2024年臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試輔導(dǎo)講義《生物化學(xué)》第四章糖代謝糖的生理功能和消化吸收糖最主要的生理功能是氧化供能，1mol葡萄糖完全氧化成二氧化碳和水可釋放2840kJ能量。糖也是組成人體組織結(jié)構(gòu)的重要成分，如糖蛋白和糖脂是細胞膜的重要組成部分。此外，糖還參與構(gòu)成體內(nèi)多種重要的生物活性物質(zhì)。食物中的糖類主要是淀粉，此外還有少量的蔗糖、乳糖等。消化從口腔開始，唾液中的α-淀粉酶可將淀粉分解為麥芽糖等。但食物在口腔停留時間短，消化程度有限。小腸是糖消化的主要部位，胰液中的α-淀粉酶將淀粉水解成麥芽糖、麥芽三糖、含分支的異麥芽糖和由4-9個葡萄糖殘基構(gòu)成的寡糖。在小腸黏膜上皮細胞刷狀緣上，存在多種寡糖酶，如麥芽糖酶、異麥芽糖酶等，將這些寡糖進一步水解成葡萄糖。葡萄糖、半乳糖和果糖等單糖通過主動轉(zhuǎn)運或易化擴散的方式被吸收進入腸黏膜上皮細胞，然后經(jīng)門靜脈進入肝臟，供全身組織利用。糖的無氧氧化葡萄糖或糖原在無氧或缺氧條件下，分解為乳酸同時產(chǎn)生少量ATP的過程稱為糖的無氧氧化，也稱為糖酵解。反應(yīng)過程可分為兩個階段：第一階段是由葡萄糖分解成丙酮酸的過程，稱為糖酵解途徑；第二階段為丙酮酸還原成乳酸的過程。1.糖酵解途徑-葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸：此反應(yīng)由己糖激酶（肝內(nèi)為葡萄糖激酶）催化，消耗1分子ATP。-葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣?6-磷酸：由磷酸己糖異構(gòu)酶催化，反應(yīng)可逆。-果糖-6-磷酸磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸：由磷酸果糖激酶-1催化，消耗1分子ATP，是糖酵解的關(guān)鍵步驟。-果糖-1,6-二磷酸裂解成2分子磷酸丙糖：由醛縮酶催化，生成磷酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛。二者可在磷酸丙糖異構(gòu)酶作用下相互轉(zhuǎn)變。-3-磷酸甘油醛氧化為1,3-二磷酸甘油酸：由3-磷酸甘油醛脫氫酶催化，生成含有高能磷酸鍵的1,3-二磷酸甘油酸，同時生成NADH+H?。-1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸：由磷酸甘油酸激酶催化，將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP生成ATP，這是糖酵解過程中第一次底物水平磷酸化。-3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸：由磷酸甘油酸變位酶催化，反應(yīng)可逆。-2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸：由烯醇化酶催化。-磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔河杀峒っ复呋?，產(chǎn)生ATP，是糖酵解的第二個關(guān)鍵步驟，也是第二次底物水平磷酸化。2.丙酮酸還原成乳酸：在無氧條件下，丙酮酸在乳酸脫氫酶催化下，接受3-磷酸甘油醛脫氫產(chǎn)生的NADH+H?，還原成乳酸。調(diào)節(jié)糖酵解的關(guān)鍵酶有己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶。磷酸果糖激酶-1是最重要的限速酶，其活性受多種別構(gòu)效應(yīng)劑的調(diào)節(jié)。ATP、檸檬酸等是其別構(gòu)抑制劑；AMP、ADP、果糖-2,6-二磷酸是其別構(gòu)激活劑。生理意義糖酵解最主要的生理意義是在缺氧情況下快速供能，如劇烈運動時，肌肉局部血流不足，通過糖酵解可迅速提供能量。此外，某些組織即使在有氧條件下仍以糖酵解為主要供能方式，如成熟紅細胞沒有線粒體，完全依賴糖酵解供能。糖的有氧氧化葡萄糖在有氧條件下徹底氧化成水和二氧化碳并釋放大量能量的過程稱為糖的有氧氧化。反應(yīng)過程可分為三個階段：1.葡萄糖分解成丙酮酸：此階段與糖酵解途徑相同，但在有氧條件下，生成的NADH+H?進入線粒體氧化產(chǎn)能。2.丙酮酸進入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA：由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化，該復(fù)合體由丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶和二氫硫辛酰胺脫氫酶三種酶組成，含有五種輔酶，即TPP、硫辛酸、FAD、NAD?和CoA。此反應(yīng)不可逆。3.乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化-三羧酸循環(huán)：又稱檸檬酸循環(huán)，由一系列反應(yīng)組成。首先乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成檸檬酸，然后經(jīng)過一系列反應(yīng)，最終又生成草酰乙酸，形成一個循環(huán)。三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶有檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。每一次三羧酸循環(huán)，消耗1分子乙酰CoA，生成2分子CO?、3分子NADH+H?、1分子FADH?和1分子GTP（通過底物水平磷酸化生成）。-氧化磷酸化：三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的NADH+H?和FADH?經(jīng)呼吸鏈氧化，將電子傳遞給氧生成水，同時偶聯(lián)ADP磷酸化生成ATP。調(diào)節(jié)糖有氧氧化的調(diào)節(jié)是基于能量的需求，當(dāng)細胞內(nèi)能量充足時，有氧氧化受到抑制；當(dāng)能量需求增加時，有氧氧化加速。關(guān)鍵酶的活性調(diào)節(jié)是主要的調(diào)節(jié)方式，如丙酮酸脫氫酶復(fù)合體受變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾調(diào)節(jié)。生理意義糖的有氧氧化是機體獲得能量的主要方式，1mol葡萄糖徹底氧化可生成30或32molATP。此外，三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸三大營養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑，也是它們相互轉(zhuǎn)變的樞紐。磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑是指從糖酵解的中間產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸開始形成旁路，通過氧化、基團轉(zhuǎn)移兩個階段生成磷酸戊糖等中間代謝物，然后再重新進入糖酵解的代謝途徑。反應(yīng)過程可分為兩個階段：1.氧化階段：葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脫氫酶等催化下，生成磷酸戊糖、NADPH和CO?。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶是此階段的關(guān)鍵酶。2.非氧化階段：通過一系列基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將磷酸戊糖轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒獾闹虚g產(chǎn)物，如3-磷酸甘油醛和果糖-6-磷酸。調(diào)節(jié)主要受NADP?/NADPH比值的調(diào)節(jié)。當(dāng)NADP?/NADPH比值升高時，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶活性增強，磷酸戊糖途徑加速。生理意義1.生成NADPH：NADPH是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體，如脂肪酸、膽固醇等的合成；參與體內(nèi)的羥化反應(yīng)，如藥物、毒物的生物轉(zhuǎn)化；維持谷胱甘肽的還原性，保護細胞免受氧化劑的損傷。2.生成磷酸核糖：為核酸的生物合成提供核糖。糖原的合成與分解糖原是動物體內(nèi)糖的儲存形式，主要儲存在肝臟和肌肉中。糖原合成由葡萄糖合成糖原的過程稱為糖原合成。其反應(yīng)過程如下：1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸：由己糖激酶（肝內(nèi)為葡萄糖激酶）催化。2.葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?1-磷酸：由磷酸葡萄糖變位酶催化。3.葡萄糖-1-磷酸生成尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）：由UDPG焦磷酸化酶催化，消耗UTP。4.UDPG中的葡萄糖基轉(zhuǎn)移到糖原引物上：由糖原合酶催化，形成α-1,4-糖苷鍵。糖原合酶是糖原合成的關(guān)鍵酶。糖原分解糖原分解習(xí)慣上是指肝糖原分解為葡萄糖的過程。1.糖原磷酸化酶催化糖原非還原端的α-1,4-糖苷鍵磷酸解，生成葡萄糖-1-磷酸：糖原磷酸化酶是糖原分解的關(guān)鍵酶。2.葡萄糖-1-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?6-磷酸：由磷酸葡萄糖變位酶催化。3.葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖：由葡萄糖-6-磷酸酶催化，此酶只存在于肝、腎中，所以只有肝、腎的糖原可直接補充血糖。調(diào)節(jié)糖原合成和分解的關(guān)鍵酶糖原合酶和糖原磷酸化酶都受變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾調(diào)節(jié)。如血糖升高時，胰島素分泌增加，通過共價修飾使糖原合酶活性增強，糖原磷酸化酶活性降低，促進糖原合成，抑制糖原分解。糖異生非糖化合物（如乳酸、甘油、生糖氨基酸等）轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生。反應(yīng)過程糖異生途徑基本上是糖酵解的逆過程，但糖酵解中的三個關(guān)鍵步驟需要由不同的酶催化，這些酶稱為糖異生的關(guān)鍵酶。1.丙酮酸羧化支路：丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下生成草酰乙酸，然后草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下生成磷酸烯醇式丙酮酸。2.果糖-1,6-二磷酸水解為果糖-6-磷酸：由果糖二磷酸酶-1催化。3.葡萄糖-6-磷酸水解為葡萄糖：由葡萄糖-6-磷酸酶催化。調(diào)節(jié)糖異生的調(diào)節(jié)主要是通過對關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)實現(xiàn)的。如饑餓時，胰高血糖素分泌增加，通過變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾抑制糖酵解，促進糖異生，以維持血糖水平。生理意義1.維持血糖水平的恒定：在空腹或饑餓狀態(tài)下，糖異生作用可將非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，補充血糖。2.補充肝糖原：糖異生是肝補充糖原的重要途徑。3.調(diào)節(jié)酸堿平衡：長期饑餓時，腎糖異生增強，有利于維持酸堿平衡。血糖及其調(diào)節(jié)血糖指血液中的葡萄糖，正常空腹血糖濃度為3.9-6.1mmol/L。血糖的來源和去路1.來源：食物中糖類的消化吸收；肝糖原的分解；糖異生作用。2.去路：氧化分解供能；合成糖原儲存；轉(zhuǎn)變?yōu)橹?、氨基酸等非糖物質(zhì)；隨尿排出（當(dāng)血糖濃度超過腎糖閾，即8.89-10.0mmol/L時）。血糖水平的調(diào)節(jié)1.激素調(diào)節(jié)-胰島素：是唯一降低血糖的激素，它通過促進組織細胞攝取葡萄糖、加速糖原合成