糖原的合成与分解

糖原是人体内糖的储存形式。摄入的糖类除满足供应外，大部分转变成脂肪（三酰甘油）储存于脂肪组织内，只有一小部分以糖原形式储存。糖原作为葡萄糖储备的生物学意义在于当机体需要葡萄糖时它可以迅速被动员以供急需，而脂肪则不能。肝和骨骼肌是储存糖原的主要组织器官，但肝糖原和肌糖原的生理意义不同。肌糖原主要供肌肉收缩的急需，肝糖原则是血糖的重要来源。这对于一些依赖葡萄糖作为能量来源的组织，如脑、红细胞等尤为重要。

糖原合成的代谢反应主要发生在肝和骨骼肌，葡萄糖在葡糖激酶作用下磷酸化成为葡糖-6-磷酸，后者再转变成葡糖-1-磷酸。这是为葡萄糖与糖原分子连接做准备。葡糖-1-磷酸与尿苷三磷酸（UTP）反应生成尿苷二磷酸葡糖（uridine diphosphate glucose，UDPG）及焦磷酸。UDPG可看作“活性葡萄糖”，在体内充当葡萄糖供体。最后在糖原合酶作用下，UDPG的葡萄糖基转移给糖原引物的糖链末端，形成α-1，4-糖苷键。上述反应反复进行，可使糖链不断延长。在糖原合酶的作用下，糖链只能延长，不能形成分支。当糖链长度达到12～18个葡萄糖基时，分支酶将一段糖链，6～7个葡萄糖基转移到邻近的糖链上，以α-1，6-糖苷键相接，从而形成分支。分支的形成不仅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加非还原端数目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原。

糖原分解（glycogenolysis）是指肝糖原分解成为葡萄糖。由肝糖原分解而来的葡糖-6-磷酸，除了水解成葡萄糖释出之外，也可经酵解途径或戊糖磷酸途径等进行代谢。但当机体需要补充血糖（如饥饿）时，后两条代谢途径均被抑制，肝糖原则绝大部分分解成葡萄糖释放入血。

糖原的合成与分解不是简单的可逆反应，而是分别通过两条途径进行，这样才能进行精细的调节。当糖原合成途径活跃时，分解途径则被抑制，才能有效地合成糖原，反之亦然。这种合成、分解分别经两条途径进行的现象，是生物体内的普遍规律。糖原合成途径中的糖原合酶和糖原分解途径中的糖原磷酸化酶都是催化不可逆反应的调节酶。这两种酶分别是两条代谢途径的调节点，其活性决定不同途径的代谢速率，从而影响糖原代谢的方向。

糖原合成与分解的生理性调节主要靠胰岛素和胰高血糖素。胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成，其具体机制尚未确定，可能通过激活磷蛋白磷酸酶-1而加速糖原合成、抑制糖原分解。胰高血糖素可诱导生成cAMP，促进糖原分解。肾上腺素也可通过cAMP促进糖原分解，但可能仅在应激状态发挥作用。骨骼肌内糖原代谢的两种调节酶的调节与肝糖原不同。这是因为肌糖原的生理功能不同于肝糖原，肌糖原不能补充血糖，仅仅是为骨骼肌活动提供能量。因此，在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而骨骼肌主要受肾上腺素调节。骨骼肌内糖原合酶及磷酸化酶的别构效应物主要为AMP、ATP及葡糖-6-磷酸。AMP可激活磷酸化酶b，而ATP、葡糖-6-磷酸可抑制磷酸化酶a，但糖原合酶有激活作用，使肌糖原的合成与分解受细胞内能量状态的控制。当肌肉收缩、ATP被消耗时，AMP浓度升高，而葡糖-6-磷酸水平亦低，这就使得肌糖原分解加快，合成被抑制。而在静息状态时，肌肉内ATP及葡糖-6-磷酸水平较高，有利于糖原合成，

Ca2+的升高可引起肌糖原分解增加。当神经冲动引起细胞内Ca2+升高时，因为磷酸化酶b激酶的δ亚基就是钙调蛋白，Ca2+与其结合，即可激活磷酸化酶b激酶，促进磷酸化酶b磷酸化成磷酸化酶a，加速糖原分解。这样，在神经冲动引起肌肉收缩的同时，即加速糖原分解，以获得肌肉收缩所需能量。