第三节　心肌细胞糖代谢途径

葡萄糖的分解代谢是心脏供能代谢的中心环节。在有氧条件下，葡萄糖被彻底氧化成CO₂和H₂O，并释放出大量能量，具体分为无氧条件下的糖酵解和三羧酸循环。在缺氧或无氧条件下，氧化代谢放慢或停止，酵解作用的终产物不是丙酮酸而是乳酸。无氧代谢过程中产生的能量很少，仅相当于有氧代谢产能的5.6%。这一代谢途径和所能够维持的时间，对于心肌突然发生缺血缺氧时维持心肌细胞膜系统的完整性有重要意义。

一、糖的分解代谢

葡萄糖在有氧条件下氧化成CO₂和H₂O，称为有氧氧化，是糖氧化的主要方式。心肌细胞从糖有氧氧化过程中获取相应能量，而糖酵解生成乳酸仅释放出少量能量，最终乳酸需在有氧条件下彻底氧化。

糖酵解途径是有氧氧化的第一阶段，在胞质溶胶中进行。生成的丙酮酸进入线粒体后氧化脱羧形成乙酰CoA，后者进入三羧酸循环脱氢、脱羧，氢经电子传递链传递给氧生成水，并释放出能量。其中丙酮酸转变为乙酰CoA的反应为：丙酮酸+NAD⁺+CoA乙酰CoA+ NADH⁺+H⁺+CO₂，该反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化。丙酮酸脱氢酶复合体与α-酮戊二酸脱氢酶复合体相似，由3种酶组成：乙酰化酶是核心，周围排列着丙酮酸脱氢酶及二氢硫辛酰胺脱氢酶，参与反应的辅酶有硫胺素焦磷酸酯、硫辛酸、NAD⁺、FAD和CoA。

通过糖酵解途径，葡萄糖被分解为丙酮酸，是糖有氧氧化的第一阶段。反应生成的丙酮酸经三羧酸循环及电子传递链最终氧化成CO₂和H₂O。糖酵解途径是体内葡萄糖分解最主要的途径。在缺氧的情况下，糖酵解途径生成的丙酮酸则转变为乳酸；缺氧时葡萄糖分解为乳酸称为糖酵解。糖酵解是心肌防御作用的一部分，能产生一些不依赖氧的能量，以维持缺血心肌的生理功能。糖酵解最重要的生理意义在于迅速提供能量。心肌细胞内ATP含量很低，葡萄糖经糖酵解途径产生丙酮酸进入三羧酸循环、电子传递链生成ATP的速率，远不如糖酵解迅速。

在糖酵解途径中有两个关键性的酶：磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）和甘油醛-3-磷酸脱氢酶。PFK能控制缺氧时糖酵解反应，对心肌细胞能量状态特别敏感，ATP、AMP、ADP以及Pi能与酶在变构部位反应。在轻度缺氧和中度心肌缺血时ATP水平降低，能刺激糖酵解反应产生ATP，具有一定的有益作用，而在严重的心肌缺血时，葡萄糖释放减少，糖原耗竭和细胞内酸中毒，PFK和甘油醛-3-磷酸脱氢酶受抑及PFK转位、灭活，糖酵解也同时受抑，最终使ATP产生减少，进而导致缺血心肌坏死。

二、糖分解代谢的调节

丙酮酸脱氢酶复合体是一种别构酶，除别构效应外还可通过共价修饰改变构象，由此改变活性。其反应产物乙酰CoA、NADH有反馈抑制作用，ATP有抑制作用，而AMP则能激活丙酮酸脱氢酶复合体。丙酮酸脱氢酶的丝氨酸中的羟基可在激酶作用下磷酸化，构象变化而失去活性，这一反应是可逆的，磷酸酶去磷酸化后恢复活性。乙酰CoA、NADH除直接别构抑制外，还能通过增强激酶活性而增加丙酮酸脱氢酶磷酸化使其失活。ATP/ADP、ATP/AMP比值会调节关键酶的活性，ADP升高、ATP降低可加速糖酵解途径中底物磷酸化反应，是加强氧化磷酸化主要的信号，当ATP含量丰富时，关键酶活性均降低，氧化磷酸化减弱。

糖酵解途径包括两个阶段：首先从葡萄糖生成2个磷酸丙糖，此阶段无ATP生成；第二个阶段由磷酸丙糖生成丙酮酸，伴随ATP生成。糖酵解途径中的3个限制酶：己糖激酶、6-磷酸果糖-1-激酶和丙酮酸激酶都催化不可逆反应，是糖酵解途径的3个调节点，最为重要的是6-磷酸果糖-1-激酶。6-磷酸果糖-1-激酶为四聚体，受许多别构效应物的影响，其中ATP和柠檬酸是别构抑制剂。6-磷酸果糖-1-激酶与ATP有两个结合部位：一是活化中心的催化部位，ATP作为底物亲和力较强；二是别构部位，ATP亲和力较弱，需较高的ATP浓度才能与之结合使酶丧失活性。6-磷酸果糖-1-激酶的正性效应物包括2，6-二磷酸果糖、AMP及1，6-二磷酸果糖。AMP能与ATP竞争别构部位，去除ATP的抑制作用。当心肌细胞内耗能量增加时，ATP/AMP比例降低，6-磷酸果糖-1-激酶即被激活；而心肌细胞内有足够的ATP储备时，ATP/AMP比例升高，6-磷酸果糖-1-激酶即被抑制。

（颜凤）