第十三章 糖原代谢和糖的异生作用

第十三章糖原代谢和糖的异生作用

内容提要

当动物食入丰富的含糖物质后，过量的葡萄糖便以糖原的形式储存起来。但是，当饥饿时，储存的糖原降解以满足机体组织对葡萄糖的需要。

糖原的降解涉及糖原磷酸化酶。该酶在不消耗ATP的情况下催化糖原的磷酸解，产生的葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖变位酶催化下转变成葡萄糖-6-磷酸，后者或是进入糖酵解反应顺序或是在葡萄糖磷酸酶催化下生成葡萄糖，进入血液，为其他组织例如大脑提供葡萄糖。糖原分支点处的α-（1→6）糖苷键可被脱支酶水解，产生游离的葡萄糖。因此，糖原的完全降解是由糖原磷酸化酶和糖原脱支酶完成的，其产物是葡萄糖-1-磷酸和葡萄糖。

糖原的合成主要涉及糖原合酶，该酶以UDP-葡萄糖作位糖基的供体。分支酶是糖原产生分支不可缺少的酶。由于分支酶的存在，增多了糖原合酶和糖原磷酸化酶的作用点，可以加快糖原合成或降解的速度。糖原的合成也需要己糖激酶或葡萄糖激酶、磷酸葡萄糖变位酶以及尿苷二磷酸焦磷酸化酶的参与，这几种酶能将葡萄糖转变成糖原合酶的底物UDP-葡萄糖。

糖原的降解和合成的调节是由激素介导、交互进行的。有关的激酶和磷酸酶控制着可转换的酶（糖原磷酸化酶和糖原合酶）的活性。糖原磷酸化酶和糖原合酶两者的活性都可通过磷酸化和去磷酸化调节，前者磷酸化即有活性，后者磷酸化即无活性。当两者去磷酸化时，其活性发生相反的转化。

糖异生作用是由非糖前体合成葡萄糖的途径。有7个接近平衡的反应可在糖酵解和糖异生两途径中可逆发生。专一于糖异生的4种酶（丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖-1,6-二磷酸酶和葡萄糖磷酸酶）使糖酵解的三个不可逆的反应转变成能量上有利于糖异生的反应。糖异生作用需要消耗ATP、GTP和NADH，因此，该途径是一种高度耗能的过程。

在动物中非糖前体都是三碳以上的化合物，乳酸、丙酮酸、生糖氨基酸以及柠檬酸循环的中间物都是糖异生作用的前体。二碳物不能用来净转变成糖。

糖异生和糖酵解的调节也是交互的。胰高血糖素、包括果糖-2,6-二磷酸在内的多种别构效应物以及底物的可用性都能调节糖异生的活性。果糖-2,6-二磷酸的水平受胰高血糖素的控制。

习题：

1．将患有某种肝病的人的糖原样品与Pi、正常的糖原磷酸化酶以及正常的脱支酶一起保温。在这一反应中，所形成的葡萄糖-1-磷酸与葡萄糖的比例是100︰1。该病人最有可能缺乏什么样的酶？

2．肌肉糖原磷酸化酶完全缺乏个体（McArdle's disease，麦卡德尔氏病）由于肌肉痉挛不能强力运动。这种病人的运动将导致细胞内ADP和Pi的增加比正常者高得多，而且在这

些病人的肌肉中乳酸不会积累。请解释麦卡德尔氏病这种化学上的不平衡。

3．一分子的膳食葡萄糖完全氧化产生32分子的A TP。若该葡萄糖在它被分解代谢之前以糖原储存，其后又被降解用于氧化产生A TP。计算这一迂回路线所造成的能量损失份额。

4．糖原储积病（GSDs）由于专一性酶的缺乏影响糖原储存和血糖之间的平衡。请指出这类病人下述每种情况的糖原储存量和血糖量：①Von Gierke's((糖原储积病Ⅰ型，或称肝肾型糖原储积病,GSDⅠ)缺乏葡萄糖-6-磷酸酶；②Cori's(糖原储积病Ⅲ型)缺乏淀粉-1,6-葡萄糖苷酶（脱支酶）。

5．在哺乳动物中，生物需要葡萄糖的信号是分泌肾上腺素和胰高血糖素。这两种激素刺激蛋白激酶的活性。蛋白激酶的激活如何引起糖元降解的加强？又如何影响糖元的合成?

6．许多糖尿病人对胰岛素不作出应答，因为他们的细胞缺乏胰岛素受体。这将怎样影响①进食后即刻循环的葡萄糖的水平和②肌肉细胞中糖原合成的速度？

7．由丙酮酸经糖异生途径转变成葡萄糖的总反应可示如下：

2丙酮酸＋4ATP ＋2GTP ＋NADH ＋2H+＋4H2O →

葡萄糖＋2 NAD+＋4ADP ＋2GDP ＋6Pi

△G0'＝﹣37.6 kJ·mol－1但是，葡萄糖经酵解转变成丙酮酸只净产生2分子的ATP。因此，由丙酮酸合成葡萄糖是一种代价很高的过程。

①这种高昂代价的生理意义是什么? ②能量的消耗主要用在什么场合?

8．柠檬酸循环什么样的重要产物是由丙酮酸合成葡萄糖所需要的？

9．在进行紧张的运动时，肌糖元降解成丙酮酸，丙酮酸然后被还原为乳酸。在恢复时，乳酸被转移到肝脏，在那里它被氧化成丙酮酸，然后丙酮酸用来合成葡萄糖。丙酮酸的还原和乳酸的氧化都是由同一种酶乳酸脱氢酶催化。请解释为什么代谢物在该酶催化下的流动方向却是相反的?

10．多肽激素胰高血糖素的释放是由于胰脏对低血糖水平作出应答所致。在肝脏细胞中，胰高血糖素在调节糖酵解和糖异生两个相反途径的活性中起着主要的作用。这种调节作用是通过影响果糖-2,6-二磷酸的浓度实现的。如果胰高血糖素引起果糖-2,6-二磷酸的浓度的降低，将如何导致血糖水平的增高？