人體內(nèi)的乳酸代謝

1、人體內(nèi)的乳酸(C 3 H 6 O 3)代謝文/徐占勝乳酸是人體代謝過程中的一種重要中間產(chǎn)物，它與糖代謝、脂類代謝、蛋白質(zhì)代謝以及細(xì)胞內(nèi)的能量代謝關(guān)系密切。 本文從產(chǎn)生和消除這兩個方面闡明它的 代謝過程及其生物學(xué)意義。1乳酸(C3 H6 03 )的產(chǎn)生人體內(nèi)的乳酸源于葡萄糖(C6 H1 2 06 )和糖元的酵解過程。代謝過程十 分復(fù)雜，需要眾多的酶參與，這些酶都存在于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，因此，產(chǎn)生乳酸的 場所是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。具體過程可用如下反應(yīng)式簡單表示：C6 H1 2 06 * 2C3 H6 03 +2ATPC6 H1 2 06 (單位：糖元)2C3 H6 03 +3ATP糖酵解是細(xì)胞廣泛存在的代謝途

2、徑，特別是在耗能較多的組織細(xì)胞(如神經(jīng) 細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞和血紅細(xì)胞)內(nèi)更加活躍。但是，不同的細(xì)胞或同 一細(xì)胞在不同狀態(tài)下，乳酸的產(chǎn)生量有著顯著的差異。如骨骼肌細(xì)胞正常狀態(tài)下 肌乳酸濃度為ImmoL kg-1濕肌，而在劇烈運(yùn)動時卻高達(dá) 39mmoL kg-1濕肌。 為什么會有如此大的差異呢？正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)的糖分解速度較慢，產(chǎn)生的丙酮酸和NADH較少，并且絕大多數(shù)的丙酮酸可進(jìn)入線粒體內(nèi)被徹底氧化分解；大部分NADH通過線粒體膜上的電子穿梭系統(tǒng)將一對電子傳遞給線粒體內(nèi)的NAD+參與丙酮酸的氧化過程，自身轉(zhuǎn)變?yōu)镹AD+細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中只存留少量的丙酮酸和 NADH在乳酸脫 氫酶的作用下，

3、生成乳酸。運(yùn)動時，隨著細(xì)胞內(nèi)ATP和 CP的消耗，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的ADP AMP Pi和肌酸大 大增加，激活了細(xì)胞內(nèi)的糖分解過程，產(chǎn)生大量的丙酮酸和 NADH而且，其生 成速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過線粒體內(nèi)的氧化速率，結(jié)果，丙酮酸和 NADH在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中大 量積累，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生較多的乳酸。另外，缺氧亦是引起乳酸增加的重要原因。 當(dāng)人處于缺氧或劇烈運(yùn)動時，細(xì) 胞供氧不足，線粒體內(nèi)丙酮酸和 NADH的氧化分解過程受抑制，從而導(dǎo)致丙酮酸 和NADH在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中大量積累，加快了乳酸的生成?？傊?，細(xì)胞無時不在產(chǎn)生乳酸，但產(chǎn)量卻因細(xì)胞活動狀態(tài)和給氧狀況的不同 而有差異，具體可用下圖表示：糖酵解過程中，除有乳酸的生成外，

4、還伴有能量的釋放和 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、酵解過程為什么仍廣泛存在呢？原來糖酵解是人體細(xì)胞，特別是劇烈運(yùn)動時骨骼肌的主要能量來源。短時劇烈運(yùn)動時能量來源相對分配表(%運(yùn)動時間(s )磷酸原供能糖酵解供能有氧代謝供 能1053443 3023492890124246由表中數(shù)據(jù)可知，糖酵解供能占總能耗的比例極高，因此糖酵解的存在保證 了細(xì)胞對能量的需求，特別是滿足了劇烈運(yùn)動時對能量的快速大量需求。2乳酸(C3 H6 03 )的消除雖然，伴隨著乳酸的產(chǎn)生，人體可以獲得大量的能量，對各項(xiàng)生命活動的完 成十分重要，但是乳酸的存在

5、，特別是當(dāng)它大量存在時，會導(dǎo)致人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài) 的喪失，尤其是固有的酸堿平衡將被打破，輕則代謝紊亂，重則危及生命，因此, 人體內(nèi)必須消除乳酸，具體過程如下：2.1 直接氧化分解為CQ和H2 0在氧氣充足的條件下，骨骼肌、心肌或其它組織細(xì)胞能攝取血液中的乳酸， 在乳酸脫氫酶的作用下，將乳酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸，然后進(jìn)入線粒體被徹底氧化分解, 生成CO2和H2O。在該過程中，貯藏在乳酸中的能量被徹底釋放出來， 參與 細(xì)胞和生物體的各項(xiàng)生命活動。2.2 經(jīng)糖異生途徑生成葡萄糖和糖元運(yùn)動時，肌乳酸大量產(chǎn)生并進(jìn)入血液， 使得血乳酸的濃度大大升高， 激活肝 臟和骨骼肌細(xì)胞中的糖異生途徑， 將大量的乳酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖，

6、 并且釋放入血液， 以補(bǔ)充運(yùn)動時血糖的消耗； 運(yùn)動結(jié)束后， 糖異生途徑進(jìn)一步加強(qiáng)， 生成的葡萄糖 用于糖元的合成，用以恢復(fù)細(xì)胞中的糖元儲備。在糖異生過程中，要吸收大量的 H+,因此通過該過程可維護(hù)人體內(nèi)環(huán)境的 酸堿平衡，使機(jī)體內(nèi)環(huán)境重新恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。2.3 用于脂肪酸、丙氨酸等物質(zhì)的合成在肝臟細(xì)胞中，乳酸經(jīng)由丙酮酸、乙酰輔酶 A途徑轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅帷⒛懝檀肌?酮體和乙酸等物質(zhì)， 亦可經(jīng)由丙酮酸， 通過氨基轉(zhuǎn)換作用生成丙氨酸， 參與蛋白 質(zhì)代謝。2.4 隨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徑， 2.4 過程消除量極少，僅占總消除 量的 5%左右。經(jīng)過上述 4個過程可以消除細(xì)胞和組織內(nèi)乳酸的積存，其生理意 義在于：（1）釋放并利用殘存于乳酸中的化學(xué)能； （2）維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)； （3） 消除細(xì)胞中的乳酸， 確保糖酵解持續(xù)穩(wěn)定地進(jìn)行， 為生命活動提供穩(wěn)定的能量來 源；（4）實(shí)現(xiàn)糖類、脂