糖代谢是在生物體内將碳水化合物代谢形成、分解和相互转化的所有生化过程。
碳水化合物在許多代谢途径中扮演重要作用。 植物通过光合作用，利用二氧化碳和水合成碳水化合物，从而将从太阳光吸收的能量储存在体内。 当植物被其他动物和真菌食用進入其體内后，呼吸作用分解储存於植物内的碳水化合物，为動物和真菌细胞提供能量
虽然碳水化合物对人体生物过程至关重要，但并非人类必须直接摄入碳水化合物。有些健康人群并不摄入碳水化合物。 在人体内，碳水化合物可以直接从食物中直接摄取，消耗體内碳水化合物儲存，或者由脂肪成分（包括脂肪酸）转化而来。这些脂肪成分既可以储存，也可以直接摄入。
代谢途径
糖酵解
糖酵解是将一个葡萄糖分子分解成两个丙酮酸分子的过程，同时将过程中释放的能量以三磷酸腺苷(ATP) 和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH) 的形式储存起来。 几乎所有分解葡萄糖的生物体都利用糖酵解。 在第一階段，兩個三磷酸腺苷被分解。 第二階段中，反應中間體產生的化學能由ATP和NADH儲存。在脊椎动物中，糖异生主要发生在肝脏，其次发生在肾皮质。它是人类和许多其他动物维持血糖水平、避免低血糖的两种主要机制之一，另一機制為糖原分解。
在许多其他动物中，糖异生发生在禁食、饥饿、低碳水化合物饮食或剧烈运动期间。但在反刍动物中，由于膳食碳水化合物倾向于被瘤胃微生物代谢，因此无论是否處於禁食、低碳水化合物饮食或运动中，糖异生都会发生。
在人体内，糖异生的底物可以来自任何非碳水化合物来源，这些来源可以转化为丙酮酸或糖酵解的中间产物（见图）。对于蛋白质的分解，这些底物包括生糖氨基酸（但不包括生酮氨基酸）；对于脂质（例如甘油三酯）的分解，这些底物包括甘油和奇数碳链脂肪酸（但不包括偶数碳链脂肪酸，见下文）；对于其他代谢途径，这些底物包括来自科里循环的乳酸。在长期禁食的情况下，酮体衍生的丙酮也可以作为底物，从而提供一条从脂肪酸到葡萄糖的途径。 虽然大部分糖异生发生在肝脏，但在糖尿病和长期禁食的情况下，肾脏对糖异生的相对贡献会增加。
糖异生途径本身高度吸熱，但当它与ATP或鸟苷三磷酸（GTP）的水解偶联后，就变成了放熱反應。例如，从丙酮酸到葡萄糖-6-磷酸的途径需要4个ATP分子和2个GTP分子才能自发进行。这些ATP分子来源于脂肪酸的β-氧化分解代谢。
糖原分解
糖原分解是指糖原的分解。 在肝脏、肌肉和肾脏中，这一过程会在需要时提供葡萄糖。 该分子随后可以转化为葡萄糖-6-磷酸，它是糖酵解途径的中间产物。 当葡萄糖来源于糖原时，糖酵解仅需消耗一个ATP分子。
当血糖降低（即低血糖）时，肝脏中的胰高血糖素会刺激糖原分解。 肝脏中的糖原可以作为两餐之间的备用葡萄糖来源。 肝糖原主要供应中枢神经系统。运动时，肾上腺素会刺激骨骼肌中糖原的分解。 在人体内，葡萄糖可以通过这一过程转化为糖原。 糖原是一种高度分支的结构，由核心蛋白糖原蛋白和围绕其的葡萄糖单元分支组成，这些分支相互连接。
磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径是葡萄糖氧化的另一种途径。 它存在于肝脏、脂肪组织、肾上腺皮质、睾丸、乳腺、吞噬细胞和红细胞中。 该途径受葡萄糖-6-磷酸脱氢酶活性变化的调控。 某些组织中的酶可以将磷酸基团添加到果糖上。 这种磷酸化作用生成果糖-6-磷酸，它是糖酵解途径的中间产物，可以直接在这些组织中分解。 半乳糖与葡萄糖分离后，会进入肝脏转化为葡萄糖。 磷酸化的半乳糖随后转化为葡萄糖-1-磷酸，最终转化为葡萄糖-6-磷酸，后者可在糖酵解过程中被分解。 在此过程中，辅因子NAD +和FAD有时会被还原形成NADH和黃素腺嘌呤二核苷酸（FADH2） ，它们作為輔因子參與ATP產生的代謝過程。
碳水化合物摄入量
人类可以摄入多种碳水化合物，消化过程会将复杂的碳水化合物分解成简单的单糖如：葡萄糖、果糖、甘露糖和半乳糖。这些单糖在肠道被重吸收后，通过门静脉运输到肝脏，在那里，所有非葡萄糖的单糖（果糖、半乳糖）也会转化为葡萄糖。 葡萄糖（血糖）被输送到组织细胞，在那里，它通过细胞呼吸被分解，或以糖原的形式储存。 胰岛素和胰高血糖素是维持血液中葡萄糖水平稳定的主要激素，它们的释放受当前营养物质数量的控制。 胰高血糖素水平升高会激活催化糖原分解的酶，并抑制催化糖原合成的酶。 相反，当血液中胰岛素水平较高时，糖原合成增强，糖原分解受到抑制。 在人体内，胰岛素由胰腺中的β细胞产生，脂肪储存在脂肪组织细胞中，而肝细胞则根据需要储存和释放糖原。无论胰岛素水平如何，肌肉细胞内部储存的糖原都不会释放葡萄糖进入血液。
碳水化合物作为储存物质
碳水化合物通常以葡萄糖分子间的长链聚合物形式储存，糖苷键起到结构支撑作用（例如几丁质、纤维素）或用于能量储存（例如糖原、淀粉）。然而，大多数碳水化合物对水具有很强的亲和力，由于水合碳水化合物复合物的分子量较大，导致大量碳水化合物的储存效率低下。在大多数生物体中，过量的碳水化合物会被定期分解代谢为乙酰辅酶A，乙酰辅酶A是脂肪酸合成途径的原料；脂肪酸、甘油三酯和其他脂质通常用于长期能量储存。脂质的疏水性使其成为比亲水性碳水化合物更紧凑的能量储存形式。糖异生作用允许利用包括脂质在内的多种来源合成葡萄糖。
相關疾病
- 糖尿病
- 乳糖不耐受
- 果糖吸收不良
- 半乳糖血症
- 糖原贮积症
参见
- 先天性碳水化合物代谢异常
- 撞墙（糖原耗竭）
- 第二口气（糖原耗竭后脂肪酸产生的ATP增加）
参考
外部链接
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