糖元的分解与合成.ppt

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1、 糖原的结构与分布 糖原的合成 糖原的分解 糖原合成与分解的调节 糖原合成与分解的意义 非还原端： 多个 还原端 非还原端 形 状： 树枝状 分子量： 100 1000万 还原端： 一个 糖原 结构特点 p177 肝糖原： 含量可达肝重的 5%(总量为 90-100g) 肌糖原： 含量为肌肉重量的 1 2%(总量为 200-400g) 糖原的分布 糖原的生物合成 糖原 是由许多 葡萄糖分子 聚合而成的带 有 分支 的高分子多糖类化合物。 直链 部分借 -1,4-糖苷键 而将葡萄糖残基 连接起来， 支链 部分则是借 -1,6-糖苷键 而形成分支。 糖原是一种 无还原性 的多糖。 糖原的合成与分解

2、代谢主要发生在 肝、 肾和肌肉 组织细胞的 细胞质 中。 部位： 肝脏、肌肉组织等细胞的细胞质中 定义： 由单糖合成糖原的过程称为糖原的合 成 (glycogenesis)。 单糖 : 葡萄糖 (主要 )、果糖、半乳糖等 糖原合成 p183 糖原的合成 p183 1. 定义：葡萄糖、半乳糖和果糖等在体 内相应酶的作用下合成糖原的过程。 2. 合成部位：细胞的 细胞质 中 3. 在细胞内， 催化糖原分解的酶不可能 进行糖原的合成 4. 糖原的合成中，糖基的供体不是 1-磷 酸葡萄糖，而是 UDPG(尿苷二磷酸葡 萄糖） 催化糖原合成的三种酶 UDPG 焦磷酸化酶 （ 1-磷酸葡萄糖 UTP UD

3、PG) 糖元合酶 (将 UDPG分子上的 G分子的 1位 C原 子与糖原某个分支的非还原葡萄糖残基第 4 位 c原子的 -OH形成 -1,4-糖苷键 ） 糖元分支酶 （断开 -1,4-糖苷键 形成 -1,6-糖 苷键 ) 定义 ： 单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合的化合物称为 糖核苷酸。 作用： 糖核苷酸 是高等动植物体内合成双糖和多糖时， 葡萄糖的 活化 形式与供体。 种类： 目前发现的糖核苷酸主要有 UDPG, ADPG, TDPG, GDPG, CDPG等。在糖类代谢中，以 UDPG, ADPG为最重要。 形成： 1-P-G + UTP UDPG焦磷酸化酶 UDPG +PPi 酯酶 2Pi

4、糖核苷酸的作用及形成 糖原合成的反应过程可分为三个阶段。 1. 活化：由 葡萄糖 生成 尿苷二磷酸葡萄糖 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 UDPG。 （ 1) 6磷酸葡萄糖的生成 (消耗 1分子 ATP) （ 2) 1磷酸葡萄糖的生成 （ 3) 尿苷二磷酸葡萄糖的生成 (消耗 1分子 UTP) 消耗相当于 两分子的 ATP。 糖原合成 p183 糖原的合成 缩合 ：在糖原合酶催化下 ， UDPG所带的葡萄糖 残基通过 -1,4-糖苷键与 原有 糖原分子的 非 还原端相连，使糖链延长。糖原合酶是糖原合 成的关键酶。 (必须有引物） 分支 ：当直链长度达 12个 葡萄糖残基以上时， 在 分

5、支酶 的催化下，将距末端 6 7个葡萄糖残 基组成的寡糖链由 -1,4-糖苷键转变为 - 1,6-糖苷键 ，使糖原出现分支，同时非还原端 增加。 ATP 葡萄糖激酶 Mg2+ 葡萄糖 (glucose) O H H H H OH O H H O H O H CH 2 OH 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate) O H H H H OH O H H O H O H CH 2 O P O 3 H 2 葡萄糖 + ATP 6-磷酸葡萄糖 +ADP （ 1） 葡萄糖 磷酸化生成 6-磷酸葡萄糖 ADP 6-磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 OH O H OP OH O C H 2 O

6、H O H O H O 1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate) 磷酸葡萄糖变位酶 PO O H O H O O C H 2 O H O H O H O H 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate) （ 2） 6-磷酸葡萄糖 转变为 1-磷酸葡萄糖 O H H H H OH O H H O H O CH 2 OH P O O H O H 1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate) UTP O H H H H OH O H H O H O CH 2 OH P O O H O 尿苷P O OH O 尿苷二磷酸葡萄糖 (UDPG) (uridine

7、 diposphate glucose) PPi UDPG焦磷酸化酶 UTP+1-磷酸葡萄糖 UDPG+ PPi H2O 2Pi （ 3）尿苷二磷酸葡萄糖 的生成 尿苷 尿苷PP O H H H H OH O H H O H CH 2 OH 尿苷二磷酸葡萄糖 (UDPG) R OH O O H H H H O H H O H CH 2 OH O O H H H H O H H O H CH 2 OH 糖原引物 (Gn) (glycogen primer) R O O O H H H H O H H O H CH 2 OH O O H H H H O H H O H CH 2 OH O H H

8、H H OH O H H O H CH 2 OH 糖原合酶 糖原 (Gn+1) (glycogen) UDP （ 4） UDPG中的葡萄糖 连接到糖原引物上 返回 尿苷 (5) 分支酶 催化糖原不断形成 新分支链 糖原引物 糖原合酶 分枝酶 糖原合成的限速酶 1218G UDPG焦磷酸化酶、 糖原合酶、分枝酶 1、 UDPG + 引物 生糖原蛋白或糖原素共价连接（葡萄糖） 8 糖原合酶 UDP+（葡萄糖） n+1 2、 非还原端 分枝酶 n 只有糖原合酶与糖原素紧密结合时 糖原合酶 才有活性。 糖原合成图 : 消耗能量 需要引物 非还原端 糖基供体： UDPG 葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 糖原 (

9、含 1,4和 1,6糖苷键 ) 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP UDPG UTP PPi 直链糖原 (含 1， 4糖苷键 ) 糖原引物 UDP 分支酶 糖原合酶 焦磷酸化酶 糖原合成的特点 ： 1. 反应部位 : 肝、肾和肌肉 组织细胞的 胞 液 中 2. 糖原合成关键酶 : 糖原合酶 3. 需要糖原引物 4. 糖基供体： UDPG 每加上一个葡萄糖残基消耗 2分子 ATP 糖原分解 部位： 肝脏 产物： 葡萄糖 糖原分解： 指糖原分解为葡萄糖的过程。 糖原的分解代谢可分为三个阶段，是一 非 耗能过 程。 水解： 糖原 1-磷酸葡萄糖。此阶段的关键 酶是 糖原磷酸化酶，并需脱支酶 协助。 异构

10、 ： 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖。 脱磷酸 ： 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖。此过程只 能在肝和肾进行。 糖原的分解代谢 糖原的降解 p177 糖原主要为动物肝脏和骨骼肌中的贮能物质 ， 在 肌肉中贮存糖原是为了肌肉收缩提供能源，而在肝脏中贮存糖原 是为了维持血糖平衡。 糖原降解 主要有 糖原磷酸化酶 和 糖原脱支酶 催化进行。 糖原 +Pi 糖原 + G-1-P （ n残基） （ n-1残基） G-1-P 磷酸葡萄糖变位酶 G-6-P 肝脏 G+Pi 肌肉 进入糖酵解 （葡萄糖 -6-磷酸酶） 糖原磷酸化酶： 从非还原端催化 1-4糖苷键的磷酸解。 糖原的磷酸解具有重要的生物学意义 p178

11、糖异生 (1)糖原 磷酸解为 1-磷酸葡萄糖 磷酸化酶 糖 原 分 解 的 限 速 酶 糖 原 Gn 糖 原 Gn-1 H3PO4 OH O H OP OH O C H 2 O H O H O H O 1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate) Gn+ H3PO4 1-磷酸葡萄糖 + Gn-1 G G-1-P Pi 脱支酶 :专门水解 -1,6-糖苷键 磷酸化酶 脱支酶 G3转移酶 脱 枝 酶 的 作 用 (2)1-磷酸葡萄糖 转变为 6-磷酸葡萄糖 OH O H OP OH O C H 2 O H O H O H O 1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate)

12、 PO O H O H O O C H 2 O H O H O H O H 磷酸葡萄糖变位酶 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate) 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 水解为 葡萄糖 葡萄糖 (glucose) O H H H H OH O H H O H O H CH 2 OH 6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate) O H H H H OH O H H O H O H CH 2 O P O 3 H 2 H3PO4 H2O 葡萄糖 -6-磷酸酶 （肝） 肌肉中缺乏此酶 6-磷酸葡萄糖 + H2O 葡萄糖 + H3PO4 葡萄糖与 6-磷酸

13、葡萄糖 的相互转换 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP 糖的分解代谢 已糖激酶 H3PO4 H2O 糖原的分解 葡萄糖 -6-磷酸酶 肝 糖 原 分 解 图 1-磷酸葡萄糖 Pi Gn 磷酸化酶 6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖（血糖） H2O Pi 葡萄糖 -6-磷酸酶 糖分解代谢 糖 原 Gn+1 肌肉 肝脏 糖原的 合成与分解图 葡萄糖 1-磷酸葡萄糖 糖 原 G n+1 UDPG 糖原引物 Gn UDPG UTP PPi ATP ADP 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP Pi H2O Pi Gn 肝糖原与肌糖原比较 肝糖原 肌糖原 贮 量 90-100g 200-500g 5

14、% 1 -2% 合成原料 单糖 /非糖物质 葡萄糖 分解产物 葡萄糖 乳 酸 功 能 维持血糖浓度 满足剧烈运动时 的相对恒定 肌肉对能量的需要 消 耗 餐后 12-18h 剧烈运动后 糖原合成与分解的调节 磷酸化酶 共价修饰调节 糖原合成酶 受同一调节系统控制 即：激素 -cAMP-蛋白激酶 有两种类型 即：活性形式 和无活性形式 变构调节 糖原合酶的变构调节 变构激活剂： 6-磷酸葡萄糖 结论： 当葡萄糖充足时，体内糖原合成 加强，糖原分解减弱。 糖原合酶的共价修饰调节 A激酶 (有活性 ) ATP ADP H2O Pi 磷蛋白磷酸酶 -1 糖原合酶 a （有活性 ） 糖原合酶 b- （无

15、活性 ） P A激酶 (无活性 ) cAMP + cAMP对糖原合成与分解的调节 A激酶 (有活性 ) A激酶 (无活性 ) cAMP + A激酶 (有活性 ) + 磷酸化酶 b激酶 - （ 有活性） P 磷酸化酶 b激酶 (无活性 ) ATP ADP 磷酸化酶 b （无活性 ） 2ATP 2ADP 磷酸化酶 a- （高活性 ） P 糖原合酶 a （有活性 ） 糖原合酶 b- （无活性 ） + P H2O Pi 磷蛋白磷酸酶 -1 H2O Pi 磷蛋白磷酸酶 -1 胰高血糖 素和肾上腺 素对糖原合 成与分解的 调节 胰高血糖素、肾上腺素 腺苷酸环化酶 腺苷酸环化酶 + ATP cAMP + 蛋白激酶 蛋白激酶 + 高活性的 糖原合酶 低活性的 糖原合酶 + 无活性的磷 酸化酶 b激酶 有活性的磷 酸化酶 b激酶 + 无活性的 磷酸化酶 b 有活性的 磷酸化酶 a + 糖原分解加强 糖原合成下降 级联放大效应 糖原合成与分解的意义 对维持血糖浓度的相对恒定 和肌肉组织对 能量的需要 起重要作用。 糖原合成与分解是通过两条不同的代谢 途径，这是生化物质代谢的共同特点。 激素介导对糖原合成与分解的调节在生物 体内具有普遍的意义。