上海交通大学生物化学课件糖代谢糖原

第七章糖代谢—
糖原的分解与合成代谢
王灿华
Tel: 34204892
生物楼4号楼314室
wangcanhua@
Sept, 2015
糖原的分解与合成代谢
◆概论
◆糖原的分解代谢
◆糖原的合成代谢
◆糖原的合成与分解代谢的调控
肾上腺素
糖原
信号级联放大导致糖原代谢产生葡萄糖
定义及类型
一、概论
1. 糖原(glycogen)：人和动物体内存储糖（多糖）
的形式之一。

是机体能迅速动用的能量储备。

2. 糖原存储的器官和意义
肌肉：肌糖原供肌肉收缩所需
肝脏：肝糖原维持血糖平衡
糖原结构
2.糖原的结构特点
类似于淀粉，葡萄糖单元以α-1,4-糖苷键形成长连。

分支程度比淀粉更高，大约每10个α-1,4-糖苷键就有一个α-1,6-糖苷键。

溶解度增加。

每条链都终止于一个非还原端，非还原端增多，有利于被酶分解。

二、糖原的分解代谢
1. 定义：由糖原分解为葡萄糖的过程。

2. 部位：胞质
3. 肝糖原的分解分解
糖原磷酸化酶
(糖原)n + Pi (糖原)n-1 + Glc-1P
磷酸化酶
转移酶
脱枝酶
●磷酸解:1,4-糖苷键 产物: Glc-1P
可异构为Glc-6P ，进入 EMP ，节省能量。

●水解: 1,6-糖苷键 产物：Glc
Glc-1P
Glc
糖原
脱枝酶
双功能酶双功能酶（bifunctional enzyme）：
糖原脱枝酶的肽链上有两个起不同作用的活性部位：①转移葡萄糖残基的作用，也叫糖基转移酶
（glycosyl transferase）
②分解葡萄糖α（1→6）糖苷键的作用，即为糖原脱
枝酶。

No ATP
糖原磷酸化酶consumed!
PLP磷酸吡哆醛）
AMP
(别构激活剂)
四聚体的糖原磷酸化酶
Glc-1P 转变为Glc-6P
Glc-1P Glc-6P 磷酸葡萄糖变位酶
Glc-6P 再水解为Glc ，进入血液，提供血糖。

Glc-6P Glc 葡萄糖-6磷酸酶（肝、肾） 进入糖酵解
调节血糖
肝糖原分解
葡萄糖-6磷酸酶结合在光面内质网(ER)上，并有Ca 2+的协同作用。

葡萄糖-6磷酸必须先转移到ER 内，才能接受酶的水解，生成的葡萄糖和P i 通过不同的途径再转回胞质中。

肝的‚利他性‛之一。

毛细管
葡萄糖-6磷酸酶
葡萄糖-6磷酸酶
肌糖原分解4. 肌糖原的分解
前两步反应与肝糖原的相同。

生成Glc-6P后
由于肌肉组织中不存在葡萄糖-6磷酸酶，所
以Glc-6P不能转变为Glc释放进入血液提供血
糖，只能进入糖酵解或有氧氧化。

5. 糖原的分解与合成和乳酸循环相关。

糖原合成
三、糖原的合成代谢
1. 定义
由葡萄糖合成糖原的过程。

2. 合成的部位
组织定位：主要在肝脏和肌肉
细胞定位：胞质
3. 历史
in vitro: 糖原分解的可逆过程
in vivo: 并非糖原分解的可逆过程
4. 糖原的合成途径
准备阶段一：Glc磷酸化生成Glc-6P
肝中的同工酶为葡萄糖激酶，
其对葡萄糖的亲和力低，食后，
血液中葡萄糖浓度增加才起作
用。

不受Glc-6-P的限制，可大
量吸纳血中过多的葡萄糖。

肝的‚利他性‛之二。

（肌肉）
G0'= -16.7 kJ/mol
准备阶段二：Glc-6P转变为Glc-1P
磷酸葡萄糖变位酶
Glc-6P Glc-1P
磷酸基团转移的意义：
Glc-1P用于与UTP形成UDP-G (尿苷二磷酸葡萄糖)。

UDP－G
*
UDPG
糖原合成
催化糖原合成所需的三种酶
o UDPG-焦磷酸化酶
催化Glc-1P转变为尿苷二磷酸葡萄糖(UDP-G)
许多实验发现：糖原合成中，糖基的供体并非
Glc-1P，而是核苷酸化合物UDP-G。

UDP-G可看作‘活性葡萄糖’，在体内充当葡萄糖供体。

UDPG-焦磷酸化酶Glc-1P+UTP UDP-G 反应模式：
PP i的水解驱动所偶联
的生物合成反应的进行
UDP-G的生成
UDPG-焦磷酸化酶
ＰＰ
ｉ
２Ｐ
ｉ
糖原合成o 糖原合酶
催化UDPG上的葡萄糖分子的1位碳原子与已存在的(糖原)n（糖原引物）上非还原末端葡萄糖残基C4的-OH形成α-1,4-糖苷键，使糖原延长了一个葡萄糖残基。

但不能形成分支。

糖原引物
糖原引物糖原引物:
(1)直接引物
尚未被降解的糖原分子,其残留的非还原端可为之。

(2)生糖原蛋白___从无到有
近来发现：在糖原分子的核心有分子量较小的糖原素（glycogenin）蛋白可作为引物，在Tyr葡萄糖基转移酶催化下，将UDPG上葡萄糖分子的C1结合到生糖原蛋白的Tyr的-OH上，使其糖基化。

连续添加7个UDPG，即成为糖原引物。

Tyr194 糖原素蛋白
UDPG
Mn2+
Asp162
Glycogenin structure（是一个二聚体结构）
UDPG 与Glycogenin 结合生成糖原引物
糖原素蛋白自催化
Tyr 葡萄糖基转移酶
糖原引物
总纲
o 糖原分支酶
作用：断开α-1,4-糖苷键，形成α-1,6-糖苷键
将糖原中处于直链的葡萄糖残基，距离还原性末端约4个葡萄糖残基的片段在α-1,4-糖苷键处切断，然后将其转移到同一个或其它的糖原分子比较靠内部的葡萄糖残基C6的羟基上，进行α-1,6-糖苷键的连接。

两个分支之间至少有4个葡萄糖残基的距离。

1-4键:1-6键≈10:1
糖原分支酶
糖原分支酶催化糖原分支的形成
糖原颗粒的层次结构
Summary:
糖原合成:
+ UDP-葡萄糖糖原n+1 + UDP 糖原
n
糖原分解:
糖原
+ P i糖原n + 葡萄糖-1-磷酸n+1
别构调节 共价调节
相关联的调控蛋白
分隔（区域化）
关于调控：
四、糖原的合成与分解代谢的调控
关键酶糖原合成：糖原合酶
糖原分解：糖原磷酸化酶
两种关键酶的特点：
☐它们的快速调节有共价修饰和别构调节（葡萄糖是其别构剂）两种方式。

☐都以活性、无(低)活性两种形式存在，两种形式之间可通过磷酸化与去磷酸化而相互转变。

☐都受到激素的调节。

糖原代谢调控 共价修饰调控
o两种酶磷酸化或去磷酸化后活性变化相反。

o此调节为酶促反应，调节速度快。

o调节有级联放大作用，效率高。

o受激素调节。

糖原代谢调控
胰高血糖素
磷蛋白磷酸酶1
肾上腺素
糖原分解中
糖原磷酸化酶
的共价修饰调控
糖原合成中 糖原合酶的共价修饰调控
糖原合酶激酶3
磷蛋白磷酸酶1 胰岛素 糖原合酶b
糖原合酶a
胰高血糖素
肾上腺素 胰岛素 糖原代谢调控
糖原磷酸化酶a的别构调节
别构调控
向血液输入葡萄糖导致糖原磷酸化酶失活，活化肝脏的糖原合成途径。

血液葡萄糖调节肝脏糖原代谢
激素的调节
糖原磷酸化酶↑肾上腺素/胰高血糖素
糖原合酶↓
糖原磷酸化酶↓
胰岛素
糖原合酶↑
肾上腺素或胰高血糖素的调控
糖原分解途径中肾上 腺素和胰高血糖素的
级联放大作用
肌细胞 肝(实质)细胞 肾上腺素 胰高血糖素 糖原代谢调控
糖原代谢调控 胰岛素的调控
抑制肾上腺素
胰高血糖素
抑制
糖原磷酸化酶
糖原合成途径中胰岛素素对糖原合酶的调控 胰岛素 糖原合酶a
糖原合酶b 糖原合酶激酶3
磷蛋白磷酸酶1
糖原代谢调控
糖原代谢调控G-蛋白
糖原代谢调控血糖浓度如何维持相对稳定?
饱食后：胰腺β细胞释放胰岛素进入血液，抑制胰高血糖素分泌。

胰岛素升高降低cAMP活性，激活糖原合酶，最终合成糖原，降低血糖浓度。

同时抑制肝细胞和肾细胞的糖异生作用。

将血糖维持在稳定水平。

餐间或睡眠时：机体处于饥饿状态。

细胞需从血液中摄取葡萄糖，以维持正常的代谢。

血糖浓度降低可促进胰腺α细胞分泌胰高血糖素，抑制胰岛素分泌。

同时肾上腺素分泌增多。

激活糖磷酸化酶，可促进肝脏、肌肉及肾脏中糖原的分解，生成的葡萄糖直接进入血液，防止血糖浓度迅速下降。

正常人空腹静脉血含葡萄糖3.89-6.11mmol/L(或每100毫升含有80-120 mg )。

糖原累积症
是一类遗传性代谢疾病，特点为体内某些器官组织中有大量糖原堆积。

引起糖原累积症的原因是患者先天性缺乏与糖原代谢有关的酶。

可导致肌无力甚至死亡。

充满糖原的溶酶体。

II类糖原储存疾病的新生儿，其骨骼肌的电子显微镜图谱。

溶酶体充满糖原（因为溶酶体内a-1,4-糖苷酶活性低下）。

细胞质的糖原含量正常。

食物淀粉葡萄糖血糖
饭后
禁食
糖原
查97
痉挛
McArdle疾病是肌肉糖原存储疾
病（V类）。

患者缺乏肌肉磷酸
化酶活性，患者不能进行剧烈运
动。

发育正常，因有效利用肌肉
糖原不是生命所必需。

正常人剧
烈运动，其肌肉pH值迅速降低（
因产生乳酸）。

但McArdle疾病
患者剧烈运动，肌肉变碱（因肌
酸磷酸降解）。

这些患者的肌肉
并不积累乳酸，其肌肉的糖酵解
速率比正常水平低很多；患者也
不动用糖原。

NMR研究指出患
者出现痉挛绞痛与高水平ADP相
关。

适应环境
PPP
糖酵解
肝糖原分解
Glc-6P 的来龙去脉
糖原
葡萄糖-1P
葡萄糖-6P
丙酮酸
乳酸
葡萄糖
中心分子小结
一、糖原的结构
分支程度比淀粉更高
二、分解代谢
糖原分解----磷酸化酶 、转移酶 、脱枝酶
得到Glc-1P Glc-6P(肌) Glc 进入血液(肝) 三、合成代谢: UDPG-焦磷酸化酶、糖原合酶、分支酶
四、代谢调控： 磷酸化酶、糖原合酶 别构调节、激素调节
Summary
作业:P230-6,8。