糖原的合成与分解PPT课件.ppt

1、糖原是以葡萄糖为基本单位聚合而成糖原是以葡萄糖为基本单位聚合而成的多糖。在糖原分子中，葡萄糖与葡的多糖。在糖原分子中，葡萄糖与葡萄糖分子之间以萄糖分子之间以1,41,4糖苷键相连构糖苷键相连构成直链，又以成直链，又以1,61,6糖苷键连接形成糖苷键连接形成分枝，整体糖原分子分枝，整体糖原分子 呈树枝。肝和肌呈树枝。肝和肌肉是贮存糖原的主要组织器官。肉是贮存糖原的主要组织器官。 糖糖 原原非还原端：非还原端：多个多个还原端还原端非还原端非还原端形形 状：状：树枝状树枝状分子量：分子量：1001000万万还原端：还原端：一个一个1.糖原的结构特点糖原的结构特点3糖原的分布糖原的分布肝糖原：肝糖原：

2、 含量可达肝重的含量可达肝重的5%5%( (总量为总量为90-10090-100g)g)肌糖原：肌糖原： 含量为肌肉重量的含量为肌肉重量的1 12%(2%(总量为总量为200-4200-40000g)g)返回42.糖原分解糖原分解/ 部位部位 肝脏肝脏/ 产物产物 葡萄糖葡萄糖/ 糖原分解糖原分解 是指糖原分解为葡萄糖的过程。是指糖原分解为葡萄糖的过程。5一、糖原的酶促磷酸解一、糖原的酶促磷酸解 糖原的结构及其连接方式糖原的结构及其连接方式 磷酸化酶磷酸化酶a（催化（催化1.4-糖苷键断裂糖苷键断裂） 三种酶协同作用：三种酶协同作用： 转移酶转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）（催化寡聚葡萄糖片段

3、转移） 脱枝酶脱枝酶（催化（催化1.6-糖苷键水解断裂糖苷键水解断裂） -1，4-糖苷键糖苷键 -1，6糖苷键糖苷键非还原性末端非还原性末端6Pi非还原性末端1-磷酸葡萄糖7糖糖原原磷磷酸酸解解的的步步骤骤非还原端非还原端糖原核心糖原核心磷酸化酶磷酸化酶a转移酶转移酶脱枝酶脱枝酶（释放（释放1个葡萄糖个葡萄糖） G -1-PG G -6-PG极限糊精极限糊精 双重功能酶双重功能酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶8糖原磷酸化酶的作用位点及产物糖原磷酸化酶的作用位点及产物G-1-P磷酸化酶磷酸化酶 a(PLP)非还原性末端非还原性末端磷酸磷酸+断键部位断键部位9(1)糖原糖原磷酸解为磷酸解为1-磷

4、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-110脱脱支支酶酶的的作作用用G GG-1-PG-1-PPiPi脱支酶脱支酶具有双重作用具有双重作用:-1,4-糖基转移酶糖基转移酶-1,6-糖苷酶糖苷酶脱支酶脱支酶脱支酶脱支酶11(2)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变为转变为6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖OHOHOPO

5、HOCH2OHOHOHO1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)POOHOHOOCH2OHOHOHOH磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶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126-磷酸葡萄糖水解为葡萄糖磷酸葡萄糖水解为葡萄糖葡萄糖葡萄糖(glucose)OHHHHOHOHHOHOHCH2OH6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)OHHHHOHOHHOHOHCH2OPO3H2H H3 3POPO4 4H H2 2O O葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶（肝）（肝）6

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 脑与肌肉中缺乏此酶13葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATP ADP糖的分解代谢糖的分解代谢已糖激酶已糖激酶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14糖糖原原分分解解图图糖糖 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变位酶磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖葡萄糖H H2 2O OPiPi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶糖分解代谢糖分解代谢15一、糖原的合成作用一、糖原的合成作用 由葡萄糖和其它单糖如果

7、糖、半乳糖由葡萄糖和其它单糖如果糖、半乳糖合成糖原的过程称为糖原合成，反应合成糖原的过程称为糖原合成，反应在细胞质中进行在细胞质中进行 。糖原的结构糖原的结构 部位：部位： 肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中3.糖原合成糖原合成 定义：定义： 由单糖合成糖原的过程称为由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成糖原的合成(glycogenesis)。 单糖单糖: 葡萄糖葡萄糖(主要主要)、果糖、半乳糖等、果糖、半乳糖等17(1)葡萄糖葡萄糖磷酸化生成磷酸化生成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)OHHHHOHOHHOHOH

8、CH2OH6-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+ADPADP186-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转变为转变为1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖OHOHOPOHOCH2OHOHOHO1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶POOHOHOOCH2OHOHOHOH6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)19(3)尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖的生

9、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+ PPiH2O2Pi20(4)UDPGUDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上中的葡萄糖连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)

10、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)UDP21(5)分支酶催化糖原不断形成新分支链分支酶催化糖原不断形成新分支链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1218G22糖原合成图糖原合成图l 消耗能量消耗能量l 需要引物需要引物l 非还原端非还原端葡萄糖葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原(14和和16葡萄

11、糖单位葡萄糖单位)6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPATPADPADPUDPGUDPGUTPUTPPPiPPi糖原糖原(14葡萄糖单位葡萄糖单位)糖原引物糖原引物UDPUDP返回23糖原的合成与分解图糖原的合成与分解图葡萄糖葡萄糖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 OPiPi24肝糖原与肌糖原比较肝糖原与肌

12、糖原比较 肝糖原肝糖原 肌糖原肌糖原贮贮 量量 90-100g 200-500g 5% 1-2%合成原料合成原料 单糖单糖/非糖物质非糖物质 葡萄糖葡萄糖分解产物分解产物 葡萄糖葡萄糖 乳乳 酸酸功功 能能 维持血糖浓度维持血糖浓度 满足剧烈运动时满足剧烈运动时 的相对恒定的相对恒定 肌肉对能量的需要肌肉对能量的需要消消 耗耗 餐后餐后12-18h 剧烈运动后剧烈运动后返回254.糖原合成与分解的调节糖原合成与分解的调节& 磷酸化酶磷酸化酶 变 构 调 节变 构 调 节共价修饰调节共价修饰调节& 糖原合成酶糖原合成酶受同一调节系统控制受同一调节系统控制即：激素即：激素- -cAMP-cAMP-

13、蛋白激酶蛋白激酶有两种类型有两种类型即：活性形式即：活性形式和无活性形式和无活性形式26糖原的合成和分解通过对糖原的合成和分解通过对糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶和和糖原合成酶糖原合成酶 的调节机制进行调控的调节机制进行调控 别构调控别构调控 共价修饰共价修饰 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、Glc27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价修饰价修饰的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但的调节。二种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

14、。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 ( 无活性无活性)OHOHATPADPH2OPi糖原合成酶糖原合成酶 b ( 无活性无活性)糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a ( 有活性有活性)PP28(1)糖原合酶的变构调节糖原合酶的变构调节R 变构激活剂：变构激活剂：6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖结论：结论： 当葡萄糖充足时，体内糖原合成当葡萄糖充足时，体内糖原合成加强，糖原分解减弱。加强，糖原分解减弱。29(2)糖原合酶的共价修饰调节糖原合酶的共价修饰调节A A激酶激酶( (有活性有活性) )ATPATPADPADPH H2 2O OPiPi磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-

15、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-（无活性（无活性）P PA A激酶激酶( (无活性无活性) )cAMPcAMP+30(3)cAMP(3)cAMP对糖原合成与分解的调节对糖原合成与分解的调节A A激酶激酶( (有活性有活性) )A A激酶激酶( (无活性无活性) )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 (无活性无活性)ATPATPADPADP磷酸化酶磷酸化酶b（无活性（无活性）2ATP2ATP2ADP2ADP磷酸化酶磷酸化酶a- （高活性（高活性）P P 糖原合酶糖原

16、合酶a（有活性（有活性）糖原合酶糖原合酶b-（无活性（无活性）+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-131胰高血糖素胰高血糖素和肾上腺素和肾上腺素对糖原合成对糖原合成与分解的与分解的调节调节胰高血糖素、肾上腺素胰高血糖素、肾上腺素腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶+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+磷酸化酶磷酸化酶b b磷酸化酶磷酸化酶a a+糖原分解加强糖原分解加强糖原合成下降糖

17、原合成下降级联放大效应返回32cAMP结构结构33 (3)、激素对糖原激素对糖原合成与分解的调控合成与分解的调控意义意义：由于由于酶的共价修饰酶的共价修饰反应是酶促反反应是酶促反应，只要有少应，只要有少量信号分子量信号分子（如激素）存（如激素）存在，即可通过在，即可通过加速这种酶促加速这种酶促反应，而使大反应，而使大量的另一种酶量的另一种酶发生化学修饰，发生化学修饰，从而获得放大从而获得放大效应。这种调效应。这种调节方式快速、节方式快速、效率极高。效率极高。肾上腺素或肾上腺素或胰高血糖素胰高血糖素1、腺苷酸环化酶、腺苷酸环化酶（无活性）（无活性）腺苷酸环化酶（活性）腺苷酸环化酶（活性）2、AT

18、PcAMPR、cAMP3、蛋白激酶、蛋白激酶（无活性）（无活性）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（无活性）（无活性）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（无活性）（无活性）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肾上腺素或肾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 ADP45634激素通过激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在

19、蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶蛋白激酶 （无活性）（无活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素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35G蛋白（蛋白（GTP结合蛋白）结合蛋白）36cAMP激活蛋白激活蛋白激酶的作用机理激酶的作用机理375.糖原合成与分解的意义糖原合成与分解的意义 对维持血糖浓度的相对恒定对维持血糖浓度的相对恒定和肌和肌肉组织对能量的需要肉组织对能量的需要起重要作用。起重要作用。 糖原合成与分解是通过两条不同糖原合成与分解是通过两

20、条不同的代谢途径，说明生化的一个重要原的代谢途径，说明生化的一个重要原理。理。 激素介导对糖原合成与分解的调激素介导对糖原合成与分解的调节在生物体内具有普遍的意义。节在生物体内具有普遍的意义。 解释了临床上的某些遗传性疾病解释了临床上的某些遗传性疾病返回38血糖指血中的葡萄糖。血糖来源为肠道血糖指血中的葡萄糖。血糖来源为肠道吸收、肝糖原分解或肝内糖异生生成就吸收、肝糖原分解或肝内糖异生生成就葡萄糖释入血液。葡萄糖释入血液。血糖的去路主要是在组织器官中氧化供血糖的去路主要是在组织器官中氧化供能，可合成糖原贮存或转变成脂肪及某能，可合成糖原贮存或转变成脂肪及某些氨基酸等。些氨基酸等。 血糖的来源和

21、去路血糖的来源和去路一、血糖水平的调节一、血糖水平的调节 1.1.胰岛素胰岛素胰岛素降血糖是多方面作用的结果：胰岛素降血糖是多方面作用的结果：促进肌肉、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体促进肌肉、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体将葡萄糖转运入细胞。将葡萄糖转运入细胞。通过激活丙酮酸脱氢酶加速丙酮酸氧化为乙通过激活丙酮酸脱氢酶加速丙酮酸氧化为乙酰酰CoACoA，促进糖的有氧分解。，促进糖的有氧分解。通过抑制依赖通过抑制依赖cAMPcAMP的蛋白激酶，使细胞内的蛋白激酶，使细胞内cAMPcAMP降低，使糖原合成酶活性增强，磷酸化酶降低，使糖原合成酶活性增强，磷酸化酶活性减弱，结果是加速糖原合成而抑制糖原分活

22、性减弱，结果是加速糖原合成而抑制糖原分解。解。抑制肝内糖异生。抑制肝内糖异生。通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶，通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶，可减缓脂肪动员的速率。可减缓脂肪动员的速率。其升高血糖的机制包括：其升高血糖的机制包括：激活依赖激活依赖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。通过抑制磷酸果糖激酶通过抑制磷酸果糖激酶2 2抑制糖酵解途径，抑制糖酵解途径，加速糖异生作用。加速糖异生作用。促进磷酸烯醇式丙酮酸激酶的合成，抑促进磷酸烯醇式丙酮酸激酶的合成，抑制丙

23、酮酸激酶，增强糖异生。制丙酮酸激酶，增强糖异生。与胰岛素作用相反，加速脂肪动员，间与胰岛素作用相反，加速脂肪动员，间接升高血糖水平。接升高血糖水平。2.2.胰高血糖素胰高血糖素3.3.糖皮质激素糖皮质激素 促进肌肉蛋白质分解，分解产生促进肌肉蛋白质分解，分解产生的氨基酸转移到肝进行糖异生。的氨基酸转移到肝进行糖异生。抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖，抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。 二、糖水平异常二、糖水平异常 1.1.高血糖和糖尿病高血糖和糖尿病 在正常情况下，血糖在正常情况下，血糖水平维持在水平维持在3.893.896.11mmol/L6.11

24、mmol/L之间。空腹之间。空腹时血糖浓度高于时血糖浓度高于7.28mmol/L7.28mmol/L称为高血糖。称为高血糖。如果血糖值超过肾糖阈值如果血糖值超过肾糖阈值8.96mmol/L 8.96mmol/L ，尿，尿中还可出现糖，就称为糖尿病中还可出现糖，就称为糖尿病 。2.2.低血糖与低血糖昏迷低血糖与低血糖昏迷 血糖浓度低于血糖浓度低于3.92mmol/L3.92mmol/L（70mg/L70mg/L）时，可出现低血糖）时，可出现低血糖症症 。若血糖浓度继续下降，低于。若血糖浓度继续下降，低于2.252.25时，时，就会严重影响大脑的功能，出现惊厥和昏就会严重影响大脑的功能，出现惊厥和

25、昏迷，一般称为迷，一般称为“低血糖休克低血糖休克”。 淀粉的结构特点淀粉的结构特点 直链淀粉合成直链淀粉合成 由由淀粉合成酶淀粉合成酶催化，需引物（催化，需引物（GnGn）,ADPG,ADPG供糖基，供糖基，形成形成1.41.4糖苷键。糖苷键。 支链淀粉合成支链淀粉合成 淀粉合成酶淀粉合成酶: :催化形成催化形成-1.4-1.4糖苷键糖苷键 Q Q酶（分支酶）酶（分支酶）: :既能催化既能催化-1.4-1.4糖苷键的断裂，又糖苷键的断裂，又能催化能催化-1-1、6 6糖苷键的形成糖苷键的形成淀粉的生物合成淀粉的生物合成45淀粉的分枝结构淀粉的分枝结构开始分枝的残基开始分枝的残基非还原端非还原端

26、残基残基两个葡萄糖单位之两个葡萄糖单位之间的间的1，6-糖苷键糖苷键两个葡萄糖单位之两个葡萄糖单位之间的间的1，4-糖苷键糖苷键46直链淀粉的合成直链淀粉的合成AADPG引物（引物（Gn）+直链淀粉直链淀粉(Gn+1)AADP472、淀粉的分解、淀粉的分解淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶 脱支酶脱支酶淀粉淀粉+nH+nH3 3POPO4 4 nG-1-p+ nG-1-p+少量葡萄糖少量葡萄糖 淀粉的淀粉的磷酸解磷酸解 淀粉的酶促水解解淀粉的酶促水解解 淀粉酶淀粉酶：在淀粉在淀粉分子内部任意水解分子内部任意水解-1.4-1.4糖苷键。（内切酶）糖苷键。（内切酶） 淀粉酶淀粉酶: :从非还原从非还原端开始，水解端开始，水解.4.4糖糖苷键，依次水解下一个苷键，依次水解下一个麦芽糖单位（外切酶）麦芽糖单位（外切酶） 脱支酶（脱支酶（R R酶）酶）: :水解水解淀粉酶和淀粉酶和淀粉酶淀粉酶作用后留下的极限糊精中作用后留下的极限糊精中的的1.6 1.6 糖苷键糖苷键。淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶48在在Q酶作用下的支链淀粉的合成酶作用下的支链淀粉的合成+Q酶（酶（1）Q酶（酶（2）BAAABBnmmmnn49