申論題

由丙酮酸(pyruvate)合成葡萄糖的過程 總反應：2 pyruvate +4 ATP +2GTP+2NADH-->glucose +4ADP +2GDP +2NAD+ +6Pi 其他可以做為糖質新生的前體(precursor)：乳酸(lactate)、甘油(glycerol)、酮酸(α-keto acid) 2. 原理：糖質新生可算是糖解的逆反應，但並不能單純藉由倒轉糖解(glycolysis)的步驟來達成，因為在糖解過程中有三個步驟是不可逆的，即圖中箭頭所指的三處，於是只要克服此三步驟，即可達成糖質新生 在醣質新生作用(gluconeogenesis)中，葡萄糖的合成來自於一些非醣類物質，如乳酸、胺基酸、及甘油。由於葡萄糖是腦部與紅血球的主要能量來源，因此，醣質新生作用的代謝途徑相當重要。 醣質新生作用主要原料是乳酸和丙胺酸(alanine)，它們來自活躍的骨骼肌及紅血球中。當骨骼肌進行劇烈運動時，骨骼肌是處在一種缺氧的狀態，而出現一些現象： (1) 醣解作用中丙酮酸產生的速率，比檸檬酸循環中丙酮酸氧化的速率要來得快。 (2) 此外，醣解作用中NAD+轉變成NADH的速率，也比呼吸鏈(respiratory chain)中NADH氧化變成NAD+的速率要來得快。 所以要使醣解作用繼續進行，必須補充NAD+，使3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate)能夠被氧化；經由乳酸去氫酶(lactate dehydrogenase, LDH)的催化，能使丙酮酸在還原成乳酸的同時，也將NADH氧化成NAD+，進而讓醣解作用能夠繼續進行。在活躍的骨骼肌和紅血球中，丙酮酸之所以會被還原成乳酸，是為了要再生NAD+，使醣解作用能夠繼續進行，然而乳酸必須轉變回丙酮酸後，才能被代謝掉。值得注意的是，由葡萄糖轉變成丙酮酸的淨反應來看，並非氧化還原反應，只是與葡萄糖相比，乳酸有一個碳原子的氧化態較高，且有另外一個碳原子的還原態較高而已。乳酸的形成，可換取時間，並且把肌肉中部份的代謝負荷(metabolic burden)轉移給肝臟。 乳酸和丙酮酸的細胞膜通透性高；乳酸便藉著這種特性進行Cori循環(Cori cycle) (圖3-3)： (1)乳酸和丙酮酸都可由活躍的骨骼肌中擴散出來，經由血流到達肝臟；由於收縮中的骨骼肌細胞裡的NADH/NAD+比率較高，因此由肌肉流往肝臟的大部份是乳酸，而丙酮酸則很少。 (2)由於肝細胞的細胞質中NADH/NAD+比率較低，因此進入肝臟的乳酸會被氧化成丙酮酸；接著，在肝臟中形成的丙酮酸，便會經由醣質新生作用，轉變成葡萄糖。 (3)最後，在肝臟中形成的葡萄糖，會進入血流中，再被骨骼肌所使用。 圖3-3. 肝臟可供應骨骼肌收縮時所需的葡萄糖，而骨骼肌則會經由醣解作用，把葡萄糖轉變成乳酸以產生ATP；這些在骨骼肌中形成的乳酸，會經血流回到肝臟中進行醣質新生作用，再形成葡萄糖，完成Cori循環。 由此可知，經由Cori cycle肝臟可供應骨骼肌收縮時所需的葡萄糖，而骨骼肌則會經由醣解作用，把葡萄糖轉變成乳酸以產生ATP；這些在骨骼肌中形成的乳酸，會經血流回到肝臟中進行醣質新生作用，變回葡萄糖，完成Cori循環。最近的研究發現：丙胺酸和乳酸類似，也是葡萄糖主要的前驅物之一；在肌肉中丙酮酸會經由轉胺作用(transamination)，形成丙胺酸，再轉變成葡萄糖；而其逆反應則在肝臟中進行