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产品解读|还记得那年生物课本中的糖代谢吗?

发布时间:2021年05月20日 浏览次数:351

提到糖代谢,你会想到什么?三大物质代谢之一、糖酵解、磷酸戊糖、三羧酸循环、乳酸、还是三大代谢途径中涉及的纷繁复杂的各种酶类(乳酸脱氢酶、丙酮酸激酶、琥珀酸脱氢酶等)?

对于小编来说,我最先想到的是当年闭着眼睛就能绘制出糖代谢前世今生的壮举,现如今只能感叹一句:走马吹花无复、少年狂!回不去...了~那今天,小编就和大家分享一下新鲜汇总的的糖代谢知识点,并介绍几款糖代谢生化检测试剂盒,希望能帮您将过去的理论与现在的实践串联起来,助力您的实验!

一、糖类的生理功能

糖的化学本质是由C、H、O组成的多羟基的醛或酮。可用Cn(H2O)n表示,因此亦称为碳水化合物( carbohydrate )。糖是人体组织细胞的重要组成部分,它在体内的含量虽较蛋白质和脂肪少,但它是人体所需能量的重要来源。人体每天所需的能量约有70%来源于糖的氧化分解,是人体内最主要的功能物质。糖在氧化时所需要的氧较脂肪和蛋白质少,所以也是人体最经济的功能物质。

此外,糖在无氧条件下还可进行无氧氧化(酵解),并释放少量能量供组织应急需要。除功能外,糖与脂肪可形成糖脂,是构成神经组织和细胞膜的重要成分;作为核酸类化合物的成分:构成核苷酸,DNA,RNA等;与蛋白质结合形成糖蛋白(glycoprotein) 构成细胞表面受体、配体,在细胞间信息传递中起着重要作用;还有血浆蛋白、抗体和某些酶及激素中也含有糖。

糖类,作为三大营养物质代谢(糖类、脂肪、蛋白质)之一,其三者相互之前的关系为:正常情况下,人和动物体所需要的能量主要是由糖类氧化分解供给,只有当糖类代谢发生障碍,引起供能不足时,才由脂肪和蛋白质氧化分解供给能量,保证机体的能量需要。例如:糖尿病患者糖代谢发生障碍时,就由脂肪和蛋白质来分解供能,因此患者表现出消瘦。

糖类可以通过转氨基作用,生成相对应的非必需氨基酸,但是不能转化成必需氨基酸。蛋白质可以通过脱氨基作用转化成糖类。糖类可以大量转化成脂肪,而脂肪却不可以大量转化成糖类,且脂肪不能直接转化成蛋白质。

二、糖类的代谢过程

糖代谢可分为分解代谢和合成代谢两个方面,机体内糖类物质的代谢途径主要包括葡萄糖的无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途径,糖醛酸途径、多元醇途径、糖原合成与糖原分解、糖异生以及其他己糖代谢等。

 

在这里主要介绍糖类分解代谢的三大途径:糖酵解途径(EMP)、有氧氧化、磷酸戊糖途径(PPP途径)。

葡萄糖的代谢途径

1.糖酵解途径

糖酵解途径(glycolytic pathway)又称EMP途径,是将葡萄糖和糖原降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应,是有机体获得化学能最原始的途径,一切生物有机体都普遍存在的葡萄糖降解途径。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸(lactate),在许多微生物中可分解为乙醇或乙酸等,称为糖酵解。有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环,生成CO2和H2O。

糖酵解途径在细胞液中进行,可分为两个阶段。第一阶段是准备阶段,需要消耗能量形成磷酸化的活化底物(从葡萄糖生成2个磷酸丙糖);后一阶段是放能阶段,逐步释放能量并最终生成丙酮酸(是生成ATP的阶段)。两个阶段共10个反应,每个分子葡萄糖经第一阶段共5个反应,消耗2个分子ATP为耗能过程,第二阶段5个反应生成4个分子ATP为释能过程。

  • 关键酶:己糖激酶、6-磷酸果糖激酶1、 丙酮酸激酶。
  • 关键酶催化的反应是单向的,不可逆。

关键酶催化反应

2.有氧氧化

葡萄糖在有氧条件下彻底氧化成水和二氧化碳的反应过程就叫做有氧氧化,并且有氧氧化是糖氧化的主要方式,绝大多数细胞都通过它来获得能量。糖的有氧氧化大致可分为三个阶段:第一阶段是葡萄糖经糖酵解途径分解成丙酮酸;第二阶段就是丙酮酸进入线粒体内,氧化脱羧生成乙酰辅酶A(乙酰CoA)。第三阶段是三羧酸循环及氧化磷酸化。

其中三羧酸循环(TCA循环),又名柠檬酸循环(Thecitric acid cycle ,CAC)或克雷布斯循环,是所有好氧生物中心代谢途径(Central Metabolic Pathway)的核心组成部分。这一代谢途径的名称来源于柠檬酸(一种三羧酸,在生理PH下通常以离子形式存在)。在该循环中,柠檬酸被消耗,而后又通过一系列反应再生,这一系列反应把来自糖代谢、脂肪酸代谢及氨基酸代谢等途径产生的乙酰辅酶A氧化成CO2和水,同时产出NADH、FADH2作为其他各种生化途径中所需的还原力。三羧酸循环有十个基本步骤,如下所述。该循环连续供应乙酰辅酶A形式的新碳,进入表中的步骤0。

步骤 底物 产物 反应类型
0 / 10 草酰乙酸+乙酰辅酶A + H2O 柠檬酸+ CoA-SH 柠檬酸合酶 羟醛缩合
1 柠檬酸 顺乌头酸+ H2O 乌头酶 脱水
2 顺乌头酸+ H2O 异柠檬酸 水合
3 异柠檬酸+ NAD+ 草酰琥珀酸+ NADH + H + 异柠檬酸脱氢酶 氧化
4 草酰琥珀酸 α-酮戊二酸+ CO2 脱羧
5 α-酮戊二酸+ NAD+ + 辅酶A-SH 琥珀酰辅酶A + NADH + H+ + CO2 α-酮戊二酸酯

脱氢酶

氧化脱羧
6 琥珀酰辅酶A +GDP+ Pi 琥珀酸盐+辅酶A-SH + GTP 琥珀酰辅酶A合成酶 底物水平

磷酸化

7 琥珀酸+泛醌(Q,氧化型) 延胡索酸+二氢泛醌(QH2还原型) 琥珀酸脱氢酶 氧化
8 延胡索酸+ H2O L-苹果酸 延胡索酸酶 水合
9 L-苹果酸+ NAD+ 草酰乙酸+ NADH + H+ 苹果酸脱氢酶 氧化
10 / 0 草酰乙酸+乙酰辅酶A + H2O 柠檬酸+ CoA-SH 柠檬酸合酶 羟醛缩合

三羧酸循环(TCA循环)在动植物、微生物细胞中普遍存在,这个途径产生的能量最多,三羧酸循环是三大营养素(糖类、脂类、氨基酸)的最终代谢通路,又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。

三羧酸循环(TCA循环)

(图片来自网络)

3.磷酸戊糖途径(PPP途径)

磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway, PPP)在细胞质中进行,是葡萄糖氧化分解的另一条重要途径,它的功能不是产生ATP,而是产生细胞所需的具有重要生理作用的特殊物质。将葡萄糖转变成5-磷酸核糖,同时生成NADPH。核糖用于核酸及一些辅酶的合成,NADPH称为还原力,用于生物合成和抗氧化。这条途径存在于肝脏、脂肪组织、甲状腺、肾上腺皮质、性腺、红细胞等组织中。

磷酸戊糖途径分为两个阶段,第一阶段是不可逆的氧化阶段,由葡萄糖- 6-磷酸生成核酮糖- 5-磷酸,产生NADPH。第二阶段是可逆的分子重排阶段,将5-磷酸核酮糖转变为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛,以进入糖酵解。因为此途径不含二磷酸己糖中间物,所以又称为己糖单磷酸途径(hexose monophosphate pathway, HMP) 。相应地,糖酵解又称为己糖二磷酸途径(hexose diphosphate pathway)。

对于肿瘤细胞,PPP非常很重要。肿瘤细胞不仅DNA合成活跃,需要大还原力,而且较高

的ROS水平也需要更多NADPH来维持氧化还原平衡。所以肿瘤细胞PPP通更高,其限速酶G6PDH表达也更多。目前有许多研究试图通过抑制PPP来治疗肿瘤,G6PDH是主要靶标。

磷酸戊糖途径

图片来自于网络

三、糖代谢相关生化试剂盒推荐

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CheKine™ 葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)活性检测试剂盒(比色法) KTB1011 48T/96T
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CheKine™ NAD激酶(NADK)活性检测试剂盒(比色法) KTB1022 48T/96T

 

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