入酵解。己糖激酶對葡萄糖的親和力比果糖大12倍，只有在脂肪組織中，果糖含量比葡萄糖高，才由此途徑進(jìn)入酵解。肝臟中有果糖激酶，可生成1-磷酸果糖，再被1-磷酸果糖醛縮酶裂解生成甘油醛和磷酸二羥丙酮，甘油醛由三碳糖激酶磷酸化生成3-磷酸甘油醛，進(jìn)入酵解。
2.半乳糖：在半乳糖激酶催化下生成1-磷酸半乳糖(需鎂離子)，再在1-磷酸半乳糖尿苷酰轉移酶催化下與UDP-葡萄糖生成UDP-半乳糖和1-磷酸葡萄糖，UDP-半乳糖被UDP-半乳糖4-差向酶催化生成UDP-葡萄糖。反應是可逆的，半乳糖攝入不足時(shí)可用于合成半乳糖。
3.甘露糖：由己糖激酶催化生成6-磷酸甘露糖，被磷酸甘露糖異構酶催化生成6-磷酸果糖，進(jìn)入酵解。
第三節 三羧酸循環(huán)
一、丙酮酸脫氫酶復合體
(一)反應過(guò)程：5步，第一步不可逆。
1.脫羧，生成羥乙基TPP，由E1催化。
2.羥乙基被氧化成乙�；�，轉移給硫辛酰胺。由E2催化。
3.形成乙酰輔酶A。由E2催化。
4.氧化硫辛酸，生成FADH2。由E3催化。
5.氧化FADH2，生成NADH。
復合體有60條肽鏈組成，直徑30nm，E1和E2各24個(gè)，E3有12個(gè)。其中硫辛酰胺構成轉動(dòng)長(cháng)臂，在電荷的推動(dòng)下攜帶中間產(chǎn)物移動(dòng)。
(二)活性調控
此反應處于代謝途徑的分支點(diǎn)，收到嚴密調控：
1.產(chǎn)物抑制：乙酰輔酶A抑制E2，NADH抑制E3�？杀惠o酶A和NAD+逆轉。
2.核苷酸反饋調節：E1受GTP抑制，被AMP活化。
3.共價(jià)調節：E1上的特殊絲氨酸被磷酸化時(shí)無(wú)活性，水解后恢復活性。丙酮酸抑制磷酸化作用，鈣和胰島素增加去磷酸化作用，ATP、乙酰輔酶A、NADH增加磷酸化作用。
二、三羧酸循環(huán)的途徑：8步。曾經(jīng)懷疑第一個(gè)組分是其他三羧酸，故名三羧酸循環(huán)。也叫Krebs循環(huán)。
1.輔酶A與草酰乙酸縮合，生成檸檬酸
由檸檬酸縮合酶催化，高能硫酯鍵水解推動(dòng)反應進(jìn)行。受ATP、NADH、琥珀酰輔酶A和長(cháng)鏈脂肪酰輔酶A抑制。ATP可增加對乙酰輔酶A的Km。氟乙酰輔酶A可形成氟檸檬酸，抑制下一步反應的酶，稱(chēng)為致死合成，可用于殺蟲(chóng)劑。
2.檸檬酸異構化，生成異檸檬酸
由順烏頭酸酶催化，先脫水，再加水。是含鐵的非鐵卟啉蛋白。需鐵及巰基化合物(谷胱甘肽或Cys等)維持其活性。
3.氧化脫羧，生成α-酮戊二酸
第一次氧化，由異檸檬酸脫氫酶催化，生成NADH或NADPH。中間物是草酰琥珀酸。是第二個(gè)調節酶，能量高時(shí)抑制。生理條件下不可逆，是限速步驟。細胞質(zhì)中有另一種異檸檬酸脫氫酶，需NADPH，不是別構酶。其反應可逆，與NADPH還原當量有關(guān)。
4.氧化脫羧，生成琥珀酰輔酶A
第二次氧化脫羧，由α-酮戊二酸脫氫酶體系催化，生成NADH。其中E1為α-酮戊二酸脫氫酶，E2為琥珀酰轉移酶，E3與丙酮酸脫氫酶體系相同。機制類(lèi)似，但無(wú)共價(jià)調節。
5.分解，生成琥珀酸和GTP
是唯一一個(gè)底物水平磷酸化，由琥珀酰輔酶A合成酶(琥珀酰硫激酶)催化。GTP可用于蛋白質(zhì)合成，也可生成ATP。需鎂離子。
6.脫氫，生成延胡索酸
第三步氧化還原反應，由琥珀酸脫氫酶催化，生成FADH2。琥珀酸脫氫酶位于線(xiàn)粒體內膜，直接與呼吸鏈相連。FADH2不與酶解離，電子直接轉移到酶的鐵原子上。
7.水化，生成蘋(píng)果酸
由延胡索酸酶催化，是反式加成，只形成L-蘋(píng)果酸。
8.脫氫，生成草酰乙酸
第四次氧化還原，由L-蘋(píng)果酸脫氫酶催化，生成NADH。反應在能量上不利，由于草酰乙酸的消耗而進(jìn)行。
三、總結
1.能量情況：每個(gè)循環(huán)產(chǎn)生3個(gè)NADH，1個(gè)FADH2，1個(gè)GTP，共12個(gè)ATP。加上酵解和丙酮酸脫氫，每個(gè)葡萄糖有氧氧化共產(chǎn)生36-38個(gè)ATP。
2.不對稱(chēng)反應
四、回補反應
三羧酸循環(huán)的中間物是許多生物合成的前體，如草酰乙酸和α-酮戊二酸可用于合成天冬氨酸和谷氨酸，卟啉的碳原子來(lái)自琥珀酰輔酶A。這樣會(huì )降低草酰乙酸濃度，抑制三羧酸循環(huán)。所以必需補充草酰乙酸。
1.丙酮酸羧化：與ATP、水和CO2在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸。需要鎂離子和生物素。是調節酶，平時(shí)活性低，乙酰輔酶A可促進(jìn)其活性。
2.PEP+ CO2+GDP=草酰乙酸+GTP 由磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化，需Mn2+，在腦和心臟中有這個(gè)反應。
3.由天冬氨酸轉氨生成草酰乙酸，谷氨酸生成α-酮戊二酸，異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸生成琥珀酰輔酶A。
五、乙醛酸循環(huán)
六、許多植物和微生物可將脂肪轉化為糖，是通過(guò)一個(gè)類(lèi)似三羧酸循環(huán)的乙醛酸循環(huán)，將2個(gè)乙酰輔酶A合成一個(gè)琥珀酸。此循環(huán)生成異檸檬酸后經(jīng)異檸檬酸裂解酶催化，生成琥珀酸和乙醛酸，乙醛酸與另一個(gè)乙酰輔酶A縮合產(chǎn)生蘋(píng)果酸，由蘋(píng)果酸合成酶催化。然后與三羧酸循環(huán)相同。
第四節 磷酸戊糖途徑
一、作用在細胞質(zhì)中進(jìn)行
(一)產(chǎn)生NADP，為生物合成提供還原力，如脂肪酸、固醇等。NADPH還可使谷胱甘肽維持還原態(tài)，維持紅細胞還原性。
(二)產(chǎn)生磷酸戊糖，參加核酸代謝
(三)是植物光合作用中從CO2合成葡萄糖的部分途徑
二、途徑
(一)氧化階段：生成5-磷酸核酮糖，并產(chǎn)生NADPH
1. 葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脫氫酶作用下生成6-磷酸葡萄糖酸內酯，并產(chǎn)生NADPH。是此途徑的調控酶，催化不可逆反應，受NADPH反饋抑制。
2. 被6-磷酸葡萄糖酸δ內酯酶水解，生成6-磷酸葡萄糖酸。
3. 在6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶作用下脫氫、脫羧，生成5-磷酸核酮糖，并產(chǎn)生NADPH。
(二)分子重排，產(chǎn)生6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛
1. 異構化，由磷酸戊糖異構酶催化為5-磷酸核糖，由磷酸戊糖差向酶催化為5-磷酸木酮糖。
2. 轉酮反應。5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖在轉酮酶催化下生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。此酶也叫轉酮醇酶，需TPP和鎂離子，生成羥乙醛基TPP負離子中間物。
3. 轉醛反應。7-景天庚酮糖與3-磷酸甘油醛在轉醛酶催化下生成4-磷酸赤蘚糖和6-磷酸果糖，反應中酶分子的賴(lài)氨酸氨基與酮糖底物生成西弗堿中間物。
4. 轉酮反應。4-磷酸赤蘚糖與5-磷酸木酮糖在轉酮酶催化下生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
5. 總反應為：
3核糖-5-磷酸=2果糖-6-磷酸+甘油醛-3-磷酸
如細胞中磷酸核糖過(guò)多，可以逆轉反應，進(jìn)入酵解。
第五節 糖醛酸途徑
一、意義
(一)解毒：肝臟中的糖醛酸有解毒作用，可與含羥基、巰基、羧基、氨基等基團的異物或藥物結合，生成水溶性加成物，使其溶于水而排出。
(二)生物合成：UDP-糖醛酸可用于合成粘多糖，如肝素、透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素等。
(三)合成維生素C，但靈長(cháng)類(lèi)不能。
(四)形成木酮糖，可與磷酸戊糖途徑相連。
二、過(guò)程
(一)6-磷酸葡萄糖轉化為UDP-葡萄糖，再由NAD連接的脫氫酶催化，形成UDP-葡萄糖醛酸。
(二)合成維生素C：UDP-葡萄糖醛酸經(jīng)水解、還原、脫水，形成L-古洛糖酸內酯，再經(jīng)L-古洛糖酸內酯氧化酶氧化成抗壞血酸。靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物、豚鼠、印度果蝙蝠不能合成。
(三)通過(guò)C5差向酶，形成UDP-艾杜糖醛酸。
(四)L-古洛糖酸脫氫，再脫羧，生成L-木酮糖，然后與NADPH加氫生成木糖醇，還原NAD+生成木酮糖，與磷酸戊糖途徑相連。
第六節 糖的異生
一、意義
(一)將非糖物質(zhì)轉變?yōu)樘�，以維持血糖恒定，滿(mǎn)足組織對葡萄糖的需要。人體可供利用的糖僅150克，而且儲量最大的肌糖原只供本身消耗，肝糖原不到12小時(shí)即全部耗盡，這時(shí)必需通過(guò)異生補充血糖，以滿(mǎn)足腦和紅細胞等對葡萄糖的需要。
(二)將肌肉酵解產(chǎn)生的乳酸合成葡萄糖，供肌肉重新利用，即乳酸循環(huán)。
二、途徑
基本是酵解的逆轉，但有三步不同：
(一)由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸
1. 丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸
此酶存在于肝和腎臟的線(xiàn)粒體中，需生物素和鎂離子。鎂離子與ATP結合，提供能量，生成羧基生物素，再轉給丙酮酸，形成草酰乙酸。此酶是別構酶，受乙酰輔酶A調控，缺乏乙酰輔酶A時(shí)無(wú)活性。ATP含量高可促進(jìn)羧化。此反應聯(lián)系三羧酸循環(huán)和糖異生，乙酰輔酶A可促進(jìn)草酰乙酸合成，如ATP含量高則三羧酸循環(huán)被抑制，異生加快。
2. 草酰乙酸過(guò)膜：異生在細胞質(zhì)中進(jìn)行，草酰乙酸要轉化為蘋(píng)果酸才能出線(xiàn)粒體膜，在細胞質(zhì)中再氧化成草酰乙酸。這是由蘋(píng)果酸脫氫酶催化的，同時(shí)帶出一個(gè)NADH。因為線(xiàn)粒體中還原輔酶多，NAD+/NADH在細胞質(zhì)中是500-700，線(xiàn)粒體中是5-8。
3. 磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化草酰乙酸生成PEP。反應需GTP提供磷�；�，速度受草酰乙酸濃度和激素調節。胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質(zhì)激素可增加肝臟中的酶量，胰島素相反。
總反應為：
丙酮酸+ATP+GTP+H2O=PEP+ADP+GDP+Pi+H+
反應消耗2個(gè)高能鍵，比酵解更易進(jìn)行。
(二)果糖二磷酸酶催化果糖-1，6-二磷酸水解為果糖-6-磷酸。需鎂離子。是別構酶，AMP強烈抑制酶活，平時(shí)抑制酶活50%。果糖2，6-二磷酸也抑制，ATP、檸檬酸和3-磷酸甘油酸可激活。
(三)6-磷酸葡萄糖水解，生成葡萄糖。由葡萄糖-6-磷酸酶催化，需鎂離子。此酶存在于肝臟，腦和肌肉沒(méi)有。
總反應為：
2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O=葡萄糖+NAD+ +4ADP+2GDP+6Pi
三、糖異生的前體
(一)三羧酸循環(huán)的中間物，如檸檬酸、琥珀酸、蘋(píng)果酸等。
(二)大多數氨基酸是生糖氨基酸，如丙氨酸、絲氨酸、半胱氨酸等，可轉變?yōu)槿人嵫h(huán)的中間物，參加異生。
(三)肌肉產(chǎn)生的乳酸，可通過(guò)乳酸循環(huán)(Cori循環(huán))生成葡萄糖 。
反芻動(dòng)物胃中的細菌將纖維素分解為乙酸、丙酸、丁酸等，奇數碳脂肪酸可轉變?yōu)殓牾］o酶A，參加異生。
第七節 糖原的合成與分解
一、分解代謝
(一)糖原磷酸化酶從非還原端水解α-1，4糖苷鍵，生成1-磷酸葡萄糖。到分支點(diǎn)前4個(gè)殘基停止，生成極限糊精�？煞纸�40%。有a,b兩種形式，b為二聚體，磷酸化后生成有活性的a型四聚體。b也有一定活性，受AMP顯著(zhù)激活。
(二)去分支酶：有兩個(gè)活性中心，一個(gè)是轉移酶，將3個(gè)殘基轉移到另一條鏈，留下以α-1，6鍵相連的分支點(diǎn)。另一個(gè)活性中心起脫支酶作用，水解分支點(diǎn)殘基，生成游離葡萄糖。
(三)磷酸葡萄糖變位酶：催化1-磷酸葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖，經(jīng)1，6-二磷酸葡萄糖中間物。
(四)肝臟、腎臟、小腸有葡萄糖6-磷酸酶，可水解生成葡萄糖，補充血糖。肌肉和腦沒(méi)有，只能氧化供能。
二、合成：與分解不同
(一)在UDP-葡萄糖焦磷酸化酶作用下，1-磷酸葡萄糖生成UDP-葡萄糖，消耗一個(gè)UTP，生成焦磷酸
(二)糖原合成酶將UDP-葡萄糖的糖基加在糖原引物的非還原端葡萄糖的C4羥基上。引物至少要有4個(gè)糖基，由引發(fā)蛋白和糖原起始合成酶合成，將UDP-葡萄糖加在引發(fā)蛋白的酪氨酸羥基上。糖原合成酶a磷酸化后活性降低，稱(chēng)為b，其活性依賴(lài)別構效應物6-磷酸葡萄糖激活。
(三)分支酶合成支鏈。從至少11個(gè)殘基的鏈上將非還原端7個(gè)殘基轉移到較內部的位置，形成1，6鍵分支。新的分支必需與原有糖鏈有4個(gè)殘基的距離。分支可加快代謝速度，增加溶解度。
三、衍生糖的合成
(一)GDP-巖藻糖
Glc→Glc-6-P→Fru-6-P→Man-6-P→Man-1-P→GDP-Man→GDP-巖藻糖
(二)UDP-葡萄糖胺
Fru-6-P→葡萄糖胺-6-P→NacG-6-P→NAcG-1-P→UDP-NacG
(三)CMP-唾液酸
UDP-NAcG→N-乙酰神經(jīng)氨酸-9-磷酸→N-乙酰神經(jīng)氨酸(唾液酸)→CMP-唾液酸
第八節 糖代謝的調節
一、酵解的調節
三個(gè)酶。通過(guò)能量與生物合成的原料調節。
(一)磷酸果糖激酶是限速酶。其調節物有：
1. ATP是底物，也是負調節物，可被AMP逆轉。當細胞中能荷(ATP/AMP)高時(shí)，酶對6-磷酸果糖的親和力降低。
2. 檸檬酸是三羧酸循環(huán)的第一個(gè)產(chǎn)物，其濃度增加表示生物合成的前體過(guò)剩，可加強ATP的抑制作用。
3. 氫離子也有抑制作用，可防止乳酸過(guò)多引起血液酸中毒。
4. 2，6-二磷酸果糖是別構活化劑，可增加對底物的親和力。由磷酸果糖激酶2合成，在果糖二磷酸酶催化下水解成6-磷酸果糖。這兩個(gè)酶稱(chēng)為前后酶或雙功能酶，組成相同，其絲氨酸磷酸化后起磷酸酶作用，去磷酸則起激酶作用。
(二)己糖激酶控制酵解的入口，因為6-磷酸葡萄糖的用處較多，參加磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑和糖原合成等，所以不是關(guān)鍵酶，由產(chǎn)物反饋抑制，磷酸果糖激酶活性降低則6-磷酸葡萄糖積累，抑制己糖激酶活性。
(三)丙酮酸激酶控制出口。
1. 1，6-二磷酸果糖起活化作用，與磷酸果糖激酶協(xié)調，加速酵解。
2. 丙酮酸轉氨生成丙氨酸，別構抑制，表示生物合成過(guò)剩。
3. 其三種同工酶調節不同，肝臟的L型同工酶受ATP別構抑制，且有可逆磷酸化。血糖低時(shí)被級聯(lián)放大系統磷酸化，降低活性，而肌肉中的M型不受磷酸化調節，血糖低時(shí)也可酵解供能。A型介于兩者之間。
二、三羧酸循環(huán)的調控
由三個(gè)酶調控：檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶。第一步是限速步驟，受底物濃度影響和ATP的抑制。ATP還抑制異檸檬酸脫氫酶，ADP起激活作用。NADH對三種酶都抑制。琥珀酰輔酶A與乙酰輔酶A競爭，抑制檸檬酸合成酶和α-酮戊二酸脫氫酶。草酰乙酸濃度低，是影響三羧酸循環(huán)速度的重要因素。
三、酵解、三羧酸循環(huán)與氧化磷酸化
給高速酵解的細胞氧氣，則葡萄糖消耗減少，乳酸堆積終止，稱(chēng)為巴斯德效應。原因是有氧時(shí)丙酮酸氧化，產(chǎn)生大量ATP，抑制酵解和三羧酸循環(huán)。三者都由能荷控制。
四、糖異生和酵解的協(xié)調
(一)高濃度的6-磷酸葡萄糖抑制己糖激酶，促進(jìn)異生。
(二)酵解和異生的控制點(diǎn)是6-磷酸果糖與1，6-二磷酸果糖的轉化。ATP和檸檬酸促進(jìn)異生，抑制酵解。2，6-二磷酸果糖相反，是重要調節物。
(三)丙酮酸與磷酸烯醇式丙酮酸的轉化，丙酮酸羧化酶受乙酰輔酶A激活，ADP抑制;丙酮酸激酶被ATP、NADH和丙氨酸抑制。
(四)無(wú)效循環(huán)：由不同酶催化的兩個(gè)相反代謝反應條件不同，一個(gè)需要ATP參加，另一個(gè)進(jìn)行水解，結果只是消耗能量，反應物不變，稱(chēng)為無(wú)效循環(huán)�？捎糜诋a(chǎn)熱。
五、糖原代謝的調節
其分解與合成主要由糖原磷酸化酶和糖原合成酶控制。二者都受可逆磷酸化調節，效果相反。激素通過(guò)cAMP促進(jìn)磷酸化作用，使磷酸化酶成為a型(有活性)，合成酶變成b型(無(wú)活性)。合成酶由蛋白激酶磷酸化。
六、神經(jīng)和激素對血糖的調節
血糖濃度一般在80-120mg/100ml，稱(chēng)為葡萄糖耐量。腎糖閾為160-180，血糖過(guò)多則從尿排出。血糖低于70或過(guò)度興奮可刺激延腦第四腦室“糖中樞”，引起肝糖原分解。下丘腦可分泌皮質(zhì)釋放因子，作用于腎上腺皮質(zhì)，升高血糖。影響糖代謝的激素有：
1.胰島素：由胰島β細胞分泌，促進(jìn)糖原合成酶活性，誘導葡萄糖激酶合成，加強磷酸果糖激酶作用。低血糖效應。
2.腎上腺素和胰高血糖素：通過(guò)cAMP激活糖原磷酸化酶，誘導肝中磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和果糖二磷酸酶的合成，促進(jìn)異生，升高血糖。
3.生長(cháng)激素：抗胰島素，抑制糖原分解和葡萄糖氧化。促腎上腺皮質(zhì)激素可阻礙肌糖原氧化，促進(jìn)肝糖原合成。
4.甲狀腺素：促進(jìn)糖的異生和糖原分解，增加小腸對葡萄糖的吸收，升高血糖。
以上激素都是水溶性激素，通過(guò)cAMP起作用。
第九節 光合作用(課本27章)
1771年J. Priestly發(fā)現植物能“凈化被燃燒的蠟燭所惡化的空氣”。后來(lái)普里斯特利因同情法國革命而被迫離開(kāi)英國。拉瓦錫發(fā)現了氧化現象和物質(zhì)不滅定律，打破了燃素假說(shuō);荷蘭人發(fā)現植物在陽(yáng)光下可以?xún)艋諝�，在黑暗中�?huì )惡化空氣。瑞士人根據物質(zhì)不滅定律證明光合作用中有水參加;德國人羅伯特f邁耶發(fā)現能量守恒定律，指出光合作用是光能轉化為化學(xué)能的過(guò)程。每年光合作用可轉化1017千卡自由能，相當于同化1010噸碳。
一、概述
(一)光合細胞捕獲光能并轉化為化學(xué)能的過(guò)程，即利用光能將CO2轉化為有機物的過(guò)程稱(chēng)為光合作用。綠色植物以水為電子供體，放出氧氣，光合細菌以H2S等為供體，不放出氧氣。
(二)光合作用分為兩個(gè)階段，第一階段是光反應，由光合色素將光能轉變?yōu)榛瘜W(xué)能，并形成ATP和NADPH。第二階段是暗反應，用ATP和NADPH將CO2還原為糖或其他有機物，不需要光。
(三)葉綠體是光合作用的器官，有外膜和內膜，膜上有光合色素。膜包著(zhù)基質(zhì)，其中有暗反應需要的酶。細菌無(wú)葉綠體。
二、光反應
(一)光系統
1.光系統I：700nm激活，產(chǎn)生NADPH
2. 光系統II：680nm激活，產(chǎn)生O2
(二)過(guò)程：分為兩個(gè)階段
1. P680吸收光能，產(chǎn)生強氧化劑，從水中奪取電子，通過(guò)電子傳遞鏈傳給質(zhì)藍素(一種銅蛋白)，同時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子梯度。
2. 電子從質(zhì)藍素傳給P700，再吸收光能，將電子傳遞給NADP+，并提高質(zhì)子梯度。
(三)光合磷酸化：依賴(lài)質(zhì)子梯度，由葉綠體ATP合成酶(CFO-CF1)合成ATP。根據電子傳遞方式可分為循環(huán)式和非循環(huán)式。當NADP+不足時(shí)，采用非循環(huán)式，不放氧氣。
三、暗反應
(一)三碳途徑：生成三碳中間物
1. 固定：1，5-二磷酸核酮糖在二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)催化下與CO2生成2-羧基-3-酮-1，5-二磷酸核糖醇，然后加水分解為2個(gè)3-磷酸甘油酸。Rubisco占葉綠體總蛋白的60%，是自然界中含量最豐富的酶。
2. 生成葡萄糖：與異生相似，但3-磷酸甘油醛脫氫酶在葉綠體中以NADPH為輔基。
3. 二磷酸核酮糖的再生：一系列轉酮和轉醛反應，與戊糖途徑類(lèi)似。由6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛開(kāi)始，經(jīng)四碳、七碳，生成5-磷酸核酮糖，在磷酸核酮糖激酶催化下生成1，5-二磷酸核酮糖。
4. 總反應為：
6CO2+12H2O+18ATP+12NADPH+12H+ =
C6H12O6+18ADP+18Pi+12NADP+
此過(guò)程需8個(gè)光子，按波長(cháng)600nm計算，能量為381千卡，葡萄糖氧化為可放能114千卡，所以能量利用率約為30%。
(二)調控：二磷酸核酮糖羧化酶是別構限速酶，光照射葉綠體產(chǎn)生的三個(gè)因素可刺激酶活：
1. 光照使質(zhì)子外流，基質(zhì)內pH升高，增加酶活。
2. 質(zhì)子轉運伴隨著(zhù)氯和鎂離子的轉移，鎂離子濃度升高也刺激酶活。
3. 光照增加NADPH，提高反應速度。
4. 光系統I中的鐵氧還蛋白可還原硫氧還蛋白，后者可協(xié)調光和暗反應，激活暗反應中的一些酶�？杉涌�100倍。
(三)光呼吸
二磷酸核酮糖羧化酶還催化二磷酸核酮糖氧化生成3-磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸，前者可參加糖的合成，后者通過(guò)乙醛酸途徑放出CO2。氧化和羧化在同一位點(diǎn)，彼此競爭，羧化活性高4倍。光呼吸浪費能量，希望通過(guò)基因工程改造除去。
光呼吸隨溫度升高而加快的速度比羧化更快，所以高溫時(shí)光合作用效率降低。四碳植物CO2含量高，可抑制光呼吸，所以更適宜在高溫下生長(cháng)。
(四)四碳途徑
存在于熱帶和亞熱帶植物中，利用CO2的效率特別高。其葉肉細胞細胞質(zhì)中碳酸酐酶催化CO2形成碳酸氫根，再由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶形成草酰乙酸，被NADPH還原成蘋(píng)果酸，轉移到維管束細胞，脫羧生成丙酮酸和CO2。CO2進(jìn)入三碳循環(huán)，丙酮酸返回葉肉細胞，被丙酮酸磷酸二激酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸。因此每固定一個(gè)CO2四碳途徑多消耗2個(gè)ATP，共5個(gè)。熱帶植物常關(guān)閉氣孔，CO2和O2都不易進(jìn)入，通過(guò)四碳途徑可保持二磷酸核酮糖的最大活力，降低光呼吸，所以四碳植物生長(cháng)快，是高產(chǎn)植物。
名詞解釋?zhuān)?/strong>
酵解(glycolysis)：由10步酶促反應組成的糖分解代謝途徑。通過(guò)該途徑，一分子葡萄糖轉化為兩分子丙酮酸，同時(shí)凈生成兩分子ATP和兩分子NADH。
發(fā)酵(fermentation)：營(yíng)養分子(Eg葡萄糖)產(chǎn)能的厭氧降解。在乙醇發(fā)酵中，丙酮酸轉化為乙醇和CO2。
巴斯德效應(Pasteur effect)：氧存在下，酵解速度放慢的現象。
底物水平磷酸化(substrate phosphorlation)：ADP或某些其它的核苷-5′—二磷酸的磷酸化是通過(guò)來(lái)自一個(gè)非核苷酸底物的磷�；霓D移實(shí)現的。這種磷酸化與電子的轉遞鏈無(wú)關(guān)。
檸檬酸循環(huán)(citric acid cycle)：也稱(chēng)為三羧酸循環(huán)(TAC)，Krebs循環(huán)。是用于乙酰CoA中的乙�；趸蒀O2的酶促反應的循環(huán)系統，該循環(huán)的第一步是由乙酰CoA經(jīng)草酰乙酸縮合形成檸檬酸。
回補反應(anaplerotic reaction)：酶催化的，補充檸檬酸循環(huán)中間代謝物供給的反應，例如由丙酮酸羧化酶生成草酰乙酸的反應。
乙醛酸循環(huán)(glyoxylate cycle)：是某些植物，細菌和酵母中檸檬酸循環(huán)的修改形式，通過(guò)該循環(huán)可以收乙乙酰CoA經(jīng)草酰乙酸凈生成葡萄糖。乙醛酸循環(huán)繞過(guò)了檸檬酸循環(huán)中生成兩個(gè)CO2的步驟
戊糖磷酸途徑(pentose phosphare parhway)：那稱(chēng)為磷酸已糖支路。是一個(gè)葡萄糖-6-磷酸經(jīng)代謝產(chǎn)生NADPH和核糖-5-磷酸的途徑。該途徑包括氧化和非氧化兩個(gè)階段，在氧化階段，葡萄糖-6-磷酸轉化為核酮糖-5-磷酸和CO2，并生成兩分子NADPH;在非氧化階段，核酮糖-5-磷酸異構化生成核糖-5-磷酸或轉化為酵解的兩用人才個(gè)中間代謝物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。
糖醛酸途徑(glucuronate pathway)：從葡萄糖-6-磷酸或葡萄糖-1-磷酸開(kāi)始，經(jīng)UDP-葡萄糖醛酸生成葡萄糖醛酸和抗壞血酸的途徑。但只有在植物和那些可以合成抗壞血酸的動(dòng)物體內，才可以通過(guò)該途徑合成維生素C。
無(wú)效循環(huán)(futile cycle):也稱(chēng)為底物循環(huán)。一對酶催化的循環(huán)反應，該循環(huán)通過(guò)ATP的水解導致熱能的釋放。Eg葡萄糖+ATP=葡萄糖6-磷酸+ADP與葡萄糖6-磷酸+H2O=葡萄糖+P i反應組成的循環(huán)反應，其凈反應實(shí)際上是ATP+H2O=ADP+Pi。
磷酸解(phosphorolysis)作用：:通過(guò)在分子內引入一個(gè)無(wú)機磷酸，形成磷酸脂鍵而使原來(lái)鍵斷裂的方式。實(shí)際上引入了一個(gè)磷�；�。
半乳糖血癥(galactosemia)：人類(lèi)的一種基因型遺傳代謝缺陷，是由于缺乏1-磷酸半乳糖尿苷酰轉移酶，導致嬰兒不能代謝奶汁中乳糖分解生成的半乳糖。
尾部生長(cháng)(tailward growth)：一種聚合反應機理經(jīng)過(guò)私有化的單體的頭部結合到聚合的尾部，連接到聚合物尾部的單體的尾部又生成了接下一個(gè)單體的受體。
糖異生作用(gluconenogenesis)：由簡(jiǎn)單的非糖前體轉變?yōu)樘堑倪^(guò)程。糖異生不是糖酵解的簡(jiǎn)單逆轉。雖然由丙酮酸開(kāi)始的糖異生利用了糖酵解中的七步進(jìn)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(guò)酵解過(guò)程中不可逆的三個(gè)反應。
【臨床執業(yè)醫師考點(diǎn)：糖類(lèi)代謝】相關(guān)文章：
臨床執業(yè)醫師考點(diǎn)：脂類(lèi)代謝03-10
臨床執業(yè)醫師助理考點(diǎn)：鈣的代謝03-21
臨床執業(yè)醫師助理考點(diǎn)：磷的代謝03-21
臨床執業(yè)醫師考點(diǎn)：蛋白質(zhì)代謝03-10