人体内的乳酸(C3H603)代谢

人体内的乳酸(C3H603)代谢 人体内的乳酸(C3H603)代谢 文／徐占胜 乳酸是人体代谢过程中的一种重要中间产物，它与糖代谢、脂类代谢、蛋白质代谢以及细胞内的能量代谢关系密切。本文从产生和消除这两个方面闸明它的代谢过程及其生物学意义。 1 乳酸的产生 人体内的乳酸源于葡萄糖(C6H1206)和糖元的酵解过程。代谢过程十分复杂，需要众多的酶参与，这些酶都存在于细胞质基质中，因此，产生乳酸的场所是细胞质基质。具体过程可用如下反应式简单示： 酶 C6H1206——>2C3H6O3+2ATP 酶 C6Hl206（单位：糖元）——>2C3H603+3ATP 糖酵解是细胞广泛存在的代谢途径，特别是在耗能较多的组织细胞（如神经细胞、骨髓细胞、骨骼肌细胞和血红细胞）内更加活跃。但是，不同的细胞或同一细胞在不同状态下，乳酸的产生量有着显著的差异。如骨骼肌细胞正常状态下肌乳酸浓度为1mmoL·kg-l湿肌，而在剧烈运动时却高达39mmoL·kg-l湿肌。为什么会有如此人的差异呢？ 正常生理状态下，细胞内的糖分解速度较慢，产生的丙酮酸和NADH较少，并且绝大多数的丙酮酸可进入线粒体内被彻底氧化分解；大部分NADH通过线粒体膜上的电子穿梭系统将一对电子传递绐线粒体内的NAD+，参与丙酮酸的氧化过程，白身转变为NAD+。细胞质基质中只存留少量的丙酮酸和NADH，在乳酸脱氢酶的作用下，生成乳酸。 运动时，随着细胞内ATP和CP的消耗，细胞质内的ADP、AMP、Pi和肌酸大大增加，激活了细胞内的糖分解过程，产生大量的丙酮酸和NADH，而且，其生成速率远远超过线粒体内的氧化速率，结果，丙酮酸和NADH在细胞质基质中大量积累，导致细胞内产生较多的乳酸。 另外，缺氧亦是引起乳酸增加的重要原因。当人处于缺氧或剧烈运动时，细胞供氧不足，线粒体内丙酮酸和NADH的氧化分解过程受抑制，从而导致丙酮酸和NADH在细胞质基质中大量积累，加快了乳酸的生成。 总之，细胞无时不在产生乳酸，但产量却因细胞活动状态和给氧状况的不同而有差异，具体可用下图表示： 糖酵解过程中，除有乳酸的生成外，还伴有能量的释放和ATP的合成，但利用率比有氧呼吸低得多（有氧分解1分子葡萄糖形成36分子的ATP）。那么，糖、酵解过程为什么仍广泛存在呢？ 原来糖酵解是人体细胞，特别是剧烈运动时骨骼肌的主要能量来源。 短时剧烈运动时能量来源相对分配表(%) 运动时间（s） 磷酸原供能 糖酵解供能 有氧代谢供能 10 53 44 3 30 23 49 28 90 12 42 46 由表中数据可知，糖酵解供能占总能耗的比例极高，因此糖酵解的存在保证了细胞对能量的需求，特别是满足了剧烈运动时对能量的快速大量需求。 2 乳酸(C3H603)的消除 虽然，伴随着乳酸的产生，人体可以获得大量的能量，对各项生命活动的完成十分重要，但是乳酸的存在，特别是当它大量存在时，会导致人体内环境稳态的丧失，尤其是固有的酸碱平衡将被打破，轻则代谢紊乱，重则危及生命，因此，人体内必须消除乳酸，具体过程如下： 2.1 直接氧化分解为C02和H20 在氧气充足的条件下，骨骼肌、心肌或其它组织细胞能摄取血液中的乳酸在乳酸脱氢酶的作用下，将乳酸转变成内酮酸，然后进入线粒体被彻底氧化分解生成C02和H20。在该过程中，贮藏在乳酸中的能量被彻底释放出来，参与细胞和生物体的各项生命活动。 2.2 经糖异生途径生成葡萄糖和糖元 运动时，肌乳酸大量产生并进入血液，使得血乳酸的浓度大大升高，激活肝脏和骨骼肌细胞中的糖异生途径，将大量的乳酸转变成葡萄糖，并且释放入血液，以补充运动时血糖的消耗；运动结束后，糖异生途径进一步加强，生成的葡萄糖用于糖元的合成，用以恢复细胞中的糖元储备。 在糖异生过程中，要吸收大量的H+，因此通过该过程可维护人体内环境的酸碱平衡，使机体内环境重新恢复稳态。 2.3用于脂肪酸、丙氨酸等物质的合成 在肝脏细胞中，乳酸经由丙酮酸、乙酰辅酶A途径转变为脂肪酸、胆固醇、酮体和乙酸等物质，亦可经由丙酮酸，通过氨基转换作用生成丙氨酸，参与蛋白质代谢。 2.4随尿液和汗液直接排出 上述2.1和2.2是乳酸消除的主要途径，2.4过程消除量极少，仪占总消除量的5%左右。经过上述4个过程可以消除细胞和组织内乳酸的积存，其生理意义在于： (1) 释放并利用残存于乳酸中的化学能； (2) 维持内环境的稳态； (3) 消除细胞中的乳酸，确保糖酵解持续稳定地进行，为生命活动提供稳定的能量来源； (4) 实现糖类，脂类、蛋白质的相互转变，合成人体所必需的其它化合物。 总之，人体无时不在产生乳酸，运动时则更为强烈；同时，人体又可通过自身的各种代谢途径加以消除，以确保内环境的稳定，以利于各项生命活动的正常进行。