糖原的合成与分解的调节

糖原合成与糖原分解分别通过两条不同途径进行，两者相互制约，调节非常精细，这也是生物体内合成与分解代谢的普遍规律。具体来讲，糖原合酶与糖原磷酸化酶分别是这两条代谢途径的关键酶，其酶活性都受到化学修饰和别构调节两种方式的快速调节，从而决定糖原代谢的方向。当糖原合酶活化时，糖原磷酸化酶被抑制，糖原合成启动；当糖原磷酸化酶活化时，糖原合酶被抑制，糖原分解启动。

（一）糖原合成与分解受化学修饰调节

体内肾上腺素和胰高血糖素可通过cAMP连续酶促反应逐级放大，构成一个调节的控制系统。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（cAMP－dependent protein kinase，PKA）活化，活化的蛋白激酶一方面使有活性的糖原合酶a磷酸化为无活性的糖原合酶b；另一方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磷酸化为有活性的糖原磷酸化酶a，最终抑制糖原生成，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。

糖原磷酸化酶有磷酸化和去磷酸化两种形式。当它的第14位丝氨酸被磷酸化时，原来活性很低的磷酸化酶b就转变为活性强的磷酸化酶a。这种磷酸化过程由磷酸化酶b激酶催化。磷酸化酶b激酶也有两种形式。在PKA作用下，去磷酸的磷酸化酶b激酶（无活性）转变为磷酸型磷酸化酶b激酶（有活性）。糖原合酶亦分为a、b两种形式。去磷酸化的糖原合酶a有活性，磷酸化的糖原合酶b没有活性。PKA可将糖原合酶的多个丝氨酸残基磷酸化而使之失活。磷蛋白磷酸酶－1则催化磷酸型磷酸化酶b激酶的去磷酸化过程。磷蛋白磷酸酶抑制物可使磷蛋白磷酸酶－1失活，此抑制物的磷酸化形式为活性形式，活化过程也由蛋白激酶A所调控。PKA也有活性、无活性两种形式，当cAMP存在时被激活。肾上腺素等激素可活化腺苷酸环化酶，进而催化ATP生成cAMP。cAMP在体内很快被磷酸二酯酶水解成AMP，此时PKA即转变为无活性形式。这种由激素引发的一系列连续酶促反应称为级联放大系统（cascade system），属于应激反应机制，其特点一是反应速度快、效率高；二是对激素信号具有放大效应，在肝内糖原分解主要受胰高血糖素的调节，而骨骼肌内主要受肾上腺素调节（图3－13）。

图3－13 糖原的合成与分解的共价修饰调节

在神经冲动引起骨骼肌收缩的同时，肌糖原也加速分解以提供能量。神经冲动可以使胞液内Ca2＋升高，磷酸化酶b激酶中的δ亚基与Ca2＋结合后使酶发生活化，从而催化磷酸化酶b磷酸化成磷酸化酶a，促进肌糖原分解。

（二）糖原合成与分解受别构调节

1．糖原磷酸化酶受别构调节 葡萄糖是糖原磷酸化酶的别构抑制剂。当血糖升高时，葡萄糖进入肝细胞，与磷酸化酶a的别构部位相结合，引起酶构象改变而暴露出磷酸化的第14位丝氨酸。此时磷蛋白磷酸酶－1使之去磷酸化转变成磷酸化酶b而失活，肝糖原的分解减弱。

2．糖原合酶受别构调节 骨骼肌内糖原合酶的别构效应剂主要为AMP、ATP和6－磷酸葡萄糖。当静息时，ATP和6－磷酸葡萄糖水平较高，能别构激活糖原合酶，有利于糖原合成。当骨骼肌收缩时，ATP和6－磷酸葡萄糖水平降低，而此时AMP浓度升高，通过别构抑制糖原合酶而使糖原合成途径关闭。