葡萄糖的其他代谢途径和血糖及其调节《玩转太极拳之二十四式》作者龙殿法的生物化学笔记

葡萄糖的其他代谢途径和血糖及其调节《玩转太极拳之二十四式》作者龙殿法的生物化学笔记葡萄糖的其他代谢途径细胞内葡萄糖除了氧化供能或进入磷酸戊糖途径外，还可代谢生成葡糖醛酸、多元醇等重要代谢产物。一、糖醛酸途径生成葡糖醛酸糖醛酸途径是指以葡糖醛酸为中间产物的葡萄糖代谢途径，在糖代谢中所占比例很小。首先，葡糖-6-磷酸转变为尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG），过程见糖原合成。然后在UDPG脱氢酶催化下，UDPG氧化生成尿苷二磷酸葡糖醛酸（UDPGA）。后者再转变为木酮糖-5-磷酸，与磷酸戊糖途径相衔接。对人类而言，糖醛酸途径的主要生理意义是生成活化的葡糖醛酸—UDPGA。葡糖醛酸是组成蛋白聚糖（如透明质酸、硫酸软骨素、肝素等）的组成成分。此外，葡糖醛酸在肝内生物转化过程中参与很多结合反应。二、多元醇途径生成少量多元醇葡萄糖代谢还可生成一些多元醇，如山梨醇，木糖醇等，称为多元醇途径。这些代谢过程仅局限于某些组织，在葡萄糖代谢中所占比例极小。例如，在醛糖还原酶作用下，由NADPH供氢，葡萄糖可还原生成山梨醇。在2种木糖醇脱氢酶催化下，糖醛酸途径中的L-木酮糖可生成中间产物木糖醇，后者再转变为D-木酮糖。多元醇本身无毒且不易通过细胞膜，在肝、脑、肾上腺、眼等组织具有重要的生理、病理意义。例如，生精细胞可利用葡萄糖经山梨醇生成果糖，使得人体精液中果糖浓度超过10mmol/L。精子以果糖作为主要能源，而周围组织主要利用葡萄糖供能，这样就为精子活动提供了充足的能源保障。1型糖尿病病人血糖水平高，透入眼中晶状体的葡萄糖增加从而生成较多的山梨醇，山梨醇在局部增多可使渗透压升高而引起白内障。血糖及其调节血糖指血中的葡萄糖。血糖的来源为肠道吸收、肝糖原分解和糖异生生成的葡萄糖释入血液内。血糖的去路则是被机体各组织器官所摄取，用于氧化供能、合成糖原、转变成其他糖和脂肪或者氨基酸等。一、血糖水平保持恒定血糖水平相当恒定，始终维持在3.9-6.0mmol/L，这是由于血糖的来源与去路保持动态平衡所致。餐后血糖来自食物消化吸收，此时所有去路均活跃进行;短期饥饿时，血糖来自肝糖原分解，仅用于满足基本供能需求;长期饥饿时，血糖来自非糖物质的糖异生，此时除少数对葡萄糖极为依赖的组织仍用糖供能外，其他大多数组织改用脂质能源，以节约葡萄糖。因此，恒定的血糖水平是糖、脂肪、氨基酸代谢相协调的结果，也是肝、肌、脂肪组织等各器官组织代谢相协调的结果。二、血糖稳态主要受激素调节血糖的来去平衡主要受激素调控。调节血糖的激素主要有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素等。这些激素联合作用，通过整合调节各组织中各代谢途径的关键酶，不断适应体内能量需求和燃料供给的变化，从而维持血糖稳态。（一）胰岛素是降低血糖的主要激素胰岛素由胰腺β细胞分泌，是体内具有降糖作用的主要激素。胰岛素的分泌受血糖控制，血糖升高使胰岛素分泌加强，血糖降低使之分泌减少。胰岛素降低血糖的机制是使血糖的去路增强、来源减弱，主要包括:①促进肌、脂肪组织等通过GLUT4摄取葡萄糖;②通过激活磷酸二酯酶而降低cAMP水平，使糖原合酶被活化、磷酸化酶被抑制，从而加速糖原合成、抑制糖原分解;③通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶复合体活化，加快糖的有氧氧化;④抑制肝内糖异生，这一方面是因为磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成受到抑制，另一方面是由于氨基酸加速合成肌蛋白质从而使糖异生的原料减少;⑤糖的分解产物乙酰CoA和NADPH供应增多，有利于以此为原料合成脂肪酸。简而言之，胰岛素的总效应是促进葡萄糖分解利用，抑制糖异生，同时将多余的血糖转变为糖原和甘油三酯，从而控制餐后血糖水平不至于过高。（二）体内有多种升高血糖的激素饥饿或应激等状况发生时，机体可分泌多种升高血糖的激素。其中，胰高血糖素对于饥饿时的血糖生理调节尤为重要。1.胰高血糖素是升高血糖的主要激素

胰高血糖素由胰腺α细胞分泌，是体内升高血糖的主要激素。血糖降低或血中氨基酸升高可促进胰高血糖素分泌。胰高血糖素升高血糖的机制是使血糖的来源增强、去路减弱，主要包括:①抑制糖原合酶而激活磷酸化酶，加速肝糖原分解;②通过抑制磷酸果糖激酶-2、激活果糖二磷酸酶-2，减少果糖-2，6-二磷酸的合成。由于后者是磷酸果糖激酶-1的最强别构激活剂，也是果糖二磷酸酶-1的抑制剂，故糖酵解被抑制而糖异生则加速;③抑制肝内丙酮酸激酶从而阻止磷酸烯醇式丙酮酸进行糖酵解，同时促进磷酸烯醇式丙酮酸掇激酶的合成，使糖异生加强;④激活脂肪组织内激素敏感性脂肪酶，促进脂肪分解供能，以节约血糖。以上作用均通过cAMP依赖的磷酸化反应而实现。简而言之，胰高血糖素的总效应是促进肝糖原分解和糖异生，以补充血糖，同时抑制糖酵解而改用脂质供能，从而使血糖回升到正常水平。值得注意的是，胰腺分泌的胰岛素和胰高血糖素相互拮抗，两者比例的动态变化使血糖在正常范围内保持较小幅度的波动。例如，进食后血糖升高，使胰岛素分泌增多而胰高血糖素分泌减少，血糖水平趋于回落;但胰岛素分泌增加到一定程度又会促进胰高血糖素分泌，使后者快速发挥相反的升血糖作用，以保证血糖不会无限制地降低。反之亦然。2.糖皮质激素可升高血糖

糖皮质激素升高血糖的机制主要包括:①促进肌蛋白质分解而使糖异生的原料增多，同时使磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的合成加强，从而加速糖异生;②通过抑制丙酮酸的氧化脱羧，阻止体内葡萄糖的分解利用;③协同增强其他激素促进脂肪动员的效应，促进机体利用脂肪酸供能。3.肾上腺素是强有力的升高血糖的激素

肾上腺素升高血糖的效力很强。给动物注射肾上腺素后，血糖水平迅速升高且持续几小时，同时血中乳酸水平也升高。其作用机制是引发肝和肌细胞内依赖cAMP的磷酸化级联反应，加速糖原分解。肝糖原分解为葡萄糖，直接升高血糖;肌糖原无氧氧化生成乳酸，再经乳酸循环间接升高血糖。肾上腺素主要在应激状态下发挥调节作用，对经常性血糖波动没有生理意义。三、糖代谢障碍导致血糖水平异常正常人体内存在一整套精细调节糖代谢的机制，当一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会持续升高，也不会出现大的波动。此过程可通过糖耐量试验进行检测：先测量空腹静脉血糖，饮用75g无水葡萄糖后，分别于30分钟、1小时、2小时测量静脉血糖值，绘制曲线。正常人对摄入的葡萄糖具有很强的耐受能力：服糖后血糖在0.5-1小时达到高峰，但一般不超过肾小管的重吸收能力（约为10mmol/L），所以很难检测到糖尿;血糖在此峰值之后逐渐降低，一般在2小时左右降至7.8mmol/L以下，3小时左右回落至接近空腹血糖水平。临床上可由糖代谢障碍引发血糖水平紊乱，导致出现低血糖或高血糖。其中，糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病。糖尿病病人空腹血糖高于正常值;服糖后血糖浓度急剧升高，超过肾糖阈，从而出现糖尿;血糖在此峰值之后缓慢降低，一般2小时后仍可高于11.lmmol/L。（一）低血糖是指血糖浓度低于2.8mmol/L对于健康人群，血糖浓度低于2.8mmol/L时称为低血糖。脑细胞主要依赖葡萄糖氧化供能，因此血糖过低就会影响脑的正常功能，出现头晕、倦怠无力、心悸等，严重时发生昏迷，称为低血糖休克。如不及时给病人静脉补充葡萄糖，可导致死亡。出现低血糖的病因有:①胰性(胰腺β细胞功能亢进、胰腺α细胞功能低下等);②肝性(肝癌、糖原贮积症等);③内分泌异常(垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等);④肿瘤(胃癌等);⑤饥饿或不能进食者等,（二）高血糖是指空腹血糖高于7mmol/L空腹血糖浓度高于7mmol/L时称为高血糖。如果血糖浓度高于肾糖阈，就会形成糖尿。引起糖尿的原因分为病理性和生理性两大类，具体包括:①遗传性胰岛素受体缺陷;②某些慢性肾炎、肾病综合征等引起肾对糖的重吸收障碍，但血糖及糖耐量曲线均正常;③情绪激动时交感神经兴奋，肾上腺素分泌增加，使肝糖原大量分解，导致生理性高血糖和糖尿;④临床上静脉滴注葡萄糖速度过快，使血糖迅速升高而出现糖尿。(三)糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病糖尿病的特征是持续性高血糖和糖尿,特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围。其主要病因是部分或完全胰岛素缺失、胰岛素抵抗(因细胞胰岛素受体减少或受体敏感性降低,导致对胰岛素的调节作用不敏感)。临床上将糖尿病分为四型:胰岛素依赖型(1型)、非胰岛素依赖型(2型)、妊娠糖尿病(3型)和特殊类型糖尿病(4型)。1型糖尿病多发生于青少年,因自身免疫而使胰腺β细胞功能缺陷,导致胰岛素分泌不足。2型糖尿病和肥胖关系密切,可能是由细胞膜上胰岛素受体功能缺陷所致。糖尿病常伴有多种并发症,如糖尿病视网膜病变、糖尿病性周围神经病变、糖尿病周围血管病变、糖尿病肾病等。这些并发症的严重程度与血糖水平升高的程度、病史的长短有相关性。四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应引起糖尿病并发症的生化机制仍不太清楚,目前认为血中持续的高糖刺激能够使细胞生成晚期糖化终产物(AGEs),同时发生氧化应激。例如,红细胞通过GLUTI摄取血中的葡萄糖,首先使血红蛋白的氨基发生不依赖酶的糖化作用,生成糖化血红蛋白(GHB),此过程与酶催化的糖基化反应不同。GHB可进步反应生成AGEs,如羧甲基赖氨酸、甲基乙二醛等,它们与体内多种蛋白质发生广泛交联,对肾、视网膜、心血管等造成损伤。AGEs还能被其受体(AGER)识别,激活多条信号通路,产生活性氧而诱发氧化应激,使细胞内多种酶类、脂质等发生氧化,从而丧失正常的生理功能。氧化应激又可进一步促进AGEs的形成及交