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糖代谢的三大代谢途径
2020年07月01日
组成人体的化学物质有很多,其中糖是必不可少的有机化合物。在人体之后,糖会参与人体代谢,一般情况下糖的代谢途径有两大类,主要是分解代谢与合成代谢。其中分解代谢有三种,合成代谢有两种,无论哪种对人体而言都必不可少。今天就为大家详细介绍下糖分解代谢的三大代谢途径。
糖代谢的两大类:分解代谢和合成代谢
分解代谢:
1.糖酵解(糖的无氧氧化)
2.柠檬酸循环(糖的有氧氧化)
3.磷酸戊糖途径
合成代谢:
1.糖原合成(转化为肝糖原或肌糖原)
2.糖异生(转变为非糖物质,如脂肪、非必需氨基酸)
糖代谢的几大途径
糖的无氧酵解途径(糖酵解途径):
是在无氧情况下,葡萄糖分解生成乳酸的过程。它是体内糖代谢最主要的途径。
糖酵解途径包括三个阶段:第一阶段:引发阶段。葡萄糖的磷酸化、异构化:①葡萄糖磷酸化成为葡萄糖-6-磷酸,由己糖激酶催化。为不可逆的磷酸化反应,酵解过程关键步骤之一,是葡萄糖进入任何代谢途径的起始反应,消耗1分子ATP.②葡萄糖-6-磷酸转化为果糖-6-磷酸,磷酸己糖异构酶催化;③果糖-6-磷酸磷酸化,转变为1,6-果糖二磷酸,由6磷酸果糖激酶催化,消耗1分子ATP,是第二个不可逆的磷酸化反应,酵解过程关键步骤之二,是葡萄糖氧化过程中最重要的调节点。
第二阶段:裂解阶段。1,6-果糖二磷酸折半分解成2分子磷酸丙糖(磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛),醛缩酶催化,二者可互变,最终1分子葡萄糖转变为2分子3-磷酸甘油醛。
第三阶段:氧化还原阶段。能量的释放和保留:①3-磷酸甘油醛的氧化和NAD+的还原,由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化,生成1,3-二磷酸甘油酸,产生一个高能磷酸键,同时生成NADH用于第七步丙酮酸的还原。②1,3-二磷酸甘油酸的氧化和ADP的磷酸化,生成3-磷酸甘油酸和ATP.磷酸甘油酸激酶催化。③3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸。④2-磷酸甘油酸经烯醇化酶催化脱水,通过分子重排,生成具有一个高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸。⑤磷酸烯醇式丙酮酸经丙酮酸激酶催化将高能磷酸键转移给ADP,生成烯醇式丙酮酸和ATP,为不可逆反应,酵解过程关键步骤之三。⑥烯醇式丙酮酸与酮式丙酮酸的互变。⑦丙酮酸还原生成乳酸。
一分子的葡萄糖通过无氧酵解可净生成2个分子三磷酸腺苷(ATP),这一过程全部在胞浆中完成。
生理意义:①是机体在缺氧或无氧状态获得能量的有效措施;②机体在应激状态下产生能量,满足机体生理需要的重要途径;③糖酵解的某些中间产物是脂类、氨基酸等的合成前体,并与其他代谢途径相联系。
依赖于糖酵解获得能量的组织细胞有:红细胞、视网膜、角膜、晶状体、睾丸、肾髓质等。
糖的有氧氧化途径:
葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳称为有氧氧化,有氧氧化是糖氧化的主要方式。绝大多数细胞都通过有氧氧化获得能量。肌肉进行糖酵解生成的乳酸,最终仍需在有氧时彻底氧化为水及二氧化碳。
有氧氧化可分为两个阶段:第一阶段:胞液反应阶段:糖酵解产物NADH不用于还原丙酮酸生成乳酸,二者进入线粒体氧化。
第二阶段:线粒体中的反应阶段:①丙酮酸经丙酮酸脱氢酶复合体氧化脱羧生成乙酰CoA,是关键性的不可逆反应。其特征是丙酮酸氧化释放的能量以高能硫酯键的形式储存于乙酰CoA中,这是进入三羧酸循环的开端。②三羧酸循环及氧化磷酸化。三羧酸循环是在线粒体内进行的一系列酶促连续反应,从乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸到草酰乙酸的再生,构成一次循环过程,其间共进行四次脱氢氧化产生2分子CO2,脱下的4对氢,经氧化磷酸化生成H20和ATP.三羧酸循环的特点是:①从柠檬酸的合成到α-酮戊二酸的氧化阶段为不可逆反应,故整个循环是不可逆的;②在循环转运时,其中每一成分既无净分解,也无净合成。但如移去或增加某一成分,则将影响循环速度;③三羧酸循环氧化乙酰CoA的效率取决于草酰乙酸的浓度;④每次循环所产生的NADH和FADH2都可通过与之密切联系的呼吸链进行氧化磷酸化以产生ATP;⑤该循环的限速步骤是异柠檬酸脱氢酶催化的反应,该酶是变构酶,ADP是其激活剂,ATP和NADH是其抑制剂。
线粒体内膜上分布有紧密相连的两种呼吸链,即NADH呼吸链和琥珀酸呼吸链。呼吸链的功能是把代谢物脱下的氢氧化成水,同时产生大量能量以驱动ATP合成。1个分子的葡萄糖彻底氧化为CO2和H2O,可生成36或38个分子的ATP。
糖原的合成途径
糖原是动物体内糖的储存形式,是葡萄糖通过α-1,4和α-1,6糖苷键相连而成的具有高度分枝的聚合物。机体摄入的糖大部分转变成脂肪(甘油三酯)后储存于脂肪组织内,只有一小部分以糖原形式储存。糖原是可以迅速动用的葡萄糖储备。肌糖原可供肌肉收缩的需要,肝糖原则是血糖的重要来源。
糖原合成酶是糖原合成中的关键酶,受G-6-P等多种因素调控。葡萄糖合成糖原是耗能的过程,合成1分子糖原需要消耗2个ATP.
糖异生
由非糖物质转变为葡萄糖的过程称为糖异生,是体内单糖生物合成的唯一途径。肝脏是糖异生的主要器官,长期饥饿、酸中毒时肾脏的异生作用增强。
糖异生的途径基本上是糖酵解的逆向过程,但不是可逆过程。酵解过程中三个关键酶催化的反应是不可逆的,故需通过糖异生的4个关键酶(葡萄糖-6-磷酸酶、果糖-1,6-二磷酸酶、丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸激酶)绕过糖酵解的三个能障生成葡萄糖。
其生理意义是:①作为补充血糖的重要来源,以维持血糖水平恒定。②防止乳酸中毒。③协助氨基酸代谢。
磷酸戊糖途径
在胞浆中进行,存在于肝脏、乳腺、红细胞等组织。其生理意义是:①提供5-磷酸核糖,用于核苷酸和核酸的生物合成。②提供NADPH形式的还原力,参与多种代谢反应,维持谷胱甘肽的还原状态等。
糖醛酸途径
其生理意义在于生成有活性的葡萄糖醛酸(UDP葡萄糖醛酸),它是生物转化中重要的结合剂,可与多种代谢产物(胆红素、类固醇等)、药物和毒物等结合;还是葡萄糖醛酸的供体,葡萄糖醛酸是蛋白聚糖的重要组成成分,如硫酸软骨素、透明质酸、肝素等。
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