生物化學第26章糖原的分解和生物合成

1、會計學1生物化學第生物化學第26章糖原的分解和生物合成章糖原的分解和生物合成還原端還原端 糖原是貯存能量的、容易動員的多糖。當糖原是貯存能量的、容易動員的多糖。當機體細胞中能量充足時，細胞即將葡萄糖合成機體細胞中能量充足時，細胞即將葡萄糖合成糖原將能量貯存起來；當能量供應不足時，貯糖原將能量貯存起來；當能量供應不足時，貯存的糖原即降解為葡萄糖，通過呼吸途徑產生存的糖原即降解為葡萄糖，通過呼吸途徑產生ATP。因此糖原是生物體所需能量的貯存庫。因此糖原是生物體所需能量的貯存庫。 糖原以顆粒狀存在于細胞溶膠中，其顆粒直徑糖原以顆粒狀存在于細胞溶膠中，其顆粒直徑大小不等，約為大小不等，約為1040nm

2、。每個糖原顆粒含有的葡。每個糖原顆粒含有的葡萄糖分子可高達萄糖分子可高達12萬。顆粒中還含有催化糖原合成萬。顆粒中還含有催化糖原合成和降解的酶以及調節(jié)蛋白。和降解的酶以及調節(jié)蛋白。 機體貯存糖原的器官主要是肝臟和肌肉，在需機體貯存糖原的器官主要是肝臟和肌肉，在需要時肝臟中的糖原可以降解成葡萄糖，進入血液，要時肝臟中的糖原可以降解成葡萄糖，進入血液，運送到全身各處；肌肉中的糖原主要提供肌肉運動運送到全身各處；肌肉中的糖原主要提供肌肉運動的需要。腦在正常情況下只利用葡萄糖作為能源，的需要。腦在正常情況下只利用葡萄糖作為能源，每天的需要量約為每天的需要量約為120g。腦中只有少量的糖原，腦。腦中只有

3、少量的糖原，腦所需的葡萄糖要從血糖源源不斷地供應。所需的葡萄糖要從血糖源源不斷地供應。 細胞中催化糖原降解的是磷酸化酶，它催化糖細胞中催化糖原降解的是磷酸化酶，它催化糖原發(fā)生磷酸解反應，從糖原的非還原端逐個磷酸解原發(fā)生磷酸解反應，從糖原的非還原端逐個磷酸解下葡萄糖下葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖磷酸，葡萄糖-1-磷酸再經磷酸葡萄糖變磷酸再經磷酸葡萄糖變位酶催化產生葡萄糖位酶催化產生葡萄糖-6-磷酸。糖原經磷酸化酶單獨磷酸。糖原經磷酸化酶單獨作用的最終產物是許多葡萄糖作用的最終產物是許多葡萄糖-1-磷酸和極限糊精。磷酸和極限糊精。但磷酸化酶不能水解但磷酸化酶不能水解（16）糖苷鍵，而糖原脫支）糖苷鍵，

4、而糖原脫支酶可以水解酶可以水解（16）糖苷鍵，磷酸化酶和糖原脫支）糖苷鍵，磷酸化酶和糖原脫支酶共同作用，可以使糖原完全降解。酶共同作用，可以使糖原完全降解。 鍵斷裂鍵斷裂的位置的位置 磷酸化酶（磷酸化酶（phosphorylase）由兩個相同亞基）由兩個相同亞基組成，每個亞基的組成，每個亞基的Ser14是磷酸化位點，被是磷酸化位點，被磷酸磷酸化酶激酶化酶激酶催化磷酸化后激活，此時稱為磷酸化酶催化磷酸化后激活，此時稱為磷酸化酶a；磷酸化酶；磷酸化酶a被被磷酸酶磷酸酶催化脫磷酸后失去活性，催化脫磷酸后失去活性，此時稱為磷酸化酶此時稱為磷酸化酶b。磷酸化酶的催化作用需要。磷酸化酶的催化作用需要磷酸吡

5、哆醛作為輔基。磷酸吡哆醛作為輔基。 糖原脫支酶在同一肽鏈上有兩種酶活性，屬于糖原脫支酶在同一肽鏈上有兩種酶活性，屬于雙功能酶。它能將極限分支雙功能酶。它能將極限分支4個葡萄糖殘基中的個葡萄糖殘基中的3個個轉移到另一個分支的非還原性末端上，然后再水解轉移到另一個分支的非還原性末端上，然后再水解下最后一個分支的葡萄糖，這一步水解的是下最后一個分支的葡萄糖，這一步水解的是（16）糖苷鍵，產物是葡萄糖。）糖苷鍵，產物是葡萄糖。 活化的磷酸葡萄糖變位酶的絲氨酸殘基上帶活化的磷酸葡萄糖變位酶的絲氨酸殘基上帶有一個磷酸基團，在催化反應時，這個磷酸基團有一個磷酸基團，在催化反應時，這個磷酸基團轉移到葡萄糖轉移

6、到葡萄糖-1-磷酸的磷酸的6位羥基上，形成葡萄糖位羥基上，形成葡萄糖-1,6-二磷酸中間體，然后二磷酸中間體，然后1位的磷酸再轉移到酶的位的磷酸再轉移到酶的絲氨酸上，酶恢復原狀，葡萄糖絲氨酸上，酶恢復原狀，葡萄糖-1,6-二磷酸轉變二磷酸轉變成了葡萄糖成了葡萄糖-6-磷酸。磷酸。 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶位于肝、腎及腸細胞的光滑磷酸酶位于肝、腎及腸細胞的光滑內質網的膜上，活性部位朝向內側。此酶能將進內質網的膜上，活性部位朝向內側。此酶能將進入內質網的葡萄糖入內質網的葡萄糖-6-磷酸水解成葡萄糖和無機磷磷酸水解成葡萄糖和無機磷酸，葡萄糖通過葡萄糖運載蛋白運出肝細胞進入酸，葡萄糖通過葡萄糖運載蛋白

7、運出肝細胞進入血液。血液。 糖原合成的前體糖原合成的前體UDPG的結構的結構 早先認為糖原合成是糖原降解的逆反應，后早先認為糖原合成是糖原降解的逆反應，后來發(fā)現糖原合成與糖原降解的反應步驟完全不同來發(fā)現糖原合成與糖原降解的反應步驟完全不同，合成糖原的前體是，合成糖原的前體是UDP葡萄糖（葡萄糖（UDPG），），它是葡萄糖的活化形式。它是葡萄糖的活化形式。 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸與磷酸與UTP反應生成反應生成UDPG和焦磷和焦磷酸的反應的自由能變化酸的反應的自由能變化G接近于零，本屬可逆接近于零，本屬可逆反應，但實際上焦磷酸的隨后水解釋放出大量的反應，但實際上焦磷酸的隨后水解釋放出

8、大量的能量，使得反應的總能量，使得反應的總G = 2531kJ/mol，致，致使該反應成為不可逆。使該反應成為不可逆。 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶催化的反應是將糖原合酶催化的反應是將UDPG上的葡萄糖轉移上的葡萄糖轉移到已存在的糖原分子的某個分支的非還原末端上，這到已存在的糖原分子的某個分支的非還原末端上，這個已經存在的糖原分子可以稱為個已經存在的糖原分子可以稱為“引物（引物（primer）”。最初起引物作用的是一種分子量為。最初起引物作用的是一種分子量為37kD的特殊蛋的特殊蛋白質，這種蛋白質叫白質，這種蛋白質叫“生糖原蛋白或糖原引物蛋白生糖原蛋白或糖原引物蛋白”。這種蛋白分子上帶有一個由。

9、這種蛋白分子上帶有一個由（14）糖苷鍵連接）糖苷鍵連接的寡聚葡萄糖分子，它的第一個葡萄糖以共價鍵連接的寡聚葡萄糖分子，它的第一個葡萄糖以共價鍵連接到蛋白質的特定酪氨酸殘基上。到蛋白質的特定酪氨酸殘基上。 生糖原蛋白具有自動催化作用，可催化大約生糖原蛋白具有自動催化作用，可催化大約8個個葡萄糖單位連接到自身的酪氨酸殘基上，其寡糖鏈葡萄糖單位連接到自身的酪氨酸殘基上，其寡糖鏈的前體也是的前體也是UDPG。生糖原蛋白實際上形成了糖原。生糖原蛋白實際上形成了糖原的核心。糖原合酶必須與生糖原蛋白相互作用才有的核心。糖原合酶必須與生糖原蛋白相互作用才有糖原合成的活性，糖原合酶一旦與生糖原蛋白脫離糖原合成的

10、活性，糖原合酶一旦與生糖原蛋白脫離，即不再行使糖原合成的功能。，即不再行使糖原合成的功能。 糖原分支酶糖原分支酶 在糖原上在糖原上每加上一個葡萄糖殘基，需要消每加上一個葡萄糖殘基，需要消耗一個耗一個UTP。 糖原分支反應不需要提供能量，因為糖原分支反應不需要提供能量，因為（14）糖苷鍵水解釋放出的能量比形成）糖苷鍵水解釋放出的能量比形成（16）糖苷鍵所需的能量大（約）糖苷鍵所需的能量大（約2倍）。倍）。 在糖原代謝中，糖原磷酸化酶和糖原合酶的在糖原代謝中，糖原磷酸化酶和糖原合酶的活性受到嚴格的調控。當磷酸化酶活性高時，糖活性受到嚴格的調控。當磷酸化酶活性高時，糖原合酶幾乎沒有活性，反之亦然。這

11、兩種酶都受原合酶幾乎沒有活性，反之亦然。這兩種酶都受到效應物的別構調控，這些別構效應物有到效應物的別構調控，這些別構效應物有ATP、葡萄糖葡萄糖-6-磷酸、磷酸、AMP等。在肌肉中，糖原磷酸化等。在肌肉中，糖原磷酸化酶受酶受AMP的活化，受的活化，受ATP和和G6P及葡萄糖的抑制及葡萄糖的抑制；而糖原合酶卻受；而糖原合酶卻受ATP和和G6P的活化。的活化。 磷酸化酶磷酸化酶a是經磷酸化修飾的活性狀態(tài)酶，它有是經磷酸化修飾的活性狀態(tài)酶，它有兩種存在狀態(tài)，即活化的兩種存在狀態(tài)，即活化的R態(tài)和不活化的態(tài)和不活化的T態(tài)，平衡態(tài)，平衡遠遠地偏向遠遠地偏向R態(tài)；而磷酸化酶態(tài)；而磷酸化酶b是脫磷酸的非活性狀

12、是脫磷酸的非活性狀態(tài)，它也有兩種存在狀態(tài)，即活化的態(tài)，它也有兩種存在狀態(tài)，即活化的R態(tài)和非活化的態(tài)和非活化的T態(tài)，但平衡遠遠地偏向態(tài)，但平衡遠遠地偏向T態(tài)。態(tài)。AMP能使能使T態(tài)的磷酸態(tài)的磷酸化酶化酶b轉變成轉變成R態(tài)，從而活性提高，態(tài)，從而活性提高，ATP使使R態(tài)的磷酸態(tài)的磷酸化酶化酶b轉變?yōu)檗D變?yōu)門態(tài)，抑制酶活性。態(tài)，抑制酶活性。 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶1（phosphoprotein phospha-tase，PP1）可以水解磷酸化酶）可以水解磷酸化酶a上的磷酸基團，上的磷酸基團，使之轉變成磷酸化酶使之轉變成磷酸化酶b。PP1如果與蛋白磷酸酶如果與蛋白磷酸酶抑制劑結合，其活性就受到抑制

13、。這種抑制劑受抑制劑結合，其活性就受到抑制。這種抑制劑受cAMP依賴性蛋白激酶（蛋白激酶依賴性蛋白激酶（蛋白激酶A）催化的）催化的磷酸化而激活，并由磷酸化而激活，并由PP1去磷酸化而失活。去磷酸化而失活。 PP1 血糖濃度直接控制肝臟中糖原代謝相關酶的活性血糖濃度直接控制肝臟中糖原代謝相關酶的活性，肝臟中的磷酸化酶，肝臟中的磷酸化酶a是葡萄糖濃度的感受器。葡萄是葡萄糖濃度的感受器。葡萄糖與磷酸化酶糖與磷酸化酶a結合后，使磷酸化酶結合后，使磷酸化酶a從活化狀態(tài)（從活化狀態(tài)（R型）轉變?yōu)殁g化狀態(tài)（型）轉變?yōu)殁g化狀態(tài)（T型），將酶分子第型），將酶分子第14位位Ser上上的磷酸基團暴露給的磷酸基團暴露

14、給PP1，PP1實際上是與磷酸化酶實際上是與磷酸化酶a緊緊密結合在一起的。當磷酸化酶密結合在一起的。當磷酸化酶a的磷酸基團被水解而的磷酸基團被水解而變成磷酸化酶變成磷酸化酶b后，后，PP1被釋放，游離態(tài)的被釋放，游離態(tài)的PP1又成為又成為活化糖原合酶的工具，它將無活性的糖原合酶活化糖原合酶的工具，它將無活性的糖原合酶b上的上的磷酸基團水解，使之成為有活性的糖原合酶磷酸基團水解，使之成為有活性的糖原合酶a。 胰高血糖素胰高血糖素（肝臟中）（肝臟中）（肌肉中）（肌肉中）（無活性）（無活性）胰高血糖素胰高血糖素或或見見 P194 表表26-1 糖原以顆粒狀存在于細胞溶膠中，其顆粒直徑糖原以顆粒狀存在

15、于細胞溶膠中，其顆粒直徑大小不等，約為大小不等，約為1040nm。每個糖原顆粒含有的葡。每個糖原顆粒含有的葡萄糖分子可高達萄糖分子可高達12萬。顆粒中還含有催化糖原合成萬。顆粒中還含有催化糖原合成和降解的酶以及調節(jié)蛋白。和降解的酶以及調節(jié)蛋白。 機體貯存糖原的器官主要是肝臟和肌肉，在需機體貯存糖原的器官主要是肝臟和肌肉，在需要時肝臟中的糖原可以降解成葡萄糖，進入血液，要時肝臟中的糖原可以降解成葡萄糖，進入血液，運送到全身各處；肌肉中的糖原主要提供肌肉運動運送到全身各處；肌肉中的糖原主要提供肌肉運動的需要。腦在正常情況下只利用葡萄糖作為能源，的需要。腦在正常情況下只利用葡萄糖作為能源，每天的需要量約為每天的需要量約為120g。腦中只有少量的糖原，腦。腦中只有少量的糖原，腦所需的葡萄糖要從血糖源源不斷地供應。所需的葡萄糖要從血糖源源不斷地供應。 細胞中催化糖原降解的是磷酸化酶，它催化糖細胞中催化糖原降解的是磷酸化酶，它催化糖原發(fā)生磷酸解反應，從糖原的非還原端逐個磷酸解原發(fā)生磷酸解反應，從糖原的非還原端逐個磷酸解下葡萄糖下葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖磷酸，葡萄糖