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法律研究碳水化合物代谢
介绍
复杂的碳水化合物被生物体消耗，并转化为简单的葡萄糖分子，这涉及十个重要的生化途径。碳水化合物是我们饮食中主要的能量来源。它们通常参与细胞不同组分的形成以及执行各种其他功能。糖一词可以定义为碳水化合物，它们易溶于水且味道甜美。它们可以大致分为三大类——单糖、二糖和寡糖。单糖可以根据不同官能团的存在以及一个分子中存在的碳原子数量进一步细分。植物中的淀粉和动物中的糖原是碳水化合物的储存形式。它们由碳、氢和氧组成。它们可能是酮或多羟基醛。
碳水化合物代谢
碳水化合物代谢发生在十个重要的途径中——糖酵解、三羧酸循环、糖异生、糖原合成、糖原分解、己糖磷酸途径、糖醛酸途径、乙醛酸循环、果糖代谢和半乳糖代谢。
糖酵解——糖酵解途径于1940年由两位生物化学家 Embden 和 Meyerhof 首次建立。这是一项突破性的发现，该途径以发现者的名字命名为 EM 途径。在有氧条件下，合成 38 个 ATP 分子以及产生一定量的热量。而在厌氧条件下，仅产生 2 个 ATP 分子。在厌氧条件下，植物产生乙醇，动物产生乳酸作为副产物。
柠檬酸循环——在这种代谢途径中，乙酰辅酶 A 发生氧化，产生二氧化碳和水。它直接或间接地连接几乎所有代谢途径。它俗称为三羧酸循环。它由汉斯·阿道夫·克雷布斯于 1937 年提出。为了纪念科学家克雷布斯在生物化学领域的杰出发现，它通常被称为克雷布斯循环。
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糖异生——葡萄糖由非碳水化合物前体（如乳酸、氨基酸、甘油等）合成。这恰好与糖酵解相反。在糖酵解中，有三个不可逆步骤由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶等酶催化。在糖异生中，这三个步骤被一些替代酶绕过。
糖原分解——在动物中，葡萄糖以糖原的形式储存在肝脏和肌肉细胞中。在紧急情况下，肌肉糖原分解形成葡萄糖以进行不同的体力活动，而肝糖原分解形成葡萄糖，进而分解形成血糖。糖原降解为葡萄糖的过程称为糖原分解。
己糖磷酸途径——HMP 途径处理脂类和核酸的生物合成，并发挥着至关重要的作用。它是葡萄糖的直接分解，产生 NADPH 和其他戊糖，用于核酸的生物合成。HMP 途径的酶存在于细胞质中。HMP 发生在肝脏、脂肪组织、肾上腺、红细胞、睾丸和泌乳期乳腺中。它俗称为磷酸戊糖途径 (PPP)。
糖原合成——它是葡萄糖转化为糖原的生化途径。糖原具有${\underline{\alpha}}$-1,4 和${\underline{\alpha}}$-1,6 糖苷键，并且本质上是高度分支的。它主要发生在肝脏、肾脏和骨骼肌中。当葡萄糖分子在分支形成过程中连接时，它会消耗一定量的能量。
糖醛酸途径——葡萄糖氧化的替代途径称为糖醛酸途径。它参与利用糖和糖酸合成葡萄糖醛酸。
乙醛酸循环——这种途径在植物和微生物中普遍存在，涉及脂肪向碳水化合物的生物合成。这条途径在种子萌发过程中发挥关键作用，其中甘油三酯转化为单糖以满足能量需求。它发生在乙醛酸体中。
果糖代谢——为了进入糖酵解途径，果糖必须被磷酸化。此外，磷酸果糖转化为果糖-6-磷酸，它是糖酵解途径的中间体。果糖代谢发生在肌肉、脂肪组织和肾脏中。果糖-1-磷酸随后转化为甘油醛和二羟基丙酮磷酸。
半乳糖代谢——牛奶中存在的乳糖由一个葡萄糖和一个半乳糖分子组成。乳糖裂解后，半乳糖分子进入肝脏转化为葡萄糖。半乳糖激酶将半乳糖磷酸化为半乳糖-1-磷酸，然后转化为葡萄糖-1-磷酸，再转化为葡萄糖-6-磷酸，然后进入糖酵解途径。
意义
碳水化合物是主要的能量来源。碳水化合物代谢产生 NADPH 和 FADH2。NADPH 中储存的能量反过来产生 1.5 到 2.5 个 ATP 分子，而 FADH2 产生 1.5 个 ATP 分子。因此，碳水化合物代谢中产生的辅因子会产生 ATP，它是“能量货币”。
胰岛素和胰高血糖素等激素维持血糖水平，这些激素由胰腺的β细胞分泌。分泌的激素量由营养物质的数量很好地控制。
碳水化合物以聚合物形式储存，例如几丁质、纤维素、淀粉和糖原。葡萄糖分子通过糖苷键结合在一起形成长链聚合物。几丁质和纤维素提供机械支撑，而淀粉和糖原分别充当植物和动物的储存物质。
疾病
与碳水化合物代谢相关的疾病如下
糖尿病与高血糖有关。会导致尿频、口渴和食欲增加。
乳糖不耐受是一种患者无法消化乳糖或任何乳制品的疾病。
半乳糖血症是血液中半乳糖的积累。由于半乳糖代谢酶缺乏，这是一种罕见的遗传性代谢紊乱。
果糖吸收不良是一种饮食障碍，其中果糖的吸收受损，导致肠道中果糖浓度升高。
结论
碳水化合物是形成主要能量来源的关键分子。它参与不同的生化途径，形成核酸合成、葡萄糖生成、糖原合成、糖原分解等必需的生物分子。这种葡萄糖进一步分解成二氧化碳和水，并产生 NADPH，后者进一步产生 ATP。
常见问题
Q1. 过量摄入碳水化合物会发生什么？
答：过量摄入碳水化合物会导致高血糖、体重增加和代谢活动不良。这可能导致患心脏病的风险增加。
Q2. 碳水化合物在我们体内的作用是什么？
答：它们通过充当我们不同器官（如肾脏、大脑、肌肉和神经系统）的燃料来帮助我们。它通过糖异生将胆固醇转化为单糖来控制胆固醇。
Q3. 为什么建议在睡前早点吃饭？
答：当摄入碳水化合物时，它会升高血糖水平，并且吃过饭的人会从中获得能量。因此，它会影响睡眠。因此，建议在睡前 4 小时吃东西。
Q4. 单糖是什么？
答：由单个糖组成的碳水化合物称为单糖。它是最简单的形式，可以直接从小肠吸收进入血液。
Q5. 核物质中存在哪种糖？
答：核物质中存在核糖和脱氧核糖。它是一种戊糖，在其上连接有一个磷酸基团，形成遗传物质的主链。
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