6.2糖原的合成與分解

1、糖原的合成與分解糖原的合成與分解 糖原概述糖原概述 糖原的分解糖原的分解 糖原的合成糖原的合成 糖原合成與分解的調(diào)節(jié)糖原合成與分解的調(diào)節(jié) 糖原合成與分解的意義糖原合成與分解的意義糖原是以葡萄糖為基本單位聚合而成糖原是以葡萄糖為基本單位聚合而成的多糖。在糖原分子中，葡萄糖與葡的多糖。在糖原分子中，葡萄糖與葡萄糖分子之間以萄糖分子之間以1,41,4糖苷鍵相連糖苷鍵相連構(gòu)成直鏈，又以構(gòu)成直鏈，又以1,61,6糖苷鍵連接糖苷鍵連接形成分枝，整體糖原分子形成分枝，整體糖原分子 呈樹枝。肝呈樹枝。肝和肌肉是貯存糖原的主要組織器官。和肌肉是貯存糖原的主要組織器官。 糖糖 原原非還原端：非還原端：多個多個還原

2、端還原端非還原端非還原端形形 狀：狀：樹枝狀樹枝狀分子量：分子量：1001000萬萬還原端：還原端：一個一個1.糖原的結(jié)構(gòu)特點糖原的結(jié)構(gòu)特點糖原的分布糖原的分布肝糖原：肝糖原： 含量可達肝重的含量可達肝重的5%(5%(總量為總量為90-100g)90-100g)肌糖原：肌糖原： 含量為肌肉重量的含量為肌肉重量的1 12%(2%(總量為總量為200-400g)200-400g)返回2.糖原分解糖原分解/ 部位部位 肝臟肝臟/ 產(chǎn)物產(chǎn)物 葡萄糖葡萄糖/ 糖原分解糖原分解 是指糖原分解為葡萄糖的過程。是指糖原分解為葡萄糖的過程。一、糖原的酶促磷酸解一、糖原的酶促磷酸解 糖原的結(jié)構(gòu)及其連接方式糖原的結(jié)

3、構(gòu)及其連接方式 磷酸化酶磷酸化酶a（催化（催化1.4-糖苷鍵斷裂糖苷鍵斷裂） 三種酶協(xié)同作用：三種酶協(xié)同作用： 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶（催化寡聚葡萄糖片段轉(zhuǎn)移）（催化寡聚葡萄糖片段轉(zhuǎn)移） 脫枝酶脫枝酶（催化（催化1.6-糖苷鍵水解斷裂糖苷鍵水解斷裂） -1，4-糖苷鍵糖苷鍵 -1，6糖苷鍵糖苷鍵非還原性末端非還原性末端Pi非還原性末端1-磷酸葡萄糖糖糖原原磷磷酸酸解解的的步步驟驟非還原端非還原端糖原核心糖原核心磷酸化酶磷酸化酶a轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶脫枝酶脫枝酶（釋放（釋放1個葡萄糖個葡萄糖） G -1-PG G -6-PG極限糊精極限糊精 雙重功能酶雙重功能酶磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶糖原磷酸化酶的作用位

4、點及產(chǎn)物糖原磷酸化酶的作用位點及產(chǎn)物G-1-P磷酸化酶磷酸化酶 a(PLP)非還原性末端非還原性末端磷酸磷酸+斷鍵部位斷鍵部位(1)糖原糖原磷酸解為磷酸解為1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸化酶磷酸化酶糖原分解的限速酶糖原分解的限速酶糖糖 原原G Gn n糖糖 原原G Gn-1n-1H H3 3POPO4 4OHOHOPOHOCH2OHOHOHO1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)G Gn n+ H+ H3 3POPO4 4 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + G Gn-1n-1脫脫支支酶酶的的作作用用G GG-1-PG-1-PPiPi脫支酶脫支酶具有雙重作用具有雙重作用:-

5、1,4-糖基轉(zhuǎn)移酶糖基轉(zhuǎn)移酶-1,6-糖苷酶糖苷酶脫支酶脫支酶脫支酶脫支酶(2)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖OHOHOPOHOCH2OHOHOHO1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)POOHOHOOCH2OHOHOHOH磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖水解為葡萄糖磷酸葡萄糖水解為葡萄糖葡萄糖葡萄糖(glucose)OHHHHOHOHHOHOHCH2OH6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phos

6、phate)OHHHHOHOHHOHOHCH2OPO3H2H H3 3POPO4 4H H2 2O O葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶（肝）（肝）6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+ H H2 2O O 葡萄糖葡萄糖 + H H3 3POPO4 4 腦與肌肉中缺乏此酶葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATP ADP糖的分解代謝糖的分解代謝已糖激酶已糖激酶H3PO4 H2O 糖原的分解糖原的分解葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶肝肝糖糖原原分分解解圖圖糖糖 原原G Gn+1n+11-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖PiPiG Gn n磷酸化酶磷酸化酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶葡萄糖葡萄

7、糖H H2 2O OPiPi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶糖分解代謝糖分解代謝一、糖原的合成作用一、糖原的合成作用 由葡萄糖和其它單糖如果糖、半乳糖由葡萄糖和其它單糖如果糖、半乳糖合成糖原的過程稱為糖原合成，反應(yīng)合成糖原的過程稱為糖原合成，反應(yīng)在細胞質(zhì)中進行在細胞質(zhì)中進行 。糖原的結(jié)構(gòu)糖原的結(jié)構(gòu) 部位：部位： 肝臟、肌肉組織等細胞的胞漿中肝臟、肌肉組織等細胞的胞漿中3.糖原合成糖原合成 定義：定義： 由單糖合成糖原的過程稱為由單糖合成糖原的過程稱為糖原的合成糖原的合成(glycogenesis)。 單糖單糖: 葡萄糖葡萄糖(主要主要)、果糖、半乳糖等、果糖、半乳糖等(1)葡萄糖葡萄糖磷酸化生成

8、磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPADP 葡萄糖激酶葡萄糖激酶Mg2+葡萄糖葡萄糖(glucose)OHHHHOHOHHOHOHCH2OH6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)OHHHHOHOHHOHOHCH2OPO3H2葡萄糖葡萄糖 + ATP ATP 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+ADPADP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(2)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖OHOHOPOHOCH2OHOHOHO1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶POOHOHOOCH

9、2OHOHOHOH6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)(3)尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖的生成的生成OHHHHOHOHHOHOCH2OHPOOHOH1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)UTPUTPOHHHHOHOHHOHOCH2OHPOOHO尿苷POOHO尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)(uridine diposphate glucose)PPiPPiUDPGUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶UTP+1-UTP+1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 UDPG+ PPiUDPG+ PPiH2O2Pi(4)UDPGUDPG中的葡萄糖連接到

10、糖原引物上中的葡萄糖連接到糖原引物上尿苷PPOHHHHOHOHHOHCH2OH尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)ROHOOHHHHOHHOHCH2OHOOHHHHOHHOHCH2OH糖原引物糖原引物(Gn)(glycogen primer)ROOOHHHHOHHOHCH2OHOOHHHHOHHOHCH2OHOHHHHOHOHHOHCH2OH糖原合酶糖原合酶糖原糖原(Gn+1n+1)(glycogen)UDP(5)分支酶催化糖原不斷形成新分支鏈分支酶催化糖原不斷形成新分支鏈糖原引物糖原引物糖原合酶糖原合酶分枝酶分枝酶糖原合成的限速酶糖原合成的限速酶1218G糖原合成圖糖原合成圖l 消耗

11、能量消耗能量l 需要引物需要引物l 非還原端非還原端葡萄糖葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原(14和和16葡萄糖單位葡萄糖單位)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPATPADPADPUDPGUDPGUTPUTPPPiPPi糖原糖原(14葡萄糖單位葡萄糖單位)糖原引物糖原引物UDPUDP返回糖原的合成與分解圖糖原的合成與分解圖葡萄糖葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖糖 原原G Gn+1n+1UDPGUDPG糖原引物糖原引物G Gn nUDPGUDPGUTPUTPPPiPPiATPATPADPADP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPATPADPADP糖糖 原原G Gn+1n+1PiPiG Gn n1-磷酸

12、葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖H H2 2O OPiPi肝糖原與肌糖原比較肝糖原與肌糖原比較 肝糖原肝糖原 肌糖原肌糖原貯貯 量量 90-100g 200-500g 5% 1-2%合成原料合成原料 單糖單糖/非糖物質(zhì)非糖物質(zhì) 葡萄糖葡萄糖分解產(chǎn)物分解產(chǎn)物 葡萄糖葡萄糖 乳乳 酸酸功功 能能 維持血糖濃度維持血糖濃度 滿足劇烈運動時滿足劇烈運動時 的相對恒定的相對恒定 肌肉對能量的需要肌肉對能量的需要消消 耗耗 餐后餐后12-18h 劇烈運動后劇烈運動后返回4.糖原合成與分解的調(diào)節(jié)糖原合成與分解的調(diào)節(jié)& 磷酸化酶磷酸化酶 變 構(gòu) 調(diào) 節(jié)變 構(gòu) 調(diào) 節(jié)共價修飾調(diào)節(jié)共價修飾調(diào)節(jié)

13、& 糖原合成酶糖原合成酶受同一調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制受同一調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制即：激素即：激素-cAMP-cAMP-蛋白激酶蛋白激酶有兩種類型有兩種類型即：活性形式即：活性形式和無活性形式和無活性形式糖原的合成和分解通過對糖原的合成和分解通過對糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶 的調(diào)節(jié)機制進行調(diào)控的調(diào)節(jié)機制進行調(diào)控 別構(gòu)調(diào)控別構(gòu)調(diào)控 共價修飾共價修飾 1. 糖原磷酸化酶：糖原磷酸化酶：AMP； ATP、6-P-G、Glc2. 糖原合成酶：糖原合成酶：6-P-G、Glc磷酸化酶和糖原合成酶磷酸化酶和糖原合成酶的活性是受磷酸化或去磷酸化的的活性是受磷酸化或去磷酸化的共共價修飾價修飾的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化

14、及去磷酸化的方式相似，但的調(diào)節(jié)。二種酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反。其效果相反。糖原合成酶糖原合成酶 a ( 有活性有活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b ( 無活性無活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 無活性無活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)PP(1)糖原合酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)糖原合酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)R 變構(gòu)激活劑：變構(gòu)激活劑：6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖結(jié)論：結(jié)論： 當(dāng)葡萄糖充足時，體內(nèi)糖原合成當(dāng)葡萄糖充足時，體內(nèi)糖原合成加強，糖原分解減弱。加強，糖原分解減弱。(2)糖原合酶的共價修飾調(diào)節(jié)糖原合酶的共價修飾調(diào)節(jié)A A激酶激酶( (有活性有活性

15、) )ATPATPADPADPH H2 2O OPiPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1糖原合酶糖原合酶a（有活性）（有活性）糖原合酶糖原合酶b-（無活性）（無活性）P PA A激酶激酶( (無活性無活性) )cAMPcAMP+(3)cAMP(3)cAMP對糖原合成與分解的調(diào)節(jié)對糖原合成與分解的調(diào)節(jié)A A激酶激酶( (有活性有活性) )A A激酶激酶( (無活性無活性) )cAMPcAMP+A A激酶激酶( (有活性有活性) )+磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶- （有活性）（有活性）P P磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 (無活性無活性)ATPATPADPADP磷酸化酶磷酸化酶b（無活性）（無活性）2ATP

16、2ATP2ADP2ADP磷酸化酶磷酸化酶a- （高活性）（高活性）P P 糖原合酶糖原合酶a（有活性）（有活性）糖原合酶糖原合酶b-（無活性）（無活性）+P PH H2 2O OPiPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1H H2 2O OPiPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1胰高血糖素胰高血糖素和腎上腺素和腎上腺素對糖原合成對糖原合成與分解的與分解的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)胰高血糖素、腎上腺素胰高血糖素、腎上腺素腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶+ATPATPcAMPcAMP+蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶+糖原合酶糖原合酶糖原合酶糖原合酶+磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶磷酸化酶磷酸化酶b b激酶激酶

17、+磷酸化酶磷酸化酶b b磷酸化酶磷酸化酶a a+糖原分解加強糖原分解加強糖原合成下降糖原合成下降級聯(lián)放大效應(yīng)返回cAMP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) (3)、激素對糖原激素對糖原合成與分解的調(diào)控合成與分解的調(diào)控意義意義：由于由于酶的共價修飾酶的共價修飾反應(yīng)是酶促反反應(yīng)是酶促反應(yīng)，只要有少應(yīng)，只要有少量信號分子量信號分子（如激素）存（如激素）存在，即可通過在，即可通過加速這種酶促加速這種酶促反應(yīng)，而使大反應(yīng)，而使大量的另一種酶量的另一種酶發(fā)生化學(xué)修飾，發(fā)生化學(xué)修飾，從而獲得放大從而獲得放大效應(yīng)。這種調(diào)效應(yīng)。這種調(diào)節(jié)方式快速、節(jié)方式快速、效率極高。效率極高。腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸環(huán)化酶、腺

18、苷酸環(huán)化酶（無活性）（無活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）腺苷酸環(huán)化酶（活性）2、ATPcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（無活性）（無活性）蛋白激酶（活性）蛋白激酶（活性）4、磷酸化酶激酶、磷酸化酶激酶（無活性）（無活性）磷酸化酶激酶（活性）磷酸化酶激酶（活性）5、磷酸化酶、磷酸化酶 b（無活性）（無活性）磷酸化酶磷酸化酶 a（活性）（活性）6、糖原、糖原6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖血液血液腎上腺素或腎上腺素或胰高血糖素胰高血糖素132 102 104 106 108葡萄糖葡萄糖ATP ADPATP ADP456激素通過激素通過cAMP-蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖

19、蛋白激酶調(diào)節(jié)代謝示意圖 ATP cAMP+PPi內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用內(nèi)在蛋白質(zhì)的磷酸化作用改變細胞的生理過程改變細胞的生理過程細胞膜細胞膜細胞膜細胞膜cR蛋白激酶蛋白激酶 （無活性）（無活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受體受體環(huán)化酶環(huán)化酶激素激素G蛋白蛋白非磷酸化蛋白激酶非磷酸化蛋白激酶ATP ADP磷酸化蛋白激酶磷酸化蛋白激酶G蛋白（蛋白（GTP結(jié)合蛋白）結(jié)合蛋白）cAMP激活蛋白激活蛋白激酶的作用機理激酶的作用機理5.糖原合成與分解的意義糖原合成與分解的意義 對維持血糖濃度的相對恒定和肌對維持血糖濃度的相對恒定和肌肉組織對能量的需要起重要作用。肉組織對能量的需要起

20、重要作用。 糖原合成與分解是通過兩條不同糖原合成與分解是通過兩條不同的代謝途徑，說明生化的一個重要原的代謝途徑，說明生化的一個重要原理。理。 激素介導(dǎo)對糖原合成與分解的調(diào)激素介導(dǎo)對糖原合成與分解的調(diào)節(jié)在生物體內(nèi)具有普遍的意義。節(jié)在生物體內(nèi)具有普遍的意義。 解釋了臨床上的某些遺傳性疾病解釋了臨床上的某些遺傳性疾病返回血糖指血中的葡萄糖。血糖來源為腸道血糖指血中的葡萄糖。血糖來源為腸道吸收、肝糖原分解或肝內(nèi)糖異生生成就吸收、肝糖原分解或肝內(nèi)糖異生生成就葡萄糖釋入血液。葡萄糖釋入血液。血糖的去路主要是在組織器官中氧化供血糖的去路主要是在組織器官中氧化供能，可合成糖原貯存或轉(zhuǎn)變成脂肪及某能，可合成糖原

21、貯存或轉(zhuǎn)變成脂肪及某些氨基酸等。些氨基酸等。 血糖的來源和去路血糖的來源和去路一、血糖水平的調(diào)節(jié)一、血糖水平的調(diào)節(jié) 1.1.胰島素胰島素胰島素降血糖是多方面作用的結(jié)果：胰島素降血糖是多方面作用的結(jié)果：促進肌肉、脂肪組織等的細胞膜葡萄糖載體促進肌肉、脂肪組織等的細胞膜葡萄糖載體將葡萄糖轉(zhuǎn)運入細胞。將葡萄糖轉(zhuǎn)運入細胞。通過激活丙酮酸脫氫酶加速丙酮酸氧化為乙通過激活丙酮酸脫氫酶加速丙酮酸氧化為乙酰酰CoACoA，促進糖的有氧分解。，促進糖的有氧分解。通過抑制依賴通過抑制依賴cAMPcAMP的蛋白激酶，使細胞內(nèi)的蛋白激酶，使細胞內(nèi)cAMPcAMP降低，使糖原合成酶活性增強，磷酸化酶降低，使糖原合成酶活

22、性增強，磷酸化酶活性減弱，結(jié)果是加速糖原合成而抑制糖原分活性減弱，結(jié)果是加速糖原合成而抑制糖原分解。解。抑制肝內(nèi)糖異生。抑制肝內(nèi)糖異生。通過抑制脂肪組織內(nèi)的激素敏感性脂肪酶，通過抑制脂肪組織內(nèi)的激素敏感性脂肪酶，可減緩脂肪動員的速率?？蓽p緩脂肪動員的速率。其升高血糖的機制包括：其升高血糖的機制包括：激活依賴激活依賴cAMPcAMP的蛋白激酶，人而抑制糖的蛋白激酶，人而抑制糖原合酶和激活磷酸化酶，迅速使肝糖原分原合酶和激活磷酸化酶，迅速使肝糖原分解，血糖升高。解，血糖升高。通過抑制磷酸果糖激酶通過抑制磷酸果糖激酶2 2抑制糖酵解途徑，抑制糖酵解途徑，加速糖異生作用。加速糖異生作用。促進磷酸烯醇式

23、丙酮酸激酶的合成，抑促進磷酸烯醇式丙酮酸激酶的合成，抑制丙酮酸激酶，增強糖異生。制丙酮酸激酶，增強糖異生。與胰島素作用相反，加速脂肪動員，間與胰島素作用相反，加速脂肪動員，間接升高血糖水平。接升高血糖水平。2.2.胰高血糖素胰高血糖素3.3.糖皮質(zhì)激素糖皮質(zhì)激素 促進肌肉蛋白質(zhì)分解，分解產(chǎn)生促進肌肉蛋白質(zhì)分解，分解產(chǎn)生的氨基酸轉(zhuǎn)移到肝進行糖異生。的氨基酸轉(zhuǎn)移到肝進行糖異生。抑制肝外組織攝取和利用葡萄糖，抑制肝外組織攝取和利用葡萄糖，抑制點為丙酮酸的氧化脫羧。抑制點為丙酮酸的氧化脫羧。 二、糖水平異常二、糖水平異常 1.1.高血糖和糖尿病高血糖和糖尿病 在正常情況下，血糖在正常情況下，血糖水平維

24、持在水平維持在3.893.896.11mmol/L6.11mmol/L之間。空腹之間。空腹時血糖濃度高于時血糖濃度高于7.28mmol/L7.28mmol/L稱為高血糖。稱為高血糖。如果血糖值超過腎糖閾值如果血糖值超過腎糖閾值8.96mmol/L 8.96mmol/L ，尿，尿中還可出現(xiàn)糖，就稱為糖尿病中還可出現(xiàn)糖，就稱為糖尿病 。2.2.低血糖與低血糖昏迷低血糖與低血糖昏迷 血糖濃度低于血糖濃度低于3.92mmol/L3.92mmol/L（70mg/L70mg/L）時，可出現(xiàn)低血糖）時，可出現(xiàn)低血糖癥癥 。若血糖濃度繼續(xù)下降，低于。若血糖濃度繼續(xù)下降，低于2.252.25時，時，就會嚴重影響大腦的功能，出現(xiàn)驚厥和昏就會嚴重影響