糖原的合成與分解(終極版)

1、貢獻(xiàn)人：龍康 201650589目錄CONTENTPART ONEPART TWOPART THREEPART FOURPART FIVEPART SIX糖原概述糖原合成糖原分解糖原合成與分解的總結(jié)糖原積累癥習(xí)題及病例PART ONE1.糖原概述1.糖糖 原原 (glycogen)是以葡萄糖為基本單位是以葡萄糖為基本單位聚合而成的多糖（葡萄糖的多聚體）聚合而成的多糖（葡萄糖的多聚體）。2.動(dòng)物體內(nèi)糖的儲(chǔ)存形式之一動(dòng)物體內(nèi)糖的儲(chǔ)存形式之一3.機(jī)體能迅速動(dòng)用的能量?jī)?chǔ)備。機(jī)體能迅速動(dòng)用的能量?jī)?chǔ)備。 非還原端非還原端還原端還原端 形形 狀：狀：樹枝狀樹枝狀分子量：分子量：10010010001000萬(wàn)

2、萬(wàn)還原端：還原端：一個(gè)一個(gè)非還原端：非還原端：多個(gè)多個(gè)直鏈直鏈-1,4-1,4-糖苷鍵糖苷鍵分支分支-1,6-1,6-糖苷鍵糖苷鍵（約約10個(gè)葡萄糖單元處形個(gè)葡萄糖單元處形成分枝成分枝）分支增加，溶解分支增加，溶解度增加。度增加。注意：每條鏈都終止于一注意：每條鏈都終止于一個(gè)非還原端個(gè)非還原端.非還原端增多，非還原端增多，以利于其被酶分解。以利于其被酶分解。肌肉：肌糖原，肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收縮急需主要供肌肉收縮急需肝臟：肝糖原，肝臟：肝糖原，70 100g，維持血糖水平，血糖的主要來(lái)源維持血糖水平，血糖的主要來(lái)源 肝糖原肝糖原 肌糖原肌糖原貯貯 量量 90-100g 2

3、00-500g 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(yùn)動(dòng)時(shí)滿足劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí) 的相對(duì)恒定的相對(duì)恒定 肌肉對(duì)能量的需要肌肉對(duì)能量的需要消消 耗耗 餐后餐后12-18h 劇烈運(yùn)動(dòng)后劇烈運(yùn)動(dòng)后PAR TWO2.糖原合成部位：部位：組織定位：主要在肝臟、肌肉組織定位：主要在肝臟、肌肉細(xì)胞定位：胞漿細(xì)胞定位：胞漿定義：定義：由單糖合成糖原的過(guò)程稱為由單糖合成糖原的過(guò)程稱為糖原的合成糖原的合成(glycogenesis)(glycogenesis)。單糖單糖: :葡萄糖葡萄糖( (主要主

4、要) )、果糖、半乳糖等、果糖、半乳糖等（一）葡萄糖活化為尿苷二磷酸葡萄糖1.葡萄糖磷酸化生成葡糖-6-6-磷酸ATP ADP己糖激酶己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）葡萄糖激酶（肝）葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 + ATP ATP 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+ADPADPMg2+葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶葡糖葡糖-6-磷酸磷酸2.2.葡糖-6-6-磷酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖-1-1-磷酸此反應(yīng)中磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的意義在于：由此反應(yīng)中磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的意義在于：由于延長(zhǎng)形成于延長(zhǎng)形成-1,4-糖苷鍵，所以糖苷鍵，所以葡萄糖分子葡萄糖分子C1上的半縮醛羥基必須活化上的半縮醛

5、羥基必須活化，才利于與原來(lái)的，才利于與原來(lái)的糖原分子末端葡萄糖的游離糖原分子末端葡萄糖的游離C4羥基縮合。半羥基縮合。半縮醛羥基與磷酸基之間形成的縮醛羥基與磷酸基之間形成的O-P鍵具有較高鍵具有較高的能量。的能量。3.3.葡糖-1-1-磷酸轉(zhuǎn)變成尿苷二磷酸葡萄糖UDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”，在體內(nèi)，在體內(nèi)充作充作葡萄糖供體葡萄糖供體。UTP+1-UTP+1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 UDPG+ PPiUDPG+ PPi（二）尿苷二磷酸葡萄糖連接形成直鏈和支鏈糖原糖原n + UDPG糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase)UDP UTP AD

6、P ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶糖原糖原n 為原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子，為原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子，稱為稱為糖原引物糖原引物(primer)， 作為作為UDPG 上葡萄糖上葡萄糖基的接受體?；慕邮荏w。 4.-1,4-糖苷鍵式結(jié)合(branching enzyme)-1,4-糖苷鍵分支酶 -1,6-糖苷鍵 消耗能量消耗能量 需要引物需要引物 非還原端非還原端糖基供體：糖基供體： UDPG葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-1-磷酸磷酸糖原糖原(含含1,4糖苷鍵和糖苷鍵和1,6糖苷鍵糖苷鍵)葡糖葡糖-6-磷酸磷酸ATPATPADPADPUDPGUTPUTPPPiPPi直鏈糖原直鏈糖原(含含1，4糖

7、苷鍵糖苷鍵)糖原引物糖原引物UDPUDP分支酶分支酶糖原合酶糖原合酶焦磷酸化酶焦磷酸化酶（合成起始）（尿苷二磷酸葡萄糖）（尿苷二磷酸葡萄糖）（尿苷三磷酸）（尿苷三磷酸）1.1.需糖原引物：原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子需糖原引物：原有的細(xì)胞內(nèi)的較小糖原分子4. 耗能：耗能：UDPG-葡萄糖供體（消耗葡萄糖供體（消耗2個(gè)高能磷酸鍵）個(gè)高能磷酸鍵） （每增加一個(gè)葡萄糖單位，消耗每增加一個(gè)葡萄糖單位，消耗1ATP，1UTP）2.2.調(diào)節(jié)酶調(diào)節(jié)酶糖原合成酶糖原合成酶：催化：催化 - -1 1，4-4-糖苷鍵（直鏈）合成（胰島素激活）糖苷鍵（直鏈）合成（胰島素激活）3.分支作用分支作用糖原分支酶 ：催化催化

8、 - -1 1，6-6-糖苷鍵（分支）合成糖苷鍵（分支）合成PART THREE3.糖原分解2.2.部位：部位：肝臟肝臟 3.3.產(chǎn)物：產(chǎn)物：葡萄糖葡萄糖1.1.糖原分解：糖原分解：指糖原分解為葡萄糖的過(guò)程。指糖原分解為葡萄糖的過(guò)程。 亞細(xì)胞定位：亞細(xì)胞定位：胞胞 漿漿1.糖原磷酸化酶分解糖原磷酸化酶分解-1,4-糖苷鍵糖苷鍵1. 1. 糖原的磷酸解糖原的磷酸解糖原糖原n+1n+1糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(Glycogen phosphorylase)糖原糖原n n + +葡糖葡糖-1-1-磷酸磷酸（反應(yīng)不可逆）（反應(yīng)不可逆） 糖原磷酸化酶：催化-1,4-糖苷鍵斷裂，只作用與-1,4-糖苷鍵，

9、因此只能分解糖原的直鏈葡糖葡糖-1-磷酸磷酸葡糖葡糖-6-磷酸磷酸磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖變位酶變位酶2. 葡糖-1-磷酸轉(zhuǎn)變成葡糖-6-磷酸3. 葡糖-6-磷酸水解生成葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶（肝，腎）（肝，腎）葡萄糖葡萄糖葡糖葡糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶只存在于肝、腎中，而不存在磷酸酶只存在于肝、腎中，而不存在于肌中。所以只有肝和腎可補(bǔ)充血糖；而肌糖原不于肌中。所以只有肝和腎可補(bǔ)充血糖；而肌糖原不能分解成葡萄糖，只能進(jìn)行糖酵解或有氧氧化。能分解成葡萄糖，只能進(jìn)行糖酵解或有氧氧化。 n肌糖原的分解肌糖原的分解肌糖原分解的前兩步反應(yīng)與肝糖原分解過(guò)程相肌糖原分解的前兩步反應(yīng)

10、與肝糖原分解過(guò)程相同，但是生成葡糖同，但是生成葡糖-6-磷酸之后，由于肌肉組織磷酸之后，由于肌肉組織中不存在葡萄糖中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，所以生成的葡糖磷酸酶，所以生成的葡糖-6-磷酸不能轉(zhuǎn)變成葡萄糖釋放入血，提供血糖，磷酸不能轉(zhuǎn)變成葡萄糖釋放入血，提供血糖，而只能進(jìn)入酵解途徑進(jìn)一步代謝。而只能進(jìn)入酵解途徑進(jìn)一步代謝。肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有關(guān)。肌糖原的分解與合成與乳酸循環(huán)有關(guān)。糖原分解圖1-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（血糖）葡萄糖（血糖）H H2 2O OPiPi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸

11、酶糖分解代謝糖分解代謝糖糖 原原 Gn+1肌肉肌肉肝臟肝臟PART FOUR4.糖原合成與分解的總結(jié)UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶糖原合酶 磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi 磷酸化酶磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝磷酸酶（肝） 糖原糖原n n糖原的合成與分解總圖注意：糖原分解不是糖原合成的逆反應(yīng)！4.1糖原合成與分解受到糖原合成與分解受到嚴(yán)格調(diào)控嚴(yán)格調(diào)控糖原的合成與分解是分別通過(guò)兩條不同途徑糖原的合成與分解是分別通過(guò)兩條不同途徑進(jìn)行的。這種合成與分解循

12、兩條不同途徑進(jìn)進(jìn)行的。這種合成與分解循兩條不同途徑進(jìn)行的現(xiàn)象，是生物體內(nèi)的普遍規(guī)律。這樣才行的現(xiàn)象，是生物體內(nèi)的普遍規(guī)律。這樣才能進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)。能進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)。當(dāng)糖原合成途徑活躍時(shí)，分解途徑則被抑制，當(dāng)糖原合成途徑活躍時(shí)，分解途徑則被抑制，才能有效地合成糖原；反之亦然。才能有效地合成糖原；反之亦然。關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶 糖原合成：糖原合酶糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶糖原分解：糖原磷酸化酶n這兩種關(guān)鍵酶的重要特點(diǎn)：這兩種關(guān)鍵酶的重要特點(diǎn)：它們的快速調(diào)節(jié)有它們的快速調(diào)節(jié)有共價(jià)修飾共價(jià)修飾和和別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)二二種方式。種方式。它們都以活性、無(wú)（低）活性二種形式存它們都以活性、無(wú)（低）活性

13、二種形式存在，二種形式之間可通過(guò)磷酸化和去磷酸在，二種形式之間可通過(guò)磷酸化和去磷酸化而相互轉(zhuǎn)變?；嗷マD(zhuǎn)變。4.1.1糖原磷酸化酶受化學(xué)修飾和別構(gòu)調(diào)節(jié)糖原磷酸化酶受化學(xué)修飾和別構(gòu)調(diào)節(jié)1. 磷酸化的糖原磷酸化酶是活性形式 n糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)糖原磷酸化酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶磷酸化酶磷酸化酶b（活性低）（活性低）磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-磷酸化酶磷酸化酶a-（活性高）（活性高）2. 糖原磷酸化酶受別構(gòu)調(diào)節(jié) 葡萄糖是磷酸化酶的別構(gòu)抑制劑。葡萄糖是磷酸化酶的別構(gòu)抑制劑。磷酸化酶磷酸化酶 a (R) 疏松型疏松型磷酸化酶磷酸化酶 a (T) 緊密型緊密型葡萄糖葡萄糖磷酸化

14、酶二種構(gòu)像磷酸化酶二種構(gòu)像緊密型緊密型(T)和疏松和疏松型型(R)，其中，其中T型的型的14位位Ser暴露，便于接受前暴露，便于接受前述的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。述的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。4.1.2糖原合酶受化學(xué)修飾和別構(gòu)調(diào)節(jié)糖原合酶受化學(xué)修飾和別構(gòu)調(diào)節(jié)1. 去磷酸化的糖原合酶是活性形式 n糖原合酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)糖原合酶糖原合酶糖原合酶糖原合酶-注：具體過(guò)程看教材P132圖6-142. 糖原合酶受別構(gòu)調(diào)節(jié)在糖原分解代在糖原分解代謝時(shí)肝主要受胰高血糖素的調(diào)節(jié)，謝時(shí)肝主要受胰高血糖素的調(diào)節(jié)，而肌肉主要受腎上腺素調(diào)節(jié)。而肌肉主要受腎上腺素調(diào)節(jié)。 肌肉內(nèi)糖原合酶及磷酸化酶的變構(gòu)效應(yīng)物主要為肌肉內(nèi)糖原合酶及磷酸化酶的變構(gòu)

15、效應(yīng)物主要為AMP、ATP及葡糖及葡糖-6-磷酸。磷酸。 糖原合酶糖原合酶磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶bAMPATP及葡糖及葡糖-6-磷酸磷酸n糖原磷酸化酶合糖原合酶的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)特點(diǎn)：兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反；兩種酶磷酸化或去磷酸化后活性變化相反；此調(diào)節(jié)為酶促反應(yīng)，調(diào)節(jié)速度快；此調(diào)節(jié)為酶促反應(yīng)，調(diào)節(jié)速度快；調(diào)節(jié)有調(diào)節(jié)有級(jí)聯(lián)放大級(jí)聯(lián)放大作用，效率高；作用，效率高；受激素調(diào)節(jié)。受激素調(diào)節(jié)。4.2糖原合成與分解的意義糖原合成與分解的意義 對(duì)維持血糖濃度的相對(duì)恒定和肌肉組織對(duì)對(duì)維持血糖濃度的相對(duì)恒定和肌肉組織對(duì)能量的需要起重要作用。能量的需要起重要作用。 糖原合成與分解是通過(guò)兩

16、條不同的代謝糖原合成與分解是通過(guò)兩條不同的代謝途徑，這是生化物質(zhì)代謝的共同特點(diǎn)。途徑，這是生化物質(zhì)代謝的共同特點(diǎn)。 激素介導(dǎo)對(duì)糖原合成與分解的調(diào)節(jié)在生物激素介導(dǎo)對(duì)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。體內(nèi)具有普遍的意義。糖供能充足：合成糖原儲(chǔ)能糖供能充足：合成糖原儲(chǔ)能 糖供能不足：糖原分解糖供能不足：糖原分解 PART FIVE5.糖原積累癥 糖原積累癥是由先天性酶缺陷所致糖原累積癥糖原累積癥(glycogen storage diseases)是一是一類遺傳性代謝病，其特點(diǎn)為體內(nèi)某些器官組織類遺傳性代謝病，其特點(diǎn)為體內(nèi)某些器官組織中有大量糖原堆積。引起糖原累積癥的原因是中有大量糖原堆

17、積。引起糖原累積癥的原因是患者先天性缺乏與糖原代謝有關(guān)的酶類?；颊呦忍煨匀狈εc糖原代謝有關(guān)的酶類。 PART SIX6.習(xí)題及病例選擇題（共六道）1.合成糖原時(shí)，葡萄糖基的直接供體是A. CDPGB. UDPGC. 1-磷酸葡萄糖D. GDPGE. 6-磷酸葡萄糖【解析】葡萄糖活化為鳥苷二磷酸葡萄糖（UDPG），“活性葡萄糖”UDPG提供葡萄糖基與糖原蛋白結(jié)合，形成糖基化的糖原蛋白，作為糖原合成的引物。B2.糖原分解所得到的初產(chǎn)物是：A. 葡萄糖B. UDPGC. 1-磷酸葡萄糖D. 6-磷酸葡萄糖E. 1-磷酸葡萄糖及葡萄糖E解析：糖原分解第一步，有糖原磷酸化酶催化分解1個(gè)葡萄糖基，生成1-

18、磷酸葡萄糖第二步分支處在-1，6-葡萄糖苷酶作用下水解成游離葡萄糖3. 參與葡萄糖合成糖原的核苷酸有哪些A.GTP B.CTP C.ATP D.UTP E.TTPC D解析：葡萄糖在葡萄激酶作用下磷酸化成為葡糖-6-磷酸，后者在轉(zhuǎn)變成葡糖-1-磷酸。這是為葡萄糖與糖原分子連接做準(zhǔn)備。葡糖-1-磷酸與UTP反應(yīng)生成尿苷二磷酸葡糖及焦磷酸。4. 肌糖原不能直接補(bǔ)充血糖的原因是A.缺乏葡萄糖6磷酸酶;B.缺乏磷酸化酶;C.缺乏脫支酶; D.缺乏己糖激酶;E.含肌糖原高,肝糖原低A解析：因?yàn)榧〖?xì)胞缺乏葡萄糖6磷酸酶，所以不能直接補(bǔ)充血糖5. 糖原分子中1摩爾葡萄糖殘基轉(zhuǎn)變成2摩爾乳酸，可凈產(chǎn)生多少摩爾

19、ATP？A.1 B.2 C.3 D.4 E.5C解析：糖原在體內(nèi)磷酸解得到的產(chǎn)物為葡萄糖-1-磷酸，經(jīng)磷酸葡萄糖變位酶作用生成 葡萄糖-6-磷酸，它進(jìn)入酵解途徑先生成2摩爾丙酮酸、3摩爾ATP、2摩爾NADH+H+，2 摩爾丙酮酸隨后在乳酸脫氫酶作用下還原成乳酸，使2摩爾NADH+H+轉(zhuǎn)化為NAD+ 6.下列不能補(bǔ)充血糖的代謝過(guò)程是A. 肝糖原分解B. 肌糖原分解C. 食物糖類的消化吸收D. 糖異生作用E. 腎小球的重吸收作用B肌糖原不能直接變成葡萄糖,必須先經(jīng)過(guò)分解生乳酸,乳酸通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)肝臟,在肝臟內(nèi)轉(zhuǎn)變成肝糖原或葡萄糖,以便補(bǔ)充血糖或被組織利用.糖原的分解,首先都要形成6-磷酸葡萄糖

20、.6-磷酸葡萄糖的去向取決于它是在骨胳肌細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的,還是在肝細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的.若在骨胳肌細(xì)胞中,由肌糖原生產(chǎn)的6-磷酸葡萄糖將是入糖酵解途徑,在肝細(xì)胞中,由肝糖原產(chǎn)生的6-磷酸葡萄糖既可以進(jìn)入糖酵解途徑,也可以被葡萄糖6-磷酸酶轉(zhuǎn)化為葡萄糖.為何肌細(xì)胞不能將6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化葡萄糖呢?因?yàn)樵诩〖?xì)胞中沒有這種葡萄糖6-磷酸酶.通過(guò)以上的分析：就可以得出葡萄糖與肝糖原可以互相轉(zhuǎn)變,而葡萄糖與肌糖原卻只能從葡萄糖變成肌糖原,從肌糖原卻不能直接變成葡萄糖的結(jié)論了.病例：患者女，46歲。主訴：反復(fù)肝功能異常5月余。病史：患者近5月來(lái)無(wú)明顯誘因出現(xiàn)轉(zhuǎn)氨酶升高，谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)最高達(dá)298 uL，膽紅素正常，無(wú)鞏膜黃染，無(wú)惡心、嘔吐，無(wú)腹痛、腹瀉，曾在外院予以甘利欣等護(hù)肝降酶治療后，谷丙轉(zhuǎn)氨酶降為160 uL。否認(rèn)既往有“肝炎”病史。體格檢查：T 368 ，神志清楚，查體合作，皮膚鞏膜無(wú)黃染，淺表淋巴結(jié)無(wú)腫大。心肺無(wú)異常。腹平軟，無(wú)壓痛，肝脾肋下未捫及。脊柱、四肢、神經(jīng)系統(tǒng)均未發(fā)現(xiàn)異常。輔助檢查：肝功能：ALT 143.6 uL，AST 72.6 uL，TBIL17.0 mmolL；三大常規(guī)、EAA，ESR，BUN，Cr，CEA，AFP，PT，F(xiàn)YI，F(xiàn)T ，TSH，甘油三酯、膽固醇、血糖均正