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生物化学基础:糖原

 yy2751 2025-01-30

糖原是动物细胞中葡萄糖的贮存形式。用电子显微镜观察糖原呈聚集的颗粒状。

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(糖原分子有很多分支、这种结构更利于快速贮存和水解,在体育锻炼时糖原被消耗【左一】,在进食休息后糖原很快会得到恢复【中间】,采用特殊的恢复手段可以使糖原获得超量恢复【右一】)

糖原的生物学意义在于它是贮存能量的、并且非常容易动员(即参与供能)。当机体细胞中能量充足时,细胞即合成糖原将能量贮存起来。而当能量供应不足时,贮存的糖原则会降解为葡萄糖为机体提供ATP。因此我们可以说,糖原是生物体所需的能量库。

糖原的存在保证了机体最需要能量功能的器官(脑和肌肉)紧张活动时对能量的需要,同时也保证不间断的供给维持恒定水平的血糖。组织所利用的葡萄糖直接来源于血糖,如果血糖水平低于正常水平(约为4-6mmol/L),则会严重影响中枢神经系统的正常功能,严重者会产生休克和死亡。

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糖原以颗粒状存贮在细胞溶胶中,每个颗粒含有的葡萄糖分子以及催化糖原合成和降解的酶及调节蛋白,使糖原颗粒可随时被动员并可随时形成贮存的糖原颗粒,从两方面确保生命活动所需的能量。

一个体重为70kg的人,其体液(=血清+其他体液)中的葡萄糖只含有约40kcal的能量,而其体内的糖原储备就多的多了:即便经过一夜的饥饿消耗,体内的糖原储备也可以高达约600kcal的热量,约为体液葡萄糖的15倍。机体贮存的糖原作为能源大约可供机体12小时的需要。

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(上图为肝脏细胞:是贮存肝糖原的主要单元)

机体贮存糖原的器官主要是肝脏和肌肉。肝组织内的糖原占肝脏湿重的7-10%;肌肉中的含量占其重量的1-2%,但由于肌肉组织的总体重量比肝脏重很多,所以总体而言肌肉中的糖原贮存是比肝脏多的。对于70kg的人来说,肝糖原约为100kg左右,肌糖原则为300-500g。

人在饥饿的时候首先会动员肝糖原,一人在晚餐后不吃任何东西直到第二天清晨这段时间,肝脏能够提供100g的糖原为机体使用;而肌糖原的动员速度不如肝糖原快,主要是在运动当中被提供为肌肉的能量来源。人脑对糖的依赖性非常高,且代谢糖的速度也很快,在安静状态下人脑消耗的能量也能占到全身总能耗的20%以上。而且在一般情况下,人脑只利用葡萄糖作为能源。研究发现,脑细胞内也含有少量的糖原储备以及水解、合成和调节糖原代谢的各种酶。

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(1单位肌糖原会结合4单位的水分子,故在合成糖原时肌肉/肝脏的湿重会大幅增加,而在减脂初期的时候由于糖原大量消耗导致水分跟着丢失,故体重下降很快,是为“水重”)

糖原对葡萄糖的贮存可以说非常高效:糖原彻底水解大约能生成37个ATP,而葡萄糖存储为糖原只需要消耗1个ATP,因此糖原贮存的能量效率可高达97%。

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参考资料:

《生物化学》第四版  第22章:糖原的分解和生物合成

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