糖原的合成与分解

R
c
蛋白激酶 （无活性）
c+ R
蛋白激酶（有活性）
ATP ADP
cAMP
非磷酸化蛋白激酶
磷酸化蛋白激酶
内在蛋白质的磷酸化作用
改变细胞的生理过程
细胞膜
G蛋白（GTP结合蛋白）
cAMP激活蛋白 激酶的作用机理
5.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，说明生化的一个重要原 理。 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。
肾上腺素或 胰高血糖素
意义：由于
1、腺苷酸环化酶
（无活性）
腺苷酸环化酶（活性）
1
酶的共价修饰 反应是酶促反 应，只要有少 量信号分子 （如激素）存
2、ATP
cAMP
2
102
3、蛋白激酶
R、cAMP
3
（无活性） 蛋白激酶（活性）
在，即可通过 加速这种酶促 反应，而使大 量的另一种酶 发生化学修饰， 从而获得放大 效应。这种调 节方式快速、
糖原的分布
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)
返回
2.糖原分解
糖原分解
是指糖原分解为葡萄糖的过程。
部位
肝脏
产物
葡萄糖
பைடு நூலகம்
一、糖原的酶促磷酸解
糖原的结构及其连接方式
非还原性末端
-1，6糖苷键
-1，4-糖苷键
+
A
ADP
2、淀粉的分解
淀粉的酶促水解解
α －淀粉酶：在淀粉 分子内部任意水解α -1.4 糖苷键。（内切酶）
β －淀粉酶:从非还原 端开始，水解α －１.4糖 苷键，依次水解下一个β －麦芽糖单位（外切酶）
脱支酶（R酶）:水解 α －淀粉酶和β －淀粉酶 作用后留下的极限糊精中 的1.6 －糖苷键。
ATP ADP
4、磷酸化酶激酶
4
（无活性） 磷酸化酶激酶（活性）
104
ATP ADP
5
106
5、磷酸化酶 b
（无活性） 磷酸化酶 a（活性）
6
108
6、糖原
1-磷酸葡萄糖
葡萄糖
效率极高。
血液
葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图
激素 受体 G蛋白 环化酶
细胞膜
ATP
cAMP+PPi
共价修饰
磷酸化酶和糖原合成酶的活性是受磷酸化或去磷酸化的共 价修饰的调节。二种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但 其效果相反。
Pi H2O
糖原合成酶 a ( 有活性)
OH
糖原磷酸化酶 b OH
( 无活性)
糖原合成酶 b ( 无活性)
P
糖原磷酸化酶 a ( 有活性)
P
ATP ADP
(1)糖原合酶的变构调节
3.糖皮质激素
①促进肌肉蛋白质分解，分解产生 的氨基酸转移到肝进行糖异生。 ②抑制肝外组织摄取和利用葡萄糖， 抑制点为丙酮酸的氧化脱羧。
二、糖水平异常
1.高血糖和糖尿病 在正常情况下，血糖
水平维持在3.89～6.11mmol/L之间。空腹 时血糖浓度高于7.28mmol/L称为高血糖。 如果血糖值超过肾糖阈值8.96mmol/L ，尿 中还可出现糖，就称为糖尿病 。
葡萄糖 (glucose)
脑与肌肉中缺乏此酶
6-磷酸葡萄糖+ H2O
葡萄糖 + H3PO4
糖原
Gn+1 Pi
糖
磷酸化酶
原 分
Gn
1-磷酸葡萄糖
解 磷酸葡萄糖变位酶
图 6-磷酸葡萄糖
葡萄糖-6-磷酸酶
H2O
Pi
葡萄糖
糖分解代谢
一、糖原的合成作用
由葡萄糖和其它单糖如果糖、半乳糖 合成糖原的过程称为糖原合成，反应 在细胞质中进行 。
OH OH
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
CH2OPO3H2
H2O H3PO4
CH2OH
H
OH
H
OH
H OH H
H OH H
HO
OH 葡萄糖-6-磷酸酶 HO
OH
H
OH
（肝）
H
OH
6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate)
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。
(2)糖原合酶的共价修饰调节
A激酶(无活性)
+
cAMP
ATP
A激酶(有活性)
ADP
糖原合酶a （有活性）
糖原合酶b- P （无活性）
Pi
磷蛋白磷酸酶-1 H2O
磷酸化酶b激酶
(无活性)
Pi
ATP
磷蛋白磷酸酶-1
支链淀粉合成
淀粉合成酶:催化形成α -1.4糖苷键 Q酶（分支酶）:既能催化α -1.4糖苷键的断裂，又 能催化α -1、6糖苷键的形成
非还原端 残基
淀粉的分枝结构
开始分枝的残基
两个葡萄糖单位之 间的1，6-糖苷键
两个葡萄糖单位之 间的1，4-糖苷键
直链淀粉的合成
+
引物（Gn）
A
ADPG
直链淀粉(Gn+1)
2.低血糖与低血糖昏迷 血糖浓度低于
3.92mmol/L（70mg/L）时，可出现低血糖 症 。若血糖浓度继续下降，低于2.25时， 就会严重影响大脑的功能，出现惊厥和昏 迷，一般称为“低血糖休克”。
淀粉的生物合成
淀粉的结构特点 直链淀粉合成
由淀粉合成酶催化，需引物（Gn）,ADPG供糖基， 形成α －1.4糖苷键。
H2O
PPi 2Pi
CH2OH
H H
OH
OH H
HO
O
OO P O P O 尿苷
H
OH
OH HO
尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)
(uridine diposphate glucose)
UTP+1-磷酸葡萄糖
UDPG+ PPi
(4)UDPG中的葡萄糖连接到糖原引物上
CH2OH
H H
OH
HO
OH
H P P 尿苷
OH
OH HO
6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate)
1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate)
6-磷酸葡萄糖
1-磷酸葡萄糖
(3)尿苷二磷酸葡萄糖的生成
CH2OH
H H
OH
OH H
HO
O
O P OH
UTP
UDPG焦磷酸化酶
H
OH
OH
1-磷酸葡萄糖
(glucose-1-phosphate)
葡萄糖激酶
CH2OPO3H2
H H
OH
OH H
HO
OH
H
OH
6-磷酸葡萄糖 (glucose-6-phosphate
葡萄糖 + ATP
6-磷酸葡萄糖+ADP
(2)6-磷酸葡萄糖转变为1-磷酸葡萄糖
OH
O P O CH2
OH
O
HO CH2 O OH
OH OH
OH 磷酸葡萄糖变位酶 OH OH
OP O
断键部位
非还原性末端
磷酸化酶 a (PLP)
+
磷酸
G-1-P
(1)糖原磷酸解为1-磷酸葡萄糖
糖原
Gn
糖
H3PO4
原 分
磷酸化酶
解 的
糖 原 Gn-1
限 速
HO CH2
酶
O
OH
OH OH
OP
OH HO
1-磷酸葡萄糖
O
Gn+ H3PO4 1-磷酸葡萄糖 + Gn-1
(glucose-1-phosphate)
腺苷酸环化酶 + 腺苷酸环化酶
磷酸化酶b激酶 ATP
+
cAMP
胰高血糖素 和肾上腺素 对糖原合成
与分解的 调节
+
蛋白激酶 + 蛋白激酶
磷酸化酶b激酶 磷酸化酶b + 磷酸化酶a
糖原合酶 + 糖原合酶
级联放 大效应
糖原分解加强
糖原合成下降 返回
cAMP结构
(3)、激素对糖原
合成与分解的调控
肾上腺素或 胰高血糖素
2.胰高血糖素
其升高血糖的机制包括： ①激活依赖cAMP的蛋白激酶，人而抑制糖 原合酶和激活磷酸化酶，迅速使肝糖原分 解，血糖升高。 ②通过抑制磷酸果糖激酶2抑制糖酵解途径， 加速糖异生作用。 ③促进磷酸烯醇式丙酮酸激酶的合成，抑 制丙酮酸激酶，增强糖异生。 ④与胰岛素作用相反，加速脂肪动员，间 接升高血糖水平。
解释了临床上的某些遗传性疾病
返回
第五节 血糖水平的调节
血糖的来源和去路
血糖指血中的葡萄糖。血糖来源为肠道 吸收、肝糖原分解或肝内糖异生生成就 葡萄糖释入血液。 血糖的去路主要是在组织器官中氧化供 能，可合成糖原贮存或转变成脂肪及某 些氨基酸等。
一、血糖水平的调节
1.胰岛素
胰岛素降血糖是多方面作用的结果： ①促进肌肉、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体 将葡萄糖转运入细胞。 ②通过激活丙酮酸脱氢酶加速丙酮酸氧化为乙 酰–CoA，促进糖的有氧分解。 ③通过抑制依赖cAMP的蛋白激酶，使细胞内 cAMP降低，使糖原合成酶活性增强，磷酸化酶 活性减弱，结果是加速糖原合成而抑制糖原分 解。 ④抑制肝内糖异生。 ⑤通过抑制脂肪组织内的激素敏感性脂肪酶， 可减缓脂肪动员的速率。
A激酶(有活性)
A激酶(无活性)
H2O
ADP
2ATP 磷酸化酶b激酶- P
+
2ADP cAMP +
（有活性）
A激酶(有活性)
磷酸化酶b （无活性）
磷酸化酶a- P （高活性）
+
糖原合酶a 糖原合酶b- P （有活性） （无活性）
Pi 磷蛋白磷酸酶-1 H2O
(3)cAMP对糖原合成与分解的调节
胰高血糖素、肾上腺素
H
OH
尿苷二磷酸葡萄糖 (UDPG)
CH2OH
CH2OH
H H
OH
HO
OH H
H
H
OH
O
O H
H OR
H
OH
H
OH
糖原引物(Gn)
(glycogen primer)
糖原(Gn+1)
(glycogen)
UDP
糖原合酶
CH2OH
H H
OH
HO
OH
H O
CH2OH
CH2OH
H H
OH
OH H
H
H
OH
O
O H
α －淀粉酶 β －淀粉酶
淀粉的磷酸解
淀粉磷酸化酶
淀粉+nH3PO4 脱支酶
nG-1-p+少量葡萄糖
在Q酶作用下的支链淀粉的合成
m
n
A
B
Q酶（1）
m
+
n
A
B
Q酶（2）
A
m n
B
糖原的合成与分解
糖原
糖原是以葡萄糖为基本单位聚合而成 的多糖。在糖原分子中，葡萄糖与葡 萄糖分子之间以α–1,4–糖苷键相连构 成直链，又以α–1,6–糖苷键连接形成 分枝，整体糖原分子 呈树枝。肝和肌 肉是贮存糖原的主要组织器官。
还原端
1.糖原的结构特点
非还原端
形 状：树枝状 分子量：100～1000万 还原端：一个 非还原端：多个
磷酸化酶a（催化1.4-糖苷键断裂） 三种酶协同作用： 转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）
脱枝酶（催化1.6-糖苷键水解断裂）
非还原性末端 Pi
1-磷酸葡萄糖
糖 非还原端
原
磷
G -1-P
酸 磷酸葡萄糖变位酶
解
G -6-P
的
步
骤
G
G
双重功能酶
磷酸化酶a
糖原核心
转移酶
极限糊精
脱枝酶（释放1个葡萄糖）
糖原磷酸化酶的作用位点及产物
返回
4.糖原合成与分解的调节
磷酸化酶
变构调节
糖原合成酶
共价修饰调节
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
糖原的合成和分解通过对糖原磷酸化酶和糖原合成酶 的调节机制进行调控
别构调控 1. 糖原磷酸化酶：AMP； ATP、6-P-G、Glc 2. 糖原合成酶：6-P-G、Glc
脱
支
Pi
酶 的
G-1-P
作
脱支酶
用
脱支酶
脱支酶具有双重作用:
α-1,4-糖基转移酶α-
G
1,6-糖苷酶
(2)1-磷酸葡萄糖转变为6-磷酸葡萄糖
HO CH2 O OH
OH
O P O CH2
OH
O
OH OH
OP
OH HO
1-磷酸葡萄糖 (glucose-1-phosphate)
O
OH OH
磷酸葡萄糖变位酶
H O
R
H
OH
H
OH
H
OH
(5)分支酶催化糖原不断形成新分支链
12~18G
糖原合酶
分枝酶
糖原引物
糖原合成的限速酶
糖原合成图
1-磷酸葡萄糖
UTP
UDPG PPi 糖原引物 UDP
糖原(1→4葡萄糖单位)
葡萄糖
ATP ADP
6-磷酸葡萄糖
消耗能量 需要引物 非还原端
糖原(1→4和1→6葡萄糖单位)
糖原的结构
3.糖原合成
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
部位：
肝脏、肌肉组织等细胞的胞浆中
(1)葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖
CH2OH
H H
OH
OH H
HO
OH
H
OH
葡萄糖
(glucose)
ATP ADP
Mg2+