书城医学药理学基础学习精要
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第20章 细胞和分子基础(8)

3.脂肪肝肝脏是脂类代谢的重要部位。肝中合成的脂类以脂蛋白的形式不断地向肝外转运,其中磷脂是合成脂蛋白不可缺少的原料,若磷脂减少则影响脂蛋白的形成和输出,肝中脂肪不能及时运出,引起脂肪在肝中的堆积,称为“脂肪肝”。造成脂肪肝的原因有:①肝中脂肪来源过多,如食物脂肪过多或储存脂肪动员过多;②肝功能不良,肝脏合成或释放脂蛋白的功能下降,氧化脂肪酸的能力减弱;③合成磷脂的原料不足,如胆碱或合成胆碱的原料(蛋氨酸)缺乏等。因此,胆碱、蛋氨酸等可作为抗脂肪肝的药物。

4.结石症胆、肾、膀胱等部位,在血、尿中胆固醇含量过高或在某种诱因(如手术后、炎症等)影响下都可能发生结石。其中以胆囊或胆管结石最为常见,这类结石主要由胆固醇、胆红素、胆酸及钙盐等组成。治疗上常采用利胆药,促进胆汁分泌,增加胆汁水分及总量,使胆汁稀释,有利于结石排出。

糖代谢

糖是食物的主要组成部分,人类所需能量的50%~70%来源于糖。

1g葡萄糖在体内完全氧化约可产生17kJ热能,仅为脂肪产能量的一半。但由于食物中糖的占有比例大(一般为固体食物70%以上),故糖是人和动物体的主要供能物质。

糖是生物体的重要组成成分之一。例如,核酸中含有核糖和脱氧核糖;细胞间质和结缔组织中的粘蛋白中有粘多糖;抗体、某些酶及某些激素中的糖蛋白;由糖与脂类构成的糖脂,是神经组织及细胞膜的组成成分;糖代谢过程中产生的中间产物可转变为氨基酸等。

一、糖的消化吸收

人类从食物中获得的可利用的糖类主要有植物淀粉及少量双糖。糖的消化从口腔开始,唾液和胰液都有可消化淀粉的α-淀粉酶。经口腔唾液α-淀粉酶初步水解后,进入胃。但胃对糖无消化作用,糖的主要消化场所是小肠。小肠中有多种由胰腺及小肠壁所分泌的、能使糖类消化的酶。大部分的淀粉、蔗糖等最终被一系列的酶水解为葡萄糖(G)、果糖(F)等单糖,在小肠上段被人体吸收。其中,葡萄糖的吸收率最高。葡萄糖吸收入体内后,由血液运输到身体的各个部位,氧化供能,多余的合成糖原储存。当生物需要的时候则可再分解供能,也可转化成为其他物质。

二、糖的无氧分解

糖的无氧酵解途径

糖的无氧酵解是在哺乳动物细胞中,在无氧的条件下,以糖原或葡萄糖为底物,经一系列酶的催化作用后,分解为乳酸并释放出能量的过程。糖的无氧酵解是在细胞液中进行的,此过程与酵母生醇发酵的过程相似,因此也叫糖酵解。

糖酵解也是糖、脂肪、氨基酸代谢互相联系的途径。甘油的氧化或由糖提供磷酸甘油及****辅酶A以合成脂肪都通过糖酵解途径。糖通过酵解途径生成的酮酸,以及****酸转化为三羧酸循环的一些中间产物后,可用来生成****酸、天冬氨酸、谷氨酸等。

糖酵解的反应过程可分为以下4个阶段。

1.1,6-二磷酸果糖的生成在这一阶段的反应中,葡萄糖或相当于1分子葡萄糖的糖原经磷酸化作用后转变为1,6-二磷酸果糖。在这一阶段中,需消耗能量用于糖的磷酸化作用,而且这一阶段没有氧化作用的进行,也没有能量的生成,同时消耗了2分子ATP。1,6-二磷酸果糖是葡萄糖进入分解代谢所必需的活化形式。

2.3-磷酸甘油醛的生成16-二磷酸果糖在醛缩酶的作用下裂解为2个分子三碳糖,其中一分子为3-磷酸甘油醛,另一分子为磷酸二羟****。两者可以互相转变。但只有3-磷酸甘油醛才能进入糖无氧酵解的第三阶段反应。

在这一阶段中,糖并没有进行氧化作用,也没有能量的形成和消耗。

3.****酸的生成在这一阶段中,磷酸丙糖在脱氢酶等一系列酶的作用下,进行氧化分解,生成****酸,并释放出一定的能量形成ATP。其中间反应包括3-磷酸甘油醛脱氢氧化生成1,3-二磷酸甘油酸,内含1分子高能磷酸键。此高能磷酸键连同能量一并转移到ADP上形成ATP,自身则转成3-磷酸甘油酸。后者经变位,生成2-磷酸甘油酸,再脱水,生成磷酸烯醇式****酸,又生成1分子高能磷酸键。此高能磷酸键转给ADP,又生成1分子ATP,自身则转为烯醇式****酸并进一步转化成****酸。

4.乳酸的生成在没有O2供应的条件下,****酸不能再进行氧化。它可在乳酸脱氢酶的作用下,接收3-磷酸甘油醛脱下来的2H+,还原成为乳酸。同时,NADH已氧化脱氢为NAD+,可再参与其他物质的氧化脱氢。

到此为止,糖原中1个葡萄糖单位或1个葡萄糖分子,已转变成为了2分子的乳酸,并为生物体提供了能量(ATP)。从1分子葡萄糖开始,生成2个ATP,从糖原开始,则1个葡萄糖单位生成3个ATP。故糖酵解生成的能量是有限的。但当机体急需能量,又不能供给足够的氧时,肌肉等一类相对缺氧的组织就会加速糖的无氧分解,以提供给机体能量,应付急需(如剧烈的运动)。因此,糖无氧酵解的第一个生理意义是保证组织在供氧不足的时候,进行需能的生命活动;第二个生理意义是在许多非糖物质如氨基酸、甘油等转变为糖的过程中起重要作用。

三、糖的有氧氧化

糖的有氧氧化同样是以糖原或葡萄糖作为起始物,在有氧的条件下,经一系酶的催化作用后,彻底氧化分解为CO2和H2O,并为生物体提供大量能量的过程。有氧氧化是糖氧化的主要方式,大多数组织都由有氧氧化获得能量。

(一)糖的有氧氧化途径

这一反应过程可人为地分为3个阶段。

1.糖被氧化为****酸这一过程在胞液中进行,经糖酵解生成****酸。

2.****酸氧化脱羧生成****辅酶A****酸的氧化脱羧作用在线粒体中进行。****酸属于α-酮酸,进入线粒体后,进行α-氧化脱羧反应,同时与辅酶A(CoA)结合成为****辅酶A(这里辅酶A起着****基载体的作用)。这是一个复杂的不可逆的反应,由脱羧酶、转****基酶、脱氢酶3个酶紧密结合组成的多酶复合体―****酸脱氢酶系催化完成。

3.三羧酸循环这一反应过程也是在线粒体进行的,是糖最终氧化为H2O和CO2的过程,也是脂肪、蛋白质等彻底氧化的唯一途径,并伴有大量的能量产生。三羧酸循环(又称柠檬酸循环)以****辅酶A与草酰乙酸合成为柠檬酸开始,经一系列反应后,****辅酶A中的****基团被消耗,草酰乙酸又重新生成,从而形成一个循环。

(二)糖有氧氧化的生理意义

1.提供能量1分子葡萄糖通过有氧氧化途径可产生38个ATP,相当于无氧酵解(2个ATP)的19倍。因此,糖的有氧氧化是生物体获取能量的主要途径。在一般生理条件下,各种组织细胞(除红细胞外)皆从糖有氧氧化途径中获得能量。

2.三羧酸循环是多种物质的共同代谢途径三羧酸循环不仅是糖有氧氧化的重要途径,也是脂类、蛋白质彻底氧化分解必不可少的途径。例如:三羧酸循环的起始物——****辅酶A,同时也是脂肪中的甘油、脂肪酸及蛋白质的氨基酸等有机物分解代谢的中间产物。三羧酸循环还是糖类、脂类、蛋白质等物质相互联系的枢纽。它们通过三羧酸循环可以互相转变,互相制约。

3.为合成代谢提供二氧化碳生物体内合成代谢(如核苷酸)过程中所需的CO2,可在三羧酸循环过程中产生。

四、糖原合成与分解

摄入的糖类必须贮存以备进食间歇以及饥饿时应用。一般以合成糖原或转变成脂肪的方式储存糖。人体肝糖原总量约70g,相当于每1g肝贮存50mg,肌糖原120~300g。糖原可以被迅速动用,故对维持血糖、供给肌肉收缩能量有重要作用。

糖原的合成与分解是相反的两个过程。这两个过程的起始物及终产物相同,都有6-磷酸葡萄糖和1-磷酸葡萄糖两个中间产物,但方向相反,并且是由不同的酶系催化的。

(一)糖原的合成

利用葡萄糖合成糖原的过程,称为糖原合成。

当人或动物体内的游离葡萄糖较多时,可通过糖原合成作用,将葡萄糖转化为糖原储存于肌肉或肝中。储存于肌肉的称为肌糖原,储存于肝的称为肝糖原。肌糖原一般用作糖的无氧分解原料,而肝糖原除通过氧化分解供能外,还可用于维持血液中葡萄糖的浓度。

糖原的合成是个耗能过程,每增加1个葡萄糖残基,就消耗2个ATP。

糖原除了可由葡萄糖合成外,还可由其他的单糖或其他非糖的物质合成。

(二)糖原的分解

糖原分解为葡萄糖的过程称为糖原分解作用。

储存于肝的肝糖原,可在酶的作用下,分解为葡萄糖,进入血液,成为血糖,用于维持血糖浓度的稳定。糖原的分解首先在糖原磷酸化酶的作用下将糖原分子中的1个葡萄糖残基水解并进行磷酸化,生成1-磷酸葡萄糖;再通过磷酸基的转移作用,生成6-磷酸葡萄糖;最后,经6-磷酸葡萄糖磷酸酶作用水解释放出磷酸基,生成葡萄糖。

肌糖原在肌肉中因缺乏6-磷酸葡萄糖磷酸酶,故不能直接分解为葡萄糖进入血液,只能用于无氧酵解,产生乳酸。

五、糖异生

非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称作糖异生。人体内总糖原储备已如前述,正常成人每小时从肝消耗210mg葡萄糖/kg体重。如无外源性补充,10多个小时后肝糖原即将耗尽。成人脑每天消耗葡萄糖约120g。其他如红细胞、肾髓质等共消耗40g。因此,通过糖异生及时补充血糖是很重要的。糖异生的主要原料是乳酸、氨基酸和甘油。饥饿时,氨基酸主要来自肌肉蛋白质,主要以丙氨酸和谷氨酰胺开始经血液输送到肝,每天可异生成90g葡萄糖。糖异生主要在肝中进行,其反应基本是糖酵解的逆向过程。但由于其中的三步涉及限速和能量转移,因而无法原路逆行,只好用旁路代替。

糖异生的生理意义在于当糖原被大量消耗时,为了维持血糖浓度,机体可利用乳酸、甘油、氨基酸等物质转化为葡萄糖以补充血糖。同时也有利于乳酸、甘油、氨基酸的代谢。如乳酸,当糖酵解时即产生大量乳酸,它刺激肌肉使人产生酸痛的感觉,通过糖异生可及时利用和清除乳酸,这既补充了糖又防止了乳酸中毒。

六、血糖及其调节

血糖指血液中的葡萄糖。血糖水平相当恒定,维持在4.5~5.5mmol/L(70~110mg/dl)之间,这是进入和移出血液的葡萄糖平衡的结果。血糖的来源有3个方面:①食物中的糖类(以淀粉为主)经消化、吸收;②肝糖原分解;③糖异生转化。血糖的去路则为周围各组织以及肝的摄取利用。这些组织摄取的葡萄糖的代谢各异,肝、肌肉可合成糖原;脂肪组织、肝将其转变为三酰甘油;一些组织用以氧化供能等。这些代谢过程是机体经常不断地进行的,但是在不同的情况下,根据能量来源、机体消耗等不同而有很大的差异,而且糖代谢的调节不是孤立的,它还涉及脂肪及氨基酸的代谢。血糖水平保持恒定是糖、脂肪、氨基酸代谢协调的结果;也是肝、肌肉、脂肪组织等各器官组织代谢协调的结果。例如,消化吸收期间及期后,自肠道吸收大量葡萄糖,肝内糖原合成加强而分解减弱;肌糖原合成和糖的氧化亦加强。肝、脂肪组织加速将糖转变为脂肪。从肌肉蛋白质分解来的氨基酸的糖异生则减弱。因而血糖仅暂时上升并且很快恢复正常。长期饥饿时,血糖虽略低,仍保持3.6~3.8mmol/L。这时,血糖来自肌肉蛋白质降解来的氨基酸,其次为甘油、乳酸以保证脑的需要,而其他组织的能量来源则为脂肪酸及酮体,它们摄取葡萄糖被抑制。甚至脑的能量,一部分也由酮体供应。这样开源节流的结果,使血糖仍可维持于低水平。

机体的各种代谢以及各器官之间能这样精确协调地适应能量、燃料供求的变化,主要依靠激素的调节。酶水平的调节是最基本的调节方式和基础,因此高等动物才有激素协调各个器官、各种营养物的代谢。激素中最重要的是胰岛素和胰高血糖素,肾上腺素似在应激时发挥作用。肾上腺皮质激素、生长激素等都可影响血糖水平,但在生理性调节中仅居次要地位。

当血糖浓度高于7.8mmol/L时,则超出了肾的吸收功能。血液中超过部分的糖将会随尿排出体外。