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生化篇——糖代谢2
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2023.11.15 浙江

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上一期我们讲了糖的分解,今天这期我们接着学习一下糖的储存和糖异生

糖的储存主要涉及到糖原的合成和分解,以及受到的调节

首先我们需要认识一下什么是糖原

糖原是动物体内糖的储存形式之一,是机体能迅速动用的能量储备。糖原分为肌糖原(主要供肌肉收缩所需)和肝糖原(维持血糖水平)

糖原以α-1,4,-糖苷键形成长链,约10个葡萄糖单元处形成分支,分支处葡萄糖以α-1,6-糖苷键连接,分支增加,溶解度增加。每条链都终止于一个非还原端,非还原端增多,以利于其被酶分解


糖原合成

糖原合成是指由葡萄糖合成糖原的过程。其组织定位是在肝脏和肌肉中,细胞定位在胞浆;限速酶是糖原合酶;所需的高能磷酸化合物是ATP和UTP

过程简述:葡萄糖首先需要转变成G-6-P,这一步在糖酵解中已经讲过了,这里不再赘述,需要提醒的是,肝内葡萄糖的关键酶是葡萄糖激酶(GK),需要耗能(一个ATP),接着G-6-P变位成为G-1-P(而在糖酵解中,第二步是G-6-P变位成F-6-P,二者不要搞混),G-1-P需要通过UTP生成活性葡萄糖即UDPG,糖原合酶催化催化α-1,4糖苷键并结合糖原引物,生成糖原。同时注意糖原合成需要消耗能量,在糖原引物上每增加一个葡萄糖单位需要消耗2个高能键——ATP和UTP,糖原的合成在非还原末端进行。


糖原的分解

糖原的分解习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。亚细胞定位在胞浆;限速酶是糖原磷酸化酶

反应部位是在肝和肾中,因为这两个组织内有葡萄糖-6-磷酸酶。

脱支酶可以分解α-1,6-糖苷键

过程简述:糖原经磷酸化酶的催化,水解α-1,4-糖苷键,生成G-1-P,变位成G-6-P,在葡萄糖-6-磷酸酶(与6-磷酸葡萄糖脱氢酶区分开,6-磷酸葡萄糖脱氢酶出现在磷酸戊糖途径的氧化阶段)的催化下,生成葡萄糖,这一步骤只能在肝中进行,因为该酶只在肝中有,肌肉中缺乏该酶,因此只能通过糖酵解生成乳酸,再经糖异生生成葡萄糖。



糖原合成与分解受到严格的调控,主要是通过调节反应过程中的关键酶:糖原合酶和糖原磷酸化酶。

这两个酶均可以被磷酸化磷酸化酶磷酸化(磷酸化酶a)有活性,脱磷酸(磷酸化酶b)无活性;糖原合酶磷酸化(糖原合酶b)无活性,脱磷酸(糖原合酶a)有活性。

简言之,这两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反,此调节为酶促反应,调节速度快,且有级联放大的作用,效率高;两种酶均受激素-cAMP-蛋白激酶系统的调节胰高血糖素和肾上腺素能激活PKA,从而使两个酶都发生磷酸化,而糖原合酶磷酸化后则无活性,磷酸化酶磷酸化后激活,糖原被分解,血糖升高。

在这里放一张关于激素调节的图解,但是这里文字叙述可能更易于理解~





这两种酶还受到别构调节,在肝脏中葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂,肌肉中,AMP激活磷酸化酶b,而ATP、G-6-P(产物)抑制磷酸化酶a。

糖原合酶与磷酸化酶恰好相反,ATP、G-6-P是激活剂。

肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点,分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素,分解肌糖原的激素主要是肾上腺素




糖异生

糖异生是指从非糖化合物转变为葡萄糖或糖原的过程。主要部位在肝、肾细胞的胞浆及线粒体中;原料主要有乳酸、甘油、生糖氨基酸

糖异生途径指从丙酮酸生成葡萄糖的具体反应过程。糖异生途径与酵解途径大多数反应是共有的、可逆的,但糖酵解中有3个关键酶催化的不可逆反应,在糖异生时须由另外的反应和酶代替

1、丙酮酸经丙酮酸羧化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸

首先丙酮酸在丙酮酸羧化酶的催化下,消耗一份ATP生成草酰乙酸,草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下,生成磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸羧化酶的辅酶是生物素,反应在线粒体中发生,而第二个反应则在线粒体和胞液中发生

该过程是耗能过程,所需高能化合物是ATP和GTP,同时注意两个酶存在的部位有所不同

*草酰乙酸经苹果酸或天冬氨酸转运出线粒体

2、F-1,6-2P转变为F-6-P

该反应在果糖二磷酸酶-1的催化下(还记得咱们在上一期中提到的果糖二磷酸酶-2吗,它是催化F-2,6-2P转变为F-6-P的催化酶)

3、G-6-P水解为葡萄糖

该反应在葡萄糖-6-磷酸酶的催化下

#非糖物质糖异生的途径:糖异生的原料转变成糖代谢的中间产物

生糖氨基酸脱去氨基→α-酮酸

甘油→α-磷酸甘油→磷酸二羟丙酮

乳酸脱去氢→丙酮酸








糖异生和糖酵解主要调节两个底物循环

底物循环由不同的酶催化底物和产物的互变反应

1、F-6-P和F-1,6-2P之间

2、磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸之间

通过中间代谢产物调节两个底物循环:F-1,6-2P促进磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶(促进糖酵解),通过激素调节,胰高血糖素抑制F-2,6-2P的生成和丙酮酸激酶(抑制糖酵解)

糖异生的生理意义

维持血糖浓度恒定,补充肝糖原(三碳途径:进食后,大部分葡萄糖先在肝外细胞中分解为乳酸或丙酮酸等三碳化合物,再进入肝细胞异生为糖原的过程);调节酸碱平衡,防止酸中毒(乳酸异生为糖)


乳酸循环:乳酸在肝中生成葡萄糖,葡萄糖在肌肉中再次生成乳酸


最后总结一下整个糖代谢

主要的激素调节有胰岛素、胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素。

胰岛素是体内唯一降低血糖水平的激素

胰高血糖素是体内升高血糖水平的主要激素

肾上腺素在应急状态下发挥作用

最后放一张知识点框架图~

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