臨床執(zhí)業(yè)醫(yī)師考點：糖類代謝
糖是一類化學本質(zhì)為多羥醛或多羥酮及其衍生物的有機化合物.在人體內(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輸形式，在機體糖代謝中占據(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(jié) 概述
一、特點
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(jié)構(gòu)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(diào)節(jié)。同一生物體內(nèi)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可達到很高的速度。葡萄糖的合成主要在肝臟進行。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
淀粉是動物的主要糖類來源，直鏈淀粉由300-400個葡萄糖構(gòu)成，支鏈淀粉由上千個葡萄糖構(gòu)成，每24-30個殘基中有一個分支。糖類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 哺乳動物的消化道中較多，是內(nèi)切酶，隨機水解鏈內(nèi)α1，4糖苷鍵，產(chǎn)生α-構(gòu)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物消化道內(nèi)，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。鏈長大于5時速度快。
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(zhuǎn)運
1.主動轉(zhuǎn)運小腸上皮細胞有協(xié)助擴散系統(tǒng)，通過一種載體將葡萄糖(或半乳糖)與鈉離子轉(zhuǎn)運進入細胞。此過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(zhuǎn)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(zhuǎn)運，由磷酸烯醇式丙酮酸供能。果糖通過一種不需要鈉的易化擴散轉(zhuǎn)運。需要鈉的轉(zhuǎn)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.葡萄糖進入紅細胞、肌肉和脂肪組織是通過被動轉(zhuǎn)運。其膜上有專一受體。紅細胞受體可轉(zhuǎn)運多種D-糖，葡萄糖的Km最小，L型不轉(zhuǎn)運。此受體是蛋白質(zhì)，其轉(zhuǎn)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轉(zhuǎn)運加速，胰島素也可促進轉(zhuǎn)運，可能是通過改變膜結(jié)構(gòu)。
第二節(jié) 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的過程。它是動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。有氧時丙酮酸進入線粒體，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的過程，其中有機物既是電子供體，又是電子受體。根據(jù)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。總過程需10種酶，都在細胞質(zhì)中，多數(shù)需要Mg2+。酵解過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(jié)合。
1.磷酸化葡萄糖被ATP磷酸化，產(chǎn)生6-磷酸葡萄糖。
反應(yīng)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，是糖酵解過程中的第一個調(diào)節(jié)酶，受6-磷酸葡萄糖的別構(gòu)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(gòu)抑制肌肉的己糖激酶Km=0.1mM，肝臟的葡萄糖激酶Km=10mM，平時細胞中的葡萄糖濃度時5mM，只有進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，肌肉中沒有。
2.異構(gòu)由6-磷酸葡萄糖生成6-磷酸果糖
反應(yīng)中間物是酶結(jié)合的烯醇化合物，反應(yīng)是可逆的，由濃度控制。由磷酸葡萄糖異構(gòu)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(gòu)酶，四聚體，調(diào)節(jié)物很多，ATP、檸檬酸、磷酸肌酸、脂肪酸、DPG是負調(diào)節(jié)物;果糖1，6-二磷酸、AMP、ADP、磷酸、環(huán)AMP等是正調(diào)節(jié)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(yīng)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，如大鼠在運動和休息時ATP含量僅差0.8ug/g肌肉，不能改變PFK活力，而磷酸肌酸濃度變化大，效應(yīng)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(yīng)，由濃度推動反應(yīng)進行。生成西弗堿中間物。
5.異構(gòu) DHAP生成磷酸甘油醛
DHAP要轉(zhuǎn)變成磷酸甘油醛才能繼續(xù)氧化，此反應(yīng)由磷酸丙糖異構(gòu)酶催化，平衡時磷酸甘油醛占10%，由于磷酸甘油醛不斷消耗而進行。受磷酸和磷酸縮水甘油競爭抑制。以上反應(yīng)共消耗2分子ATP，產(chǎn)生2分子3-磷酸甘油醛，原來葡萄糖的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(yīng)可分為兩部分，放能的氧化反應(yīng)偶聯(lián)推動吸能的磷酸化反應(yīng)。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，但沒有磷酸化，是解偶聯(lián)劑。NAD之間有負協(xié)同效應(yīng)，ATP和磷酸肌酸是非競爭抑制劑，磷酸可促進酶活。
肌肉收縮開始的幾秒，磷酸肌酸從20mM下降到10-5mM，使酶活升高;隨著乳酸的積累，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。機理是DPG的3位磷酸轉(zhuǎn)移到底物的2位。DPG無高能鍵，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(zhuǎn)化為DPG，以調(diào)節(jié)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(yīng)可逆，分子內(nèi)能量重新分布，產(chǎn)生一個高能鍵。F—可絡(luò)合鎂離子，抑制酶活，有磷酸鹽時更強，可用來抑制酵解。
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(gòu)酶，F(xiàn)-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。