7.6：碳水化合物、蛋白质和脂质代谢途径的联系
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培养技能
- 讨论碳水化合物代谢途径、糖酵解和柠檬酸循环与蛋白质和脂质代谢途径相互关联的方式
- 解释为什么代谢途径不被视为封闭系统
你已经了解了葡萄糖的分解代谢，葡萄糖为活细胞提供能量。 但是生物消耗的食物比葡萄糖还多。 火鸡三明治怎么会在你的细胞里变成三明治？ 之所以发生这种情况，是因为碳水化合物、蛋白质和脂质的所有分解代谢途径最终都与糖酵解和柠檬酸循环途径相连（见图\(\PageIndex{2}\)）。 代谢途径应被认为是多孔的，也就是说，物质从其他途径进入，中间体流向其他途径。 这些路径不是封闭的系统。 特定途径中的许多底物、中间体和产物是其他途径中的反应物。
其他糖与葡萄糖代谢的关系
糖原是葡萄糖的聚合物，是动物体内的能量存储分子。 当有足够的 ATP 存在时，多余的葡萄糖会分流到糖原中进行储存。 糖原产生并储存在肝脏和肌肉中。 如果血糖水平下降，糖原将被水解成葡萄糖单体（G-1-P）。 糖原作为葡萄糖来源的存在允许在运动过程中更长时间地产生 ATP。 糖原被分解成 G-1-P 并在肌肉和肝细胞中转化为 G-6-P，然后该产物进入糖酵解途径。
蔗糖是一种二糖，具有葡萄糖分子和果糖分子，通过糖苷键结合在一起。 果糖是三种膳食单糖之一，还有葡萄糖和半乳糖（牛奶糖的一部分，二糖乳糖），它们在消化过程中被直接吸收到血液中。 果糖和半乳糖的分解代谢产生与葡萄糖相同数量的 ATP 分子。
蛋白质与葡萄糖代谢的联系
蛋白质被细胞中的各种酶水解。 大多数时候，氨基酸会被回收以合成新蛋白质。 但是，如果氨基酸过多，或者人体处于饥饿状态，则一些氨基酸将被分流到葡萄糖分解代谢的途径中（图\(\PageIndex{1}\)）。 在进入这些途径之前，必须去除每种氨基酸的氨基团。 氨基被转化为氨气。 在哺乳动物中，肝脏从两个氨分子和一个二氧化碳分子中合成尿素。 因此，尿素是哺乳动物的主要废物，由源自氨基酸的氮气产生，它会将人体留在尿液中。
脂质和葡萄糖代谢的联系
与葡萄糖途径相关的脂质是胆固醇和甘油三酯。 胆固醇是一种有助于细胞膜灵活性的脂质，是类固醇激素的前体。 胆固醇的合成从乙酰基开始，只朝一个方向进行。 这个过程是无法逆转的。
甘油三酯是动物体内长期储能的一种形式。 甘油三酯由甘油和三种脂肪酸组成。 动物可以制造他们需要的大部分脂肪酸。 甘油三酯可以通过部分葡萄糖分解代谢途径产生和分解。 甘油可以磷酸化为甘油-3-磷酸，并通过糖酵解继续。 脂肪酸通过一种称为β-氧化过程进行分解代谢，该过程发生在线粒体的基质中，并将其脂肪酸链转化为乙酰基的两个碳单位。 乙酰基团被 CoA 拾取，形成进入柠檬酸循环的乙酰辅酶。
进化联系：光合作用和细胞代谢的途径
光合作用和细胞代谢过程由几种非常复杂的途径组成。 人们普遍认为，第一批细胞是在水环境中产生的，即营养素的 “汤”，可能出现在一些多孔粘土的表面。 如果这些细胞成功繁殖并且其数量稳步攀升，那么当细胞将营养物质转移到自身体内成分时，它们就会开始消耗它们所生活的培养基中的营养。 这种假设情况本来会导致自然选择偏爱那些通过使用环境中残留的营养物质并将这些营养素操纵成它们可以赖以生存的物质而存在的生物。 选择将有利于那些能够从他们所获得的营养素中提取最大价值的生物。
形成了一种早期的光合作用形式，它利用太阳的能量作为氢原子的来源，但是这种途径没有产生游离氧（缺氧光合作用）。 （早期的光合作用没有产生游离氧，因为它没有使用水作为氢离子的来源；相反，它使用了硫化氢等材料，因此产生了硫）。 人们认为糖酵解是在这个时候发生的，可以利用正在产生的简单糖，但是这些反应无法完全提取碳水化合物中储存的能量。 糖酵解的发展可能早于光合作用的演变，因为它非常适合从 “原始汤” 中自发积聚的物质中提取能量。 后来的光合作用形式使用水作为电子和氢气的来源，并产生游离氧。 随着时间的推移，大气层开始充氧，但是在氧气在海洋中释放出氧化金属并在沉积物中形成 “生锈” 层之前，大气层开始充氧，从而得以追溯第一批含氧光合作用器兴起的年代。 生物适应了这种新的氛围，这种氛围使我们所知道的有氧呼吸得以发展。 当氧气光合作用的整个过程发展起来并且大气被氧合时，细胞终于能够利用光合作用排出的氧气，通过柠檬酸循环和氧化磷酸化从糖分子中提取更多的能量。
摘要
碳水化合物、蛋白质和脂质的分解和合成与葡萄糖分解代谢的途径有关。 简单的糖是半乳糖、果糖、糖原和戊糖。 它们在糖酵解过程中被分解代谢。 蛋白质中的氨基酸通过丙酮酸、乙酰辅酶A和柠檬酸循环成分与葡萄糖分解代谢相连。 胆固醇的合成从乙酰基开始，甘油三酯的成分来自糖酵解产生的甘油-3-磷酸和丙酮酸在线粒体中产生的乙酰基团。