生物化學(xué)第26章糖原的分解和生物合成課件

第26章糖原的分解和生物合成(Catabolismandbiosynthesisofglycogen)一、糖原的生物學(xué)意義二、糖原的降解三、糖原的生物合成四、糖原代謝的調(diào)控第26章糖原的分解和生物合成(Catabolismand1人對食物中淀粉或糖原的消化吸收

人從食物中攝入大量的淀粉（starch）和少量的糖原。唾液和胰液中含有α－淀粉酶，可以降解攝入的淀粉或糖原，并在脫支酶和麥芽糖酶的參與下，將這些多糖分子徹底降解成葡萄糖，葡萄糖被小腸吸收。

β－淀粉酶只存在于植物和微生物中。

α－淀粉酶是內(nèi)切酶，β－淀粉酶是外切酶。

人對食物中淀粉或糖原的消化吸收人從食物中攝入大量的淀2α和β淀粉酶對糖原或淀粉的水解還原端α和β淀粉酶對糖原或淀粉的水解還原端3一、糖原的生物學(xué)意義

糖原是貯存能量的、容易動員的多糖。當(dāng)機(jī)體細(xì)胞中能量充足時，細(xì)胞即將葡萄糖合成糖原將能量貯存起來；當(dāng)能量供應(yīng)不足時，貯存的糖原即降解為葡萄糖，通過呼吸途徑產(chǎn)生ATP。因此糖原是生物體所需能量的貯存庫。

一、糖原的生物學(xué)意義糖原是貯存能量的、容易動員的多糖4二、糖原的降解

糖原以顆粒狀存在于細(xì)胞溶膠中，其顆粒直徑大小不等，約為10～40nm。每個糖原顆粒含有的葡萄糖分子可高達(dá)12萬。顆粒中還含有催化糖原合成和降解的酶以及調(diào)節(jié)蛋白。

機(jī)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(jìn)入血液，運(yùn)送到全身各處；肌肉中的糖原主要提供肌肉運(yùn)動的需要。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120g。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(yīng)。

二、糖原的降解糖原以顆粒狀存在于細(xì)胞溶膠中，其顆粒直5糖原的降解過程

細(xì)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(yīng)，從糖原的非還原端逐個磷酸解下葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸再經(jīng)磷酸葡萄糖變位酶催化產(chǎn)生葡萄糖-6-磷酸。糖原經(jīng)磷酸化酶單獨(dú)作用的最終產(chǎn)物是許多葡萄糖-1-磷酸和極限糊精。但磷酸化酶不能水解α（1→6）糖苷鍵，而糖原脫支酶可以水解α（1→6）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。糖原的降解過程細(xì)胞中催化糖原降解的是磷酸化酶，它催化6糖原的磷酸解作用鍵斷裂的位置糖原的磷酸解作用鍵斷裂7糖原磷酸化酶

磷酸化酶（phosphorylase）由兩個相同亞基組成，每個亞基的Ser14是磷酸化位點(diǎn)，被磷酸化酶激酶催化磷酸化后激活，此時稱為磷酸化酶a；磷酸化酶a被磷酸酶催化脫磷酸后失去活性，此時稱為磷酸化酶b。磷酸化酶的催化作用需要磷酸吡哆醛作為輔基。糖原磷酸化酶磷酸化酶（phosphorylase）由8糖原脫支酶

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4個葡萄糖殘基中的3個轉(zhuǎn)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α（1→6）糖苷鍵，產(chǎn)物是葡萄糖。糖原脫支酶糖原脫支酶在同一肽鏈上有兩種酶活性，屬于雙9脫支酶催化的反應(yīng)脫支酶催化的反應(yīng)10磷酸葡萄糖變位酶

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(tuán)，在催化反應(yīng)時，這個磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到葡萄糖-1-磷酸的6位羥基上，形成葡萄糖-1,6-二磷酸中間體，然后1位的磷酸再轉(zhuǎn)移到酶的絲氨酸上，酶恢復(fù)原狀，葡萄糖-1,6-二磷酸轉(zhuǎn)變成了葡萄糖-6-磷酸。磷酸葡萄糖變位酶活化的磷酸葡萄糖變位酶的絲氨酸殘基上11葡萄糖-6-磷酸酶

葡萄糖-6-磷酸酶位于肝、腎及腸細(xì)胞的光滑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜上，活性部位朝向內(nèi)側(cè)。此酶能將進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的葡萄糖-6-磷酸水解成葡萄糖和無機(jī)磷酸，葡萄糖通過葡萄糖運(yùn)載蛋白運(yùn)出肝細(xì)胞進(jìn)入血液。

葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶位于肝、腎及腸細(xì)12葡萄糖-6-磷酸酶的膜定位及其催化的反應(yīng)葡萄糖-6-磷酸酶的膜定位及其催化的反應(yīng)13三、糖原的生物合成糖原合成的前體UDPG的結(jié)構(gòu)

早先認(rèn)為糖原合成是糖原降解的逆反應(yīng)，后來發(fā)現(xiàn)糖原合成與糖原降解的反應(yīng)步驟完全不同，合成糖原的前體是UDP－葡萄糖（UDPG），它是葡萄糖的活化形式。

三、糖原的生物合成糖原合成的前體UDPG的結(jié)構(gòu)早先認(rèn)14UDPG的空間充填模型葡萄糖UDPG的空間充填模型葡萄糖15形成UDPG形成UDPG16形成UDPG反應(yīng)的能量變化葡萄糖-1-磷酸與UTP反應(yīng)生成UDPG和焦磷酸的反應(yīng)的自由能變化ΔG接近于零，本屬可逆反應(yīng)，但實(shí)際上焦磷酸的隨后水解釋放出大量的能量，使得反應(yīng)的總ΔG=－25~－31kJ/mol，致使該反應(yīng)成為不可逆。

形成UDPG反應(yīng)的能量變化葡萄糖-1-磷酸與UTP反17糖原合成糖原合酶糖原合成糖原合酶18糖原合成的引物糖原合酶催化的反應(yīng)是將UDPG上的葡萄糖轉(zhuǎn)移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(jīng)存在的糖原分子可以稱為“引物（primer）”。最初起引物作用的是一種分子量為37kD的特殊蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)叫“生糖原蛋白或糖原引物蛋白”。這種蛋白分子上帶有一個由α（1→4）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到蛋白質(zhì)的特定酪氨酸殘基上。糖原合成的引物糖原合酶催化的反應(yīng)是將UDPG上的葡萄19生糖原蛋白的自動催化作用生糖原蛋白具有自動催化作用，可催化大約8個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UDPG。生糖原蛋白實(shí)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糖原合成的活性，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。

生糖原蛋白的自動催化作用生糖原蛋白具有自動催化作用，20形成糖原分支糖原分支酶形成糖原分支糖原分支酶21糖原合成的能量變化在糖原上每加上一個葡萄糖殘基，需要消耗一個UTP。

糖原分支反應(yīng)不需要提供能量，因為α（1→4）糖苷鍵水解釋放出的能量比形成α（1→6）糖苷鍵所需的能量大（約2倍）。

糖原合成的能量變化在糖原上每加上一個葡萄糖殘基，需要22四、糖原代謝的調(diào)控

在糖原代謝中，糖原磷酸化酶和糖原合酶的活性受到嚴(yán)格的調(diào)控。當(dāng)磷酸化酶活性高時，糖原合酶幾乎沒有活性，反之亦然。這兩種酶都受到效應(yīng)物的別構(gòu)調(diào)控，這些別構(gòu)效應(yīng)物有ATP、葡萄糖-6-磷酸、AMP等。在肌肉中，糖原磷酸化酶受AMP的活化，受ATP和G6P及葡萄糖的抑制；而糖原合酶卻受ATP和G6P的活化。四、糖原代謝的調(diào)控在糖原代謝中，糖原磷酸化酶和糖原合23糖原磷酸化酶的調(diào)控機(jī)制

磷酸化酶a是經(jīng)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R態(tài)和不活化的T態(tài)，平衡遠(yuǎn)遠(yuǎn)地偏向R態(tài)；而磷酸化酶b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R態(tài)和非活化的T態(tài)，但平衡遠(yuǎn)遠(yuǎn)地偏向T態(tài)。AMP能使T態(tài)的磷酸化酶b轉(zhuǎn)變成R態(tài)，從而活性提高，ATP使R態(tài)的磷酸化酶b轉(zhuǎn)變?yōu)門態(tài)，抑制酶活性。糖原磷酸化酶的調(diào)控機(jī)制磷酸化酶a是經(jīng)磷酸化修飾的活性24磷酸化酶a和b活性的調(diào)控磷酸化酶a和b活性的調(diào)控25糖原代謝酶的共價修飾調(diào)節(jié)糖原代謝酶的共價修飾調(diào)節(jié)26磷蛋白磷酸酶1的作用及其抑制劑

磷蛋白磷酸酶1（phosphoproteinphospha-tase，PP1）可以水解磷酸化酶a上的磷酸基團(tuán)，使之轉(zhuǎn)變成磷酸化酶b。PP1如果與蛋白磷酸酶抑制劑結(jié)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A）催化的磷酸化而激活，并由PP1去磷酸化而失活。磷蛋白磷酸酶1的作用及其抑制劑磷蛋白磷酸酶1（pho27糖原代謝酶的共價修飾調(diào)節(jié)PP1糖原代謝酶的共價修飾調(diào)節(jié)PP128血糖對肝臟糖原代謝的調(diào)控

血糖濃度直接控制肝臟中糖原代謝相關(guān)酶的活性，肝臟中的磷酸化酶a是葡萄糖濃度的感受器。葡萄糖與磷酸化酶a結(jié)合后，使磷酸化酶a從活化狀態(tài)（R型）轉(zhuǎn)變?yōu)殁g化狀態(tài)（T型），將酶分子第14位Ser上的磷酸基團(tuán)暴露給PP1，PP1實(shí)際上是與磷酸化酶a緊密結(jié)合在一起的。當(dāng)磷酸化酶a的磷酸基團(tuán)被水解而變成磷酸化酶b后，PP1被釋放，游離態(tài)的PP1又成為活化糖原合酶的工具，它將無活性的糖原合酶b上的磷酸基團(tuán)水解，使之成為有活性的糖原合酶a。

血糖對肝臟糖原代謝的調(diào)控血糖濃度直接控制肝臟中糖原代29腎上腺素或胰高血糖素對PP1活性的調(diào)控胰高血糖素