生物化学第26章糖原的分解和生物合成课件

第26章糖原的分解和生物合成(Catabolismandbiosynthesisofglycogen)一、糖原的生物学意义二、糖原的降解三、糖原的生物合成四、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（starch）和少量的糖原。唾液和胰液中含有α－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下，将这些多糖分子彻底降解成葡萄糖，葡萄糖被小肠吸收。

β－淀粉酶只存在于植物和微生物中。

α－淀粉酶是内切酶，β－淀粉酶是外切酶。

α和β淀粉酶对糖原或淀粉的水解还原端二、糖原的降解

糖原以颗粒状存在于细胞溶胶中，其颗粒直径大小不等，约为10～40nm。每个糖原颗粒含有的葡萄糖分子可高达12万。颗粒中还含有催化糖原合成和降解的酶以及调节蛋白。

机体贮存糖原的器官主要是肝脏和肌肉，在需要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的需要。脑在正常情况下只利用葡萄糖作为能源，每天的需要量约为120g。脑中只有少量的糖原，脑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，它催化糖原发生磷酸解反应，从糖原的非还原端逐个磷酸解下葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸再经磷酸葡萄糖变位酶催化产生葡萄糖-6-磷酸。糖原经磷酸化酶单独作用的最终产物是许多葡萄糖-1-磷酸和极限糊精。但磷酸化酶不能水解α（1→6）糖苷键，而糖原脱支酶可以水解α（1→6）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。糖原的磷酸解作用键断裂的位置糖原磷酸化酶

磷酸化酶（phosphorylase）由两个相同亚基组成，每个亚基的Ser14是磷酸化位点，被磷酸化酶激酶催化磷酸化后激活，此时称为磷酸化酶a；磷酸化酶a被磷酸酶催化脱磷酸后失去活性，此时称为磷酸化酶b。磷酸化酶的催化作用需要磷酸吡哆醛作为辅基。脱支酶催化的反应磷酸葡萄糖变位酶

活化的磷酸葡萄糖变位酶的丝氨酸残基上带有一个磷酸基团，在催化反应时，这个磷酸基团转移到葡萄糖-1-磷酸的6位羟基上，形成葡萄糖-1,6-二磷酸中间体，然后1位的磷酸再转移到酶的丝氨酸上，酶恢复原状，葡萄糖-1,6-二磷酸转变成了葡萄糖-6-磷酸。葡萄糖-6-磷酸酶的膜定位及其催化的反应三、糖原的生物合成糖原合成的前体UDPG的结构

早先认为糖原合成是糖原降解的逆反应，后来发现糖原合成与糖原降解的反应步骤完全不同，合成糖原的前体是UDP－葡萄糖（UDPG），它是葡萄糖的活化形式。

UDPG的空间充填模型葡萄糖形成UDPG反应的能量变化葡萄糖-1-磷酸与UTP反应生成UDPG和焦磷酸的反应的自由能变化ΔG接近于零，本属可逆反应，但实际上焦磷酸的随后水解释放出大量的能量，使得反应的总ΔG=－25~－31kJ/mol，致使该反应成为不可逆。

糖原合成糖原合酶糖原合成的引物糖原合酶催化的反应是将UDPG上的葡萄糖转移到已存在的糖原分子的某个分支的非还原末端上，这个已经存在的糖原分子可以称为“引物（primer）”。最初起引物作用的是一种分子量为37kD的特殊蛋白质，这种蛋白质叫“生糖原蛋白或糖原引物蛋白”。这种蛋白分子上带有一个由α（1→4）糖苷键连接的寡聚葡萄糖分子，它的第一个葡萄糖以共价键连接到蛋白质的特定酪氨酸残基上。形成糖原分支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，需要消耗一个UTP。

糖原分支反应不需要提供能量，因为α（1→4）糖苷键水解释放出的能量比形成α（1→6）糖苷键所需的能量大（约2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活性受到严格的调控。当磷酸化酶活性高时，糖原合酶几乎没有活性，反之亦然。这两种酶都受到效应物的别构调控，这些别构效应物有ATP、葡萄糖-6-磷酸、AMP等。在肌肉中，糖原磷酸化酶受AMP的活化，受ATP和G6P及葡萄糖的抑制；而糖原合酶却受ATP和G6P的活化。磷酸化酶a和b活性的调控糖原代谢酶的共价修饰调节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，肝脏中的磷酸化酶a是葡萄糖浓度的感受器。葡萄糖与磷酸化酶a结合后，使磷酸化酶a从活化状态（R型）转变为钝化状态（T型），将酶分子第14位Ser上的磷酸基团暴露给PP1，PP1实际上是与磷酸化酶a紧密结合在一起的。当磷酸化酶a的磷酸基团被水解而变成磷酸化酶b后，PP1被释放，游离态的PP1又成为活化糖原合酶的工具，它将无活性的糖原合酶b上的磷酸基团水解，使之成为有活性的糖原合酶a。

肾上腺素或胰