生物化学第26章糖原分解和生物合成ppt课件

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1、Chapter26 糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成一、糖原的特点和生物学意义一、糖原的特点和生物学意义二、糖原分解代谢二、糖原分解代谢三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成四、糖代谢的调理四、糖代谢的调理本章要点本章要点本章考点本章考点一、糖原的特点和生物学意义一、糖原的特点和生物学意义 糖原的特点：糖原的特点：-1,4-1,4糖苷键糖苷键和和-1,6-1,6糖苷键分枝点糖苷键分枝点 糖原的合成和分解速度受糖原的合成和分解速度受激素和别构酶的精细调理，激素和别构酶的精细调理，直接影响血糖程度。直接影响血糖程度。糖原糖原glycogenglycogen淀粉淀粉starchstarch1.

2、葡萄糖单元以葡萄糖单元以-1,4-糖糖苷苷 键形生长链。键形生长链。2.约约10个葡萄糖单元处构个葡萄糖单元处构成分枝，分枝处葡萄糖成分枝，分枝处葡萄糖以以-1,6-糖苷键衔接，分糖苷键衔接，分支添加，溶解度添加。支添加，溶解度添加。3.每条链都终止于一个非每条链都终止于一个非复原端复原端.非复原端增多，非复原端增多，以利于其被酶分解。以利于其被酶分解。n糖原的构造特点糖原的构造特点复原端复原端 非复原端非复原端亚细胞定位：胞亚细胞定位：胞 浆浆 糖原分解糖原分解(glycogenolysis)习惯上指肝习惯上指肝糖原分解成为葡萄糖的过程。糖原分解成为葡萄糖的过程。二、糖原分解代谢二、糖原分解

3、代谢(glycogenolysis)(glycogenolysis)在肝脏及肌肉中都有糖原分解作用在肝脏及肌肉中都有糖原分解作用 二、糖原分解代谢二、糖原分解代谢(glycogenolysis)(glycogenolysis)1 1、从非复原性末端葡萄糖残基在磷酸化酶作用下，、从非复原性末端葡萄糖残基在磷酸化酶作用下，-1-1，4 4糖苷键断裂，生成糖苷键断裂，生成G-1-PG-1-P和少一个葡萄糖残基和少一个葡萄糖残基的糖原分子。的糖原分子。磷酸化酶磷酸化酶a活性活性磷酸化酶磷酸化酶b无活性无活性ATPAMP磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛是磷酸化酶的辅助因子磷酸吡哆醛

4、是磷酸化酶的辅助因子磷酸化酶磷酸化酶n磷酸化酶磷酸化酶b b。该酶本身无。该酶本身无活性活性,当磷酸化酶当磷酸化酶b b活性活性中心的丝氨酸残基被磷中心的丝氨酸残基被磷酸化后，即构成高活性酸化后，即构成高活性磷酸化酶磷酸化酶a a。n由磷酸化酶由磷酸化酶b b转化为活化转化为活化方式方式a a的反响的反响,被磷酸化被磷酸化酶激酶所催化酶激酶所催化,而磷酸而磷酸化酶化酶a a去活化去磷酸化去活化去磷酸化那么由另一种磷酸酶所那么由另一种磷酸酶所催化。催化。OHOHOHOHOPOPOPOP4ATP4ADP4H2O4Pi2 2、糖基转移酶催化将、糖基转移酶催化将3 3个糖残基从某个糖链转移到个糖残基从

5、某个糖链转移到另一个另一个4 4糖残基链上。糖残基链上。3 3、糖原脱支酶催化糖原分枝点的、糖原脱支酶催化糖原分枝点的1 1，6-6-糖苷键水解糖苷键水解断裂，生成葡萄糖。断裂，生成葡萄糖。转移酶和去分枝酶是同一个酶上的两个活性部位转移酶和去分枝酶是同一个酶上的两个活性部位二、糖原分解代谢二、糖原分解代谢(glycogenolysis)(glycogenolysis)4 4、G-1-P G-1-P 在磷酸葡萄糖变位酶的催化下生成在磷酸葡萄糖变位酶的催化下生成 G-6-P G-6-P。5 5、G-6-PG-6-P在葡萄糖在葡萄糖-6-6-磷酸酶的催化下生成葡磷酸酶的催化下生成葡萄糖进入血液循环萄

6、糖进入血液循环 。二、糖原分解代谢二、糖原分解代谢(glycogenolysis)(glycogenolysis)*肌糖原的分解肌糖原的分解n肌糖原分解的前三步反响与肝糖原分解过肌糖原分解的前三步反响与肝糖原分解过程一样，但是生成程一样，但是生成6-6-磷酸葡糖之后，由于磷酸葡糖之后，由于肌肉组织中不存在葡糖肌肉组织中不存在葡糖-6-6-磷酸酶，所以磷酸酶，所以生成的生成的6-6-磷酸葡糖不能转变成葡萄糖释放磷酸葡糖不能转变成葡萄糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。一步代谢。n肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关。肌糖原的分解与合成与乳酸循环有关

7、。三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成 糖原的合成不是分解途径的逆转，而是糖原的合成不是分解途径的逆转，而是另有途径。合成与分解采用不同途径更易满另有途径。合成与分解采用不同途径更易满足代谢调理和反响所需能量的要求。足代谢调理和反响所需能量的要求。糖原的合成糖原的合成(glycogenesis)(glycogenesis)指由葡萄指由葡萄糖合成糖原的过程。糖合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、肌肉组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞浆细胞定位：胞浆三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成1.葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡糖磷酸葡糖葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡糖磷酸葡糖 ATP ADP

8、己糖激酶己糖激酶;葡糖激酶肝葡糖激酶肝 1-1-磷酸葡糖磷酸葡糖 磷酸葡糖变位酶磷酸葡糖变位酶 6-6-磷酸葡糖磷酸葡糖 2.6-磷酸葡糖转变成磷酸葡糖转变成1-磷酸葡糖磷酸葡糖 这步反响中磷酸基团转移的意义在于：这步反响中磷酸基团转移的意义在于：由于延伸构成由于延伸构成-1,4-1,4-糖苷键，所以葡萄糖分糖苷键，所以葡萄糖分子子C1C1上的半缩醛羟基必需活化，才利于与原上的半缩醛羟基必需活化，才利于与原来的糖原分子末端葡萄糖的游离来的糖原分子末端葡萄糖的游离C4C4羟基缩合。羟基缩合。半缩醛羟基与磷酸基之间构成的半缩醛羟基与磷酸基之间构成的O-PO-P键具键具有较高的能量。有较高的能量。1

9、-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 十十 UTP UDP-葡萄糖葡萄糖 十十 PPiUDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 焦磷酸焦磷酸UDPG3.1-磷酸葡糖转变成尿苷二磷酸葡糖磷酸葡糖转变成尿苷二磷酸葡糖*UDPG可看作可看作“活性葡萄糖，在体内充作葡萄糖供体。活性葡萄糖，在体内充作葡萄糖供体。糖原糖原n+UDPG 糖原糖原n+1+UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase)UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶4.-1,4-糖苷键式结合糖苷键式结合 *糖原糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物糖原引物(primer)，作为作

10、为UDPG 上葡糖基的接上葡糖基的接受体。受体。糖原糖原n+UDPG 糖原糖原n+1+UDP 糖原合酶糖原合酶(glycogen synthase)4.-1,4-糖苷键式结合糖苷键式结合 三、糖原的生物合成三、糖原的生物合成5 5、分枝酶合成具有、分枝酶合成具有1 1，6-6-糖苷键的有分枝的糖原糖苷键的有分枝的糖原 分枝酶至少是从分枝酶至少是从1111个残基的糖链的非复原性末端个残基的糖链的非复原性末端将将7 7个葡萄糖残基转移到较内部的位置，构成个葡萄糖残基转移到较内部的位置，构成-1-1，6 6糖苷键的新分枝链糖苷键的新分枝链 。糖原分枝的构成糖原分枝的构成 分分 支支 酶酶 (bran

11、ching enzyme)-1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷糖苷键键 糖原合成酶只能催化构成-1,4-糖苷键，当糖链长度到达12 18个葡萄糖残基时，由分枝酶使末端含67个葡萄糖的糖链转移，以-1,6-糖苷键衔接，构成分枝。由糖原合成酶与分枝酶催化的反响不断进展，使作为引物的糖原分子不断延伸，并添加新的分支分枝酶的作用分枝酶的作用n分支的构成不仅可添加糖原的水溶性，更分支的构成不仅可添加糖原的水溶性，更重要的是可添加非复原端数目，以便磷酸重要的是可添加非复原端数目，以便磷酸化酶能迅速分解糖原。化酶能迅速分解糖原。n从葡萄糖合成糖原是耗能的过程。从葡萄糖合成糖原是耗能的过程。葡萄糖葡萄糖6-

12、葡萄葡萄糖糖ATP1-磷酸葡糖磷酸葡糖UDPGUTPPPi5 5、分枝酶合成具有、分枝酶合成具有1 1，6-6-糖苷键的有分枝的糖原糖苷键的有分枝的糖原近来人们在糖原分子的中心发现了一种名为蛋近来人们在糖原分子的中心发现了一种名为蛋白白-酪氨酸酪氨酸-葡糖基转移酶葡糖基转移酶glycogeninglycogenin的蛋白质。的蛋白质。GlycogeninGlycogenin可对其本身进展共价修饰，将可对其本身进展共价修饰，将UDP-UDP-葡糖葡糖分子的分子的C1C1结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使结合到其酶分子的酪氨酸残基上，从而使它糖基化。这个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原它糖基化。这

13、个结合上去的葡萄糖分子即成为糖原合成时的引物。合成时的引物。糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？糖原合成过程中作为引物的第一个糖原分子从何而来？G-6-P的代谢去路的代谢去路G补充血糖补充血糖G-6-P F-6-P进入酵解途径进入酵解途径G-1-PGn合成糖原合成糖原UDPG 6-磷酸葡糖内酯磷酸葡糖内酯进入磷酸戊糖途径进入磷酸戊糖途径 葡糖醛酸葡糖醛酸进入葡糖醛酸途径进入葡糖醛酸途径小小 结结 反响部位：胞浆反响部位：胞浆 糖原的合成与分解总图糖原的合成与分解总图UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 G-1-P UTP UDPG PPi 糖原糖原n+1 UDP G-6-P G 糖原合酶糖

14、原合酶 磷酸葡糖变位酶磷酸葡糖变位酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi 磷酸化酶磷酸化酶 葡糖葡糖-6-磷酸酶肝磷酸酶肝 糖原糖原n 四、糖代谢的调理四、糖代谢的调理1、糖酵解、糖酵解EMP途径的调理途径的调理己糖激酶入口己糖激酶入口二磷酸果糖激酶限速酶，最重要二磷酸果糖激酶限速酶，最重要丙酮酸激酶出口丙酮酸激酶出口三种关键酶三种关键酶四、糖代谢的调理四、糖代谢的调理1、糖酵解、糖酵解EMP途径的调理途径的调理1ATP和和AMP的浓度比的浓度比2柠檬酸可添加柠檬酸可添加ATP对酶的抑制造用对酶的抑制造用3磷酸果糖激酶的活性还可被磷酸果糖激酶的活性还可被H+抑制抑制4底物和产物

15、的浓度关系对酶活性的影响底物和产物的浓度关系对酶活性的影响影响要素四、糖代谢的调理四、糖代谢的调理2、TCA循环的代谢调理循环的代谢调理三种关键酶：三种关键酶：柠檬酸合成酶限速酶柠檬酸合成酶限速酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶1主要受主要受ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰COA、脂酰、脂酰COA的抑制的抑制2激活：激活：ADP3、酵解、酵解、TCA循环及氧化磷酸化途径之间循环及氧化磷酸化途径之间的协同控制，巴斯德效应的协同控制，巴斯德效应四、糖代谢的调理四、糖代谢的调理 细胞内酵解、细胞内酵解、TCA循环及氧化磷酸化的速度循环及氧化磷酸化的速度受细胞中能荷程度的控制

16、，受细胞中能荷程度的控制，ADP含量高时刺激氧含量高时刺激氧化磷酸化及丙酮酸氧化，从而加速化磷酸化及丙酮酸氧化，从而加速TCA循环。相循环。相反，反，ATP含量高时可减慢氧化磷酸化、酵解及含量高时可减慢氧化磷酸化、酵解及TCA循环的速度。循环的速度。四、糖代谢的调理四、糖代谢的调理 4、糖原代谢的调理、糖原代谢的调理187页页 重点了解激素对糖原代谢的调理重点了解激素对糖原代谢的调理和激素效应的级联放大系统。和激素效应的级联放大系统。4、糖原代谢的调理、糖原代谢的调理关键酶关键酶 糖原合成：糖原合酶糖原合成：糖原合酶 糖原分解：糖原磷酸化酶糖原分解：糖原磷酸化酶 这两种关键酶的重要特点：这两种

17、关键酶的重要特点：快速调理有共价修饰和快速调理有共价修饰和 别构调理二种方式。别构调理二种方式。都以活性、无低活性二种方式存在，二种方式都以活性、无低活性二种方式存在，二种方式之间可经过磷酸化和去磷酸化而相互转变。之间可经过磷酸化和去磷酸化而相互转变。1糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶糖原磷酸化酶是糖原分解的关键酶磷酸化酶磷酸化酶b 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1磷酸化酶磷酸化酶a P磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 P磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1依赖依赖cAMP的的蛋白激酶蛋白激酶n依赖依赖cAMP的蛋白激酶的蛋白激酶cAMP-dependent protein kinas

18、e,简称蛋白激酶简称蛋白激酶A，其活性受，其活性受cAMP调理。调理。n这种经过一系列酶促反响将激素信号放大的连锁反这种经过一系列酶促反响将激素信号放大的连锁反响称为级联放大系统响称为级联放大系统cascade system，与酶含量，与酶含量调理相比普通以几小时或天计，反响快，效率调理相比普通以几小时或天计，反响快，效率高。其意义有二：一是放大效应；二是级联中各级高。其意义有二：一是放大效应；二是级联中各级反响都存在有可以被调理的方式。反响都存在有可以被调理的方式。糖原磷酸化酶还受变构调理，葡萄糖是其变糖原磷酸化酶还受变构调理，葡萄糖是其变构调理剂。构调理剂。磷酸化酶二种构像磷酸化酶二种构像

19、严密型严密型(T)和疏松和疏松型型(R)，其中，其中T型的型的14位位Ser暴露，便于接受前暴露，便于接受前述的共价修饰调理。述的共价修饰调理。磷酸化酶磷酸化酶 a(R)疏松型疏松型磷酸化酶磷酸化酶 a (T)严密型严密型葡萄糖葡萄糖 2糖原合酶是糖原合成的关键酶糖原合酶是糖原合成的关键酶糖原合酶糖原合酶a 糖原合酶糖原合酶b P磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1依赖依赖cAMP的的蛋白激酶蛋白激酶糖原合酶糖原合酶a a有活性，磷酸化成糖原合酶有活性，磷酸化成糖原合酶b b后即失去活性。后即失去活性。腺苷环化酶腺苷环化酶 无活性无活性腺苷环化酶有活性腺苷环化酶有活性 激素胰高血糖素、肾上腺素等激素胰

20、高血糖素、肾上腺素等+受体受体 ATP cAMP PKA(无活性无活性)磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 糖原合酶糖原合酶 糖原合酶糖原合酶-P PKA(有活性有活性)磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶a-P 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 Pi Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂-P 磷蛋白磷酸酶抑制剂磷蛋白磷酸酶抑制剂 PKA有活性有活性 n糖原合成与分解的生理性调理主要靠胰岛素和糖原合成与分解的生理性调理主要靠胰岛素和胰高血糖素。胰高血糖素。n胰岛素抑制糖原分解，促进糖原合成，但其机胰岛素

21、抑制糖原分解，促进糖原合成，但其机制还未一定。制还未一定。n胰高血糖素可诱导生成胰高血糖素可诱导生成cAMP，促进糖原分解。，促进糖原分解。n肾上腺素也可经过肾上腺素也可经过cAMP促进糖原分解，但能促进糖原分解，但能够仅在应激形状发扬作用。够仅在应激形状发扬作用。肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调理与肝糖原不同肌肉内糖原代谢的二个关键酶的调理与肝糖原不同 在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调在糖原分解代谢时肝主要受胰高血糖素的调理，而肌肉主要受肾上腺素调理。理，而肌肉主要受肾上腺素调理。肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主肌肉内糖原合酶及磷酸化酶的变构效应物主要为要为AMPAMP、ATPAT

22、P及及6-6-磷酸葡糖。磷酸葡糖。糖原合酶糖原合酶磷酸化酶磷酸化酶a-P磷酸化酶磷酸化酶bAMPATP及及6-磷酸葡糖磷酸葡糖 Ca2+的升高可引起肌糖原分解添加。的升高可引起肌糖原分解添加。调理小结调理小结 双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进展双向调控：对合成酶系与分解酶系分别进展调理，如加强合成那么减弱分解，或反之。调理，如加强合成那么减弱分解，或反之。双重调理：别构调理和共价修饰调理。双重调理：别构调理和共价修饰调理。肝糖原和肌糖原代谢调理各有特点：肝糖原和肌糖原代谢调理各有特点：如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素，如：分解肝糖原的激素主要为胰高血糖素，分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。分解肌糖原的激素主要为肾上腺素。关键酶调理上存在级联效应。关键酶调理上存在级联效应。关键酶都以活性、无低活性二种方式存关键酶都以活性、无低活性二种方式存在，二种方式之间可经过磷酸化和去磷酸化在，二种方式之间可经过磷酸化和去磷酸化而相互转变。而相互转变。n掌握糖原的特点和生物学意义掌握糖原的特点和生物学意义n了解糖原分解代谢了解糖原分解代谢n了解糖原的生物合成了解糖原的生物合成n掌握糖代谢的调理掌握糖代谢的调理本章考点本章考点作作 业业nP195 习题习题2，3