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分解代謝

糖是多羥基醛和多羥基酮及其衍生物的總稱。人體zui重要的單糖是葡萄糖(glucose），葡萄糖是糖在體內的運輸形式；人體zui重要的多糖是糖原，糖原是葡萄糖在體內的儲存形式；食物中的多糖主要是淀粉，淀粉由淀粉酶水解為葡萄糖后才能吸收，經血液運往全身各組織被利用或儲存。糖的主要生理功能是氧化供能，每克糖*氧化可釋能16.7 kJ（4kcal），一般由糖氧化供給的能量約占人體所需總能量的50%～70%。

乙酰輔酶A，102029-73-2

【糖的有氧氧化】葡萄糖→丙酮酸→乙酰輔酶A→CO2+H2O。此過程在只能有線粒體的細胞中進行，并且必須要有氧氣供應。糖的有氧氧化是機體獲得ATP的主要途徑，1分子葡萄糖*氧化為二氧化碳和水可合成30或32分子ATP（過去的理論值為36或38分子ATP）。
【糖的無氧氧化】葡萄糖→丙酮酸→乳酸。在細胞無線粒體或缺乏氧氣時進行，1分子葡萄糖氧化產生2分子乳酸，凈合成2分子ATP。此過程產生的乳酸如果積累過多會導致乳酸酸中毒。
【糖的磷酸戊糖途徑】葡萄糖→5-磷酸核糖、NADPH。此過程的產物5-磷酸核糖是合成核苷的原料之一，NADPH是細胞內良好的還原劑，為加氫反應提供氫。
【糖原合成】葡萄糖→肝糖原、肌糖原。糖原是機體糖的貯存形式，但由于糖原的貯存需要水的存在，因此貯存量較小，也正因為糖原親水，所以糖原的利用速度比脂肪快。
【糖轉化為脂肪】葡萄糖→乙酰輔酶A→脂肪酸→脂肪。這是糖轉化為脂肪的途徑，脂肪是機體高度還原的能源貯存形式，疏水，可以大量貯存，但利用速度較慢。
糖酵解

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葡萄糖或糖原的葡萄糖單位通過糖酵解途徑分解為丙酮酸，這個過程稱為糖的無氧分解。由于此過程與酵母菌使糖生醇發酵的過程基本相似，故又稱糖酵解（圖5-1-3）。反應在胞液中進行，不需要氧氣。
糖酵解的反應過程可分兩個階段：①活化吸能階段，通過消耗2分子ATP使1分子葡萄糖裂解為2分子3碳糖。②3碳糖氧化釋放能量階段，產生2分子丙酮酸、2分子NADH和4分子ATP。糖酵解過程凈產生ATP 2分子（圖5-1-4）。
在糖酵解進行過程中，有三種酶催化的反應不可逆，這三個酶稱為關鍵酶，它們使糖酵解由葡萄糖向丙酮酸方向進行。
【己糖激酶】或肝中【葡萄糖激酶】催化葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖，由ATP提供能量和磷酸基團。這一步反應不僅活化了葡萄糖，使其能進入各種代謝途徑，還能捕獲進入細胞內的葡萄糖，使之不再透出細胞膜。反應不可逆，反應過程中消耗1分子ATP。己糖激酶或葡萄糖激酶是糖酵解途徑的*個限速酶。

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【磷酸果糖激酶-1】催化6-磷酸果糖轉變為1,6-二磷酸果糖，這是酵解途徑中的第二個磷酸化反應，需要ATP和Mg，反應不可逆。磷酸果糖激酶-1是糖酵解過程中zui重要的限速酶。此酶為變構酶。檸檬酸、ATP為變構抑制劑，ADP、AMP和 F-1,6-BP等為變構激活劑。胰島素誘導其生成。
【丙酮酸激酶】催化磷酸烯醇式丙酮酸轉變為丙酮酸，磷酸烯醇式丙酮酸的高能磷酸鍵在催化下轉移給ADP生成ATP，自身生成烯醇式丙酮酸后自發轉變為丙酮酸。反應不可逆。是糖酵解途徑中第二個以底物水平磷酸化方式生成ATP的反應。丙酮酸激酶是糖酵解途徑中的又一個限速酶，具有別構酶特性，ATP是其別構抑制劑，ADP是別構激活劑。
在糖酵解過程中有2步反應生成ATP，其一是在磷酸甘油酸激酶催化下將1,3-二磷酸甘油酸分子上的1個高能磷酸鍵轉移給ADP生成ATP；另1個是丙酮酸激酶催化使磷酸烯醇式丙酮酸的高能磷酸鍵轉移給ADP生成ATP。這兩步反應的共同點是底物分子都具有高能鍵，底物分子的高能鍵轉移給ADP生成ATP的方式稱為【底物水平磷酸化】。底物水平磷酸化是ATP的生成方式之一，另一種ATP的生成方式是氧化過程中脫下的氫（以NADH和FADH2形式存在）在線粒體中氧化成水的過程中，釋放的能量推動ADP與磷酸合成為ATP，這種方式稱為【氧化磷酸化】（見本章第二節）。
丙酮酸的去路

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糖酵解過程的產物丙酮酸有多種分支去路
1．生成乙酰輔酶A：丙酮酸在有氧氣和線粒體存在時進入線粒體，經丙酮酸脫氫酶復合體（表5-1-2）催化氧化脫羧產生NADH、CO2和乙酰輔酶A，乙酰輔酶A進入三羧酸循環和氧化磷酸化*氧化為CO2和H2O，釋放的能量在此過程中可產生大量ATP。這是糖的有氧氧化過程。糖的有氧氧化是機體獲得ATP的主要途徑。
丙酮酸生成乙酰輔酶A的反應是糖有氧氧化過程中重要的不可逆反應。丙酮酸脫氫產生NADH+H，釋放的自由能則貯于乙酰輔酶A中。乙酰輔酶A可參與多種代謝途徑。
丙酮酸脫氫酶系的多種輔酶中均含有維生素，TPP中含有維生素B1，輔酶A（HSCoA）中含有泛酸，FAD含有維生素B2，NAD含尼克酰胺（維生素PP）。所以，當這些維生素缺乏，特別是維生素B1缺乏時，丙酮酸及乳酸堆積，能量生成減少，可發生多發性末梢神經炎，嚴重時可引起典型腳氣病。
2．丙酮酸在無氧或無線粒體條件下加氫還原為乳酸。糖酵解過程生成的產物有3個：NADH、ATP和丙酮酸。NADH、ATP的生成必將導致底物NAD和ADP的顯著減少，而這兩種底物的減少將嚴重抑制糖酵解的繼續進行。ATP在體內會很快被消耗而生成ADP和磷酸，因此ATP的抑制作用幾乎可以忽略不計。NADH在有氧氣存在的條件下在線粒體中被氧化為水而重新生成NAD，但在無氧或無線粒體的細胞中是無法進行這個過程的，因此NAD的減少和NADH的增多在無氧或無線粒體的細胞中對糖酵解的抑制非常顯著。在這些細胞中解決的辦法是，產物丙酮酸作為受氫體將NADH的氫接受重新生成NAD， 丙酮酸加氫還原為乳酸。

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乳酸的生成使NAD再生，能在一定時間內暫時解除糖酵解的抑制，但是如果乳酸進一步增多，乳酸的抑制作用將增強，zui后糖酵解被*抑制。同時乳酸解離產生的H也增多，體液pH下降。這些綜合結果被稱為【乳酸酸中毒】。在缺氧和劇烈運動時zui容易產生乳酸中毒現象。乳酸中毒的解除需依賴氧氣的充分供應，此時，乳酸可脫氫生成丙酮酸通過有氧氧化代謝或進入肝臟進行糖異生。
紅細胞缺乏線粒體，因此，紅細胞只能依賴糖的無氧氧化（酵解）獲得能量，所釋放的乳酸經血液循環至肝臟代謝（糖異生）。某些組織細胞如視網膜、睪丸、白細胞、腫瘤細胞等，即使在有氧條件下仍以糖酵解為其主要供能方式。
機體在缺氧情況下，尤其在劇烈運動時肌肉的氧分得不到足夠供應（盡管此時氣喘吁吁），糖的無氧氧化（葡萄糖→乳酸）是機體獲得能量的一種有效方式，但無法維持很長時間，如果導致嚴重的乳酸中毒，又不能恢復氧氣供應，糖酵解被*抑制，ATP消耗不能再生，生命過程將終止。
3．丙酮酸經轉氨基作用生成丙氨酸，作為蛋白質合成的原料。
4．在植物和酵母菌細胞內，無氧情況下丙酮酸脫羧產生乙醛，乙醛由NADH還原為乙醇（乙醇發酵）。乙醇發酵有很大的經濟意義，在發面、制作面包和饅頭，以及釀酒工業中起著關鍵性的作用。在釀醋工業上，微生物也是先在不需氧條件下形成乙醛而后在有氧條件下氧化為乙酸（醋酸）。