生物化學與分子生物學/糖代謝

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一、代謝的基本概念(Basis concepts of Metabolism)

機體內的化學反應是在酶的催化下完成的。在細胞內這些反應不是相互獨立的，而是相互聯系的，一個反應的產物可能就是下一個反應的底物，這樣構成一連串的反應，稱之為代謝途徑(pathway)，由不同的代謝途徑相互交叉構成一個有組織有目的的化學反應網絡(network)，稱為代謝(metabolism)。體內的代謝途徑主要分為兩類：一類是由大分子(多糖、蛋白、脂類等)不斷降解為小分子(如CO2，NH3，H2O)的過程稱之為分解代謝(catabolism)；另一類是由小分子(如氨基酸等)生成大分子(如蛋白質)的過程稱之為合成代謝(anabolism)。分解代謝主要分三個階段進行：第一階段是由復雜的大分子分解為物質基本組成單位的過程，即糖、脂肪和蛋白質降解生成葡萄糖、脂肪酸、甘油和氨基酸；第二階段是由這些基本分子轉變為代謝中間產物，即活潑的二碳化合物的過程，如上述葡萄糖、氨基酸和脂肪酸等降解為乙酰CoA，這期間有少量能量的釋放，生成ATP；第三階段是乙酰CoA氧化生成CO2和H2O的過程，這期間生成的NADH，FADH2通過氧化磷酸化過程，生成大量ATP。合成代謝一般不是分解代謝簡單的逆向反應，而是由不同酶催化的，通常需要消耗ATP，還原供氫體多為NADPH。很顯然，分解代謝是一個發散的過程(divergent process)，而合成代謝是一個集合過程(convergent process)。在正常的機體內，代謝受著嚴格的調控(regulation)，處在動態平衡狀態中，這種調節主要是通過各種代謝途徑中關鍵的限速酶的活性變化來實現的。調控發生在兩個水平上：一個是細胞內水平，主要由代謝底物、產物的多少來完成；第二個是整體水平，主要通過神經－內分泌系統來實現。

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

食物中的糖類主要是植物淀粉(starch)和動物糖原(glycogen)兩類可消化吸收的多糖、少量蔗糖(sucrose)、麥芽糖(maltose)、異麥芽糖(isomaltose)和乳糖(lactose)等寡糖或單糖，這些糖首先在口腔被唾液中的淀粉酶(α-amylase)部分水解α-1，4糖苷鍵(α-1.4glycosidic bond)，進而在小腸被胰液中的淀粉酶進一步水解生成麥芽糖，異麥芽糖和含4個糖基的臨界糊精(α-dextrins)，最終被小腸粘膜刷毛緣的麥芽糖酶(maltase)、乳糖酶(lactase)和蔗糖酶(sucrase)水解為葡萄糖(glucose)、果糖(fructose)、半乳糖(galatose)，這些單糖可吸收入小腸細胞。此吸收過程是一個主動耗能的過程，由特定載體完成，同時伴有Na+轉運，不受胰島素的調控。除上述糖類以外，由于人體內無β-糖苷酶，食物中含有的纖維素(cellulose)無法被人體分解利用，但是其具有刺激腸蠕動等作用，對于身體健康也是必不可少的。臨床上，有些患者由于缺乏乳糖酶等雙糖酶，可導致食物中糖類消化吸收障礙而使未消化吸收的糖類進入大腸，被大腸中細菌分解產生CO2、H2等，引起腹脹，腹瀉等癥狀。

三、糖的主要生理功能(Functions of carbohydrate)

糖是自然界最豐富的物質之一，人體每日入的糖比蛋白質、脂肪多，占到食物總量的百分以上，糖是人體能量的主要來源之一，以葡萄糖為主供給機體各種組織能量，1克葡萄糖完全氧化分解可產生2840J/mol的能量，除了供給機體能量以外，糖也是組成人體組織結構的重要成分：與蛋白質結合形成糖蛋白(glycoprotein)構成細胞表面受體、配體，在細胞間信息傳遞中起著重要作用；與脂類結合形成糖脂(glyeolipid)是神經組織和細胞膜中的組成成分；還有血漿蛋白、抗體和某些酶及激素中也含有糖。糖的基本結構式是(CH2O)n，故也稱之為碳水化合物。