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4.5: 与其他代谢途径的联系

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    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。 但是生物消耗的不仅仅是葡萄糖作为食物。 含有蛋白质的火鸡三明治如何为你的细胞提供能量？ 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（图\(\PageIndex{1}\)）。 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，而其他物质则流向其他途径。 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，是动物体内的短期能量存储分子。 当有足够的 ATP 存在时，多余的葡萄糖会转化为糖原进行储存。 糖原产生并储存在肝脏和肌肉中。 如果血糖水平下降，糖原将被从储存库中取出。 肌肉细胞中存在糖原作为葡萄糖的来源，这使得运动过程中能够更长时间地产生 ATP。

    蔗糖是一种由葡萄糖和果糖结合在一起制成的二糖。 蔗糖在小肠中分解，葡萄糖和果糖分开吸收。 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分解。 大多数时候，氨基酸会被回收成新的蛋白质。 但是，如果氨基酸过多，或者人体处于饥荒状态，则一些氨基酸将被分流到葡萄糖分解代谢的途径中。 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，尿素是哺乳动物从源自氨基酸的氮中产生的主要废物，它会将人体留在尿液中。

    脂质与葡萄糖代谢的关系

    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辅酶A开始，只朝一个方向进行。 此过程不可逆转，也不会产生 ATP。

    甘油三酯是动物体内长期储能的一种形式。 甘油三酯储存的能量大约是碳水化合物的两倍。 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。 甘油可以磷酸化并通过糖酵解进行。 脂肪酸被分解成双碳单位，进入柠檬酸循环。

    这幅插图表明，糖原、脂肪和蛋白质可以通过有氧呼吸进行分解代谢。 糖原被分解成葡萄糖，进而促进糖酵解。 脂肪被分解成甘油（通过糖酵解处理）和脂肪酸，后者转化为乙酰辅酶。 蛋白质被分解成氨基酸，在有氧呼吸的各个阶段进行处理，包括糖酵解、乙酰辅酶A的形成和柠檬酸循环。
    图\(\PageIndex{1}\)：来自肝脏和肌肉的糖原与脂肪一起可以进入碳水化合物的分解代谢途径。

    行动中的进化：光合作用和细胞代谢的途径

    光合作用和细胞代谢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，水环境是营养素的 “汤”。 如果这些细胞成功繁殖并且其数量稳步攀升，那么随着这些细胞将营养物质转移到自己的细胞中，它们将开始消耗其所生活培养基中的营养。 这种假设情况本来会导致自然选择偏爱那些可能存在的生物，方法是使用环境中残留的营养物质，并将这些营养素操纵成可以用来生存的物质。 此外，选择将有利于那些能够从现有营养素中提取最大价值的生物。

    开发出一种早期的光合作用形式，它利用太阳的能量，使用水以外的化合物作为氢原子的来源，但这种途径并未产生游离氧。 人们认为糖酵解是在此之前发生的，可以利用产生的简单糖，但是这些反应无法完全提取碳水化合物中储存的能量。 后来的光合作用形式使用水作为氢离子的来源并产生游离氧。 随着时间的推移，大气层变得充氧。 生物适应了这种新气氛，使我们所知道的呼吸得以发展。 当我们所知道的整个光合作用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使用柠檬酸循环从糖分子中提取更多能量。

    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。 也可以促进葡萄糖分解代谢的碳水化合物包括半乳糖、果糖和糖原。 这些与糖酵解有关。 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辅酶A开始，甘油三酯的成分被乙酰辅酶A吸收并进入柠檬酸循环。