生物化学 话题 04：糖代谢

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1 糖的分解代谢

1.1 糖酵解和无氧氧化

  • 关键酶: 己糖激酶（肝内为 IV 型葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1（最重要）、丙酮酸激酶
    • 果糖-1, 6-二磷酸是磷酸果糖激酶-1 的反应产物，但可正反馈调节该酶
    • 果糖-2, 6-二磷酸是最强的变构激活剂
  • 途径: 糖酵解指产出丙酮酸的过程，糖酵解过程指产出乳酸的过程
  • 能量: 净产出 2 ATP

[!NOTE]
磷酸果糖激酶-1 是糖酵解途径中最重要的调控酶，受多种代谢物如 ATP、AMP、柠檬酸等调节。

糖的分解代谢示意图

1.2 糖有氧氧化

  • 关键酶: 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体
  • 反应: 四次脱氢，两次脱羧，一次底物水平磷酸化
  • 产物: 1FADH₂、3NADH & H⁺、2CO₂、1GTP

2 糖原的合成与分解

2.1 肝糖原的合成

  • 关键酶: 糖原合酶（α-1, 4-糖苷键直链延伸），分支酶（α-1, 6-糖苷键支链）
  • 能量: 需要 ATP 和 UTP

2.2 肝糖原的分解

  • 关键酶: 糖原磷酸化酶（分解α-1, 4-糖苷键，产出 G-1-P），脱支酶（分解 α-1, 6-糖苷键，释放游离葡萄糖）

2.3 肝糖原分解合成调控

  • 激素调节: 胰高血糖素促进分解，胰岛素促进合成

[!TIP]
糖原代谢的激素调节是维持血糖稳态的重要机制，胰岛素和胰高血糖素通过cAMP信号通路影响糖原合酶和磷酸化酶的活性。

3 糖异生

  • 关键酶: 葡萄糖六磷酸酶、果糖二磷酸酶-1、丙酮酸羧化酶（最重要）、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
  • 生理意义: 维持血糖水平，特别是在饥饿或剧烈运动时
  • 乳酸循环（Cori Cycle）: 肌肉产生的乳酸经血液循环至肝脏，转化为葡萄糖

[!NOTE]
糖异生与糖酵解在关键步骤上使用不同的酶，以实现独立的调控，避免无效循环。

4 磷酸戊糖途径

  • 关键酶: 葡萄糖六磷酸脱氢酶
  • 产物: 核糖五磷酸和 NADPH
  • 生理意义: NADPH 用于抗氧化，核糖五磷酸用于核酸合成

5 血糖及其调节

  • 血糖浓度: 空腹 3.9～5.6 mmol/L
  • 激素调节:
    • 胰岛素: 降低血糖，促进葡萄糖利用和储存
    • 胰高血糖素: 升高血糖，促进糖原分解和糖异生
    • 糖皮质激素: 促进糖异生，抑制葡萄糖利用

[!TIP]
血糖水平受多种激素协同调节，胰岛素是唯一降低血糖的激素，而其他激素如胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素均可升高血糖。