生化篇——糖代谢1

江海博览 2023-11-15 发布于浙江

展开全文

生化·糖代谢

-DECEMBER-

繁星✨

糖代谢这章内容比较多，为便于读者理解，编者决定将糖代谢分为三个部分来讲，分别是：糖的分解、储存和糖异生。

本期先来讲一讲糖的分解。

糖的分解，一共有三种途径，分别是无氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途径。

无氧氧化和有氧氧化的共同开始都是糖酵解。

糖酵解

在糖酵解中我们首先要掌握三个关键酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶。注意这三个酶都是激酶，激酶就是催化高能供体分子将磷酸基团转移到特定底物的酶，简言之就是使反应物磷酸化。关键酶对于调节整个反应过程非常重要，因此，我们会把对关键酶的调节一并放进来讲解。

己糖激酶（HK）有四种同工酶，其中需要掌握的是肝细胞中存在的葡萄糖激酶（GK）；Mg2+作为其激活剂，ATP提供磷酸基团（即耗能），反应不可逆。在这里要注意，如果从糖原开始分解，在磷酸化酶作用下生成G-1-P，再变位成为G-6-P，此时的关键酶是磷酸化酶，并且不消耗能量。对于己糖激酶的调节比较简单，己糖激酶受到反馈抑制调节，G-6-P可抑制（产物抑制，但肝葡萄糖激酶不受其抑制）；长链脂肪酰CoA可别构抑制肝葡萄糖激酶；胰岛素可促进酶的合成（胰岛素有降糖作用，促进分解葡萄糖）

磷酸果糖激酶-1（PFK-1）属于别构酶，是三个关键酶中催化效率最低的酶，因此是糖酵解的限速酶；需Mg2+参与，并消耗ATP（耗能），反应不可逆。该酶对调节糖酵解速率最重要，因此也比较复杂。其别构激活剂有AMP，ADP，F-1,6-2P（唯一一个正反馈调节的酶，即虽然是该酶催化反应的产物，但是对这个反应本身有推进作用），F-2,6-2P；别构抑制有柠檬酸，ATP（高浓度，反之激活）可能会有读者问，ATP作为底物为什么会抑制该反应的发生，编者的理解是，因为糖酵解是产能的，因此ATP若过高则会抑制糖酵解的整个过程，而作为糖酵解的限速酶，肯定是最先被抑制的，这个可能需要从整个反应进程考虑。F-2,6-2P是磷酸果糖激酶-1最强的别构激活剂，因此我们来重点了解一下它。在此之前不得不向大家介绍另外两个酶：磷酸果糖激酶-2（PFK-2）——可将F-6-P转化为F-2,6-2P;果糖双磷酸酶-2——可将F-2,6,-2P水解成F-6-P。二者催化的反应正好相反。而PFK-2恰好是一个双功能酶，不仅有自身的功能，还有果糖双磷酸酶-2的功能，但这两个功能在一个反应中不可能同时发挥作用，二者只有一个能影响该反应。而底物F-6-P是PFK-2的别构激活剂（因为F-6-P可以算是PFK-2催化反应的底物）；同时，胰高血糖素能够提升cAMP，从而激活蛋白激酶A（PKA），使其发生磷酸化，激活果糖双磷酸酶-2，生成更多的F-6-P，导致F-2,6-P浓度降低，使PFK-1活性降低，因此，起到升血糖的作用。

关于胰高血糖素调节原理，这里再放一张图给大家~

丙酮酸激酶：辅助因子为Mg²⁺，反应不可逆。别构激活剂有F-1,6-2P；别构抑制剂有ATP，丙氨酸。共价修饰：胰高血糖素（升糖）抑制该酶。

糖酵解中有两次底物水平磷酸化。

1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸时，脱去一个磷酸，是糖酵解中第一次底物水平磷酸化，第一个生成ATP的反应。

磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸基转移给ADP生成ATP和丙酮酸，糖酵解第二次底物水平磷酸化，第二个生成ATP的反应。注意，这个反应的催化酶就是丙酮酸激酶——糖酵解过程第三个关键酶。

糖酵解中有一次脱氢反应：

3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸，催化反应的酶是3-磷酸甘油酸脱氢酶，辅酶是NAD⁺，是糖酵解过程中唯一的脱氢反应

产能方式是底物水平磷酸化（2次）

净生成2ATP，而如果直接从糖原开始分解，则生成3ATP（因为糖原开始的分解，第一步不消耗ATP）

糖酵解的生理意义：

迅速供能，对于肌收缩极为重要；红细胞没有线粒体，以糖酵解为唯一供能途径；某些中间代谢物是脂类、氨基酸等合成的前体。

总结来说，糖酵解是由葡萄糖分解成丙酮酸，是一个不需要氧的产能过程。

而无氧氧化是在糖酵解之后再增加一步——无氧氧化是在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸并生成ATP的过程，反应在细胞质（胞浆）中进行，分为两个阶段：糖酵解和丙酮酸转变为乳酸。最重要的还是糖酵解部分。

发生部位在胞浆（细胞质）

有氧氧化

有氧氧化是指机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成水和二氧化碳的反应过程。这是体内糖分解供能的主要方式。

发生部位在胞液及线粒体

同样的，有氧氧化的第一阶段也是糖酵解，前文已经详细讲过了，这里就不再赘述。

有氧氧化的第二阶段是丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰辅酶A，此反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化，此反应不可逆，因此该酶也是关键酶。丙酮酸脱氢酶是三个酶组合而成的复合体，需要记住的是其参与反应的辅助因子有：焦磷酸硫氨酸（TPP）硫辛酸 FAD NAD⁺ CoA

丙酮酸脱氢酶复合体的调节有别构抑制剂——乙酰辅酶A（产物抑制）、NADH（产物抑制）和ATP；别构激活——AMP ADP NAD⁺（底物）

有氧氧化最重要的是第三阶段的三羧酸循环（又称柠檬酸循环或Krebs循环），简言之就是乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，经过一系列反应重新变成草酰乙酸完成一轮循环，其中脱下的氢经呼吸链生成水并产生ATP，而CO2经呼吸系统被排出。这里有口诀可以供大家参考一下：宁异勿同，虎虎延平。

三羧酸循环中有三个关键酶，分别是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶复合体。

柠檬酸合酶：催化不可逆反应

异柠檬酸脱氢酶：第一次氧化脱羧（β-氧化脱羧），此反应不可逆，产生1分子二氧化碳和1对NADH+H⁺

α-酮戊二酸脱氢酶复合体（与丙酮酸脱氢酶类似，二者可以类比记忆）：第二次氧化脱羧（α-氧化脱羧），此反应不可逆，产生1分子二氧化碳和1对NADH+H⁺

关键酶的调节也非常重要，这里放一张图，图解非常清楚啦~

一次底物水平磷酸化：琥珀酰辅酶A转变为琥珀酸，此反应的酶是琥珀酸硫激酶（又称琥珀酸合酶），此反应可逆，该酶不是关键酶，是TCA中唯一一次底物水平磷酸化反应，生成1分子GTP。

两次脱羧反应：分别是前文所说的异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化的反应，各生成1分子CO₂

四次脱氢反应：分别是异柠檬酸生成α-酮戊二酸、α-酮戊二酸生成琥珀酰辅酶A、苹果酸生成草酰乙酸和琥珀酸生成延胡索酸。其中前三个辅因子都是NAD⁺，生成NADH+H⁺只有最后一个辅因子是FAD，生成FADH₂

总结一下，TCA运转一周的净结果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变，而C来源于草酰乙酸，而不是来自乙酰辅酶A。且整个循环是不可逆反应

糖有氧氧化和无氧氧化之间也存在一定的联系，糖有氧氧化可以抑制无氧氧化，这是巴斯德效应

磷酸戊糖途径

磷酸戊糖途径是指从糖酵解的中间产物G-6-P开始形成旁路，通过氧化、基团转移两个阶段生成F-6-P和3-磷酸甘油醛，从而返回糖酵解的代谢途径。

磷酸戊糖途径不能产生ATP，其主要意义是生成NADPH和磷酸核糖。

反应的部位是在胞液中。

第一个阶段是氧化反应，生成磷酸戊糖，NADPH+H⁺及CO₂，第二个阶段是非氧化反应，包括一系列的基团转移

在第一阶段中，反应的关键酶是葡糖-6-磷酸脱氢酶，对其的调节是NADPH/NADP⁺比值，比值上升则抑制磷酸戊糖途径，比值下降则激活磷酸戊糖途径，因为比值上升意味着NADPH变多，说明产物变多，会抑制反应进行，同时该酶还与遗传性疾病蚕豆病有关系，该酶缺乏会使NADPH+H⁺减少，GSH含量低下，红细胞易破坏而发生溶血性贫血。反应中两次脱氢均由NADP⁺接受生成NADPH+H⁺；反应生成的磷酸核糖是一个非常重要的中间产物。