糖原的合成与分解课件

1、1糖原（glycogen）是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。一、什么是糖原？2糖原（glycogen）是由许多葡萄糖分子聚合而成的带有分支的高分子多糖类化合物。是动物体内糖的重要贮存形式 。 是机体能迅速动用的能量储备。 一、什么是糖原？3葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝出葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，溶解度增加。形状：树枝状分子量：1001000万糖原的结构特点-1,4糖苷键-1,6糖苷键4主链自还原端开始； 每条链都终止于一个非还原端。还原端：一个 非还原端：多个糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行；

2、非还原端增多，利于其被酶分解。糖原的结构特点非还原端还原端5肝糖原含量可达肝重的5%(总量为70-100g) 肌糖原含量为肌肉重量的12%(总量为200-400g)糖原的分布维持血糖水平主要供肌肉收缩所需6（一）定义 糖原的合成(glycogenesis) 是指由单糖合成糖原的过程。 （二）合成部位 组织定位：主要在肝脏、肌肉组织 细胞定位：胞浆二、糖原的合成7 糖原合成的反应过程可分为三个阶段：（三）反应过程：1活化2缩合3分支1活化： 由葡萄糖生成尿苷二磷酸葡萄糖（uridine diphosphate glucose, UDPG ）。 是一耗能过程。己糖激酶(葡萄糖激酶)ADPMg2+A

3、TPOHHOHHOOHHHHCH2HOOHPOHHOHHOOHHHHOHCH2O6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖CH2OHOPOHHHOHOHOH葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶 磷酸化异构UDPG焦磷酸化酶HHHHOPPHOHOOOHH2HOC苷尿尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG) 转形PPiP P P- 尿苷1、活化2ATPPPi2ADPUTPPATPADP2缩合： 在关键酶糖原合酶（glycogen synthase)的催化下，以原有糖原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。糖原合酶*UDPG + (G)n(G)n+1 + UDP尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸HHHHOPPHOHOOOHH2HOC苷尿HHHHOHOH

4、OOOHH2HOCPP苷尿+* 糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)， 作为UDPG 上葡萄糖基的接受体。 糖原合酶*UDPG + (G)n(G)n+1 + UDP13第一个糖原分子从哪里来呢？ 人们在糖原分子的核心发现了一种名为glycogenin的蛋白质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡萄糖分子的C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。HHHHOPPHOHOOOHH2HOC苷尿尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)HHHHOHOHOOOHH2HOCPP苷尿+“活性葡萄糖”UDPG：在体内充

5、当葡萄糖供体糖原3分支： 当直链长度达12个葡萄糖残基以上时，在分支酶(branching enzyme)的催化下，将距末端67个葡萄糖残基组成的寡糖链由-1,4-糖苷键转变为-1,6-糖苷键，使糖原出现分支。 分 支 酶 (branching enzyme)-1,4-糖苷键 糖原的合成糖原的合成与分解代谢G-6-P G 己糖(葡萄糖)激酶 磷酸葡萄糖变位酶 G-1-P UDPG焦磷酸化酶 UTP UDPG PPi 糖原合酶 Gn+1 UDP Gn 葡萄糖-6-磷酸酶（肝） 糖原磷酸化酶 Pi Gn 分枝酶21（四）糖原合成的特点：必须以原有糖原分子作为引物；合成反应在糖原的非还原端进行；合成

6、为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需消耗2个高能磷酸键（2分子ATP）；关键酶是糖原合酶(glycogen synthase)，为一共价修饰酶；需UTP参与（以UDP为载体）。 22（一）反应过程：三、糖原的分解代谢糖原的分解代谢过程可分为三个阶段：1水解2异构3脱磷酸1水解： 包括三步反应，循环交替进行。 磷酸解：由糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化对-1,4-糖苷键磷酸解，生成G-1-P。糖原磷酸化酶*(G)n + Pi (G)n-1 + G-1-P糖原磷酸化酶*(G)n + Pi (G)n-1 + G-1-P糖原磷酸化酶 转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四

7、个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。 脱枝：由-1,6-葡萄糖苷酶催化。将-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。-1,6-葡萄糖苷酶(G)n + H2O(G)n-1 + GGG-1-PPi脱枝酶具有:-1,4-葡聚糖转移酶-1,6-葡聚糖苷酶的双重作用脱枝酶脱枝酶脱枝酶 (debranching enzyme)磷 酸 化 酶 -1,6糖苷酶活性 转移酶活性 29糖原水解小结磷酸化酶只作用于-1,4糖苷键，对-1,6糖苷键不起作用。当磷酸解反应进行到距分支点约4个葡萄糖基时，脱支酶开始发挥作用，它首先将3个葡萄糖基转移到邻近糖链

8、的非还原末端，以-1,4糖苷键相连；然后将剩下的以-1,6糖苷键连接的葡萄糖基直接水解为游离葡萄糖。脱支酶有两种酶活性：葡聚糖转移酶和-1,6葡萄糖苷酶。除去分支后，磷酸化酶则继续发挥作用。因此在磷酸化酶与脱支酶的共同作用下，糖原的分支越来越少，分子不断变小。77磷酸化酶(别构酶) ATP抑制-AMP激活 + H3PO4肝糖元的分解-1，4糖苷键- 1，6糖苷键糖原核心糖原核心 G-1-P +脱枝酶1 G糖原核心磷酸化酶+ H3PO4G-1-P转移酶糖原核心2异构： 1-磷酸葡萄糖在变位酶作用下转变为 6-磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖变位酶G-1-PG-6-PCH2OPOHHHOHOHOHCH2OH

9、OPOHHHOHOHOH磷酸葡萄糖变位酶3脱磷酸： 6-磷酸葡萄糖由葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化水解为葡萄糖。葡萄糖-6-磷酸酶G-6-P + H2OG + Pi CH2OPOHHHOHOHOHCH2OHOHHHOHOHOH葡萄糖-6-磷酸酶H2OPiOH 葡萄糖6-磷酸酶主要存在于肝、肾细胞，肌肉组织中不含此酶，因此肌糖原不能分解为葡萄糖，只能进入糖酵解或有氧氧化。葡萄糖-6-磷酸酶G-6-P + H2OG + Pi 35* 肌糖原的分解肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以

10、生成的6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。G-6-P的代谢去路G（补充血糖）G-6-P F-6-P（进入酵解途径）G-1-PGn（合成糖原）UDPG 6-磷酸葡萄糖酸内酯（进入磷酸戊糖途径） 葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛酸途径）37（二）糖原分解的特点：水解反应在糖原的非还原端进行；是一非耗能过程；关键酶是糖原磷酸化酶(glycogen phosphory-lase)，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。 38糖原的合成与分解代谢G-6-P G 己糖(葡萄糖)激酶 磷酸葡萄糖变位酶 G-1-P UDPG焦磷酸化酶 UTP

11、 UDPG PPi 糖原合酶 Gn+1 UDP Gn 葡萄糖-6-磷酸酶（肝） 糖原磷酸化酶 Pi Gn 分枝酶脱枝酶39合成与分解不是简单的可逆反应关键酶： 合成途径 糖原合酶 分解途径 磷酸化酶调节方式：共价修饰和变构调节生理性调节：激素（胰高血糖素与胰岛素）四、糖原合成与分解的调节40 1、共价修饰调节 糖原合酶： 糖原合酶a：有活性 糖原合酶b（磷酸化）：无活性。 磷酸化酶: 磷酸化酶a（磷酸化）：有活性 磷酸化酶b：无活性 A激酶(有活性)ATPADPH2OPi磷蛋白磷酸酶-1糖原合酶a（有活性）糖原合酶b-（无活性）PA激酶(无活性)cAMP+糖原合酶的共价修饰调节腺苷环化酶 （无

12、活性）腺苷环化酶（有活性） 激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 ATP cAMP PKA(无活性) 磷酸化酶b激酶 糖原合酶 糖原合酶-P PKA(有活性) 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 磷酸化酶b激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 磷蛋白磷酸酶抑制剂 PKA（有活性） 糖原合成与分解的调节激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 腺苷环化酶 （无活性）腺苷环化酶（有活性） ATP cAMP PKA(无活性) PKA(有活性) 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷

13、酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 糖原合酶 糖原合酶-P 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 44调节有级联放大作用，效率高； 两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反； 此调节为酶促反应，调节速度快； 受激素调节。 共价修饰调节 452. 别构调节磷酸化酶二种构像紧密型(T)和疏松型(R) ，其中T型的14位已被磷酸化的Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。* 葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。 磷酸化酶 a (R) 疏松型磷酸化酶 a (T) 紧密型葡萄糖 46肌肉内糖原代谢的两个关键酶的调节与肝糖原不同 * 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上腺素调节。 * 肌肉内糖原合酶及磷酸

14、化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。 糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖47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(cAMP dependent protein kinase)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

15、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。糖原合成与分解的调节激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+ 受体 腺苷环化酶 （无活性）腺苷环化酶（有活性） ATP cAMP PKA(无活性) PKA(有活性) 磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P 糖原合酶 糖原合酶-P 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 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。49糖原代谢调节小结 双向

16、调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。 双重调节：别构调节和共价修饰调节。 肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点： 如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素， 分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。 关键酶调节上存在级联效应。 关键酶都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。肝糖原与肌糖原比较肝糖原肌糖原贮 量90-100g200-500g5%1-2%合成原料单糖/非糖物质葡萄糖分解产物葡萄糖乳 酸功 能 维持血糖浓度的相对恒定 满足剧烈运动时肌肉对能量的需要消 耗 餐后12-18h剧烈运动后51糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆