糖原的合成与分解课件.ppt

1、1 糖原（糖原（glycogen）是由许多葡萄糖分子是由许多葡萄糖分子聚聚合合而成的而成的带有分支带有分支的高分子多糖类化合的高分子多糖类化合物。物。一、什么是糖原？-1，4-糖苷键OOCH2OHOOOHOHCH2OHOOOHOHCH2OHOOHOH还原端OHOCH2OHOOOHOHCH2OHOOOHOHCH2OHOOOHOHOOHOHOHCH2OOOHOHCH2-1，6-糖苷键非还原端2 糖原（糖原（glycogen）是由许多葡萄糖分子是由许多葡萄糖分子聚聚合合而成的而成的带有分支带有分支的高分子多糖类化合的高分子多糖类化合物。物。是动物体内糖的重要是动物体内糖的重要贮存形式贮存形式。是机体

2、能迅速动用的是机体能迅速动用的能量储备能量储备。一、什么是糖原？3n葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链。n约10个葡萄糖单元处形成分枝，分枝出葡萄糖以-1,6-糖苷键连接，溶解度增加。n形状：树枝状n分子量：1001000万糖原的结构特点-1,4糖苷键-1,6糖苷键4n主链自还原端开始；每条链都终止于一个非还原端。n还原端：一个 非还原端：多个n糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除，均在其非还原端进行；非还原端增多，利于其被酶分解。糖原的结构特点非还原端还原端5肝糖原含量可达肝重的5%(总量为70-100g)肌糖原含量为肌肉重量的12%(总量为200-400g)糖原的分布6（一）（一）

3、定义定义 糖原的合成糖原的合成(glycogenesis)是指由单糖是指由单糖合成糖原的过程合成糖原的过程。（二）合成部位（二）合成部位 组织定位：主要在组织定位：主要在肝脏、肌肉组织肝脏、肌肉组织 细胞定位：细胞定位：胞浆胞浆二、糖原的合成7 糖原合成的反应过程可分为三个阶段：糖原合成的反应过程可分为三个阶段：（三）反应过程：1活化2缩合3分支1 1活化：活化：由葡萄糖生成由葡萄糖生成尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖（uridine diphosphate glucose,UDPG）。是一耗能过程。是一耗能过程。己糖激酶(葡萄糖激酶)ADPMg2+ATPOHHOHHOOHHHHCH2HOOH

4、POHHOHHOOHHHHOHCH2OCH2OHOPOHHHOHOHOH葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶 磷酸化磷酸化异构异构UDPG焦磷酸化酶HHHHOPPHOHOOOHH2HOC苷尿 转形转形2 2缩合：缩合：在关键酶在关键酶糖原合酶糖原合酶（glycogen synthase)的催化下，的催化下，以原有糖原分子为引物以原有糖原分子为引物，添加新的葡萄糖单位。，添加新的葡萄糖单位。糖原合酶*UDPG+(G)n(G)n+1+UDPHHHHOPPHOHOOOHH2HOC苷尿HHHHOHOHOOOHH2HOCPP苷尿*糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物(primer)，作为UDPG 上葡萄

5、糖基的接受体。糖原合酶*UDPG+(G)n(G)n+1+UDP13第一个第一个糖原分子从哪里来呢？糖原分子从哪里来呢？人们在糖原分子的核心发现了一种人们在糖原分子的核心发现了一种名 为名 为 g l y c o g e n i n 的 蛋 白 质。的 蛋 白 质。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，可对其自身进行共价修饰，将将UDP-UDP-葡萄糖分子的葡萄糖分子的C1C1结合到其酶分子结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。成时的引物。HHHHOPPHOHOOOH

6、H2HOC苷尿HHHHOHOHOOOHH2HOCPP苷尿3 3分支：分支：当直链长度达当直链长度达1212个葡萄糖残基以个葡萄糖残基以上时，在上时，在分支酶分支酶(branching enzyme)(branching enzyme)的催化下，将距末端的催化下，将距末端6 67 7个葡萄糖残个葡萄糖残基组成的寡糖链基组成的寡糖链由由-1,4-1,4-糖苷键转变糖苷键转变为为-1,6-1,6-糖苷键糖苷键，使糖原出现分支。，使糖原出现分支。分 支 酶 (branching enzyme)-1,4-糖苷键 糖原的合成糖原的合成与分解代谢G-6-P G 己糖(葡萄糖)激酶 磷酸葡萄糖变位酶 G-1-

7、P UDPG焦磷酸化酶 UTP UDPG PPi 糖原合酶 Gn+1 UDP Gn 葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原磷酸化酶 Pi Gn 分枝酶21（四）糖原合成的特点：（四）糖原合成的特点：1.1.必须以必须以原有糖原分子作为引物原有糖原分子作为引物；2.2.合成反应在糖原的合成反应在糖原的非还原端非还原端进行进行；3.3.合成为一耗能过程，每增加一个葡萄合成为一耗能过程，每增加一个葡萄糖残基，需糖残基，需消耗消耗2 2个高能磷酸键个高能磷酸键（2 2分分子子ATPATP）；）；4.4.关键酶是关键酶是糖原合酶糖原合酶(glycogen(glycogen synthase)synthase)，为

8、一共价修饰酶；，为一共价修饰酶；5.5.需需UTPUTP参与（以参与（以UDPUDP为载体）。为载体）。22（一）反应过程：三、糖原的分解代谢糖原的分解代谢过程可分为三个阶段：糖原的分解代谢过程可分为三个阶段：1水解2异构3脱磷酸1 1水解：水解：包括三步反应，循环交替进行。包括三步反应，循环交替进行。磷酸解：由磷酸解：由糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化对催化对-1,4-1,4-糖苷键磷糖苷键磷酸解，生成酸解，生成G-1-PG-1-P。糖原磷酸化酶*(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P糖原磷酸化酶*(G)n+Pi(G)n-1+G-1-P糖原磷酸化酶

9、 转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由个葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶葡聚糖转移酶催化，催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直链的非还原端，使分支点暴露。链的非还原端，使分支点暴露。脱枝：由脱枝：由-1,6-1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶催化。将催化。将-1,6-1,6-糖苷键水解，生成一分子自由葡糖苷键水解，生成一分子自由葡萄糖。萄糖。-1,6-葡萄糖苷酶(G)n+H2O(G)n-1+GGG-1-PPi脱枝酶具有:-1,4-葡聚糖转移酶-1,6-葡聚糖苷酶的双重作用脱枝酶脱枝酶脱枝酶 (debranching

10、enzyme)磷 酸 化 酶 -1,6糖苷酶活性 转移酶活性 29糖原水解小结糖原水解小结n磷酸化酶只作用于磷酸化酶只作用于-1,4-1,4糖苷键，对糖苷键，对-1,6-1,6糖苷键不起作用糖苷键不起作用。n当磷酸解反应进行到距分支点约当磷酸解反应进行到距分支点约4 4个葡萄糖基时，脱支酶开个葡萄糖基时，脱支酶开始发挥作用，它首先将始发挥作用，它首先将3 3个葡萄糖基转移到邻近糖链的非还个葡萄糖基转移到邻近糖链的非还原末端，以原末端，以-1,4-1,4糖苷键相连；然后将剩下的以糖苷键相连；然后将剩下的以-1,6-1,6糖苷糖苷键连接的葡萄糖基直接水解为游离葡萄糖。键连接的葡萄糖基直接水解为游离

11、葡萄糖。n脱支酶有脱支酶有两种酶活性两种酶活性：葡聚糖转移酶和葡聚糖转移酶和-1,6-1,6葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶。n除去分支后，磷酸化酶则继续发挥作用。因此在磷酸化酶与除去分支后，磷酸化酶则继续发挥作用。因此在磷酸化酶与脱支酶的共同作用下，糖原的分支越来越少，分子不断变小。脱支酶的共同作用下，糖原的分支越来越少，分子不断变小。77磷酸化酶(别构酶)ATP抑制-AMP激活+H3PO4糖苷键-1，6糖苷键糖原核心糖原核心 G-1-P+脱枝酶1 G糖原核心磷酸化酶+H3PO4G-1-P转移酶糖原核心2 2异构：异构：1-1-磷酸葡萄糖在变位酶作用下转变磷酸葡萄糖在变位酶作用下转变为为 6-6-磷酸葡

12、萄糖。磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖变位酶G-1-PG-6-PCH2OPOHHHOHOHOHCH2OHOPOHHHOHOHOH磷酸葡萄糖变位酶3脱磷酸：6-磷酸葡萄糖由葡萄糖-6-磷酸酶(glucose-6-phosphatase)催化水解为葡萄糖。葡萄糖-6-磷酸酶G-6-P+H2OG+Pi CH2OPOHHHOHOHOHCH2OHOHHHOHOHOH葡萄糖-6-磷酸酶H2OPiOH 主要存在于肝、肾细胞，肌肉组织中不含此酶，因此肌糖原不能分解为葡萄糖，只能进入糖酵解或有氧氧化。葡萄糖-6-磷酸酶G-6-P+H2OG+Pi 35*肌糖原的分解肌糖原的分解n肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相肌糖

13、原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成同，但是生成6 6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中织中不存在葡萄糖不存在葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶，所以生成的，所以生成的6-6-磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供磷酸葡萄糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。n肌糖原的分解与合成与肌糖原的分解与合成与乳酸循环乳酸循环有关。有关。G-6-P的代谢去路G（补充血糖）G-6-P F-6-P（进入酵解途径）G-1-PGn（合成糖原）UDPG 6-磷酸葡萄糖酸内酯（进入磷酸戊糖途径）葡萄糖醛酸（进入葡萄糖醛

14、酸途径）37（二）糖原分解的特点：（二）糖原分解的特点：1.1.水解反应在糖原的水解反应在糖原的非还原端非还原端进行；进行；2.2.是一是一非耗能非耗能过程；过程；3.3.关键酶是关键酶是糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen phosphory-lase)，为一共价修饰酶，其，为一共价修饰酶，其辅酶是磷酸吡哆醛。辅酶是磷酸吡哆醛。38糖原的合成与分解代谢G-6-P G 己糖(葡萄糖)激酶 磷酸葡萄糖变位酶 G-1-P UDPG焦磷酸化酶 UTP UDPG PPi 糖原合酶 Gn+1 UDP Gn 葡萄糖-6-磷酸酶（肝）糖原磷酸化酶 Pi Gn 分枝酶脱枝酶39 合成与分解不是简单的可逆

15、反应合成与分解不是简单的可逆反应 合成途径合成途径 糖原合酶糖原合酶 分解途径分解途径 磷酸化酶磷酸化酶 调节方式：调节方式：共价修饰共价修饰和和变构调节变构调节 生理性调节：激素（胰高血糖素与胰岛素）生理性调节：激素（胰高血糖素与胰岛素）四、糖原合成与分解的调节四、糖原合成与分解的调节40 1 1、共价修饰调节、共价修饰调节 糖原合酶：糖原合酶：糖原合酶糖原合酶a a：有活性：有活性 糖原合酶糖原合酶b b（磷酸化）：（磷酸化）：。磷酸化酶磷酸化酶:磷酸化酶磷酸化酶a a（磷酸化）：（磷酸化）：磷酸化酶磷酸化酶b b：无活性：无活性 A激酶(有活性)ATPADPH2OPi磷蛋白磷酸酶-1糖原

16、合酶a（有活性）糖原合酶b-（无活性）PA激酶(无活性)cAMP+糖原合酶的共价修饰调节腺苷环化酶 （无活性）腺苷环化酶（有活性）激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体 ATP cAMP PKA(无活性)磷酸化酶b激酶 糖原合酶 糖原合酶-P PKA(有活性)磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 磷酸化酶b激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 磷蛋白磷酸酶抑制剂 PKA（有活性）糖原合成与分解的调节糖原合成与分解的调节激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体 腺苷环化酶 （无活性）腺苷环化酶（有活性）ATP cAMP PKA(无活性)PKA(

17、有活性)磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 糖原合酶 糖原合酶-P 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 44调节有级联放大作用，效率高；两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反；此调节为酶促反应，调节速度快；受激素调节。共价修饰调节 452.别构调节磷酸化酶二种构像紧密型(T)和疏松型(R)，其中T型的14位已被磷酸化的Ser暴露，便于接受前述的共价修饰调节。*葡萄糖是磷酸化酶的别构抑制剂。磷酸化酶 a(R)疏松型磷酸化酶 a (T)紧密型葡萄糖 46*在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调节，而肌肉主要受肾上

18、腺素调节。*肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为AMP、ATP及6-磷酸葡萄糖。糖原合酶磷酸化酶a-P磷酸化酶bAMPATP及6-磷酸葡萄糖47激素的调节激素的调节 体内肾上腺素和胰高血糖素可通过体内肾上腺素和胰高血糖素可通过cAMPcAMP连锁酶促反应逐级放连锁酶促反应逐级放大，构成一个调节糖原合成与分解的控制系统。大，构成一个调节糖原合成与分解的控制系统。当机体受到某些因素影响，如血糖浓度下降和剧烈活动时，当机体受到某些因素影响，如血糖浓度下降和剧烈活动时，促进肾上腺素和胰高血糖素分泌增加，这两种激素与肝或肌肉等促进肾上腺素和胰高血糖素分泌增加，这两种激素与肝或肌肉等组织细胞膜受体结

19、合，由组织细胞膜受体结合，由G G蛋白介导活化腺苷酸环化酶，使蛋白介导活化腺苷酸环化酶，使cAMPcAMP生生成增加，成增加，cAMPcAMP又使又使cAMPcAMP依赖蛋白激酶依赖蛋白激酶(cAMP dependent protein(cAMP dependent protein kinasekinase)活化，活化的蛋白激酶一方面使有活性的糖原合成酶活化，活化的蛋白激酶一方面使有活性的糖原合成酶a a磷磷酸化为无活性的糖原合成酶酸化为无活性的糖原合成酶b b；另一面使无活性的磷酸化酶激酶磷；另一面使无活性的磷酸化酶激酶磷酸化为有活性的磷酸化酶激酶，活化的磷酸化酶激酶进一步使无酸化为有活性的

20、磷酸化酶激酶，活化的磷酸化酶激酶进一步使无活性的糖原磷酸化酶活性的糖原磷酸化酶b b磷酸化转变为有活性的糖原磷酸化酶磷酸化转变为有活性的糖原磷酸化酶a a，最，最终结果是抑制糖原生成，促进糖原分解，使肝糖原分解为葡萄糖终结果是抑制糖原生成，促进糖原分解，使肝糖原分解为葡萄糖释放入血，使血糖浓度升高，肌糖原分解用于肌肉收缩。释放入血，使血糖浓度升高，肌糖原分解用于肌肉收缩。糖原合成与分解的调节糖原合成与分解的调节激素（胰高血糖素、肾上腺素等）+受体 腺苷环化酶 （无活性）腺苷环化酶（有活性）ATP cAMP PKA(无活性)PKA(有活性)磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b激酶-P 糖原合酶 糖原合酶-

21、P 磷酸化酶b 磷酸化酶a-P 抑制糖原生成，促进糖原分解，使肝糖原分解为葡萄糖释放入血，使血糖浓度升高，肌糖原分解用于肌肉收缩。49 双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进行调节，如加强合成则减弱分解，或反之。双重调节：别构调节和共价修饰调节。肝糖原和肌糖原代谢调节各有特点：如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。关键酶调节上存在级联效应。关键酶都以活性、无（低）活性二种形式存在，二种形式之间可通过磷酸化和去磷酸化而相互转变。肝糖原与肌糖原比较肝糖原与肌糖原比较肝糖原肝糖原肌糖原肌糖原贮贮 量量90-100g200-500g5%1-2%合成原料合成原料单糖单糖/非

22、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 维持血糖浓度的相维持血糖浓度的相对恒定对恒定 满足剧烈运动时肌满足剧烈运动时肌肉对能量的需要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51糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶类。型别型别缺陷的酶缺陷的酶受害器官受害器官糖原结构糖原结构葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶缺陷磷酸酶缺陷肝、肾肝、肾正常正常溶酶体溶酶体14和和16葡萄糖葡萄糖苷酶苷酶所有组织所有组织正常

23、正常脱支酶缺失脱支酶缺失肝、肌肉肝、肌肉分支多，外周糖分支多，外周糖链短链短分支酶缺失分支酶缺失所有组织所有组织分支少，外周糖分支少，外周糖链特别长链特别长肌磷酸化酶缺失肌磷酸化酶缺失肌肉肌肉正常正常肝磷酸化酶缺陷肝磷酸化酶缺陷肝肝正常正常肌肉和红细胞磷酸果糖激酶肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷缺陷肌肉、红细肌肉、红细胞胞正常正常肝脏磷酸化酶激酶缺陷肝脏磷酸化酶激酶缺陷脑、肝脑、肝正常正常53五、糖原合成与分解的生理意义五、糖原合成与分解的生理意义1 1贮存能量贮存能量。2 2调节血糖浓度调节血糖浓度。3 3利用乳酸利用乳酸：肝中可经糖异生途径利用：肝中可经糖异生途径利用糖无氧酵解产生的乳酸来合成糖原。糖无氧酵解产生的乳酸来合成糖原。