生物化學2糖原的分解及合成課件

四、糖原合成與分解的調節(jié)五、糖原的異生作用

第三章

糖原的分解及合成（GlycogenolysisandGlycogenesis）一、糖原的分解進行部位細胞液肌肉：肌糖原，180~300g，主要供肌肉收縮所需肝臟：肝糖原，70~100g，維持血糖水平

1、1-磷酸葡萄糖的生成反應步驟

糖原分子在“磷酸化酶”催化下，糖原的非還原性末端的葡萄糖間的α-1，4-糖苷鍵被磷酸解生成1-磷酸葡萄糖。在磷酸化酶不斷催化下，糖原分子逐漸變小。

由于磷酸化酶不能催化α-1，6-糖苷鍵，所以磷酸解反應到距離分支點約4個葡萄糖殘基時，磷酸化酶的催化作用停止。此時剩下4個葡萄糖殘基由“轉移酶”催化，將其中3個葡萄糖殘基轉移到鄰近的糖鏈上，并以α-1，4-糖苷鍵相連，為磷酸化酶繼續(xù)催化其磷酸解創(chuàng)造條件，剩下一個以α-1，6-糖苷鍵相連的葡萄糖殘基則由“脫支酶”（α-1，6-糖苷酶）催化，水解生成游離葡萄糖。

糖原的結構及其連接方式

磷酸化酶（催化1.4-糖苷鍵l磷酸解斷裂）

三種酶協(xié)同作用：轉移酶（催化寡聚葡萄糖片段轉移）

脫枝酶（催化1.6-糖苷鍵水解斷裂）

糖原的磷酸解

-1，4-糖苷鍵-1，6糖苷鍵非還原性末端磷酸化酶8分子G-1-P轉移酶脫枝酶1分子G2、6-磷酸葡萄糖

1-磷酸葡萄糖在變位酶催化下轉化為6-磷酸葡萄糖。

磷酸葡萄糖變位酶3、葡萄糖的生成

6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖酶的催化下水解生成葡萄糖。其中，6-磷酸葡萄糖酶主要存在于肝臟，少量存在于腎臟。肌肉和腦中無此酶，所以只有肝、腎中的糖原可以分解為葡萄糖補充血糖。二、糖原的合成（一）概念葡萄糖或其它單糖為原料，合成糖原的過程稱為糖原合成(glycogenesis)

。（二）進行部位

細胞液進行部位（三）反應步驟1、葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖

葡萄糖進入細胞后，在ATP和Mg2+存在下，由葡萄糖激酶催化生成6-磷酸葡萄糖。反應不可逆。ATPADP

2、6-磷酸葡萄糖轉變?yōu)?-磷酸葡萄糖在磷酸葡萄糖變位酶催化下生成。磷酸葡萄糖變位酶3、尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）的生成

1-磷酸葡萄糖與尿苷三磷酸（UTP）在UDPG焦磷酸化酶催化下生成UDPG，同時釋放出焦磷酸PPi。++PPi1-磷酸葡萄糖UTPUDPG4、以α-1，4-糖苷鍵連接的葡萄糖聚合物的生成在糖原合成酶催化下，UDPG中的葡萄糖基以α-1，4-糖苷鍵與引物的非還原性末端相連，每反應一次，糖原引物上便增加1分子葡萄糖單位。多次循環(huán)后，則生成一個線狀大分子。糖原合成時需要體內原有的小分子糖原參與，此小分子糖原稱為“引物”。引物5、糖原的生成糖原合成酶只能催化合成α-1，4-糖苷鍵，不能形成分支。分支鏈的形成需要“糖原分支酶”催化：將α-1，4-糖苷鍵連接的糖鏈中的一段（6個或7個葡萄糖殘基）轉移，并以α-1，6-糖苷鍵與原糖鏈中的葡萄糖殘基連接成分支鏈。糖原分支酶

在引物上不斷增長碳鏈，并不是從頭合成。每增加一個葡萄糖殘基就消耗1分子UTP。糖原合成的本質1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶（UDP-glucosepytophosphorylase）催化單糖基的活化形成糖核苷二磷酸，為各種聚糖形成時，提供糖基和能量。

動物細胞中糖原合成時需UDPG；植物細胞中蔗糖合成時需UDPG，淀粉合成時需ADPG，纖維素合成時需GDPG和UDPG。2、糖原合成酶（glycogensynthase）催化-1，4-糖苷鍵合成3.糖原分支酶（glycogenbranchingenzyme）催化-1，6-糖苷鍵合成總結糖原的合成與分解總圖三、糖原合成與分解的意義維持血中葡萄糖濃度相對恒定糖原是糖在體內的貯存形式。進食后多余的糖可在肝臟或其他組織合成糖原，以免血糖濃度過度升高；不進食期間，肝糖原則分解為葡萄糖釋放入血，使血糖濃度不至于太低。

糖原合成和分解與鉀代謝有關葡萄糖進入細胞合成糖原過程中，伴有K+轉移入細胞，使血K+趨于降低，所以輸注胰島素和大量葡萄糖時，要注意防止低血鉀。四、糖原合成與分解的調節(jié)

糖原的分解和合成都是根據(jù)機體的需要由一系列的調控機制進行調控，其限速酶分別為磷酸化酶和糖原合成酶。

主要受糖原合成酶影響

主要受磷酸化酶活性影響糖原合成的調節(jié)糖原分解的調節(jié)1、兩種酶的活性均受磷酸化和脫磷酸化的共價修飾調節(jié)

磷酸化的磷酸化酶有活性，磷酸化的糖原合成酶則失去活性；脫磷酸化的糖原磷酸化酶失去活性，糖原合成酶則增加活性。2、兩種酶活性均受激素的調節(jié)

胰島素促進糖原合成并降低血糖濃度；腎上腺素、胰高血糖素等促進糖原降解并增加血糖濃度。例如五、糖原的異生作用（一）概念由非糖物質轉化成葡萄糖或糖原的過程叫做糖原的異生作用。非糖物質糖原（葡萄糖）

用整體動物做實驗，禁食24小時，大鼠肝臟中的糖原由7%降低到1%，飼喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循環(huán)代謝的中間物后可以使大鼠肝糖原增加。

研究實驗

根皮苷是一種從梨樹莖皮中提取的有毒的糖苷，它能抑制腎小管將葡萄糖重吸收進入血液中，這樣血液中的葡萄糖就不斷地由尿中排出。當給用根皮苷處理過的動物飼喂三羧酸循環(huán)中間代謝物或生糖氨基酸后，這些動物尿中的糖含量增加。糖尿病人或切除胰島的動物，他們從氨基酸轉化成糖的過程十分活躍。當攝入生糖氨基酸時，尿中糖含量增加。（二）糖原異生的前體及途徑

1、前體（1）凡是能生成丙酮酸的物質均可轉變?yōu)槠咸烟牵?/p>

如乳酸、三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物（檸檬酸、酮戊二酸、蘋果酸等）；（2）凡是能轉變成丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸的氨基酸均可轉變成葡萄糖：

如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、組氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、纈氨酸等。（3）脂肪水解產(chǎn)生的甘油轉變?yōu)榱姿岫u丙酮后轉變?yōu)槠咸烟?，但動物體中脂肪氧化分解產(chǎn)生的乙酰CoA不能逆轉為丙酮酸，故不能異生成葡萄糖；（4）反芻動物糖異生作用很旺盛，牛胃細菌可將纖維素分解為乙酸、丙酸、丁酸等，奇數(shù)脂肪酸可轉變?yōu)殓牾oA，然后異生為葡萄糖。

乳酸、生糖氨基酸、甘油主要前體2、進行部位

主要在肝臟中進行。另外，腎臟中也可進行糖的異生。尤其是較長時間饑餓時腎臟糖異生作用很強，相當于同重量的肝臟的水平。3、途徑各類非糖物質轉變?yōu)樘窃木唧w步驟基本上按糖酵解逆過程進行。（1）6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖+H2O+Pi6-磷酸葡萄糖磷酸酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖（2）1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖1，6二磷酸果糖磷酸酶+

H2O+Pi1,6-二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖POH2COHOOHHHH（3）丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)————丙酮酸羧化支路

丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸，后者在烯醇丙酮酸磷酸羧激酶催化下脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸。PEP羧激酶ATP+H2O

ADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO2目錄①丙酮酸羧化酶(pyruvatecarboxylase)，輔酶為生物素（反應在線粒體）②磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（反應在線粒體、細胞液）4、甘油、丙酮酸、乳酸等糖異生作用（1）甘油的糖異生作用在甘油磷酸激酶作用下生成α-磷酸甘油，再經(jīng)α-磷酸甘油脫氫酶作用轉變?yōu)榱姿岫u丙酮。再沿糖酵解逆反應過程生成糖。（2）乳酸、丙酮酸等異生作用乳酸、丙酮酸及三羧酸循環(huán)中一些羧酸進行糖異生時，需通過“丙酮酸羧化支路”。

乳酸在乳酸脫氫酶催化下還原為丙酮酸，丙酮酸轉入線粒體內，經(jīng)丙酮酸羧化酶催化轉變?yōu)椴蒗Ｒ宜?。草酰乙酸不能通過線粒體膜回到細胞液，但線粒體內的草酰乙酸可以經(jīng)加氫還原生成蘋果酸，蘋果酸可以穿過線粒體內膜轉移到細胞液，蘋果酸可在蘋果酸脫氫酶催化下再生成草酰乙酸。草酰乙酸由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。磷酸烯醇式丙酮酸沿糖酵解逆反應轉變?yōu)樘恰１岜岵蒗Ｒ宜岜狒然窤TP+CO2ADP+Pi蘋果酸NADH+H+NAD+天冬氨酸谷氨酸α-酮戊二酸天冬氨酸蘋果酸草酰乙酸PEP磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶GTPGDP+CO2線粒體胞液

生糖氨基酸可轉變?yōu)樘怯醒醴纸馔緩缴系聂人徇M行糖的異生作用?？偨Y

非糖物質進入糖異生的途徑⑴糖異生的原料轉變成糖代謝的中間產(chǎn)物生糖氨基酸α-酮酸-NH2甘油

α-磷酸甘油磷酸二羥丙酮乳酸丙酮酸2H⑵上述糖代謝中間代謝產(chǎn)物進入糖異生途徑，異生為葡萄糖或糖原糖酵解與糖異生的關系目錄（三）糖原異生的生理意義

1、血糖的重要來源對維持空腹或饑餓時血糖的相對恒定具有重要意義。體內糖貯存量有限，如果沒有外源性補充，只需10多個小時糖原即可耗盡。事實上，禁食24小時，血糖仍能保持正常水平，此時完全依賴糖的異生作用。糖的異生作用一直在進行，只是空腹和饑餓時明顯加強。

血糖，指血液中的葡萄糖。

血糖水平，即血糖濃度。

正常血糖濃度：3.9~6.1mmol/L

血糖及血糖水平的概念血糖水平恒定的生理意義

保證重要組織器官的能量供應，特別是某些依賴葡萄糖供能的組織器官。腦組織不能利用脂酸，正常情況下主要依賴葡萄糖供能；紅細胞沒有線粒體，完全通過糖酵解獲能；骨髓及神經(jīng)組織代謝活躍，經(jīng)常利用葡萄糖供能。血糖食物糖消化，吸收肝糖原分解非糖物質糖異生氧化分解CO2+H2O糖原合成

肝（?。┨窃姿嵛焯峭緩降绕渌侵?、氨基酸合成代謝脂肪、氨基酸

血糖來源和去路

血糖水平的調節(jié)主要調節(jié)激素降低血糖：胰島素(insulin)

升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、糖皮質激素、腎上腺素主要依靠激素的調節(jié)

（一）胰島素①促進葡萄糖轉運進入肝外細胞；②加速糖原合成，抑制糖原分解；③加快糖的有氧氧化；④抑制肝內糖異生；⑤減少脂肪動員。——體內唯一降低血糖水平的激素胰島素的作用機制:（二）胰高血糖素①促進肝糖原分解，抑制糖原合成；②抑制酵解途徑，促進糖異生；③促進脂肪動員?！w內升高血糖水平的主要激素胰高血糖素的作用機制：（三）糖皮質激素——引起血糖升高，肝糖原增加糖皮質激素的作用機制可能有兩方面：①促進肌肉蛋白質分解，分解產(chǎn)生的氨基酸轉移到肝進行糖異生。②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。

（四）腎上腺素——強有力的升高血糖的激素腎上腺素的作用機制：通過肝和肌肉的細胞膜受體、cAMP、蛋白激酶級聯(lián)激活磷酸化酶，加速糖原分解。主要在應激狀態(tài)下發(fā)揮調節(jié)作用。

2、體內乳酸利用的主要方式

劇烈運動時產(chǎn)生的大量乳酸會迅速擴散到血液，隨血液循環(huán)流至肝臟，先氧化成丙酮酸，再經(jīng)糖異生作用轉變?yōu)槠咸烟?，進而補充血糖，也可重新合成肌糖原被貯存起來。這一過程叫做乳酸循環(huán)（或稱Cori循環(huán)）?？梢?，糖異生作用對乳酸的再利用，肝糖原更新，補充肌肉糖的消耗以及防止乳酸中毒等方面都起著重要