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1、第七章第七章 糖代谢糖代谢 糖原的分解与合成代谢糖原的分解与合成代谢 Sept, 2015Sept, 2015 王灿华王灿华 Tel: 34204892 生物楼生物楼4号楼号楼314室室 wangcanhua 概论概论 糖原糖原的分解代谢的分解代谢 糖原糖原的合成代谢的合成代谢 糖原糖原的合成与分解代谢的调控的合成与分解代谢的调控 总纲总纲 糖原的分解与合成代谢糖原的分解与合成代谢 信号级联放大导致糖原代谢产生葡萄糖信号级联放大导致糖原代谢产生葡萄糖 肾上腺素肾上腺素 糖原糖原 总纲总纲 一、概论一、概论 1. 糖原糖原(glycogen)：人和动物体内存储糖（多糖）人和动物体内存储糖（多糖）
2、 的形式之一。是机体能迅速动用的能量储备。的形式之一。是机体能迅速动用的能量储备。 2. 糖原存储的糖原存储的器官和意义器官和意义 肌肉：肌肉： 肌糖原肌糖原 供肌肉收缩所需供肌肉收缩所需 肝脏：肝脏： 肝糖原肝糖原 维持血糖平衡维持血糖平衡 定义及类型定义及类型 2. 糖原的糖原的结构结构特点特点 类似于淀粉，葡萄糖单元以类似于淀粉，葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长糖苷键形成长 连。连。 分支程度比淀粉更高，大约每分支程度比淀粉更高，大约每10个个-1,4-糖苷糖苷 键就有一个键就有一个-1,6-糖苷键。溶解度增加。糖苷键。溶解度增加。 每条链都终止于一个非还原端，每条链都终止于一个非还原
3、端，非还原端增多，非还原端增多， 有利于被酶分解有利于被酶分解。 糖原结构糖原结构 二、糖原的二、糖原的分解分解代谢代谢 1. 定义：由糖原分解为葡萄糖的过程。定义：由糖原分解为葡萄糖的过程。 2. 部位：部位：胞质胞质 3. 肝肝糖原的分解糖原的分解分解分解 (糖原糖原)n + Pi (糖原糖原)n-1 + Glc-1P 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 肝糖原分解肝糖原分解 磷酸化酶磷酸化酶 转移酶转移酶 脱枝酶脱枝酶 磷酸解磷酸解:1,4-糖苷键糖苷键 产物产物: Glc-1P 可异构为可异构为Glc-6P ， 进入进入 EMP，节省能，节省能 量。量。 水解水解: 1,6-糖苷键糖苷键 产物：
4、产物：Glc Glc-1P Glc 糖原糖原 脱枝酶脱枝酶 肝糖原分解肝糖原分解 双功能酶（双功能酶（bifunctional enzyme） ： 糖原脱枝酶糖原脱枝酶的肽链上有两个起不同作用的活性部位：的肽链上有两个起不同作用的活性部位： 转移葡萄糖残基的作用，也叫转移葡萄糖残基的作用，也叫糖基转移酶糖基转移酶 （glycosyl transferase） 分解葡萄糖分解葡萄糖（16）糖苷键的作用，即为）糖苷键的作用，即为糖原脱糖原脱 枝酶枝酶。 双功能酶双功能酶 No ATP consumed! 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 糖原磷酸解糖原磷酸解 PLP磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛） AMP (别构激
5、活剂别构激活剂) 四聚体的糖原磷酸化酶四聚体的糖原磷酸化酶 糖原磷酸解糖原磷酸解 Glc-1P转变为转变为Glc-6P Glc-1P Glc-6P 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 Glc-6P再水解为再水解为Glc，进入血液，提供，进入血液，提供血糖血糖。 Glc-6P Glc 葡萄糖葡萄糖-6磷酸酶（磷酸酶（肝肝、肾）、肾） 进入糖酵解 调节血糖 肝糖原分解肝糖原分解 葡萄糖葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶结合在光面内质网结合在光面内质网(ER)上上，并有并有Ca2+的协同作用的协同作用。 葡萄糖葡萄糖-6磷酸必须先转移到磷酸必须先转移到ER内内，才能接受酶的水解才能接受酶的水解，生成的生成的 葡萄
6、糖和葡萄糖和Pi通过不同的途径再转回胞质中通过不同的途径再转回胞质中。肝的肝的利他性利他性之一之一。 毛细管毛细管 葡萄糖葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶 葡萄糖葡萄糖- -6 6磷酸酶磷酸酶 4. 肌肌糖原的分解糖原的分解 前两步反应与肝糖原的相同前两步反应与肝糖原的相同。生成生成Glc-6P后后 由于由于肌肉组织中不存在葡萄糖肌肉组织中不存在葡萄糖-6磷酸酶磷酸酶，所所 以以Glc-6P不能转变为不能转变为Glc释放进入血液提供血释放进入血液提供血 糖糖，只能进入糖酵解或有氧氧化只能进入糖酵解或有氧氧化。 5. 糖原的分解与合成和乳酸循环相关糖原的分解与合成和乳酸循环相关。 肌糖原分解肌糖原分解 三
7、、糖原的三、糖原的合成合成代谢代谢 1. 定义定义 由葡萄糖合成糖原的过程。由葡萄糖合成糖原的过程。 2. 合成的部位合成的部位 组织定位：主要在组织定位：主要在肝脏肝脏和和肌肉肌肉 细胞定位：胞质细胞定位：胞质 3. 历史历史 in vitro: 糖原分解的可逆过程糖原分解的可逆过程 in vivo: 并非并非糖原分解的可逆过程糖原分解的可逆过程 糖原合成糖原合成 4. 糖原的合成途径糖原的合成途径 准备阶段一准备阶段一：Glc磷酸化生成磷酸化生成Glc-6P G0= -16.7 kJ/mol （肌肉）（肌肉） 肝中的同工酶为肝中的同工酶为葡萄糖激酶葡萄糖激酶， 其对葡萄糖的亲和力低其对葡萄
8、糖的亲和力低，食后食后， 血液中葡萄糖浓度增加才起作血液中葡萄糖浓度增加才起作 用用。不受不受Glc-6-P的限制的限制，可大可大 量吸纳血中过多的葡萄糖量吸纳血中过多的葡萄糖。 肝的肝的利他性利他性之二之二。 糖原合成准备糖原合成准备 准备阶段二准备阶段二：Glc-6P转变为转变为Glc-1P Glc-6P Glc-1P 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 磷酸基团转移的意义磷酸基团转移的意义： Glc-1P用于与用于与UTP形成形成UDP-G (尿苷二磷酸尿苷二磷酸 葡萄糖葡萄糖)。 糖原合成准备糖原合成准备 * UDPG UDPG 催化糖原合成所需的三种酶催化糖原合成所需的三种酶 o UD
9、PG-焦磷酸化酶焦磷酸化酶 催化催化Glc-1P转变为尿苷二磷酸葡萄糖转变为尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-G) 许多实验发现：糖原合成中，糖基的供体并非许多实验发现：糖原合成中，糖基的供体并非 Glc-1P，而是核苷酸化合物，而是核苷酸化合物UDP-G。UDP-G可看可看 作活性葡萄糖，在体内充当葡萄糖供体。作活性葡萄糖，在体内充当葡萄糖供体。 糖原合成糖原合成 UDPG-焦磷酸化酶焦磷酸化酶 Glc-1P+UTP UDP-G 反应模式：反应模式： PPi的水解驱动所偶联的水解驱动所偶联 的生物合成反应的进行的生物合成反应的进行 UDP-G的生成的生成 UDPG-焦磷酸化酶焦磷酸化酶 o 糖原合酶
10、糖原合酶 催化催化UDPG上的葡萄糖分子的上的葡萄糖分子的1位碳原子与已位碳原子与已 存在的存在的(糖原糖原)n（糖原引物糖原引物）上非还原末端葡上非还原末端葡 萄糖残基萄糖残基C4的的-OH形成形成-1,4-糖苷键糖苷键，使糖使糖 原延长了一个葡萄糖残基原延长了一个葡萄糖残基。但不能形成分支但不能形成分支。 糖原引物糖原引物 糖原合成糖原合成 糖原引物糖原引物: (1)直接引物直接引物 尚未被降解的糖原分子尚未被降解的糖原分子,其残留的非还原端可为之。其残留的非还原端可为之。 (2)生糖原蛋白生糖原蛋白_从无到有从无到有 近来发现：在糖原分子的核心有分子量较小的糖近来发现：在糖原分子的核心有
11、分子量较小的糖 原素（原素（glycogenin）蛋白可作为引物，在）蛋白可作为引物，在Tyr葡萄葡萄 糖基转移酶催化下，将糖基转移酶催化下，将UDPG上葡萄糖分子的上葡萄糖分子的C1 结合到结合到生糖原蛋白生糖原蛋白的的Tyr的的-OH上，使其上，使其糖基化糖基化。 连续添加连续添加7个个UDPG，即成为，即成为糖原引物糖原引物。 糖原引物糖原引物 Glycogenin structure（是一个二聚体结构）（是一个二聚体结构） UDPGUDPG Mn2+ Asp162 Tyr194 糖原素蛋白糖原素蛋白 UDPG与与Glycogenin 结合生成糖原引物结合生成糖原引物 糖原素蛋白自催化糖
12、原素蛋白自催化 Tyr葡萄糖基转移酶葡萄糖基转移酶 糖原引物糖原引物 o 糖原分支酶糖原分支酶 作用：作用：断开断开-1,4-糖苷键糖苷键，形成形成-1,6-糖苷键糖苷键 将糖原中处于直链的葡萄将糖原中处于直链的葡萄 糖残基糖残基，距离还原性末端距离还原性末端 约约4个葡萄糖残基的片段在个葡萄糖残基的片段在-1,4-糖苷键处切断糖苷键处切断，然然 后将其后将其转移转移到同一个或其它的糖原分子比较靠内部到同一个或其它的糖原分子比较靠内部 的葡萄糖残基的葡萄糖残基C6的羟基上的羟基上，进行进行-1,6-糖苷键的连接糖苷键的连接。 两个分支之间至少有两个分支之间至少有4个葡萄糖残基的距离个葡萄糖残基
13、的距离。 总纲总纲 糖原分支酶催化糖原分支的形成糖原分支酶催化糖原分支的形成 糖原分支酶糖原分支酶 1-4键:1-6键10:1 糖原合成糖原合成 糖原颗粒的层次结构糖原颗粒的层次结构 糖原合成糖原合成 Summary: 糖原合成糖原合成: 糖原糖原n + UDP-葡萄糖葡萄糖 糖原糖原n+1 + UDP 糖原分解糖原分解: 糖原糖原n+1 + Pi 糖原糖原n + 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸 别构调节别构调节 共价调节共价调节 相关联的调控蛋白相关联的调控蛋白 分隔（区域化）分隔（区域化） 关于调控：关于调控： 四、糖原的合成与分解代谢的调控四、糖原的合成与分解代谢的调控 糖原代谢调控糖原代谢
14、调控 关键酶关键酶 糖原合成：糖原合成：糖原合酶糖原合酶 糖原分解：糖原分解：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 两种关键酶的特点：两种关键酶的特点： 它们的快速调节有它们的快速调节有共价修饰共价修饰和和别构调节别构调节 （葡萄糖是其别构剂）两种方式。（葡萄糖是其别构剂）两种方式。 都以都以活性、无活性、无(低低)活性两种形式存在活性两种形式存在，两，两 种形式之间可通过磷酸化与去磷酸化而种形式之间可通过磷酸化与去磷酸化而 相互转变。相互转变。 都受到激素的调节。都受到激素的调节。 糖原代谢调控糖原代谢调控 共价修饰调控共价修饰调控 o 两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反相反。 o 此调节为酶促反应，调节速度快。此调节为酶促反应，调节速度快。 o 调节有级联放大作用，效率高。调节有级联放大作用，效率高。 o 受激素调节。受激素调节。 糖原代谢调控糖原代谢调控 胰高血糖素胰高血糖素 肾上腺素肾上腺素 糖原分解中糖原分解中 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 的共价修饰调控的共价修饰调控 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶1 1 糖原代谢调控糖原代谢调控 糖原合成中糖原合成中 糖原合酶糖原合酶的共的共 价修饰调控价修饰调控 糖原合酶激酶糖原合酶激酶3 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶1 胰岛素胰岛素 糖原合酶糖原合
