第三节　糖的合成代谢

糖原（glycogen）是以葡萄糖为单位聚合而成的分支状多糖，是体内糖的储存形式。糖原分子中的葡萄糖单位主要以α－1，4－糖苷键相连，形成直链结构，部分以α－1，6－糖苷键相连构成支链。一条糖链有1个还原端和1个非还原端（图5－6），糖原的合成与分解都是由非还原端开始的。

图6－6　糖原的结构

糖原主要储存在肌肉组织和肝中，肌糖原占肌肉总重量的1%～2%，为250～400g；肝糖原占肝重的6%～8%，70～100g。肌糖原分解主要为肌肉收缩提供能量，肝糖原分解则主要维持血糖浓度。

一、糖原合成

（一）糖原合成的概念

由单糖（主要是葡萄糖）合成糖原的过程称为糖原合成（glycogenesis）。肝糖原可以任何单糖（如葡萄糖、果糖、半乳糖等）为原料进行合成，而肌糖原只能以葡萄糖作为合成原料。

（二）糖原合成的反应过程

糖原合成反应在胞液中进行，消耗ATP和UTP。其过程包括以下4步反应。

1.葡萄糖磷酸化　此反应由己糖激酶（或葡萄糖激酶）催化，ATP供应能量，为不可逆反应。2.1－磷酸葡萄糖的生成 此反应在磷酸葡萄糖变位酶作用下完成。

3.尿苷二磷酸葡萄糖的生成　在尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶作用下，1－磷酸葡萄糖与UTP作用，生成尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG），释放焦磷酸。此过程消耗的UTP可由ATP和UDP通过转磷酸基团生成。

4.糖原的合成 在糖原合酶作用下，UDPG中的葡萄糖单位转移到细胞内原有的糖原引物上，在非还原端以α－1，4－糖苷键连接。每反应一次，糖原引物上即增加1个葡萄糖单位。

（三）糖原合成反应的特点

1.糖原合成是单糖加到糖原“引物”上，使糖原分子变大的过程，“引物”是至少含有4个葡萄糖单位的α－1，4－多聚葡萄糖。

2.糖原合酶是糖原合成过程的关键酶。UDPG可看作是“活性葡萄糖”的供体。

3.糖原合酶只能延长糖链，不能形成分支，当链长度达到12～18个葡萄糖残基时，分支酶可将一段糖链（6～7个葡萄糖残基）转移到邻近的糖链上，以α－1，6－糖苷键连接，从而形成糖原的分支。此种分支结构不仅可增加糖原的水溶性，以利其储存，更重要的是增加了非还原端的数目，有利于提高反应速度（图5－7）。

图6－7　分支酶的作用

4.糖原分子上每增加1个葡萄糖单位消耗2分子ATP，故糖原合成是个耗能过程。

三、糖异生

（一）糖异生的概念

由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生（gluconeogenesis）。能转变为糖的非糖物质主要有：甘油、有机酸（乳酸、丙酮酸及三羧酸循环中的各种羧酸）和生糖氨基酸（丙、甘、苏、丝、谷、天冬、半胱、脯、组氨酸等）。糖异生的主要场所是肝，而肾在正常情况下糖异生能力只有肝的1/10，长期饥饿时肾糖异生能力增强。

（二）糖异生的途径

糖异生基本是糖酵解的逆行。糖酵解的三个关键酶催化的反应是不可逆的，称之为“能障”。实现糖异生必须有另外不同的酶催化逆过程，绕过三个“能障”，使非糖物质顺利转变为葡萄糖，这些酶都为糖异生过程中的关键酶，这个过程就是糖异生途径。反应过程如下：

1.丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸　此反应需要丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶联合作用，通过丙酮酸羧化支路来完成（图5－10）。

图6－10　丙酮酸羧化支路

在线粒体中，丙酮酸在以生物素为辅酶的丙酮酸羧化酶催化下，并在CO₂和ATP存在时，使其羧化为草酰乙酸。通过苹果酸穿梭作用（见第6章），草酰乙酸从线粒体转移到胞液，在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下，由GTP供能，脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸。反应共消耗2分子ATP。

2.1，6－二磷酸果糖转变为6－磷酸果糖　这是糖异生途径的第二个能障，在果糖二磷酸酶催化下，1，6－二磷酸果糖水解生成6－磷酸果糖。

想一想：

糖异生与糖酵解代谢途径有哪些不同？

3.6－磷酸葡萄糖水解为葡萄糖　此步反应与糖原分解的最后一步相同，在肝（肾）中存在的葡萄糖－6－磷酸酶催化下，6－磷酸葡萄糖水解为葡萄糖。

甘油是脂肪分解产物，当甘油进行糖异生时，首先在α－磷酸甘油激酶作用下转变为α－磷酸甘油，再经α－磷酸甘油脱氢酶催化生成磷酸二羟丙酮，参与糖异生过程。乳酸可脱氢生成丙酮酸，丙氨酸等生糖氨基酸通过转变为三羧酸循环中的中间产物之一，然后均可通过糖异生途径转变为糖。糖异生途径归纳如图5－11。

图6－11　糖异生途径