生物化学下-第26章 糖原的分解和生物合成ppt课件

1、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 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 部位：肝脏、肌肉组织的胞浆中部位：肝脏、肌肉组织的胞浆中显微镜下形状：聚集的颗粒状。显微镜下形状：聚集的颗粒状。 每个颗粒含葡萄糖分子每个颗粒含葡萄糖分子12万，还含有万，还含有糖原合成和降解的酶及调节蛋白。糖原合成和降解的酶及调节蛋白。机体贮存的糖原作为能量可给机体提机体贮存的糖原作为能量可给机体提供供12小时的需要。小时的需要。 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 第第2

2、6章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 糖原糖原(glycogen) )又称动物淀粉，又称动物淀粉， MW：1001000万，万， 是动物细胞中葡萄糖的贮存形式，存在于细胞胞液。是动物细胞中葡萄糖的贮存形式，存在于细胞胞液。 糖原的结构糖原的结构 直链：直链：(14)糖苷键，糖苷键， 分支：分支：(16)糖苷键，糖苷键， 糖原的分支比淀粉多，糖原的分支比淀粉多， 812个葡萄糖残基就有一个分支，个葡萄糖残基就有一个分支， 还原末端：还原末端：1个个 (C-1羟基羟基)， 非还原端：多个非还原端：多个 (C-4羟基羟基)。肝糖原和肌糖原肝糖原和肌糖原 第第26章章 糖原的分解和生物合成

3、糖原的分解和生物合成 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 项目项目肝糖原肝糖原肌糖原肌糖原状况状况受摄食影响大受摄食影响大较恒定较恒定合成原料合成原料糖和非糖物质糖和非糖物质血糖血糖主要功能主要功能主要补充血糖主要补充血糖氧化产能氧化产能含量含量含量可达肝重的含量可达肝重的710%(总量：总量：90100 g) 含量为肌肉重量的含量为肌肉重量的12% (总量：总量：200400 g)。 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 一、糖原的生物学意义一、糖原的生物学意义 一、糖原的生物学意义一、糖原的生物学意义 糖原是贮存能量的、容易动员的多糖。糖原是贮存能量的

4、、容易动员的多糖。 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 葡萄糖葡萄糖 糖原糖原 糖原保证机体最需能量供应的脑和肌肉糖原保证机体最需能量供应的脑和肌肉紧张活动时对能量的需要；紧张活动时对能量的需要； 保证不间断地供给维持恒定水平的血糖。保证不间断地供给维持恒定水平的血糖。 糖原糖原 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 CO2 + H2O + 31 ATP 葡萄糖葡萄糖 10% 90% 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 ATPADP CO2 + H2O + 30 ATP 细胞能量不足细胞能量不足 糖原分解糖原分解 糖原合成糖原合成 细胞能量充足细胞能量充足 葡萄糖

5、分解葡萄糖分解 ATP 肌糖原肌糖原肝糖原肝糖原葡糖葡糖-6-磷酸磷酸 糖酵解糖酵解三羧酸循环三羧酸循环电子传递电子传递葡糖葡糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 脑细胞脑细胞红细胞红细胞脂肪细胞脂肪细胞 血液血液 肌糖原分解不能直接补充血糖的原因是：肌肉组织缺乏葡萄糖-6-磷酸酶糖酵解糖酵解 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 糖原糖原 分解分解 葡糖葡糖-6-磷酸磷酸 （90%）净生成净生成 3 3个个ATP ATP 净生成净生成 2 2个个ATP ATP 丙酮酸丙酮酸 糖酵解糖酵解 糖原分解代谢生成的能量糖原分解代谢生成的能量 糖原是贮存能量的、容易动员的多糖。糖原是贮存能量的、容易动员的多糖。 第第2

6、6章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 一、糖原的生物学意义一、糖原的生物学意义 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶剩4个葡萄糖 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸 葡糖磷酸葡糖磷酸变位酶变位酶 糖原脱支酶糖原脱支酶 游离葡萄糖游离葡萄糖 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 葡萄糖磷酸变位酶葡萄糖磷酸变位酶 糖原脱支酶具有两种活性糖原脱支酶具有两种活性 葡聚糖转移酶葡聚糖转移酶 1,6-葡糖苷酶脱支酶）葡糖苷酶脱支酶）葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 非还原端 极限糊精 糖原脱支酶糖原脱支酶 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 糖原分解代谢糖原分解代谢 糖酵解糖酵解 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸

7、葡糖葡糖-1-磷酸磷酸 非还原末端非还原末端 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 二、糖原的降解二、糖原的降解 (glycogen breakdown) 1414糖苷键：磷酸解糖苷键：磷酸解 1 61 6糖苷键：水解糖苷键：水解 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 二、糖原的降解二、糖原的降解 (glycogen breakdown) 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 催化非还原末端的催化非还原末端的(14)糖苷键的磷酸解；糖苷键的磷酸解； 可连续移去非还原末端葡萄糖残基；可连续移去非还原末端葡萄糖残基；糖原降解采用磷酸解而不是水解的生

8、糖原降解采用磷酸解而不是水解的生物学意义：物学意义： 磷酸解使降解下的葡萄糖分子带上磷酸解使降解下的葡萄糖分子带上磷酸基团，形成葡萄糖磷酸基团，形成葡萄糖-1-磷酸，消磷酸，消耗无机磷酸，不消耗耗无机磷酸，不消耗ATP；葡萄糖；葡萄糖-1-磷酸不需能量转变为葡萄糖磷酸不需能量转变为葡萄糖-6-磷磷酸，进入糖酵解等途径代谢，如水酸，进入糖酵解等途径代谢，如水解则生成葡萄糖，消耗解则生成葡萄糖，消耗1个个ATP分子分子转变为葡萄糖转变为葡萄糖-6-磷酸；磷酸； 磷酸解在肌肉细胞生成的葡萄糖磷酸解在肌肉细胞生成的葡萄糖-1-磷酸不扩散到细胞外。磷酸不扩散到细胞外。P178 非还原末端非还原末端 糖原

9、磷酸化酶糖原磷酸化酶 非还原末端非还原末端 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 糖原链糖原链 (葡萄糖基葡萄糖基)n 糖原链糖原链 (葡萄糖基葡萄糖基)n-1 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 二、糖原的降解二、糖原的降解 (glycogen breakdown) 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 1938年年cori夫妇发现磷酸化酶夫妇发现磷酸化酶a和磷酸化酶和磷酸化酶b：两个相同亚基构成的二聚体，两个相同亚基构成的二聚体，两种互相转化的形式。两种互相转化的形式。 磷酸化酶磷酸化酶a：Ser14磷酸基团酯化，活性形式；磷酸基团酯化，活性形式； 磷酸化酶磷酸化酶b：Ser14 侧链侧链OH

10、，无活性；，无活性； 共价修饰由磷酸酶和磷酸化酶激酶作用。共价修饰由磷酸酶和磷酸化酶激酶作用。 磷酸吡哆醛是磷酸化酶的必需辅助因子。磷酸吡哆醛是磷酸化酶的必需辅助因子。 磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶 磷酸酶磷酸酶 肾上腺素肾上腺素P178 糖糖 原原 的的 分分 解解剩4个葡萄糖 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 糖原脱支酶糖原脱支酶 游离葡萄糖游离葡萄糖 非还原端 极限糊精 糖原脱支酶糖原脱支酶 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸 磷酸化酶不能催化分支点前磷酸化酶不能催化分支点前4个葡萄糖残基；个葡萄糖残基； 转移分支上的三个葡萄糖残基到另一分支转移分支上的三个葡萄糖残基到另一分支(或

11、或直链直链)的非还原末端上；的非还原末端上； 将分支上剩下的以将分支上剩下的以16糖苷键链接的葡萄糖糖苷键链接的葡萄糖残基水解成葡萄糖。残基水解成葡萄糖。第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 二、糖原的降解二、糖原的降解 (glycogen breakdown) 糖原脱支酶糖原脱支酶 同一肽链上有两种酶存在同一肽链上有两种酶存在(双重功能酶双重功能酶)： 转移葡萄糖残基作用的酶转移葡萄糖残基作用的酶糖基转移酶糖基转移酶 分解葡萄糖分解葡萄糖16糖苷键作用的酶糖苷键作用的酶脱支酶脱支酶 u 糖原分解是分支减少，分子变小的过程，糖原分解是分支减少，分子变小的过程，但糖原不能完全分

12、解。但糖原不能完全分解。第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 二、糖原的降解二、糖原的降解 (glycogen breakdown) 葡萄糖磷酸变位酶葡萄糖磷酸变位酶 In step 1 , the enzyme donates its phosphoryl group (green) to glucose 1-phosphate, producing glucose 1,6-bisphosphate. In step 2 , the phosphoryl group at C-1 of glucose 1,6-bisphosphate (red) is transferre

13、d back to the enzyme, re-forming the phosphoenzyme and producing glucose 6-phosphate. The reaction begins with the enzyme phosphorylated on a Ser residue.葡萄糖磷葡萄糖磷酸变位酶酸变位酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 磷酸化酶磷酸化酶 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 二、糖原的降解二、糖原的降解 (glycogen breakdown) 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 + H2O 葡萄糖葡

14、萄糖 + Pi 肝细胞、肾细胞及肠细胞光滑内质网膜的内腔面，脑细胞和肌肉细胞无此酶。肝细胞、肾细胞及肠细胞光滑内质网膜的内腔面，脑细胞和肌肉细胞无此酶。 肝细胞依赖葡萄糖肝细胞依赖葡萄糖-6-磷磷酸酶才能维持血糖浓度的酸酶才能维持血糖浓度的稳定。稳定。 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 二、糖原的降解二、糖原的降解 (glycogen breakdown) 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 肝细胞、肾细胞及肠细胞光滑内质网膜的内腔面，脑细胞和肌肉细胞无此酶。肝细胞、肾细胞及肠细胞光滑内质网膜的内腔面，脑细胞和肌肉细胞无此酶。 光滑内质网光滑内质网膜的内腔面膜的内腔面 胞液胞

15、液 毛细血管毛细血管 质膜质膜 增加血糖浓度增加血糖浓度 三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成 (Glycogen synthesis) 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 糖原是人体细胞贮存糖的主要形式。糖原是人体细胞贮存糖的主要形式。 体内由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成。体内由单糖合成糖原的过程称为糖原的合成。 Cori夫妇利用磷酸化酶和分支酶合成糖原；夫妇利用磷酸化酶和分支酶合成糖原； 1957年年Luis Leloir等人发现糖原合成途径，糖等人发现糖原合成途径，糖基的供体是尿苷二磷酸葡萄糖基的供体是尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-葡萄糖，葡萄糖，UDPG)Luis

16、Leloir 19061987 The Coris in Gerty Coris laboratory, around 1947.糖原生物合成的研究历程糖原生物合成的研究历程 葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸 + UTP UDP-葡萄糖葡萄糖 + PPi UDP-葡萄糖葡萄糖焦磷酸酶焦磷酸酶葡萄糖葡萄糖 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 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶 尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖UDP-葡萄糖）葡萄糖） 糖原合酶糖原合酶 n+1个残基的糖原个残基的糖原 糖原合成是耗能过程：糖原合成是耗能过程： UTP 提供能量提供能

17、量（加（加1个葡萄糖消耗个葡萄糖消耗1个个UTP） 合成底物是合成底物是UDP-葡萄糖葡萄糖 ATP ADP UTP PPi UDP n个残基的糖原个残基的糖原 葡萄糖基加到糖原非还原端葡萄糖基加到糖原非还原端 三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 葡萄糖激酶葡萄糖激酶(肝肝) UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶 (UDP-glucose pyrophosphorylase) 糖原合酶糖原合酶 (glycogen synthase) 糖原分支酶糖原分支酶 (glycogen branching enzyme)糖原合成的三种酶糖原合成的

18、三种酶 三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 糖原合酶糖原合酶 没有没有ATP直接参加反应直接参加反应 糖原合酶糖原合酶 n个残基糖原个残基糖原的非还原末端的非还原末端n+1个残基糖原个残基糖原 新的非还原新的非还原末端末端 糖原合酶只催化合成糖原合酶只催化合成-1,4糖苷键形成直链糖原。糖苷键形成直链糖原。 UDP-葡萄糖葡萄糖 糖原合酶糖原合酶 非还原端非还原端 分支酶分支酶 在至少有在至少有11个葡萄糖残基个葡萄糖残基的直链上的非还原末端的直链上的非还原末端67个葡萄糖残基在个葡萄糖残基在14连接连接处断开；处断开； 形成形成16连接

19、；连接； 离最近的分支点至少有离最近的分支点至少有4个个葡萄糖残基的位置。葡萄糖残基的位置。三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 糖原分支酶糖原分支酶 (又称又称 淀粉淀粉1,41,6-转葡糖基酶、糖基转葡糖基酶、糖基4 6-转移酶转移酶) 断开断开(14)糖苷键，形成糖苷键，形成(16)糖苷键。糖苷键。 糖原多分支：增加糖原可溶性；增加非还原末端数目；糖原多分支：增加糖原可溶性；增加非还原末端数目； 提高糖原的分解和合成效率。提高糖原的分解和合成效率。 糖原引物蛋白糖原引物蛋白 + UDP-葡萄糖葡萄糖 葡萄糖基引物葡萄糖基引物 生糖原蛋

20、白生糖原蛋白 (glycogenin) 糖原引物蛋白糖原引物蛋白糖原素糖原素 三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 糖原从头合成糖原从头合成 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 糖原降解糖原降解糖原合成糖原合成糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖磷酸变位酶葡萄糖磷酸变位酶糖原合酶糖原合酶糖原脱支酶糖原脱支酶糖原分支酶糖原分支酶三、糖原的降解和合成三、糖原的降解和合成 第第26章章 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 四、糖原代谢的调控四、糖原代谢的调控 （一糖原磷酸化酶的调控（一糖

21、原磷酸化酶的调控 （二糖原合酶的调控（二糖原合酶的调控 （三肝脏中糖原代谢调控的特殊性（三肝脏中糖原代谢调控的特殊性 （四激素对糖原代谢的调控（四激素对糖原代谢的调控（五（五G蛋白及其对激素信号的传递作用蛋白及其对激素信号的传递作用 肾上腺素和胰高血糖素的调控肾上腺素和胰高血糖素的调控刺激糖原降解刺激糖原降解 胰岛素的调控胰岛素的调控刺激糖原合成刺激糖原合成 AMP对骨骼肌磷酸化酶的别构调节；对骨骼肌磷酸化酶的别构调节；骨骼肌磷酸化酶激酶的调控；骨骼肌磷酸化酶激酶的调控；蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶-1的调控；的调控；蛋白激酶蛋白激酶A的调控。的调控。糖原的降解和合成都受到别构调节和激素调节糖原的降解和合成都受到别构调节和激素调节 糖原累积症：缺失糖原代谢的某种酶而导致的病症。糖原累积症：缺失糖原代谢的某种酶而导致的病症。 血糖浓度血糖浓度 1、糖异生途径中哪一种酶代替糖酵解的己糖激酶？（、糖异生途径中哪一种酶代替糖酵解的己糖激酶？（ ） A、丙酮酸羧化酶、丙酮酸羧化酶 B、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 C、葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 D、磷酸化酶、磷酸化酶2、糖原分解过程中磷酸化酶催化磷酸解的键是（、糖原分解过程中磷酸化酶催化磷酸解的键是（ ） A、-1