生物化学与分子生物学/糖代谢

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一、代谢的基本概念(Basis concepts of Metabolism)

机体内的化学反应是在酶的催化下完成的。在细胞内这些反应不是相互独立的，而是相互联系的，一个反应的产物可能就是下一个反应的底物，这样构成一连串的反应，称之为代谢途径(pathway)，由不同的代谢途径相互交叉构成一个有组织有目的的化学反应网络(network)，称为代谢(metabolism)。体内的代谢途径主要分为两类：一类是由大分子(多糖、蛋白、脂类等)不断降解为小分子(如CO2，NH3，H2O)的过程称之为分解代谢(catabolism)；另一类是由小分子(如氨基酸等)生成大分子(如蛋白质)的过程称之为合成代谢(anabolism)。分解代谢主要分三个阶段进行：第一阶段是由复杂的大分子分解为物质基本组成单位的过程，即糖、脂肪和蛋白质降解生成葡萄糖、脂肪酸、甘油和氨基酸；第二阶段是由这些基本分子转变为代谢中间产物，即活泼的二碳化合物的过程，如上述葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等降解为乙酰CoA，这期间有少量能量的释放，生成ATP；第三阶段是乙酰CoA氧化生成CO2和H2O的过程，这期间生成的NADH，FADH2通过氧化磷酸化过程，生成大量ATP。合成代谢一般不是分解代谢简单的逆向反应，而是由不同酶催化的，通常需要消耗ATP，还原供氢体多为NADPH。很显然，分解代谢是一个发散的过程(divergent process)，而合成代谢是一个集合过程(convergent process)。在正常的机体内，代谢受着严格的调控(regulation)，处在动态平衡状态中，这种调节主要是通过各种代谢途径中关键的限速酶的活性变化来实现的。调控发生在两个水平上：一个是细胞内水平，主要由代谢底物、产物的多少来完成；第二个是整体水平，主要通过神经－内分泌系统来实现。

二、食物中糖的消化和吸收(Digestion and absorption of carbohydrates)

食物中的糖类主要是植物淀粉(starch)和动物糖原(glycogen)两类可消化吸收的多糖、少量蔗糖(sucrose)、麦芽糖(maltose)、异麦芽糖(isomaltose)和乳糖(lactose)等寡糖或单糖，这些糖首先在口腔被唾液中的淀粉酶(α-amylase)部分水解α-1，4糖苷键(α-1.4glycosidic bond)，进而在小肠被胰液中的淀粉酶进一步水解生成麦芽糖，异麦芽糖和含4个糖基的临界糊精(α-dextrins)，最终被小肠粘膜刷毛缘的麦芽糖酶(maltase)、乳糖酶(lactase)和蔗糖酶(sucrase)水解为葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、半乳糖(galatose)，这些单糖可吸收入小肠细胞。此吸收过程是一个主动耗能的过程，由特定载体完成，同时伴有Na+转运，不受胰岛素的调控。除上述糖类以外，由于人体内无β-糖苷酶，食物中含有的纤维素(cellulose)无法被人体分解利用，但是其具有刺激肠蠕动等作用，对于身体健康也是必不可少的。临床上，有些患者由于缺乏乳糖酶等双糖酶，可导致食物中糖类消化吸收障碍而使未消化吸收的糖类进入大肠，被大肠中细菌分解产生CO2、H2等，引起腹胀，腹泻等症状。

三、糖的主要生理功能(Functions of carbohydrate)

糖是自然界最丰富的物质之一，人体每日入的糖比蛋白质、脂肪多，占到食物总量的百分以上，糖是人体能量的主要来源之一，以葡萄糖为主供给机体各种组织能量，1克葡萄糖完全氧化分解可产生2840J/mol的能量，除了供给机体能量以外，糖也是组成人体组织结构的重要成分：与蛋白质结合形成糖蛋白(glycoprotein)构成细胞表面受体、配体，在细胞间信息传递中起着重要作用；与脂类结合形成糖脂(glyeolipid)是神经组织和细胞膜中的组成成分；还有血浆蛋白、抗体和某些酶及激素中也含有糖。糖的基本结构式是(CH2O)n，故也称之为碳水化合物。