生物化学与分子生物学/糖的摄取与利用

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糖代谢 - 糖的摄取与利用 - 糖的无氧氧化 - 糖的有氧氧化 - 磷酸戊糖途径 - 糖原的合成与分解 - 糖异生 - 葡萄糖的其他代谢途径 - 血糖及其调节
机体主要从食物中获取糖类物质,经消化吸收后的糖转运进入组织细胞,发生一系列复杂连锁的化学反应,以满足多种生理活动的需要。

糖消化后以单体形式吸收[编辑]

人类食物中可被机体分解利用的糖类主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、庶糖、乳糖、葡萄糖等。食物中还含有大量的纤维素,虽然入体内缺少β-葡糖苷酶,纤维素不能被消化,但其有刺激肠蠕动等作用,也是维持健康所必需的。
小麦、稻米和谷薯等食物中的糖类以淀粉(starch)为主。唾液和胰液中都有α-淀粉酶(α-amylase) 可水解淀粉分子内的α-1,4-糖苷键。由于食物在口腔停留的时间很短,所以淀粉消化主要在小肠内进行。在胰液α-淀粉酶作用下,淀粉被水解的主要产物为仅含有α-1,4-糖苷键的麦芽糖、麦芽三糖,还生成少量含有α-1,6-糖苷键的异麦芽糖、带分支的寡聚葡萄糖混合物(称为α-极限糊精,α-limit dextrin)。寡糖在小肠黏膜刷状缘进一步消化,α-糖苷酶(包括麦芽糖酶)水解麦芽糖和麦芽三糖;α-极限糊精酶(包括异麦芽糖酶)可水解α-1,4-糖苷键和α-1,6-糖苷键,将α-极限糊精和异麦芽糖水解为葡萄糖。肠黏膜细胞还含有蔗糖酶和乳糖酶等,分别水解蔗糖和乳糖。有些人由于缺乏乳糖酶,在食用牛奶后发生乳糖消化吸收障碍,而引起腹胀、腹泻等症状,称为乳糖不耐受(lactose intolerance)。
糖类被消化成单糖后才能在小肠被吸收。小肠黏膜细胞依赖特定载体摄入葡萄糖,这是一个耗能的主动转运过程,同时伴有Na+的转运。这类转运葡萄糖的载体称为Na+依赖型葡糖转运蛋白(sodium-dependent glucose transpmter, SGLT),它们主要存在于小肠黏膜和肾小管上皮细胞。
葡萄糖被小肠黏膜细胞吸收后经门静脉入肝,再经血液循环供身体各组织细胞摄取。肝对于维持血糖稳定发挥关键作用。当血糖较高时,肝通过合成糖原和分解葡萄糖来降低血糖;当血糖较低时,肝通过分解糖原和糖异生来升高血糖。

细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白[编辑]

葡萄糖吸收入血后,在体内代谢首先需进入细胞。这是依赖一类葡糖转运蛋白(glucose transporter, GLUT)实现的。人体中现已发现12种GLUT,分别在不同的组织细胞中起作用,其中GLUTl~GLUT5功能较为明确。GLUTl和GLUT3广泛分布于全身各组织中,与葡萄糖的亲和力较高,是细胞摄取葡萄糖的基本转运载体。GLUT2主要存在于肝和胰β细胞中,与葡萄糖的亲和力较低,使肝从餐后血中摄取过量的葡萄糖,并调节胰岛素分泌。GLUT4主要存在于肌和脂肪组织中,以胰岛素依赖方式摄取葡萄糖,耐力训练可以使肌组织细胞膜上的 GLUT4 数量增加。GLUT5主要分布于小肠,是果糖进入细胞的重要转运载体。这些 GLUT 成员的组织分布不同,生物功能不同,从而使各组织对葡萄糖的利用效率有所差异。
如果细胞摄取葡萄糖的环节发生障碍,可能诱发高血糖。进食高碳水化合物饮食后,血糖迅速升高,引起胰岛素分泌,胰岛素可以使原先位于脂肪细胞和肌细胞内囊泡中的 GLUT4 重新分布于细胞膜,从而促进这些细胞摄取并利用血糖。1型糖尿病病人由于胰岛素分泌不足,无法使脂肪和肌组织中的 GLUT4 转位至细胞膜,阻碍了血中葡萄糖转运进入这些细胞。

体内糖代谢涉及分解、储存和合成三方面[编辑]

转运进入细胞内的葡萄糖经历一系列复杂连锁的化学反应,其代谢概况涉及分解、储存、合成三个方面。葡萄糖的分解代谢在餐后尤其活跃,主要包括糖的无氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途径,其分解方式取决于不同类型细胞的代谢特点和供氧状况,例如,机体绝大多数组织在供氧充足时,葡萄 糖进行有氧氧化生成 CO2和 H20;肌组织在缺氧时,葡萄糖进行无氧氧化生成乳酸;饱食后肝内由于合成脂质的需要,葡萄糖经磷酸戊糖途径代谢生成磷酸核糖和NADPH。葡萄糖的储存仅在餐后活跃进行,以糖原形式储存于肝和肌组织中,以便在短期饥饿时补充血糖或不利用氧快速供能。葡萄糖的合成代谢在长期饥饿时尤其活跃,某些非糖物质如甘油、氨基酸等经糖异生转变成葡萄糖,以补充血糖。这些分解、储存、合成代谢途径在多种激素调控下相互协调、相互制约,使血中葡萄糖的来源与去路相对平衡,血糖水平趋于稳定。