一、糖的消化 糖是一類多羥基醛;多羥基酮;多羥基醛或多羥基酮的衍生物;可以水解為多羥基醛或多羥基酮或它們的衍生物的物質(zhì),也稱為碳水化合物。碳水化合物是地球上最豐富的生物分子,每年全球植物和藻類光合作用可轉(zhuǎn)換1000億噸CO2和H2O成為纖維素和其他植物產(chǎn)物。植物體85-90%的干重是糖。這些碳水化合物是構(gòu)成機體的成分并在多種生命過程中起重要作用。其主要的生理功能為: ① 氧化供能:糖類占人體全部供能量的70%。 ② 作為結(jié)構(gòu)成分:作為生物膜、神經(jīng)組織等的組分。 ③ 作為核酸類化合物的成分:構(gòu)成核苷酸,DNA,RNA等。 ④ 轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì):轉(zhuǎn)變?yōu)橹净虬被岬然衔铩?/FONT> 本章重點介紹作為生物體的主要能源共給者糖的代謝。 糖代謝主要是指葡萄糖在體內(nèi)的一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。它在不同類型細胞中的代謝途徑有所不同,其分解代謝方式還在很大程度上受氧供應(yīng)狀況的影響。在缺氧時,葡萄糖進行糖酵解生成乳酸;在供氧充足時,葡萄糖進行有氧氧化生成CO2和H2O;此外,葡萄糖也可進食磷酸戊糖途徑等進行代謝,以發(fā)揮不同的生理作用。當進食糖類食物后,葡萄糖經(jīng)合成代謝聚合成糖原,儲存于肝或肌組織;空腹或饑餓時,肝糖原分解為葡萄糖進入血液,以維持血糖濃度。有些非糖物質(zhì)如乳酸、丙氨酸等還可經(jīng)糖異生途徑轉(zhuǎn)變成葡萄糖或糖原。以下將介紹糖的主要代謝途徑、生理意義及其調(diào)控機制。 人類食物中的糖有淀粉、糖原、蔗糖、乳糖、麥芽糖、葡萄糖、果糖及纖維素等 。纖維素不被消化,但纖維素能促進腸管蠕動 ,其余的糖被消化道中水解酶類分解為單糖后才被吸收 唾液中含有唾液淀粉酶 ,胃液中不含水解糖類的酶類,小腸是糖消化的主要場所,腸液中有胰腺分泌的胰淀粉酶。 二、糖的吸收消化所生成的單糖主要在小腸上段被吸收擴散入血,循門靜脈入肝,并輸送到全身各組織器官中利用。 目前認為單糖至少有兩種吸收轉(zhuǎn)運系統(tǒng): 1)Na+―單糖共轉(zhuǎn)運系統(tǒng),依賴鈉泵并消耗ATP,對葡萄糖和半乳糖有高特異性; 2)不依賴Na+ 的單糖轉(zhuǎn)運系統(tǒng),對果糖有高特異性。兩種吸收轉(zhuǎn)運系統(tǒng)都有特異性載體蛋白參與。 食物中的糖是機體中糖的主要來源,被人體攝入經(jīng)消化成單糖吸收后,經(jīng)血液運輸?shù)礁鹘M織細胞進行合成代謝和分解代謝。機體內(nèi)糖的代謝途徑主要有葡萄糖的無氧酵解、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。 (一)糖代謝途徑 1、糖的無氧酵解途徑——糖酵解途徑 是在無氧情況下,葡萄糖分解生成乳酸的過程。它是體內(nèi)糖代謝最重要的途徑。 糖酵解途徑包括三個階段: 第一:引發(fā)階段。葡萄糖的磷酸化、異構(gòu)化。 第二:裂解階段。 第三:氧化還原階段。能量的釋放和保留階段。 為不可逆反應(yīng),酵解過程關(guān)鍵步驟之三 1分子的葡萄糖通過無氧酵解可凈生成 2個 三磷酸腺苷(ATP),這一過程全部在胞漿中完成。 生理意義:①是機體在缺氧或無氧狀態(tài)下獲得能量的有效措施。 ②機體在應(yīng)激狀態(tài)下產(chǎn)生能量,滿足機體生理需要的重要途徑。 ③糖酵解的某些中間產(chǎn)物是脂類、氨基酸等合成的前體,并與其他代謝途徑相聯(lián)系。 依賴于糖酵解獲得能量的組織細胞有:紅細胞、視網(wǎng)膜、角膜、晶狀體、睪丸、腎髓質(zhì)等。 葡萄糖在有氧條件下徹底氧化成水和二氧化碳的反應(yīng)過程稱為糖的有氧氧化(aerobic oxidation)。有氧氧化是糖氧化的主要方式,絕大多數(shù)細胞都通過它獲得能量。肌肉等進行糖酵解生成的乳酸,最終仍需在有氧時徹底氧化成水和二氧化碳。 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(cytoplasm and mitochondrion)內(nèi)進行。 一分子葡萄糖(glucose)徹底氧化分解可產(chǎn)生36/38分子ATP。 一、糖的有氧氧化的反應(yīng)過程糖的有氧氧化分三個階段進行。第一階段:葡萄糖分解生成丙酮酸,在細胞液中進行。第二階段:丙酮酸進入線粒體氧化脫羧,生成乙酰CoA。第三階段:三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化,在線粒體內(nèi)進行。 圖5-3 有氧氧化反應(yīng)過程 (一)葡萄糖分解生成丙酮酸 此階段的反應(yīng)步驟與糖無氧氧化途徑基本相同。在有氧條件下,1分子葡萄糖分解生成2分子丙酮酸。所不同的是,3-磷酸甘油醛脫下的氫并不用于丙酮酸還原生成乳酸,而是交給NAD+,生成NADH+H+,再經(jīng)線粒體內(nèi)電子傳遞鏈的作用,與氧結(jié)合生成水,釋放能量,使ADP磷酸化生成ATP。這種生成ATP的方式,稱為氧化磷酸化。 (二)丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A 丙酮酸在胞液中生成以后,經(jīng)線粒體內(nèi)膜上特異載體轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi),在丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(又叫丙酮酸脫氫酶系)催化下進行氧化脫羧,并與輔酶A結(jié)合成乙酰輔酶A,反應(yīng)不可逆。其總反應(yīng)式為: 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由三種酶蛋白和五種輔助因組成,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體存在于線粒體中,是由丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶、二氫硫辛酰脫氫酶按一定比例組合成的多酶體系,其組合比例隨生物體不同而異。該復(fù)合體催化丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA,參與反應(yīng)的輔酶有硫胺素焦磷酸酯(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD+及CoA。 反應(yīng)過程如下。 圖5-4 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的催化作用 (三)三羧酸循環(huán) 三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle,TAC)是以乙酰輔酶A的乙?;c草酰乙酸縮合為檸檬酸開始,經(jīng)過若干反應(yīng)步驟,最后又以草酰乙酸的再生為結(jié)束的連續(xù)酶促反應(yīng)過程。因為這個反應(yīng)過程的第一個產(chǎn)物是含有三個羧基的檸檬酸,故稱為三羧酸循環(huán),也叫做檸檬酸循環(huán)。又因為這個循環(huán)學(xué)說是由Krebs于1937年首先提出,故又叫做Krebs循環(huán)。反應(yīng)位點:線粒體。 三羧酸循環(huán)的反應(yīng)過程如圖5-5: 圖5-5 三羚循環(huán)反應(yīng)過程 二、有氧氧化的生理意義(一)三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)物質(zhì)的最終代謝通路 糖、脂肪、氨基酸在體內(nèi)進行生物氧化都將產(chǎn)生乙酰CoA,然后進入三羧酸循環(huán)進入三羧酸循環(huán)被降解成為CO2和H2O,并釋放能量滿足機體需要。 (二) 三羧酸循環(huán)也是糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐 由葡萄糖分解產(chǎn)生的乙酰CoA可以用來合成脂酸和膽固醇;許多生糖氨基酸都必須先轉(zhuǎn)變?yōu)槿人嵫h(huán)的中間物質(zhì)后,再經(jīng)蘋果酸或草酰乙酸異生為糖。三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物還可轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N重要物質(zhì),如琥珀酰輔酶A可用于合成血紅素;α-酮戊二酸、草酰乙酸可用于合成谷氨酸、天冬氨酸,這些非必需氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。 圖5-6 三羧酸循環(huán)是物質(zhì)代謝的樞紐 (三)三羧酸循環(huán)的總反應(yīng)式及能量代謝 三羧酸循環(huán)運轉(zhuǎn)一周:有2次脫羧(氧化1分子乙酰CoA )、4次脫氫(3次由NAD+接受、1次由FAD接受)、1次底物水平磷酸化。 表5-1 葡萄糖有氧氧化過程中ATP的生成位點 *(1)糖酵解途經(jīng)產(chǎn)生的NADH+H+,如果經(jīng)蘋果酸穿梭機制,1個NADH+H+產(chǎn)生3分子ATP:若經(jīng)α-磷酸甘油穿梭機制,則產(chǎn)生2分子ATP (2)1分子葡萄糖分解生成2分子3-磷酸甘油醛,故乘以2。 (四)三羧酸循環(huán)的特點: 1. 循環(huán)反應(yīng)在線粒體(mitochondrion)中進行,為不可逆反應(yīng)。 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(chǎn)物既不能通過此循環(huán)反應(yīng)生成,也不被此循環(huán)反應(yīng)所消耗。 4. 三羧酸循環(huán)中有兩次脫羧反應(yīng),生成兩分子CO2。 5. 循環(huán)中有四次脫氫反應(yīng),生成三分子NADH和一分子FADH2。 6. 循環(huán)中有一次底物水平磷酸化,生成一分子GTP。 7. 三羧酸循環(huán)的關(guān)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。 三、有氧氧化的調(diào)節(jié)糖的有氧氧化的三個階段中,第一階段的調(diào)節(jié)見糖酵解的調(diào)節(jié),這里主要敘述第二、三階段的調(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)合體可通過變構(gòu)效應(yīng)和共價修飾兩種方式進行快速調(diào)節(jié)。反應(yīng)產(chǎn)物NADH、乙酰CoA對丙酮酸脫氫酶復(fù)合體有反饋抑制作用,使有氧氧化減弱;ATP對其也有抑制作用,而AMP則有激活作用。此外,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體還可被丙酮酸脫氫酶激酶磷酸化,引起酶蛋白變構(gòu)而失去活性;丙酮酸脫氫酶磷酸酶則使其脫磷酸而恢復(fù)活性。NADH、乙酰CoA 增加,還可通過增強丙酮酸脫氫酶激酶活性,加強對丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的抑制作用,協(xié)同減弱糖的有氧氧化,使NADH和乙酰CoA生成不致過多;而NAD+和ADP則有相反作用。胰島素可增強丙酮酸脫氫酶磷酸酶活性,促進糖的氧化分解。 (二)三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié) 三羧酸循環(huán)的速率和流量受多種因素的調(diào)控,在三個不可逆反應(yīng)中,其中異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體所催化的反應(yīng)是三羧酸循環(huán)的主要調(diào)節(jié)點。 當NADH/NAD+和ATP/ADP濃度比值升高時,異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體被反饋抑制,三羧酸循環(huán)速率減慢,而ADP則是異檸檬酸脫氫酶的變構(gòu)激活劑。 線粒體中Ca2+濃渡增高,可激活異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體及丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性,糖的有氧氧化增強。 三羧酸循環(huán)也受氧化磷酸化速率的影響。三羧酸循環(huán)中由4次脫氫生成的NADH+H+和FADH2中的氫和電子需通過電子傳遞鏈進行氧化及磷酸化生成ATP,使氧化型NAD+和FAD得以再生,否則三羧酸循環(huán)中的脫氫反應(yīng)將無法進行。因此,凡是抑制電子傳遞鏈各環(huán)節(jié)的因素均可阻斷三羧酸循環(huán)運轉(zhuǎn)。 (三)巴斯德效應(yīng) 有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象稱為巴斯德效應(yīng)(Pasteur effect),此效應(yīng)是由法國科學(xué)家Pasteur利用酵母菌進行生醇發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)。人體組織中同樣存在此效應(yīng)。當組織供氧充足時,丙酮酸進入三羧酸循環(huán)氧化,NADH+H+可穿梭進入線粒體經(jīng)電子傳遞鏈氧化,使乳酸生成受到抑制,所以有氧抑制糖酵解。缺氧時,氧化磷酸化受阻,NADH+H+累積,使ADP與Pi不能轉(zhuǎn)變?yōu)?SPAN lang=EN-US>ATP,ATP/ADP比值降低,促使6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶活性增強,丙酮酸作為氫接受體在胞液中還原為乳酸,加速葡萄糖沿糖酵解途徑分解。 糖酵解和糖的有氧氧化是體內(nèi)糖分解代謝的主要途徑,除此以外,體內(nèi)還存在其他代謝途徑,磷酸戊糖途徑(pentose phosphate pathway)或稱磷酸己糖旁路(hexose monophosphate shunt,簡稱HMS)就是另一重要途徑。此途徑在肝臟、脂肪組織、紅細胞、腎上腺皮質(zhì)、泌乳期乳腺、性腺、骨髓等組織中比較活躍,整個反應(yīng)過程均在胞液中進行。
一、磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程磷酸戊糖途徑總反應(yīng)方程式如下: 圖5-7 磷酸戊糖途徑反應(yīng)過程 二、磷酸戊糖途徑的生理意義(一)提供NADHP作為供氫體參與多種代謝反應(yīng) 1.NADPH是體內(nèi)許多合成代謝的供氫體 2.NADPH參與體內(nèi)羥化反應(yīng) 3.NADPH用于維持谷胱甘肽的還原狀態(tài),對保護細胞中含巰基的酶及蛋白質(zhì)免受氧化、維持紅細胞的正常功能(膜蛋白的完整性)及血紅蛋白處于還原狀態(tài)起重要作用。 (二)為核酸的生物合成提供核糖體內(nèi)磷酸核糖來自磷酸戊糖途徑 5-磷酸核糖是核酸和核苷酸的組成成分。它既可由磷酸戊糖途徑生成,也可通過糖分解代謝的中間產(chǎn)物6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛經(jīng)前述基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)的逆反應(yīng)生成,但在人體主要是經(jīng)前一過程生成。肌組織缺乏6-磷酸葡萄糖脫氫酶,磷酸核糖則靠基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成 (三)提供能量 必要時可通過轉(zhuǎn)氫酶作用,使NAD還原成NADH,后者通過呼吸鏈和氧化磷酸化過程,即可生成ATP提供能量需要。 糖原(glycogen)是由葡萄糖單位組成的具有許多分支結(jié)構(gòu)的大分子多糖,是人和動物體內(nèi)糖的貯存形式。糖原分子中的葡萄糖單位主要以α-1,4-糖苷鍵相連,形成直鏈結(jié)構(gòu),部分以α-1,6-糖苷鍵相連構(gòu)成支鏈。一條糖鏈有一個還原端和一個非還原端,每形成一個分支即增加一個非還原端。糖原的合成與分解都是由非還原端開始的。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。 圖5-8 糖原的分子結(jié)構(gòu) 圖5-9 糖原的分子結(jié)構(gòu)示意圖 一、糖原的合成代謝(一)糖原合成的反應(yīng)過程:糖原合成的反應(yīng)過程可分為三個階段: 1.活化:由葡萄糖在己糖激酶或葡萄糖激酶作用下生成6-磷酸葡萄糖,是一耗能過程。 2.6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?SPAN lang=EN-US>1-磷酸葡萄糖 此反應(yīng)在葡萄糖變位酶催化下完成。 3.生成尿苷二磷酸葡萄糖 在尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶作用下,1-磷酸葡萄糖與UTP作用,生成尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG uridine diphosphate glucose),釋放出焦磷酸。焦磷酸被焦磷酸酶迅速水解,使反應(yīng)向糖原合成方向進行,同時消耗1個高能磷酸鍵。 4.從UDPG合成糖原 UDPG中的葡萄糖單位在糖原合酶作用下,轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)原有的較小的糖原引物上,在非還原端以α-1,4-糖苷鍵連接。每反應(yīng)一次,糖原引物上即增加一個葡萄糖單位。糖原引物是在一種被稱為糖原引物蛋白(glycogenin)分子上形成的,這種蛋白質(zhì)能對其自身進行共價修飾,即它的分子中第194位酪氨酸殘基的酚羥基被糖基化,形成葡聚糖鏈,作為糖原合成時UDPG中葡萄糖基的接受體,此接受體即為糖原引物。 *n表示糖原引物中葡萄糖數(shù)目 5.形成分支 糖原合成酶只能催化形成α-1,4-糖苷鍵,當糖鏈長度達到12 ~18個葡萄糖殘基時,由分枝酶使末端含6~7個葡萄糖的糖鏈轉(zhuǎn)移,以α-1,6-糖苷鍵連接,形成分枝。由糖原合成酶與分枝酶催化的反應(yīng)不斷進行,使作為引物的糖原分子不斷延長,并增加新的分支 圖5-10 糖原合成中分支的形成 (二)糖原合成反應(yīng)的特點 1.糖原合成的反應(yīng)部位在胞漿(肌肉/肝臟);關(guān)鍵酶是糖原合成酶;原料:G(葡萄糖),UDP,ATP;產(chǎn)物是Gn,生理意義是儲存能量。 2.糖原合酶催化的糖原合成反應(yīng)不能從頭開始,需要至少含4個葡萄糖殘基的α-1,4-葡聚糖作為引物。 3.糖原合酶是糖原合成過程的限速酶,其活性受共價修飾和變構(gòu)的調(diào)節(jié)。 4.UDPG是活潑葡萄糖基的直接供體,其生成過程中要消耗ATP和UTP,在糖原引物上每增加1個新的葡萄糖單位,要消耗2個高能磷酸鍵。 5.葡萄糖進入細胞合成糖原過程中,伴有K+轉(zhuǎn)移入細胞,使血K+趨于降低。因此,輸注胰島素和大量葡萄糖時,要注意防止出現(xiàn)低血鉀。據(jù)此,血鉀過高的患者,也可采用輸注葡萄糖和少量胰島素的方法降低血鉀。 二、糖原的分解代謝肝糖原分解為葡萄糖以補充血糖的過程,稱為糖原分解。肌糖原不能分解為葡萄糖,只能進行糖酵解或有氧氧化。糖原分解包括下列幾個反應(yīng)步驟: (一)糖原分解代謝過程 1.糖原分解為1-磷酸葡萄糖 從糖原分子的非還原端開始,由磷酸化酶催化α-1,4-糖苷鍵分解,逐個生成1-磷酸葡萄糖。如圖5-11. 上述反應(yīng)不斷進行,α-1,4-糖苷鍵逐漸被水解,糖原分子逐漸變小,直至距糖原分支部位4 個葡萄糖單位為止。 2.脫掉分支 當反應(yīng)進行到葡萄糖鏈距分枝處只剩4個葡萄糖單位時,脫枝酶(轉(zhuǎn)移酶)將3個葡萄糖單位轉(zhuǎn)移到其它分枝的非還原未端,以α-1,6-糖苷鍵相連的最后一個葡萄糖繼續(xù)由脫枝酶水解生成游離的葡萄糖。如圖5-12 至此,在磷酸化酶與脫枝酶的協(xié)同和反復(fù)作用下,完成糖原分解過程 圖5-11 糖原分解為1-磷酸葡萄糖 圖5-12 糖原的脫支反應(yīng) 3.1-磷酸葡萄糖在變位酶作用下轉(zhuǎn)變?yōu)?SPAN lang=EN-US>6-磷酸葡萄糖 4. 6-磷酸葡萄糖在葡萄糖-6-磷酸酶作用下水解為葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝臟和腎臟,肌肉組織中無此酶,因此肌糖原不能分解為葡萄糖,而只有肝、腎組織中的糖原能夠分解為葡萄糖。 在空腹和饑餓(10~12h)時,肝糖原分解為葡萄糖釋放入血,以維持血糖濃度恒定。糖原分解時,伴有細胞內(nèi)K+的釋放。 (二)糖原分解的特點 1.水解反應(yīng)在糖原的非還原端進行; 2.是一非耗能過程; 3.關(guān)鍵酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase),為一共價修飾酶,其輔酶是磷酸吡哆醛。 (三)糖原合成與分解的調(diào)節(jié) 糖原的合成與分解對維持血糖濃度的恒定具有重要作用。糖原合酶和磷酸化酶分別是糖原合成與分解代謝中的限速酶,它們在體內(nèi)均有無活性型(糖原合酶b和磷酸化酶b)和有活性型(糖原合酶a和磷酸化酶a)兩種形式,可受到共價修飾調(diào)節(jié)和變構(gòu)調(diào)節(jié)的雙重影響。 1. 共價修飾調(diào)節(jié) 當機體受到某些因素影響(如血糖濃度下降、劇烈運動)時,引起腎上腺素、胰高血糖素分泌增加。兩者與肝臟或肌肉等組織細胞膜上的特異性受體結(jié)合,通過G蛋白介導(dǎo)活化腺苷酸環(huán)化酶,使cAMP生成增加,cAMP又使依賴cAMP的蛋白激酶A活化。活化的蛋白激酶A一方面使有活性的糖原合酶a磷酸化為無活性的糖原合酶b,使糖原合成過程減弱;另一方面使無活性的磷酸化酶b激酶磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牧姿峄?SPAN lang=EN-US>b激酶,后者進一步使無活性的糖原磷酸化酶b磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牧姿峄?SPAN lang=EN-US>a,使糖原分解增強。這種調(diào)節(jié)的最終結(jié)果是抑制糖原合成,促進糖原分解,使肝糖原分解為葡萄糖釋放入血,補充血糖濃度,肌糖原分解產(chǎn)生能量用于肌肉收縮(圖5-13)。通過這種雙向的精細調(diào)節(jié),使代謝狀態(tài)和生理機能保持一致。 胰島素促進糖原合成,抑制糖原分解,其機理可能是通過激活磷酸二酯酶加速cAMP的分解,抑制了蛋白激酶A的活性。 Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。當神經(jīng)沖動引起胞液內(nèi)Ca2+升高時,Ca2+激活磷酸化酶b激酶,促進磷酸化酶b磷酸化而變成磷酸化酶a,加速糖原分解,以利肌收縮時獲得能量。 前述被磷酸化的各種酶包括無活性的糖原合酶b、有活性的磷酸化酶b激酶和磷酸化酶a,其去磷酸化由磷蛋白磷酸酶-1催化,去磷酸化以后,這些酶的活性即發(fā)生相反的變化。磷蛋白磷酸酶-1的活性受細胞內(nèi)一種磷蛋白磷酸酶抑制劑的調(diào)節(jié),當兩者結(jié)合后酶的活性受到抑制。而這種抑制劑本身也受蛋白激酶A的調(diào)控。蛋白激酶A催化其磷酸化后由無活性型轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚孕汀?/FONT> 圖5-13 糖原的脫支反應(yīng) 2. 別構(gòu)調(diào)節(jié) 6-磷酸葡萄糖是糖原合酶b的變構(gòu)激活劑,當血糖水平增高,進入細胞的葡萄糖增多,6-磷酸葡萄糖生成增加,促使糖原合酶b轉(zhuǎn)變?yōu)樘窃厦?SPAN lang=EN-US>a,加速糖原合成。 AMP是磷酸化酶b的別構(gòu)激活劑,當細胞內(nèi)能量供應(yīng)不足,AMP濃度升高時,促進糖原分解。而ATP和葡萄糖是磷酸化酶a的別構(gòu)抑制劑,當細胞內(nèi)能量充足,ATP濃度升高,或血糖升高時,抑制糖原分解。 非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程稱為糖異生。非糖物質(zhì):乳酸、甘油、生糖氨基酸等。糖異生代謝途徑主要存在于肝及腎中。
一、糖異生的基本過程糖異生途徑基本上是糖酵解的逆過程,但并不完全相同。糖酵解途徑中大多數(shù)催化反應(yīng)是可逆,只有已糖激酶(糖酵解反應(yīng)1)、6-磷酸果糖激酶-1(糖酵解反應(yīng)4)和丙酮酸激酶(糖酵解反應(yīng)11)所催化的三步反應(yīng)均為不可逆的步驟,在糖異生過程中這些步驟將被別的旁路反應(yīng)所代替。 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵯┐夹捅?/FONT> (二)1,6 -雙磷酸果糖轉(zhuǎn)變?yōu)?SPAN lang=EN-US> 6 -磷酸果糖 (三)6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x葡萄糖 糖異生反應(yīng)的細胞位點為胞漿和線粒體(肝臟);關(guān)鍵酶是G-6-P酶、F-1,6-BP酶、丙酮酸羧化酶/PEP羧激酶;反應(yīng)原料是甘油/丙酮酸/乳酸/生糖氨基酸等;產(chǎn)物為葡萄糖;每生成一分子葡萄糖消耗六個高能磷酸鍵。 圖5-14 糖異生作用途徑 二、乳 酸 循 環(huán) (Cori循環(huán))激烈運動時,肌肉收縮通過糖酵解生成大量乳酸。肌肉內(nèi)糖異生活性低,所以乳酸通過細胞膜彌散進入血液后,再進入肝,先氧化成丙酮酸,然后經(jīng)過糖異生作用轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟腔蛱窃?。葡萄糖釋入血液后又可被肌肉攝取,構(gòu)成一個循環(huán),成為乳酸循環(huán)。 乳酸循環(huán)是耗能的過程,2分子乳酸異生成葡萄糖需要消耗6分子ATP。 生理意義在于避免損失乳酸以及防止乳酸堆積引起酸中毒,既回收了乳酸中的能量,又重新積累了儲存的糖原,對身體能量的利用很有意義。 圖5-15 乳酸循環(huán)作用途徑 三、糖異生的生理意義(一)維持血糖濃度恒定 體內(nèi)儲存的糖原有限,實驗證明,禁食12~24小時后,肝糖原耗盡,糖異生顯著增強,成為血糖的主要來源,維持血糖水平正常。 (二)補充肝糖原 由于肝葡萄糖激酶Km值高,攝取葡萄糖能力弱,即便進食以后也有相當一部分葡萄糖是先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物,再異生成糖原,此途徑稱為糖原合成的三碳途徑。 (三)調(diào)節(jié)酸堿平衡 在劇烈運動或某些原因?qū)е氯毖鯐r,肌糖原酵解產(chǎn)生大量乳酸,引起組織pH降低,通過乳酸循環(huán)的糖異生作用,在肝臟將酸性的乳酸轉(zhuǎn)變?yōu)橹行缘钠咸烟?,防止酸中毒?/FONT> 一、血糖的來源和去路
血糖指血液中的葡萄糖,其正常水平相對恒定,維持在3.89~6.11mmol/L之間。血糖有多條來源和去路途徑。如圖5-16。 圖5-16 血糖的來源和去路 二、血糖的調(diào)節(jié)血糖濃度相當恒定,這源于機體高效率的調(diào)節(jié)血糖濃度。通過嚴格控制血糖的來源和去路,使得血糖濃度處于動態(tài)平衡。 (一)組織器官代謝調(diào)節(jié) 肝臟是調(diào)節(jié)血糖濃度的主要器官。肝臟具有參于糖代謝的各種酶,當血糖濃度因進食而升高時,血中大量的糖進入肝臟合成肝糖原。當血糖濃度降低時,肝糖原又可分解為葡萄糖或通過糖異生合成葡萄糖,以補充血糖 (二)神經(jīng)系統(tǒng)對血糖濃度的調(diào)節(jié) 神經(jīng)系統(tǒng)特別是其高級部位,可直接通過神經(jīng)末梢釋放遞質(zhì)或間接通過支配內(nèi)分泌腺分泌激素,以影響與調(diào)節(jié)全身糖的代謝。激動時,中樞神經(jīng)系統(tǒng)將興奮傳至肝臟,促使肝糖原分解為葡萄糖釋放到血中,使血糖濃度升高。 (三)激素對血糖濃度的調(diào)節(jié) 激素對血糖濃度及糖代謝的調(diào)節(jié)起著重要作用,多種激素參與血糖濃度的調(diào)節(jié)。一類是降低血糖的激素即胰島素;一類升高血糖的激素有胰高血糖素、腎上腺素、腎上腺皮質(zhì)激素、生長素與甲狀腺素。這兩類激素作用的途徑和效果雖各不相同,但它們互相協(xié)調(diào)又互相制約,通過改變體內(nèi)糖代謝方向以調(diào)節(jié)血糖濃度。 1.胰島素 胰島素是胰島β細胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素,是體內(nèi)唯一的降血糖激素。它的分泌受血糖濃度的調(diào)節(jié),血糖升高即引起胰島素的分泌,血糖降低則分泌減少。其主要調(diào)節(jié)作用是: (1)胰島素促進肌肉,脂肪組織細胞膜載體轉(zhuǎn)運葡萄糖進入細胞; (2)胰島素誘導(dǎo)糖原合成酶的生成,同時還能抑制糖原磷酸化酶作用,因此它既能促進糖原合成又能減少糖原分解; (3)誘導(dǎo)分解利用血糖的關(guān)鍵酶的合成,從而加速糖的利用; (4)胰島素抑制糖異生關(guān)鍵酶的活性,以抑制糖異生; (5)抑制脂肪動員。 2.胰高血糖素 胰高血糖素是胰島α細胞分泌的一種多肽激素,是升血糖激素。主要作用為: (1)促進肝糖原分解,血糖升高; (2)抑制糖酵解,促進糖異生,使非糖物質(zhì)(丙酮酸、乳酸和氨基酸等)迅速異生為糖; (3) 加速脂肪動員。 3.糖皮質(zhì)激素 糖皮質(zhì)激素是腎上腺皮質(zhì)分泌的類固醇激素,可引起血糖升高。主要作用為: (1) 抑制肝外組織自血液中吸取葡萄糖,并能促進肌肉中蛋白質(zhì)的分解,產(chǎn)生的氨基酸是糖異生的原料。 (2)促進糖異生關(guān)鍵酶的合成,從而促進糖異生。 4. 腎上腺素 腎上腺素是強有力的升血糖激素,主要在應(yīng)激狀態(tài)下發(fā)揮作用,對血糖濃度的調(diào)節(jié)與胰高血糖素相似??纱龠M肝糖原分解,還促進肌糖原經(jīng)糖酵解分解成乳酸,乳酸是糖異生的原料,可間接升高血糖。 5.生長素 生長素主要表現(xiàn)為對抗胰島素的作用,使血糖濃度升高。 三、血糖水平異常空腹血糖濃度高于7.22~7.78mmol/L稱為高血糖(hyperglycemia)??崭寡菨舛鹊陀?SPAN lang=EN-US>3.33~3.89mmol/L稱為低血糖。 (hypoglycemia) (一)生理性高血糖與糖尿 在生理情況下,血糖超過腎糖閾(血糖濃度高于(8.89~10.00mmol/L)時出現(xiàn)的糖尿,屬生理性糖尿(glucosuria)。如情緒激動時,交感神經(jīng)興奮或一次進食大量葡萄糖后出現(xiàn)糖尿,分別稱為情感性糖尿和飲食性糖尿。 (二)病理性高血糖及糖尿病 糖尿病(diabetes)是一組病因和發(fā)病機理尚未完全闡明的內(nèi)分泌代謝性疾病,以高血糖為其主要標志。 常見于內(nèi)分泌機能紊亂,如胰島β細胞損害引起胰島素分泌不足。糖尿病可分為胰島素依賴型(I型)和非胰島素依賴型(II型)兩類,II型糖尿病有更強的遺傳性,胰島素受體基因缺陷已被證實是其誘因之一,我國患者以此類居多。 此外還有一些繼發(fā)性糖尿病。大都繼發(fā)于胰島組織廣泛破壞的疾病,如胰腺炎、胰腺切除后等,或由于引起胰島素拮抗的激素分泌過多的疾病,如:甲狀腺機能亢進、肢端肥大癥、皮質(zhì)醇增多癥等。 (三)腎性糖尿 由于腎臟疾患,如慢性腎炎,腎病綜合癥等引起腎小管重吸收功能減弱,重吸收葡萄糖能力下降,導(dǎo)至腎糖閾下降,但血糖水平與耐糖曲線正常,由此出現(xiàn)的糖尿稱為腎性糖尿。孕婦有時也會有暫時性腎糖閾降低而出現(xiàn)腎性糖尿。 (四)低血糖 血糖是大腦能量的主要來源,低血糖時影響腦的正常功能,出現(xiàn)頭昏、心悸、饑餓感及出冷汗等現(xiàn)象,嚴重時患者出現(xiàn)昏迷,稱為低血糖休克,如不及時補充血糖可導(dǎo)致死亡。 低血糖常見的原因有:進食不足、內(nèi)分泌功能紊亂,如胰島素β-細胞機能亢進、胰島素分泌過多,肝臟疾病如肝炎、肝硬化等引起的肝功能不良也可造成血糖濃度低下。 四、耐量曲線正常人體血糖水平維持動態(tài)平衡,即使食入大量葡萄糖,體內(nèi)血糖水平也不會出現(xiàn)大的波動和持續(xù)升高,這種人體對攝入的葡萄糖具有很高的耐受能力的現(xiàn)象稱為耐糖現(xiàn)象。對葡萄糖的耐受能力稱為葡萄糖耐量(glucose tolerence),它反映機體調(diào)節(jié)糖代謝的能力。 圖5-17 耐糖曲線 臨床上常用葡萄糖耐量試驗鑒定機體利用葡萄糖的能力,常用的檢查方法是先測定病人空腹血糖濃度,然后一次服用100克葡萄糖(或按每公斤體重1.5~1.75克),而后隔半小時、一小時、二小時和三小時分別采血測血糖值。以時間為橫座標,血糖濃度為縱座標作圖,得到的曲線叫做耐糖曲線。 在臨床上可根據(jù)耐糖曲線診斷某些與糖代謝有關(guān)的疾病,結(jié)合尿糖檢查可估計病人的腎糖閾。此外還可結(jié)合血清胰島素水平檢測、估計糖尿病病情和判斷類型。 |
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來自: 劍峰如鈺 > 《臨床化學(xué)檢驗》