第十三章糖原代謝和糖的異生作用

2022-08-21 06:27:06 字數 2204 閱讀 3519

內容提要

當動物食入豐富的含糖物質後,過量的葡萄糖便以糖原的形式儲存起來。但是,當飢餓時,儲存的糖原降解以滿足機體組織對葡萄糖的需要。

糖原的降解涉及糖原磷酸化酶。該酶在不消耗atp的情況下催化糖原的磷酸解,產生的葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖變位酶催化下轉變成葡萄糖-6-磷酸,後者或是進入糖酵解反應順序或是在葡萄糖磷酸酶催化下生成葡萄糖,進入血液,為其他組織例如大腦提供葡萄糖。糖原分支點處的α-(1→6)糖苷鍵可被脫支酶水解,產生游離的葡萄糖。

因此,糖原的完全降解是由糖原磷酸化酶和糖原脫支酶完成的,其產物是葡萄糖-1-磷酸和葡萄糖。

糖原的合成主要涉及糖原合酶,該酶以udp-葡萄糖作位醣基的供體。分支酶是糖原產生分支不可缺少的酶。由於分支酶的存在,增多了糖原合酶和糖原磷酸化酶的作用點,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、磷酸葡萄糖變位酶以及尿苷二磷酸焦磷酸化酶的參與,這幾種酶能將葡萄糖轉變成糖原合酶的底物udp-葡萄糖。

糖原的降解和合成的調節是由激素介導、互動進行的。有關的激酶和磷酸酶控制著可轉換的酶(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兩者的活性都可通過磷酸化和去磷酸化調節,前者磷酸化即有活性,後者磷酸化即無活性。

當兩者去磷酸化時,其活性發生相反的轉化。

醣異生作用是由非糖前體合成葡萄糖的途徑。有7個接近平衡的反應可在糖酵解和醣異生兩途徑中可逆發生。專一於醣異生的4種酶(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)使糖酵解的三個不可逆的反應轉變成能量上有利於醣異生的反應。

醣異生作用需要消耗atp、gtp和nadh,因此,該途徑是一種高度耗能的過程。

在動物中非糖前體都是三碳以上的化合物,乳酸、丙酮酸、生醣氨基酸以及檸檬酸迴圈的中間物都是醣異生作用的前體。二碳物不能用來淨轉變成糖。

醣異生和糖酵解的調節也是互動的。胰高血糖素、包括果糖-2,6-二磷酸在內的多種別構效應物以及底物的可用性都能調節醣異生的活性。果糖-2,6-二磷酸的水平受胰高血糖素的控制。

習題:1.將患有某種肝病的人的糖原樣品與pi、正常的糖原磷酸化酶以及正常的脫支酶一起保溫。在這一反應中,所形成的葡萄糖-1-磷酸與葡萄糖的比例是100︰1。

該病人最有可能缺乏什麼樣的酶?

2.肌肉糖原磷酸化酶完全缺乏個體(mcardle's disease,麥卡德爾氏病)由於肌肉痙攣不能強力運動。這種病人的運動將導致細胞內adp和pi的增加比正常者高得多,而且在這些病人的肌肉中乳酸不會積累。請解釋麥卡德爾氏病這種化學上的不平衡。

3.一分子的膳食葡萄糖完全氧化產生32分子的atp。若該葡萄糖在它被分解代謝之前以糖原儲存,其後又被降解用於氧化產生atp。計算這一迂迴路線所造成的能量損失份額。

4.糖原儲積病(gsds)由於專一性酶的缺乏影響糖原儲存和血糖之間的平衡。請指出這類病人下述每種情況的糖原儲存量和血糖量:①von gierke's((糖原儲積病ⅰ型,或稱肝腎型糖原儲積病,gsdⅰ)缺乏葡萄糖-6-磷酸酶;②cori's(糖原儲積病ⅲ型)缺乏澱粉-1,6-葡萄糖苷酶(脫支酶)。

5.在哺乳動物中,生物需要葡萄糖的訊號是分泌腎上腺素和胰高血糖素。這兩種激素刺激蛋白激酶的活性。蛋白激酶的啟用如何引起糖元降解的加強?又如何影響糖元的合成?

6.許多糖尿病人對胰島素不作出應答,因為他們的細胞缺乏胰島素受體。這將怎樣影響①進食後即刻迴圈的葡萄糖的水平和②肌肉細胞中糖原合成的速度?

7.由丙酮酸經醣異生途徑轉變成葡萄糖的總反應可示如下:

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,葡萄糖經酵解轉變成丙酮酸只淨產生2分子的atp。因此,由丙酮酸合成葡萄糖是一種代價很高的過程。

①這種高昂代價的生理意義是什麼? ②能量的消耗主要用在什麼場合?

8.檸檬酸迴圈什麼樣的重要產物是由丙酮酸合成葡萄糖所需要的?

9.在進行緊張的運動時,肌糖元降解成丙酮酸,丙酮酸然後被還原為乳酸。在恢復時,乳酸被轉移到肝臟,在那裡它被氧化成丙酮酸,然後丙酮酸用來合成葡萄糖。丙酮酸的還原和乳酸的氧化都是由同一種酶乳酸脫氫酶催化。

請解釋為什麼代謝物在該酶催化下的流動方向卻是相反的?

10.多肽激素胰高血糖素的釋放是由於胰臟對低血糖水平作出應答所致。在肝臟細胞中,胰高血糖素在調節糖酵解和醣異生兩個相反途徑的活性中起著主要的作用。這種調節作用是通過影響果糖-2,6-二磷酸的濃度實現的。

如果胰高血糖素引起果糖-2,6-二磷酸的濃度的降低,將如何導致血糖水平的增高?

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