糖元

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由于人的进食时间是间断的，食后血糖升高，必须贮存一定量糖以备不进食时的生理需要。糖元是糖的贮存形式，进食后过多的糖可在肝脏和肌肉等组织中合成糖元贮存起来，以免血糖浓度过高。肝糖元不仅可以从葡萄糖、果糖和半乳糖生成，还可以从甘油、乳酸和某些氨基酸等非糖物质合成。肝糖元可调节血糖浓度，当血糖高时，可在肝脏合成肝糖元；血糖低时，肝糖元则分解成葡萄糖以补充血糖，因此肝糖元对维持血糖的相对恒定十分重要。但肌糖元只能由葡萄糖生成，而不能直接分解为血糖。当肌肉活动剧烈时，肌糖元分解产生大量乳酸，除一部分可氧化供能外，大部分随血液循环到肝脏，通过糖异生转变成肝糖元或血糖。血糖经血循环送到肌肉等组织氧化或合成肌糖元贮存。这种肌糖元→血乳酸→肝糖元→血糖→肌糖元的循环过程，又称乳酸循环。

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肝脏是进行糖异生的主要器官，糖异生作用是饥饿时从非糖类物质供给糖的途径，此时肝外组织脂肪动员增加，肌肉组织蛋白质分解加强，它们的分解产物进入肝脏，通过糖元异生作用，就能维持饥饿时的血糖浓度；肌肉激烈运动产生的大量乳酸进入肝脏经糖元异生作用转变为糖元或葡萄糖，不仅能节约糖而且可防止乳酸积聚影响机体的酸碱平衡；由于某些氨基酸脱氨基产生的酮酸可通过糖元异生作用转变为糖，因此糖异生作用，也有利于氨基酸的分解代谢。

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由葡萄糖(包括少量果糖和半乳糖)合成糖原的过程称为糖原合成，反应在细胞质中进行，需要消耗ATP和UTP。

糖原合成酶催化的糖原合成反应不能从头开始合成第一个糖分子，需要至少含4个葡萄糖残基的α-1，4-多聚葡萄糖作为引物(primer)，在其非还原性末端与UDPG反应，UDPG上的葡萄糖基C1与糖原分子非还原末端C4形成α-1，4-糖苷链，使糖原增加一个葡萄糖单位，UDPG是活泼葡萄糖基的供体，其生成过程中消耗UTP，故糖原合成是耗能过程，糖原合成酶只能促成α-1，4-糖苷键，因此该酶催化反应生成为α-1，4-糖苷键相连构成的直链多糖分子如淀粉。

机体内存在一种特殊蛋白质称为glycogenin，可做为葡萄糖基的受体，从头开始如合成第一个糖原分子的葡萄糖，催化此反应的酶是糖原起始合成酶(glycogeninitiaorsynthase)，进而合成一寡糖链作为引物，再继续由糖原合成酶催化合成糖。同时糖原分枝链的生成需分枝酶(branchingenzyme)催化，将5-8个葡萄糖残基寡糖直链转到另一糖原子上以α-1.6-糖苷键相连，生成分枝糖链，在其非还原性末端可继续由糖原合成酶催化进行糖链的延长。多分枝增加糖原水溶性有利于其贮存，同时在糖原分解时可从多个非还原性末端同时开始，提高分解速度。

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将糖原中1个糖基转变为1分子葡萄糖，但是磷酸化酶只作用于糖原上的α(1→4)糖苷键，并且催化至距α(1→6)糖苷键4个葡萄糖残基时就不再起作用，这时就要有脱枝酶(debranchingenzyme)的参与才可将糖原完全分解。

脱枝酶是一种双功能酶，它催化糖原脱枝的两个反应，第一种功能是4-α-葡聚糖基转移酶(4-α-D-glucanotrnsferase)活性，即将糖原上四葡聚糖分枝链上的三葡聚糖基转移到酶蛋白上，然后再交给同一糖原分子或相邻糖原分子末端具自由4羟基的葡萄糖残基上，生成α(1→4)糖苷键，结果直链延长3个葡萄糖，而α(1→6)分枝处只留下1个葡萄糖残基，在脱枝酶的另一功能，即1，6-葡萄糖苷酶活性催化下，这个葡萄糖基被水解脱下，为游离的葡萄糖，在磷酸化酶与脱枝酶的协同和反复的作用下，糖原可以完全磷酸化和水解。

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(一)糖原代谢的别构调节

6-磷酸葡萄糖可激活糖原合成酶，刺激糖原合成，同时，抑制糖原磷酸化酶阻止糖原分解，ATP和葡萄糖也是糖原磷酸化酶抑制剂，高浓度AMP可激活无活性的糖原磷酸化酶b使之产生活性，加速糖原分解。Ca2+可激活磷酸化酶激酶进而激活磷酸化酶，促进糖原分解。

(二)激素的调节

体内肾上腺素和胰高血糖素可通过cAMP连锁酶促反应逐级放大，构成一个调节糖原合成与分解的控制系统。

当机体受到某些因素影响，如血糖浓度下降和剧烈活动时，促进肾上腺素和胰高血糖素分泌增加，这两种激素与肝或肌肉等组织细胞膜受体结合，由G蛋白介导活化腺苷酸环化酶，使cAMP生成增加，cAMP又使cAMP依赖蛋白激酶(cAMpdependentproteinkinase)活化，活化的蛋白激酶一方面使有活性的糖原合成酶a磷酸化为无活性的糖原合成酶b；另一面使无活性的磷酸化酶激酶磷酸化为有活性的磷酸化酶激酶，活化的磷酸化酶激酶进一步使无活性的糖原磷酸化酶b磷酸化转变为有活性的糖原磷酸化酶a，最终结果是抑制糖原生成，促进糖原分解，使肝糖原分解为葡萄糖释放入血，使血糖浓度升高，肌糖原分解用于肌肉收缩。

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糖元遇碘液程红棕色。主要生物学功能是作为动物和细菌的能量储存物质。人体主要储存在肝脏和肌肉中。葡萄糖聚合物以糖原的形式储存于肝脏，当机体需要时，便可分解成葡萄糖，转化为能量。一般肝中糖原含量约100克。

肝糖元的生成来源有：①食物在饭后由肠道消化吸收入血液，葡萄糖、果糖、乳糖被输入肝脏，有60％～70％转化为糖原储存起来。②空腹时糖原异生增加，即蛋白质分解成氨基酸，脂肪分解成甘油在肝脏转化成糖原；肌肉收缩生成的乳酸，通过肝脏的代谢，亦可能转化为肌糖元。正常饮食能使肝糖原不断得到补充，以减少糖原异生作用，同时体内蛋白质亦可得到较好的保存。应该是饭后1——2小时开始分解。

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①食物中的糖类（如淀粉、蔗糖等）经过消化道的消化吸收，使血糖浓度上升，一般饭后约1小时最高正常人也仅达150mg/dL。而后血糖又迅速降低。在2～3小时即降至正常水平。

②肝糖元分解为葡萄糖进入血液可升高血糖浓度，条件是血糖含量降低时；当血糖含量升高时，多余的血糖又可合成肝糖元贮存起来。

③甘油、氨基酸、乳酸等非糖物质可以在血糖浓度降低时、贮存的肝糖元被分解减少时，转化为糖类物质（这一过程也称为“糖的异生”）

（2）血糖的主要去路有以下三条途径：

①在细胞质基质和线粒体中通过呼吸作用将血糖氧化分解得到CQ2、H2O和能量，若在缺氧条件下则进行无氧呼吸生成乳酸和能量，为生命活动提供能量。

②当血糖浓度升高时，多余的糖元可转变为肝糖元将能量暂时储备起来，也可以合成肌糖元，供给人肌肉活动需要。

③合成糖元后剩余的血糖可转变为脂肪；还可以在转氨酶的催化作用下转变为非必需的氨基酸，即并不是必须从食物中获得的氨基酸种类。

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糖原累积症是指组织中糖原过多的一组疾病，有多种类型，由遗传性酶的缺陷或糖原结构异常所致。

治疗措施

1、糖原累积症Ⅲ型　

高蛋白饮食可改善生长发育状态和肌力，但最近研究认为高淀粉、标准蛋白饮食效果好。

2、糖原累积症Ⅳ型

无特效疗法，高蛋白低糖饮食，加食玉米油未能阻止肝硬化进程。用纯化的葡萄糖素未能取得肯定效果。曲霉菌属提取物可使肝糖原急剧减少，因而是一有研究前途的治疗方法。此外，可施行肝移植。

病因学

1、糖原累积症Ⅲ型　病因为肝和肌肉内淀粉-1，6-葡萄糖苷酶（脱支酶）缺陷，糖原由磷酸化酶分解后，不能进一步彻底分解为葡萄糖。

2、糖原累积症Ⅳ型　由于淀粉-（1，4-1，6）-转葡萄糖苷酶（分支酶）缺陷所致。所积贮的糖原结构异常，外链长、分支减少，结构似支链淀粉，故又称支链淀粉病。所积贮的异常糖原溶解度远低于正常糖原。本病罕见，为常染色体隐性遗传，杂合子的成纤维细胞内有分子酶缺陷。

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糖原累积症至少分成12种类型之多，其中0型（糖原合成障碍）和Ⅳ型（淀粉-1-4，1-6转葡萄糖苷酶缺乏），都会导致肝硬化和肝功能衰竭。Ⅰ型（葡萄糖-6-磷酸酶缺乏）可发展为良性肝腺瘤和腺癌，Ⅲ型（淀粉-1，6-葡萄糖苷酶缺乏、脱支酶缺乏）可发展为肝纤维化或肝硬化。

病理改变

1、糖原累积症Ⅲ型　本型有①肝内纤维隔；②无脂肪沉积，此两点与GSD-Ⅰ不同。GSD-Ⅲ型，肝硬化往往发生在两个酶以上同时缺陷，即除脱支酶缺陷外，还有磷酸酶和/或磷酸激酶的缺陷。与GSD-Ⅰ比较，GSD-Ⅲ超微结构示脂肪滴小且少。除肝脏病变外，肌肉也有糖原累积。

2、糖原累积症Ⅳ型　本型肝脏呈小结节性肝硬化伴有宽纤维束围绕或插入肝小叶。门脉区胆管轻度增生。白色的两染性物质或嗜碱性染色物质沉积在肝细胞、心肌、骨骼肌和脑细胞。肝小叶周边细胞内可发现嗜酸性或无色包涵体沉积在细胞浆，把肝细胞核推向一侧，构成了GSD-Ⅳ的特征性病变。组织化学染色显示肝细胞内沉积物系异常糖原。

临床表现

1、糖原累积症Ⅲ型

体检检查本身难与GSD-Ⅰ型区别。婴儿期肝肿大、发育障碍较突出，部分患儿在4～6岁时可出现脾肿大，此患儿可有肝纤维化的证据，但不一定发展为肝硬化和肝功能衰竭。

除肝病变外，大部分有肌无力，尤其疾走和爬山时，但不会发生肌肉痉挛。部分患者有肌肉萎缩。糖原可累积在心脏，出现心脏增大。心电图有非特异性变化，但不发生心力衰竭和心律失常，肾脏不大。

低血糖较GSD-Ⅰ轻，青春期时肝脏有缩小趋势，只有伴有磷酸酶或磷酸酶缺乏者才会走向肝硬化。

2、糖原累积症Ⅳ型

婴儿出生后几个月多无症状，一岁内症状隐匿，但最早出现症状可在3个月时，最晚是15个月。可有一些非特异性消化道症状，肝、脾肿大，肝功能不全生长迟缓等症状和体征，肌肉张力低、萎缩。随病情发展可有腹壁静脉曲张、肝硬化门脉高压、腹水和食道静脉曲张，该病诊断后存活期多为2～37个月，偶3～4年，最后多死于慢性肝功能不全、上消化道出血、心力衰竭、感染。

辅助检查

1、糖原累积症Ⅲ型

本型血脂升高，程度与血糖降低程度相关，但血脂升高幅度较GSD-Ⅰ小。少数患者有尿酸轻度升高，血清转氨酶升高（300～600IU）。

半乳糖、蔗糖、氨基酸和蛋白质转变为糖的过程正常，因而些食物可使血糖升高。空腹肾上腺素或胰高糖素反应差，若进食数小时后再作肾上腺或胰高糖素试验则反应正常。

2、糖原累积症Ⅳ型

血清转氨酶和碱性磷酸酶升高，晚期胆固醇轻度升高，在肝功能衰竭发生后，可有一系列变化如低蛋白血症，胆红素升高，球蛋白升高及血氨变化。胰高糖素、肾上腺素耐量试验血糖呈阳性反应，使血糖升高0.83mmlo/L至1.28mmol/L。高峰出现在注药后30min。口服葡萄糖和蔗糖耐量试验都正常。血清乳酸和丙酮酸正常。