糖原代谢和糖异生作用

脱支酶含有分开的转
移 酶 活 性 和 α-1,6- 糖 苷 酶
两个酶活性部位。两个独
立的催化活性在同一个酶
中存在无疑会改进脱支反
应的效率。
糖原代谢和糖异生作用
？
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四、磷酸葡萄糖变位酶
在磷酸葡萄糖变位 酶的催化下，磷酸 基从酶的活性部位 转移到葡萄糖-1-磷 酸上，形成葡萄糖 -1,6-二磷酸中间物。 然后酶从该中间物 上把C-1位的磷酸 基转移到酶分子上， 并释放出葡萄糖-6磷酸。
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在肌肉组织中，糖原经糖原磷酸化酶和磷酸 葡萄糖变位酶产生的葡萄糖-6-磷酸可以沿着糖 酵解途径继续进行代谢，产生肌肉收缩所需要的 能量。在肝脏中，生成的葡萄糖-6-磷酸除可以 进入糖酵解和磷酸戊糖途径外，另一个重要的去 向 是 在 肝 脏 葡 萄 糖 - 6 - 磷 酸 酶 ( glucose-6phosphatase)催化内质下网腔生成葡萄糖：
分支的大分子 物质。糖原以 球形的糖原粒 的形式出现在 肌肉和肝脏细
胞内。
糖原众多的分
支的意义是什
么？
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一、糖原磷酸化酶催化糖原的降解
糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化糖 原从非还原性末端磷酸解产生葡萄糖-1-磷酸和缩短 一个糖残基的糖原。在细胞内糖原的磷酸解反应是 一种能量上有利的反应。
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UDP-葡萄糖（或ADP-葡萄糖）等（即 NDP- 葡 萄 糖 ） 这 类 糖 核 苷 酸 ( sugar nucleotides)是双糖、糖原、淀粉、纤维素和 更复杂的细胞内多糖合成时的糖基的直接供体 形式。在生物合成反应中，虽然这类糖核苷酸 不涉及到核苷酸本身基团的转移，但提供许多 与酶非共价相互作用的基团。这些相互作用可 以为酶的催化反应提供能量(结合能)；而且象 磷酸基那样，核苷酸基是一种非常好的离去基 团，激活核苷酸基连结的糖碳，以利于促进亲 核攻击。
葡萄糖-6-磷酸 ＋ H2O → 葡萄糖 ＋ Pi
生成的葡萄糖离开肝脏，经循环着的血液运送到 其他组织，肌肉和其他组织不含葡萄糖-6-磷酸 酶,因而能保有葡萄糖-6-磷酸。
(试比较肝糖原和肌糖原降解产生的葡萄糖单位的代谢去向.)
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Section 2 糖原的合成
由葡萄糖合成糖原涉及己糖激酶或葡萄糖 激酶、磷酸葡萄糖变位酶、尿苷二磷酸-葡萄糖 焦磷酸化酶和糖原合酶。
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葡萄糖-1-磷酸＋UTP ←→ UDP-葡萄糖＋PPi △Go'≈ 0
PPi＋H2O → 2Pi △Go'＝ -29.7kJ·mol-1
总反应： 葡萄糖-1-磷酸＋UTP＋ H2O → UDP-葡萄糖＋2Pi △Go'＝﹣29.7kJ·mol-1
总反应自由能变化表明，反应有利于UDP-葡 萄糖的生成。
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糖原的合成需要引物，那么新的糖原分子的
合成是如何起始呢？糖原蛋白(glycogenin)是一种
较小的蛋白质(分子量为37kD)，可以作为一种引
Hale Waihona Puke Baidu
物与第一个葡萄糖基连接。在酪氨酸葡萄糖基转
移酶(tyrosine glucosyltransferase) 催化下，把一
个 葡 萄 糖 基 结 合 到 糖 原 蛋 白 1 9 4 位 Tyr 残 基 的
条件下，糖原蛋白自身催化连续添加7个或更多的糖基，使糖链延
伸，形成糖原引物。糖原合酶只能从这一个点上开始糖原的合成(延
长糖) 原代谢和糖异生作用
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三、糖原分支的产生
糖原合酶只能催化α-1,4-糖苷键的生成，形成线性 的糖链。产生分支、形成糖原则需要另外一种叫做淀 粉 - ( 1 , 4 → 1 , 6 ) - 转 葡 萄 糖 基 酶 ( amylo-(1,4→1,6)transglycosylase)，即分支酶(branching enzyme)。这个 酶催化从糖链的非还原性末端转移7个残基至同一糖链 或另一糖原链的糖残基的C-6位上，形成一个α-1,6-糖 苷键:
﹣OH上。然后，在UDP-葡萄糖继续提供糖基的
条件下，糖原蛋白自身催化连续添加7个或更多
的糖基，使糖链延伸，形成糖原引物(图)。糖原
合酶只能从这一个点上开始糖原的合成(延长)。
糖原粒分析提示，每个糖原粒仅与一分子的糖原
蛋白和一分子的糖原合酶结合在一起。 在tyrosine glucosyltransferase活性催化下，把一个葡萄糖基结合到 糖原蛋白194位Tyr残基的﹣OH上。在UDP-葡萄糖继续提供糖基的
1957年，阿根廷 生 物 化 学 家 L.Leloir 发 现，葡萄糖-1-磷酸在尿 苷二磷酸-葡萄糖焦磷 酸 化 酶 ( UDP-glucose pyrophosohorylase) 的 催化下与尿苷三磷酸 ( UTP) 结 合 形 成 尿 苷 二 磷酸-葡萄糖(UDP-葡萄 糖或UDP-G) ，UDP-葡 萄糖是糖原合成时糖基 的供体形式：
糖原代谢和糖异生作用
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二、糖原磷酸化酶的结构和作用机制
糖原磷酸化酶是由两个相同的亚基构成的二 聚体，每个亚基都有一个大的N-端结构域（484个 残基）和一个小的C-端结构域。
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三、糖原脱支酶
糖原脱支酶 (也叫α1,4-糖基转移酶)从糖原的 极限分支点上催化转移α1,4- 糖 苷 键 连 结 的 三 糖 单 位到另一个分支的非还原 性末端，产生可被糖原磷 酸化酶作用的较长糖链。
一、UDP-葡萄糖是糖基转移的活泼形式
肝脏和骨骼肌是糖原合成的主要部位。葡
萄糖进入肝脏或肌肉组织后，首先经己糖激酶
或葡萄糖激酶催化，转变成葡萄糖-6-磷酸。但
葡萄糖-6-磷酸不能直接用作糖原合成的糖基供
体。在磷酸葡萄糖变位酶催化的反应中，葡萄
糖-6-磷酸转变成葡萄糖-1-磷酸。
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糖原代谢和糖异生作用
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该反应的△Go'是﹣13.4kJ·mol-1，这表明 UDP-葡萄糖的形成和糖原合成的总反应：
葡萄糖-1-磷酸＋UTP＋
糖原 (n个葡萄糖残基) →
糖原(n＋1个葡萄糖基)＋UDP＋Pi
在能量上是一个非常有利的过程。这一有利 过程的产生是以消耗UTP为代价，而UTP的 消耗在能量上相当于ATP的消耗。
Chapter11 糖原代谢和 糖异生作用
葡萄糖在体内 的代谢利用
糖原代谢和糖异生作用
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本章主要介绍： 1、糖原的降解与合成； 2、糖原代谢的交互调节； 3、葡萄糖的异生作用； 4、糖异生与糖酵解的交互调节。
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Section 1 糖原的降解
糖原(glycogen)是由α-D-葡萄糖聚合而成的﹑有