大学课程生物化学第23-24 章糖原的分解与异生课件
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由葡萄糖-6-磷酸酶催化，生成自由葡萄糖，该 酶只存在于肝及肾中。
G-6-P + H2O
葡萄糖-6-磷酸酶
G + Pi
磷酸葡萄糖变位酶作用机制
磷酸葡萄糖变位酶的作用机制
第二节 糖 原 的 合 成
在生理条件下，糖原的磷酸解是一个高度放能的反应，而 其逆反应如果没有自由能的输入则在热力学上是不利的。
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。在磷酸葡萄糖异构酶催化的反应中，葡萄糖-6-磷酸转 变成葡萄糖-1-磷酸。
1957年，阿根廷的生物化学家L.Leloir发现,葡萄糖-1-磷酸 在尿苷二磷酸焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosohorylase)的催化下与尿苷三磷酸(UTP)结合形成 的尿苷二磷酸-葡萄糖(UDP-葡萄糖或UDP-G) 是糖原合成时 的糖基体的供体形式：
第 23、24 章 糖原代谢和糖异生作用
贮存糖原的动用(主要发生在肝脏中)可以为脑和红细胞提 供对葡萄糖部分需要。当进食之后葡萄糖很丰富时，葡萄糖便会 很快地以糖原的形式贮存起来。然而，肝脏贮存糖原的能力仅能 满足脑每日对葡萄糖的一半的需要。在禁食的条件下，机体所需 的大部分葡萄糖则通过葡萄糖的异生作用从非糖前体(例如氨基酸) 提供。因此，葡萄糖的合成、贮存、动用以及通过糖酵解或磷酸 戊糖途径的分解代谢都是受到有效的调节，以满足于机体对能量 的短期和长期需要。
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：
兔肌糖原磷酸化酶的 模式图
糖原磷酸化酶不能催化分支点附近的(4～5糖残基) 的α-1,4-糖苷键的裂解，也不能催化分支点的α1,6-糖苷键的裂解。
三. 糖原脱支酶
糖原脱支酶（glycogen debranching enzyme）（也叫 α-1,4-糖基转移酶）能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的糖链。
分支点上以α-1,6-糖苷键同主链连结的一个糖残基可被同 一脱支酶水解(非磷酸解)，产生葡萄糖和已脱支的糖链。糖原 大约10%的糖残基(即在分支点上的残基)因此而转变成葡萄 糖而不是葡萄糖-1-磷酸。
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。
第一节 糖原的降解
肌糖原:180-300g 肌肉收缩的应急能源
种类
肝糖原:70-100g 血糖
糖原是一种无还原性的多糖。 糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除， 均在其非还原端进行。 糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组 织细胞的胞液中。
糖原(glycogen)是由α-D-葡萄糖聚合而成的﹑有 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，分别占肌肉和肝脏重量的1%～ 2%和10%左右。糖原粒中也含有催化糖原合成和降解 的酶以及一些调节这些反应的蛋白质。糖原分子只有 一个还原性末端，而在每个分支上都有一个非还原性 末端。糖原的降解与合成都有序地发生在非还原性末 端，因此，糖原的高度分支的结构极大地增大糖原降 解与合成的作用点，有利于提高糖原降解与合成的速 度。
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。N-端域包含磷酸化部位、别构效应物部位、 糖原结合部位(也叫糖原贮存部位)以及二聚体亚基间的相 互作用部位，每个亚基的塔式(tower)螺旋以反平行的交 互方式相互作用。催化部位位于亚基的中间。
脱支：由α-1,6-葡萄糖苷酶催化。将α-1,6-糖苷键水解，生成一分 子自由葡萄糖。
(G)n + H2O
α-1,6-葡萄糖苷酶
(G)n-1 + G
转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由 葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直 链的非还原端，使分支点暴露。
糖原脱支酶作用机制
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。
四 磷酸葡萄糖变位酶
G-1-P
磷酸葡萄糖变G位-6酶-P
生成的葡萄糖－6－磷酸进入糖酵解比葡萄糖进入糖酵解 节省能量
脱磷酸：
如果糖原的降解是水解而不是磷酸解，则产物是葡 萄糖。
在肌肉中，葡萄糖进入糖酵解途径之前需要以消耗 ATP为代价的磷酸化反应。因此，糖原的磷酸解反应 的意义是显而易见的。
如果当释放贮存葡萄糖的酶缺失时，则不能为糖 酵解提供葡萄糖以维持机体对ATP的需要。例如 麦卡德尔氏症(AcArdle's disease)是由肌肉磷酸 化酶缺乏所引起的糖原积累疾病，由于不能为糖 酵解提供葡萄糖，因此当运动时会导致痛性肌肉 痉挛。
糖原降解反应过程： （一）糖原磷酸化酶催化糖原降解。
磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对α-1,4-糖苷键磷酸解， 生成G-1-P。
(G)n + Pi
Leabharlann Baidu
*
糖原磷酸化酶
(G)n-1 + G-1-P
糖原磷酸化酶催化的糖原降解反应
糖原磷酸解反应的△G0′＝ ﹢3.1kJ·mol-l, 但由于 细胞内的[Pi]与[葡萄糖-1-磷酸] 的比值接近100，因 而体内实际的△G ′大约接近﹣6.0kJ·mol-1 。糖原的磷 酸解反应在细胞内是一种能量上有利的反应。
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-6-phosphatase)催化下生成葡萄糖：
G-6-P + H2O
葡萄糖-6-磷酸酶
G + Pi
磷酸葡萄糖变位酶作用机制
磷酸葡萄糖变位酶的作用机制
第二节 糖 原 的 合 成
在生理条件下，糖原的磷酸解是一个高度放能的反应，而 其逆反应如果没有自由能的输入则在热力学上是不利的。
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。在磷酸葡萄糖异构酶催化的反应中，葡萄糖-6-磷酸转 变成葡萄糖-1-磷酸。
1957年，阿根廷的生物化学家L.Leloir发现,葡萄糖-1-磷酸 在尿苷二磷酸焦磷酸化酶(UDP-glucose pyrophosohorylase)的催化下与尿苷三磷酸(UTP)结合形成 的尿苷二磷酸-葡萄糖(UDP-葡萄糖或UDP-G) 是糖原合成时 的糖基体的供体形式：
第 23、24 章 糖原代谢和糖异生作用
贮存糖原的动用(主要发生在肝脏中)可以为脑和红细胞提 供对葡萄糖部分需要。当进食之后葡萄糖很丰富时，葡萄糖便会 很快地以糖原的形式贮存起来。然而，肝脏贮存糖原的能力仅能 满足脑每日对葡萄糖的一半的需要。在禁食的条件下，机体所需 的大部分葡萄糖则通过葡萄糖的异生作用从非糖前体(例如氨基酸) 提供。因此，葡萄糖的合成、贮存、动用以及通过糖酵解或磷酸 戊糖途径的分解代谢都是受到有效的调节，以满足于机体对能量 的短期和长期需要。
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：
兔肌糖原磷酸化酶的 模式图
糖原磷酸化酶不能催化分支点附近的(4～5糖残基) 的α-1,4-糖苷键的裂解，也不能催化分支点的α1,6-糖苷键的裂解。
三. 糖原脱支酶
糖原脱支酶（glycogen debranching enzyme）（也叫 α-1,4-糖基转移酶）能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的糖链。
分支点上以α-1,6-糖苷键同主链连结的一个糖残基可被同 一脱支酶水解(非磷酸解)，产生葡萄糖和已脱支的糖链。糖原 大约10%的糖残基(即在分支点上的残基)因此而转变成葡萄 糖而不是葡萄糖-1-磷酸。
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。
第一节 糖原的降解
肌糖原:180-300g 肌肉收缩的应急能源
种类
肝糖原:70-100g 血糖
糖原是一种无还原性的多糖。 糖原合成或分解时，其葡萄糖残基的添加或去除， 均在其非还原端进行。 糖原的合成与分解代谢主要发生在肝、肾和肌肉组 织细胞的胞液中。
糖原(glycogen)是由α-D-葡萄糖聚合而成的﹑有 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，分别占肌肉和肝脏重量的1%～ 2%和10%左右。糖原粒中也含有催化糖原合成和降解 的酶以及一些调节这些反应的蛋白质。糖原分子只有 一个还原性末端，而在每个分支上都有一个非还原性 末端。糖原的降解与合成都有序地发生在非还原性末 端，因此，糖原的高度分支的结构极大地增大糖原降 解与合成的作用点，有利于提高糖原降解与合成的速 度。
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。N-端域包含磷酸化部位、别构效应物部位、 糖原结合部位(也叫糖原贮存部位)以及二聚体亚基间的相 互作用部位，每个亚基的塔式(tower)螺旋以反平行的交 互方式相互作用。催化部位位于亚基的中间。
脱支：由α-1,6-葡萄糖苷酶催化。将α-1,6-糖苷键水解，生成一分 子自由葡萄糖。
(G)n + H2O
α-1,6-葡萄糖苷酶
(G)n-1 + G
转寡糖链：当糖原被水解到离分支点四个葡萄糖残基时，由 葡聚糖转移酶催化，将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直 链的非还原端，使分支点暴露。
糖原脱支酶作用机制
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。
四 磷酸葡萄糖变位酶
G-1-P
磷酸葡萄糖变G位-6酶-P
生成的葡萄糖－6－磷酸进入糖酵解比葡萄糖进入糖酵解 节省能量
脱磷酸：
如果糖原的降解是水解而不是磷酸解，则产物是葡 萄糖。
在肌肉中，葡萄糖进入糖酵解途径之前需要以消耗 ATP为代价的磷酸化反应。因此，糖原的磷酸解反应 的意义是显而易见的。
如果当释放贮存葡萄糖的酶缺失时，则不能为糖 酵解提供葡萄糖以维持机体对ATP的需要。例如 麦卡德尔氏症(AcArdle's disease)是由肌肉磷酸 化酶缺乏所引起的糖原积累疾病，由于不能为糖 酵解提供葡萄糖，因此当运动时会导致痛性肌肉 痉挛。
糖原降解反应过程： （一）糖原磷酸化酶催化糖原降解。
磷酸解：由糖原磷酸化酶催化对α-1,4-糖苷键磷酸解， 生成G-1-P。
(G)n + Pi
Leabharlann Baidu
*
糖原磷酸化酶
(G)n-1 + G-1-P
糖原磷酸化酶催化的糖原降解反应
糖原磷酸解反应的△G0′＝ ﹢3.1kJ·mol-l, 但由于 细胞内的[Pi]与[葡萄糖-1-磷酸] 的比值接近100，因 而体内实际的△G ′大约接近﹣6.0kJ·mol-1 。糖原的磷 酸解反应在细胞内是一种能量上有利的反应。
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-6-phosphatase)催化下生成葡萄糖：