生物化学第26章糖原的分解和生物合成ppt课件

1、第26章 糖原的分解和生物合成(Catabolism and biosynthesis of glycogen)一、糖原的生物学意义一、糖原的生物学意义 二、糖原的降解二、糖原的降解三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成四、糖原代谢的调控四、糖原代谢的调控人对食物中淀粉或糖原的消化吸收 人从食物中摄入大量的淀粉人从食物中摄入大量的淀粉starchstarch和少量和少量的糖原。唾液和胰液中含有的糖原。唾液和胰液中含有淀粉酶，可以降解淀粉酶，可以降解摄入的淀粉或糖原，并在脱支酶和麦芽糖酶的参与摄入的淀粉或糖原，并在脱支酶和麦芽糖酶的参与下，将这些多糖分子彻底降解成葡萄糖，葡萄糖被下，将这些多糖分子

2、彻底降解成葡萄糖，葡萄糖被小肠吸收。小肠吸收。 淀粉酶只存在于植物和微生物中。淀粉酶只存在于植物和微生物中。 淀粉酶是内切酶，淀粉酶是内切酶，淀粉酶是外切酶。淀粉酶是外切酶。 和淀粉酶对糖原或淀粉的水解复原端复原端一、糖原的生物学意义 糖原是储存能量的、容易发动的多糖。当糖原是储存能量的、容易发动的多糖。当机体细胞中能量充足时，细胞即将葡萄糖合成机体细胞中能量充足时，细胞即将葡萄糖合成糖原将能量储存起来；当能量供应缺乏时，储糖原将能量储存起来；当能量供应缺乏时，储存的糖原即降解为葡萄糖，经过呼吸途径产生存的糖原即降解为葡萄糖，经过呼吸途径产生ATPATP。因此糖原是生物体所需能量的储存库。因此

3、糖原是生物体所需能量的储存库。 二、糖原的降解 糖原以颗粒状存在于细胞溶胶中，其颗粒直径糖原以颗粒状存在于细胞溶胶中，其颗粒直径大小不等，约为大小不等，约为101040nm40nm。每个糖原颗粒含有的葡。每个糖原颗粒含有的葡萄糖分子可高达萄糖分子可高达1212万。颗粒中还含有催化糖原合成万。颗粒中还含有催化糖原合成和降解的酶以及调理蛋白。和降解的酶以及调理蛋白。 机体储存糖原的器官主要是肝脏和肌肉，在需机体储存糖原的器官主要是肝脏和肌肉，在需求时肝脏中的糖原可以降解成葡萄糖，进入血液，求时肝脏中的糖原可以降解成葡萄糖，进入血液，运送到全身各处；肌肉中的糖原主要提供肌肉运动运送到全身各处；肌肉中

4、的糖原主要提供肌肉运动的需求。脑在正常情况下只利用葡萄糖作为能源，的需求。脑在正常情况下只利用葡萄糖作为能源，每天的需求量约为每天的需求量约为120g120g。脑中只需少量的糖原，脑。脑中只需少量的糖原，脑所需的葡萄糖要从血糖源源不断地供应。所需的葡萄糖要从血糖源源不断地供应。 糖原的降解过程 细胞中催化糖原降解的是磷酸化酶，它催化糖细胞中催化糖原降解的是磷酸化酶，它催化糖原发生磷酸解反响，从糖原的非复原端逐个磷酸解原发生磷酸解反响，从糖原的非复原端逐个磷酸解下葡萄糖下葡萄糖-1-1-磷酸，葡萄糖磷酸，葡萄糖-1-1-磷酸再经磷酸葡萄糖磷酸再经磷酸葡萄糖变位酶催化产生葡萄糖变位酶催化产生葡萄糖

5、-6-6-磷酸。糖原经磷酸化酶单磷酸。糖原经磷酸化酶单独作用的最终产物是许多葡萄糖独作用的最终产物是许多葡萄糖-1-1-磷酸和极限糊精。磷酸和极限糊精。但磷酸化酶不能水解但磷酸化酶不能水解1616糖苷键，而糖原脱糖苷键，而糖原脱支酶可以水解支酶可以水解1616糖苷键，磷酸化酶和糖原糖苷键，磷酸化酶和糖原脱支酶共同作用，可以使糖原完全降解。脱支酶共同作用，可以使糖原完全降解。 糖原的磷酸解作用键断裂键断裂的位置的位置糖原磷酸化酶 磷酸化酶磷酸化酶phosphorylasephosphorylase由两个一样亚由两个一样亚基组成，每个亚基的基组成，每个亚基的Ser14Ser14是磷酸化位点，被磷是

6、磷酸化位点，被磷酸化酶激酶催化磷酸化后激活，此时称为磷酸化酸化酶激酶催化磷酸化后激活，此时称为磷酸化酶酶a a；磷酸化酶；磷酸化酶a a被磷酸酶催化脱磷酸后失去活性，被磷酸酶催化脱磷酸后失去活性，此时称为磷酸化酶此时称为磷酸化酶b b。磷酸化酶的催化作用需求。磷酸化酶的催化作用需求磷酸吡哆醛作为辅基。磷酸吡哆醛作为辅基。 糖原脱支酶 糖原脱支酶在同一肽链上有两种酶活性，属于糖原脱支酶在同一肽链上有两种酶活性，属于双功能酶。它能将极限分支双功能酶。它能将极限分支4 4个葡萄糖残基中的个葡萄糖残基中的3 3个个转移到另一个分支的非复原性末端上，然后再水解转移到另一个分支的非复原性末端上，然后再水解

7、下最后一个分支的葡萄糖，这一步水解的是下最后一个分支的葡萄糖，这一步水解的是1616糖苷键，产物是葡萄糖。糖苷键，产物是葡萄糖。 脱支酶催化的反响磷酸葡萄糖变位酶 活化的磷酸葡萄糖变位酶的丝氨酸残基上带活化的磷酸葡萄糖变位酶的丝氨酸残基上带有一个磷酸基团，在催化反响时，这个磷酸基团有一个磷酸基团，在催化反响时，这个磷酸基团转移到葡萄糖转移到葡萄糖-1-1-磷酸的磷酸的6 6位羟基上，构成葡萄糖位羟基上，构成葡萄糖- -1,6-1,6-二磷酸中间体，然后二磷酸中间体，然后1 1位的磷酸再转移到酶的位的磷酸再转移到酶的丝氨酸上，酶恢复原状，葡萄糖丝氨酸上，酶恢复原状，葡萄糖-1,6-1,6-二磷酸

8、转变二磷酸转变成了葡萄糖成了葡萄糖-6-6-磷酸。磷酸。 葡萄糖-6-磷酸酶 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶位于肝、肾及肠细胞的光磷酸酶位于肝、肾及肠细胞的光滑内质网的膜上，活性部位朝向内侧。此酶能将滑内质网的膜上，活性部位朝向内侧。此酶能将进入内质网的葡萄糖进入内质网的葡萄糖-6-6-磷酸水解成葡萄糖和无磷酸水解成葡萄糖和无机磷酸，葡萄糖经过葡萄糖运载蛋白运出肝细胞机磷酸，葡萄糖经过葡萄糖运载蛋白运出肝细胞进入血液。进入血液。 葡萄糖-6-磷酸酶的膜定位及其催化的反响三、糖原的生物合成糖原合成的前体糖原合成的前体UDPG的构造的构造 早先以为糖原合成是糖原降解的逆反响，后早先以为糖原合成是糖原

9、降解的逆反响，后来发现糖原合成与糖原降解的反响步骤完全不同，来发现糖原合成与糖原降解的反响步骤完全不同，合成糖原的前体是合成糖原的前体是UDPUDP葡萄糖葡萄糖UDPGUDPG，它是，它是葡萄糖的活化方式。葡萄糖的活化方式。 UDPG 的空间充填模型葡萄糖葡萄糖构成UDPG构成UDPG反响的能量变化 葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸与磷酸与UTPUTP反响生成反响生成UDPGUDPG和焦磷酸和焦磷酸的反响的自在能变化的反响的自在能变化GG接近于零，本属可逆反接近于零，本属可逆反响，但实践上焦磷酸的随后水解释放出大量的能响，但实践上焦磷酸的随后水解释放出大量的能量，使得反响的总量，使得反响的总G =

10、G = 252531kJ/mol31kJ/mol，致，致使该反响成为不可逆。使该反响成为不可逆。 糖原合成糖原合酶糖原合酶糖原合成的引物 糖原合酶催化的反响是将糖原合酶催化的反响是将UDPGUDPG上的葡萄糖转移到上的葡萄糖转移到已存在的糖原分子的某个分支的非复原末端上，这个已存在的糖原分子的某个分支的非复原末端上，这个曾经存在的糖原分子可以称为曾经存在的糖原分子可以称为“引物引物primerprimer。最初起引物作用的是一种分子量为最初起引物作用的是一种分子量为37kD37kD的特殊蛋白质，的特殊蛋白质，这种蛋白质叫这种蛋白质叫“生糖原蛋白或糖原引物蛋白。这种生糖原蛋白或糖原引物蛋白。这种

11、蛋白分子上带有一个由蛋白分子上带有一个由1414糖苷键衔接的寡聚糖苷键衔接的寡聚葡萄糖分子，它的第一个葡萄糖以共价键衔接到蛋白葡萄糖分子，它的第一个葡萄糖以共价键衔接到蛋白质的特定酪氨酸残基上。质的特定酪氨酸残基上。生糖原蛋白的自动催化作用 生糖原蛋白具有自动催化作用，可催化大约生糖原蛋白具有自动催化作用，可催化大约8 8个葡萄糖单位衔接到本身的酪氨酸残基上，其寡糖个葡萄糖单位衔接到本身的酪氨酸残基上，其寡糖链的前体也是链的前体也是UDPGUDPG。生糖原蛋白实践上构成了糖原。生糖原蛋白实践上构成了糖原的中心。糖原合酶必需与生糖原蛋白相互作用才有的中心。糖原合酶必需与生糖原蛋白相互作用才有糖原

12、合成的活性，糖原合酶一旦与生糖原蛋白脱离，糖原合成的活性，糖原合酶一旦与生糖原蛋白脱离，即不再行使糖原合成的功能。即不再行使糖原合成的功能。 构成糖原分支糖原分支酶糖原分支酶糖原合成的能量变化 在糖原上每加上一个葡萄糖残基，需求耗在糖原上每加上一个葡萄糖残基，需求耗费一个费一个UTPUTP。 糖原分支反响不需求提供能量，由于糖原分支反响不需求提供能量，由于1414糖苷键水解释放出的能量比构成糖苷键水解释放出的能量比构成1616糖苷键所需的能量大约糖苷键所需的能量大约2 2倍。倍。 四、糖原代谢的调控 在糖原代谢中，糖原磷酸化酶和糖原合酶的在糖原代谢中，糖原磷酸化酶和糖原合酶的活性遭到严厉的调控

13、。当磷酸化酶活性高时，糖活性遭到严厉的调控。当磷酸化酶活性高时，糖原合酶几乎没有活性，反之亦然。这两种酶都遭原合酶几乎没有活性，反之亦然。这两种酶都遭到效应物的别构调控，这些别构效应物有到效应物的别构调控，这些别构效应物有ATPATP、葡、葡萄糖萄糖-6-6-磷酸、磷酸、AMPAMP等。在肌肉中，糖原磷酸化酶等。在肌肉中，糖原磷酸化酶受受AMPAMP的活化，受的活化，受ATPATP和和G6PG6P及葡萄糖的抑制；而糖及葡萄糖的抑制；而糖原合酶却受原合酶却受ATPATP和和G6PG6P的活化。的活化。 糖原磷酸化酶的调控机制 磷酸化酶磷酸化酶a a是经磷酸化修饰的活性形状酶，它有是经磷酸化修饰的

14、活性形状酶，它有两种存在形状，即活化的两种存在形状，即活化的R R态和不活化的态和不活化的T T态，平衡态，平衡远远地偏向远远地偏向R R态；而磷酸化酶态；而磷酸化酶b b是脱磷酸的非活性形是脱磷酸的非活性形状，它也有两种存在形状，即活化的状，它也有两种存在形状，即活化的R R态和非活化的态和非活化的T T态，但平衡远远地偏向态，但平衡远远地偏向T T态。态。AMPAMP能使能使T T态的磷酸化态的磷酸化酶酶b b转变成转变成R R态，从而活性提高，态，从而活性提高，ATPATP使使R R态的磷酸化态的磷酸化酶酶b b转变为转变为T T态，抑制酶活性。态，抑制酶活性。 磷酸化酶a和b活性的调控

15、糖原代谢酶的共价修饰调理磷蛋白磷酸酶1的作用及其抑制剂 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶1 1phosphoprotein phospha-phosphoprotein phospha-tasetase，PP1PP1可以水解磷酸化酶可以水解磷酸化酶a a上的磷酸基团，上的磷酸基团，使之转变成磷酸化酶使之转变成磷酸化酶b b。PP1PP1假设与蛋白磷酸酶抑假设与蛋白磷酸酶抑制剂结合，其活性就遭到抑制。这种抑制剂受制剂结合，其活性就遭到抑制。这种抑制剂受cAMPcAMP依赖性蛋白激酶蛋白激酶依赖性蛋白激酶蛋白激酶A A催化的磷催化的磷酸化而激活，并由酸化而激活，并由PP1PP1去磷酸化而失活。去磷酸化而失

16、活。 糖原代谢酶的共价修饰调理PP1血糖对肝脏糖原代谢的调控 血糖浓度直接控制肝脏中糖原代谢相关酶的活性，血糖浓度直接控制肝脏中糖原代谢相关酶的活性，肝脏中的磷酸化酶肝脏中的磷酸化酶a a是葡萄糖浓度的感受器。葡萄糖是葡萄糖浓度的感受器。葡萄糖与磷酸化酶与磷酸化酶a a结合后，使磷酸化酶结合后，使磷酸化酶a a从活化形状从活化形状R R型型转变为钝化形状转变为钝化形状T T型，将酶分子第型，将酶分子第1414位位SerSer上的磷上的磷酸基团暴露给酸基团暴露给PP1PP1，PP1PP1实践上是与磷酸化酶实践上是与磷酸化酶a a严密结严密结合在一同的。当磷酸化酶合在一同的。当磷酸化酶a a的磷酸基团被水解而变成的磷酸基团被水解而变成磷酸化酶磷