代謝理論

一、 磷酸五碳糖途徑（pentose phosphate pathway,PPP）

磷酸五碳糖途徑（PPP）分成兩部份進行：

氧化反應：當 6-磷酸葡萄糖被氧化成 5-磷酸核糖時，會產生 NADPH 分子，而 5-磷酸核糖這個五碳糖及

其衍生物則可作為一些生合成的原料。

非氧化反應：PPP 也會進行催化反應，使三碳糖、四碳

糖、五碳糖、六碳糖、七碳糖之間彼此轉換。

二、 糖質新生（gluconeogenesis）

所謂的糖質新生是指：由非糖類的前驅物質來合成葡萄

糖，由於葡萄糖為人體的重要能量來源，因此糖質新生

這個途徑是不可或缺的。在糖質新生

中，丙酮酸會轉變為葡萄糖，而反應

的前驅物由三個地方進入反應：

1.丙酮酸 2.OAA 3.DHAP，糖質新生主

要在肝臟中進行，而在肌肉或腦中則

幾乎沒有糖質新生的反應。糖質新生

與糖解作用的路徑有些不同：在糖解作用中有三個步驟是不可逆的，糖

質新生則用另外三個酵素來克服這三個不可逆反應，因此糖質新生在反

應上則消耗 6 個 ATP。

三、 肝醣代謝

A.肝糖（glycogen）為一種可以快速使用的葡萄糖儲存形式，它是一個

大而有分支的葡萄糖聚合物，肝醣結構有以下特點：

1.在肝糖中，大部分的葡萄糖以α-1,4-醣苷鍵連接，大約每隔 10 個葡萄

糖便有分支出現，分支以α-1,6-醣苷鍵連接。

2.肝醣α的連接方式使它成為開放且螺旋的結構，但另一種β結構則

會產生直線形的構造，β結構常出現在纖維素中。

B.肝醣的分解（glycogenolysis）分為三個步驟：

1.肝醣經由磷酸裂解作用變成 1-磷酸葡萄糖

n×Glycogen+Pi→G1P+（n-1）glycogen

2.肝醣的去分支化：

如果只靠磷酸化酶的催化，肝醣的分解程度有限，因為肝醣約每十個葡萄糖便出現分支，因此要有另外

兩個酶來幫忙：轉移酶會將 3 個醣基從分支移至主鏈；α-1,6-葡萄醣苷酶則可切斷α-1,6-醣苷鍵。

3.磷酸轉位

肝醣經過裂解過後產生 G1P，但 G1P 必須變成 G6P 後才能進入代謝途徑中，因此需要一個轉位酶來幫忙。

肝醣的合成（glycogenesis）與肝醣的分解是不同途徑的：

首先 G6P 先經過轉位酶變成 G1P，之後，肝醣合成酶會使

UDP-葡萄糖轉移到正在增長的肝醣鏈上形成α-1,4-醣苷

鍵，當肝醣鏈上葡萄糖達到 10 個時，分支酶會使葡萄糖間

產生α-1,6-醣苷鍵，形成分支。

C.肝醣代謝障礙與遺傳疾病

型式 缺陷酵素 影響器官 臨床病徵

I G6P 磷酸酶或 G6P 運送者 肝、腎 肝臟腫大、低血糖

II α-1,4-葡萄醣苷酶 所有器官 通常 2 歲前會因心肺衰竭而死

III 去分支酶 肌肉、肝 與第一型相似但症狀較輕

IV 分支酶 肝、脾 肝會逐漸硬化，通常 2 歲前會因肝衰竭而死

V 肝醣磷酸化酶 肌肉 病人除不能進行劇烈運動外一切正常，劇烈運動會

導致肌肉痙攣。

四、 脂肪酸的代謝

A.脂肪酸在生理上扮演了四個重要的角色：

1.為磷脂（phospholipid）或醣脂（glycolipid）的構成物。

2.許多蛋白以共價鍵方式結合脂肪酸當作修飾。

3.脂肪酸為能量的來源。

4.脂肪酸的衍生物可成為細胞第二傳訊的分子。

脂肪酸可以依其結構分為烷酸或是烯酸，通常由 16 到 18 個碳構成，依照

碳鏈中是否有雙鍵可分為飽和及不飽和脂肪酸。

B.接下來介紹脂肪酸的β氧化：

C.只有脂肪和糖類降解速率平衡時，脂肪酸所產生的 acetyl CoA 才會進入

檸檬酸循環，而此步驟取決於與 acetyl CoA 形成檸檬酸的 OAA，若在禁

食或是糖尿病患者體內，OAA 會行糖質新生作用生成葡萄糖，而來不及

與 acetyl CoA 作用，因此 acetyl CoA 就會進行酮體生成反應，在體內生成

丙酮，因此禁食者的呼氣中就可聞到丙酮的味道。

D.脂肪酸的合成與降解有些許的不同：

1.脂肪酸的合成發生在細胞質中，降解發生在粒線體的基質之中。

2.脂肪酸合成的中間產物會共價結合在醯基攜帶蛋白質（ACP）的氫硫基上，脂肪酸分解的中間產物則

鍵結於 CoA 上。

脂肪酸的合成起始於 acetyl CoA 加上羧基形成 malonyl CoA，之後進

入脂肪酸合成的延長反應步驟，經過延長反應中縮合→還原→脫水→還原形成丁醯基，之後丁醯基再次

進入延長反應直到合成出足夠長度的脂肪酸。

五、 氨基酸的降解與尿素循環

A.尿素循環

氨基酸在分解之後會產生銨根，

有些會被利用來化合氮化合物，

有些則被排泄形成尿素或是尿

酸，在陸生脊椎動物尿素經過鳥

胺酸循環產生。尿素的前驅物是

精胺酸，在經過精胺酸酶之後會

被分解成鳥胺酸基尿素，而鳥胺

酸會繼續進行循環，並加上由胺基酸分解而成的氨基甲醯基形成果胺酸，之後經過精胺酸琥珀酸鹽合成

酶的作用將果胺酸與天門冬胺酸鹽縮合為精胺酸琥珀酸鹽，之後精胺酸琥珀酸鹽會分解為精胺酸及延胡

索酸。延胡索酸為尿素循環與克氏循環之間的橋樑，兩者可以互相影響。

B 胺基酸的降解

基本上 20 種基本胺基酸的各式各樣的碳骨架只會變成七種代謝物，通常可分為生酮及生糖兩種，代謝

物為 acetyl CoA acetoacetyl CoA 者會生成酮體故稱生酮反應；而代謝物為丙酮酸,OAA 等則為生糖。或分

別為丙酮酸、acetyl CoA、acetoacetyl CoA、α-酮戊二酸、OAA、琥珀醯基輔酶 A 及延胡索酸，以下就以

這七種分類介紹胺基酸的代謝。

＊C3 族：丙胺酸、絲胺酸、半胱胺酸會轉變為丙酮酸鹽

＊C4 族：天門冬胺酸與天門冬醯胺酸會轉變為 OAA

＊C5 族：組胺酸、脯胺酸會經由麩胺酸轉變為α-酮戊二酸

＊琥珀醯基輔酶為甲硫胺酸及纈胺酸等幾種非極性胺基酸的代謝產物

＊白胺酸及離胺酸會降解為乙醯輔酶 A 及乙醯醋酸鹽

白胺酸及離胺酸為 20 中主要胺基酸中純粹進行生酮作用的，槭糖尿症患者即是此處酵素出現問題使尿

液有槭樹糖漿的味道。

＊苯丙胺酸和酪胺酸會被加氧酶降解為乙醯醋酸鹽及延胡索酸

苯丙胺酸及酪胺酸的結構上皆有芳香族化合物，苯丙胺酸羫化後會形成酪胺酸，逤此部湊出現問題則會

出現 PKU（苯酮尿症），丙酮尿症患者要是不及早治療將會影響心智發展，另一種代謝失調黑尿症也與

酪胺酸的代謝有關，homogentisate 為酪胺酸的衍生物黑尿症患者缺乏 homogentisate 氧化酶，因此尿液排

出後才會與空氣作用，形成黑色物質。

六、 膜與膽固醇的生合成

A.脂質簡介

＊三酸甘油脂為生物體內最常見的脂類，可分解為脂肪酸及甘油，三酸甘油脂也是前列腺素及白三烯素

的前驅物。

＊甘油磷脂又稱磷脂質，微生物膜的主要成分。

＊鞘脂類，鞘脂類為鞘胺醇的衍生物，不含甘油而含鞘胺醇的磷脂皆稱為鞘磷脂；中性鞘醣脂又稱腦苷

脂，是神經醯胺與單醣分子以醣苷鍵結合而成；酸性鞘醣脂為最複雜的一類甘油鞘脂又稱神經節苷脂，

由神經醯胺與結構複雜的寡糖組成，神經節苷脂對細胞間的訊息傳導有重要作用

B.類固醇的合成

合成膽固醇的第一步是由乙醯輔酶 A 及乙醯乙醯輔酶 A 合成形成 HMG 輔酶 A，HMG 輔酶 A 可以裂解

成乙醯醋酸鹽也可以還原成甲纈胺酸鹽，甲纈胺酸鹽會使用 3個ATP的能量合成為異戊醯基焦磷酸鹽（天

然橡膠），六個異戊醯基焦磷酸鹽會合成一個鯊烯，鯊烯會氧化為羊毛甾醇之後在轉變為膽固醇，膽固

醇為固醇類激素的前驅物，膽固醇可以經由斷側鏈的方式形成各種激素。

七、 氨基酸與血基質的生合成

胺基酸的合成路徑不外乎就是從糖解作用、克氏循環及 PPP 中衍生出來，因此我們將胺基酸的合成分為

六組：

類似血基質的結構在植物中最常見的是葉綠素，在動物中最常見的是血紅素的 heme，血基質是由琥珀醯

基 CoA 與甘胺酸合成膽色素原，之後再結合四個膽色素原合成一個類似 heme 的構造，在人體中當血紅

素使用完後會被脾臟分解成膽綠素及膽紅素。

八、 核苷酸的生合成

核苷酸在生物化學上的角色十分重要，他是 DNA 與 RNA 的前驅

物，核苷酸的衍生物也是許多生合成反應中的中間產物，ATP 是

細胞能量的貨幣，GTP 則是許多訊息的傳遞攜帶者，cyclic AMP 也

是第二傳訊中不可或缺的分子，嘌呤類核苷酸也是多種輔酶的前

驅物。核苷酸的組成是由鹼基五碳糖及磷酸構成

由右邊圖可以看出一個鹼基是由許多步驟的生合成所製造出來：

嘌呤環是由甘胺酸、天門冬胺酸及麩胺酸與二氧化碳及四氫葉酸

鹽合成的，反應中先會形成一個前趨物 IMP 之後再經過胺基取代

等反應形成 AMP 及 GMP

嘧啶環則是由天門冬胺酸及甲基磷酸鹽所組合成，產物會先形成

乳清酸鹽，之後再與磷酸核糖結合後脫去羧基後形成尿嘧啶，尿

嘧啶在胺基化後形成胞嘧啶。

以下是嘌呤的生合成及降解：

以下是嘧啶的生合成及降解：

NAD+,FAD 結為 ATP 之衍生

物：

＊NAD+合成時的第一步驟是

菸鹼酸與 PRPP 形成菸鹼酸核

糖核苷酸，之後 ATP 轉移一個

AMP 至菸鹼酸核糖核苷酸上

形成

NAD+

＊FAD是由核黃素及兩個ATP

合成，核黃素與第一個 ATP 化

合成核黃素-5-磷酸鹽，然後第

二個 ATP 提供一個 AMP 形成

FAD