3.酶原激活
在細胞內合成及初分泌時,沒有活性的酶稱為酶原。酶原在一定的條件下,可轉變成有活性的酶,此過程稱為酶原激活。酶原分子的內部肽鍵一處或多處斷裂,使分子構象發生一定程度的改變,形成活性中心,這就是酶原激活的機製。酶原激活的生理意義在於避免細胞產生的蛋白酶對細胞進行自身消化,並使酶在特定的部位和環境中發揮作用,保證體內代謝的正常進行。
4.同工酶
同一種屬中,酶分子結構組成不同,但能催化同一種化學反應的一組酶,稱為同工酶。同工酶的理化性質和生物學功能均可有所差異。
第四單元 糖代謝
考試要點[考試大綱]
一、糖的分解代謝
①糖酵解基本途徑、關鍵酶和生理意義;②糖有氧氧化基本途徑及供能;③三羧酸循環的生理意義。
二、糖原的合成與分解
①肝糖原的合成;②肝糖原的分解。
三、糖異生
①糖異生的基本途徑;②糖異生的生理意義;③乳酸循環。
四、磷酸戊糖途徑
①磷酸戊糖筒要途徑及生成物;②磷酸戊糖途徑的生理意義。
五、血糖及其調節
①血糖;②胰島素的調節;③胰高血糖素的調節;④糖皮質激素。
六、糖蛋白與蛋白聚糖①糖蛋白;②蛋白聚糖。
重點、難點:疑點解析
人類所需能量的50~70%來自糖,因此提供能量是糖類最主要的生理功能。糖類也是結構成分,其中有蛋白聚糖、糖蛋白和糖脂等。體內還有一些具特殊生理功能的糖蛋白,如激素酶、免疫球蛋白等。
一、糖的分解代謝
細胞內葡萄糖的分解受氧的供應情況的影響。在氧的供應充足時,葡萄糖進行有氧氧化,徹底氧化成CO2和水;在缺氧的情況下則進行酵解,葡萄糖生成乳酸。
1.糖酵解基本途徑、關鍵酶和生理意義
糖酵解途徑是體內葡萄糖代謝最主要的途徑之一,也是糖、脂肪和氨基酸代謝相聯係的途徑。由糖酵解途徑的中間產物可轉變成甘油,以合成脂肪,反之由脂肪分解而來的甘油也進入糖酵解途徑氧化。丙酮酸可與丙氨酸相互轉變。
糖酵解最重要的生理意義在於迅速提供能量,尤其對肌肉收縮更為重要。此外,紅細胞沒有線粒體,完全依賴於糖酵解供應能量。神經、白細胞、骨髓等代謝極為活躍,即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量。
2.糖有氧氧化基本途徑及供能
葡萄糖在有氧條件下氧化成水和二氧化碳稱為有氧氧化。有氧氧化是糖氧化的主要方式,極大多數細胞都通過有氧氧化獲得能量。
有氧氧化途徑的第一階段與糖酵解相同,即從葡萄糖變成丙酮酸;第二階段為丙酮酸轉入線粒體內並氧化成乙酰輔酶、第三階段為三羧酸循環和氧化磷酸化。
(1)丙酮酸氧化
在胞液中葡萄糖循糖酵解途徑分解成丙酮酸,丙酮酸透過線粒體內膜,進入線粒體內,經丙酮酸脫氫酶複合體催化進行脫氫、脫羧反應轉變成乙酰輔酶A和NADH+H+。丙酮酸脫氫酶複合體是由三個酶和五個輔酶組成,其中含有維生素BT、B2、泛酸、菸酰胺等。
(2)三羧酸循環
上述生成的乙酰輔酶A進入三羧酸循環可氧化成CO2,釋放出的氫氧化磷酸化而生成水。三羧酸循環也稱檸檬酸循環,由一係列反應組成環形循環。起始的乙酰輔酶A與四碳的草酰乙酸形成六碳的檸檬酸。檸檬酸轉變成異檸檬酸,然後脫氫、脫羧轉變成五碳的a—酮戊二酸,然後再經脫氫、脫羧變成四碳的琥珀酰輔酶A。琥珀酰輔酶A轉變成琥珀酸時產生1分子底物水平磷酸化的GTP。琥珀酸經過三步反應可再生成循環開始的草酰乙酸。草酰乙酸與另一分子的乙酰輔酶A結合,開始了新一輪的循環。
(3)供能
每一次三羧酸循環,1芬子的乙酰輔酶A都氧化分解,生成2個0O2和4對氫,氫通過電子傳遞鏈傳給氧形成水的過程中,釋放能量合成ATP。1分子葡萄糖轉變成2個分子丙酮酸,再經丙酮酸脫氫酶複合體和三羥酸循環完全氧化可產生38個ATP。
三羧酸循環是糖、脂肪和蛋白質分解的共同道路。三羧酸循環也是糖、脂肪酸和某些氨基酸相互轉變的代謝樞紐。
3.三羧酸循環的生理意義
(1)三大營養素的最終代謝通路
糖、脂肪和蛋白質在分解代謝過程都先生成乙酰輔酶A,乙酰輔酶A與草酰乙酸結合進入三羧酸循環而徹底氧化。所以三羧酸循環是糖、脂肪和蛋白質分解的共同通路。
(2)糖、脂肪和氨基酸代謝的聯係通路
三羧酸循環另一重要功能是為其他合成代謝提供小分子前體。酮戊二酸和草酰乙酸分別是合成穀氨酸和天冬氨酸的前體;草酰乙酸先轉變成丙酮酸再合成丙氨酸;許多氨基酸通過草酰乙酸可異生成糖。所以三羧酸循環是糖、脂肪酸(不能異生成糖)和某些氨基酸相互轉變的代謝樞紐。
二、糖原的合成與分解
糖原是體內糖的儲存形式,主要存在於肝髒和肌肉,分別稱為肝糖原和肌糖原。
1.肝糖原的合成
進入肝的葡萄糖先在葡萄糖激酶作用下磷酸化成為6-磷酸葡萄糖,後者再轉變成1-磷酸葡萄糖。1-磷酸葡萄糖與UTP反應生成尿苷二磷酸葡萄糖。UDPG被視為活性葡萄糖,最後在糖原合成酶作用下,UDPG。分子中的葡萄糖基轉移至糖原的糖鏈末端。上述反應反複進行,可使糖鏈不斷延長。葡萄糖合成糖原是耗能的過程,共消耗2個ATP。
2.肝糖原的分解
肝糖原的非還原端在磷酸化酶作用下,分解下一個葡萄糖,即1-磷酸葡萄糖,後者轉變成6-磷酸葡萄糖。6-磷酸葡萄糖再水解成遊離葡萄糖,釋放入血,此反應由葡萄糖-6-磷酸酵催化,此醃隻存在於肝、腎中,肌肉內沒有。所以隻有肝和腎的糖原分解可補充血糖濃度,肌糖原不能分解成葡萄糖。
三、糖異生
體內非糖化合物轉變成糖的過程稱為糖異生。肝髒是糖異生的主要器官。隻有肝、腎能通過糖異生補充血糖。能進行糖異生的非糖化合物主要為甘油、氨基酸、乳酸和丙酮酸等。
1.糖異生的基本途徑
從丙酮酸生成葡萄糖的具體反應過程為糖異生途徑,與糖酵解的途徑相反。糖酵解與糖異生途徑的多數反應是共有的,是可逆的,但糖酵解途徑中有3個非平衡反應是不可逆反應,在糖異生途徑中需由另外的反應和酶替代。
(1)丙酮酸轉變成磷酸烯醇型丙酮酸
丙酮酸經丙酮酸羧化酶作用生成草酰乙酸,草酰乙酸再進一步轉變成磷酸烯醇型丙酮酸,由丙酮酸轉變為磷酸烯醇型丙酮酸共消耗2個ATP。
(2)1-二磷酸果糖轉變為6—磷酸果糖
此反應由果糖二磷酸酶催化,有能量釋放,但並不生成ATP,所以反應易於進行。
(3)6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖
此反應由葡萄糖磷酸酶催化。由於此酶主要存在於肝和腎,所以肝和腎的糖異生產生的葡萄糖可補充血糖,其他組織則不能。
體內通過代謝物和激素對糖異生和糖酵解途徑中兩個底物循環的細微調節,達到控製糖代謝的反應方向,以維持血糖濃度的恒定。
2.糖異生的生理意義
肝內糖異生的生理意義主要為兩個方麵:①空腹或饑餓時肝髒可將非糖物質(氨基酸、甘油等)經糖異生途徑生成葡萄糖,以維持血糖濃度的恒定;②通過糖異生作用,可以補充糖原儲備。
3.乳酸循環
肌肉收縮(尤其在氧供不足)時通過糖酵解生成乳酸,後者通過細胞膜彌散入血漿,進入肝髒異生為葡萄糖。葡萄糖釋放入血液後可被肌肉氧化利用,這樣構成了一個循環,稱為乳酸循環。乳酸循環的生理意義在於避免損失仍可被氧化利用的乳酸以及防止因乳酸堆積引起酸中。