1、第第 二二 节节 糖原的合成与分解糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备。肌肉：肌糖原，180 300g，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，70 100g，维持血糖水平糖糖 原原(glycogen)糖原储存的主要器官及其生理意义糖原储存的主要器官及其生理意义 SpeciesGlycogen in Liver(%)Dog4.32Sheep3.82Cow(lactating)1.0Cow(nonlactating)3.0Baby pig5.2Baby pig(newborn)14.8Liver Glyc
2、ogen Content of AnimalsMuscle glycogen(0.5%)25.0 gLiver glycogen(6%)18.0 gCarbohydrate in fluids 5.5 mmol/liter(100mg/dl)2.2 g45.2 gCaloric value(45.2 x4 kcal/g)=181 kcalCaloric requirement(70 kg3/4=70 x5.6)=392 kcal/day (181/392)x24 hours=11 hoursCarbohydrate Content of a Dogaa Body weight,10 kg;li
3、ver weight,300g;muscle weight,5 kg;volume of bloodand exracellular fluid,2.2 liters.胞胞内内渗渗透透压压的的考考虑虑：估算糖原贮存的葡萄糖残基在一个肝细胞的总浓度约是0.4mol.L-1，而糖原的浓度仅为10mmol.L-1，这种巨大的差别缓解了渗透压力。为什么贮存糖原而不是葡萄糖？对糖原结构上有要求对糖原结构上有要求-分支的程度和链长。如何适应生物学功能？1.葡萄糖单元以-1,4-糖苷键形成长链；2.约10个葡萄糖单元处形成分支，分支处葡萄糖单元以-1,6-糖苷键连接，分支增加，溶解度增加；3.每条链都终止于
4、一个非还原端，它是糖原磷酸化酶和糖原合酶的作用位点。糖原的结构特点及其意义糖原的结构特点及其意义 -1,4-糖苷 键-1,6-糖苷 键非还原性末端一、糖原的合成代谢一、糖原的合成代谢 合成部位合成部位糖原的合成(glycogenesis)指由葡萄糖合成糖原的过程。组织定位：主要在肝脏、肌肉细胞定位：胞质糖原合成途径 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶糖原合酶糖原合酶GlucoseHexokinase己糖激酶己糖激酶Glucokinase葡萄糖激酶（肝）葡萄糖激酶（肝）1.葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 ATP ADP 己糖激酶己糖激酶
5、葡萄糖激酶（肝）葡萄糖激酶（肝）2.6-磷酸葡萄糖转变成1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶1-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 6-磷酸葡萄糖 3.1-3.1-磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖转变成尿苷二磷酸葡萄糖 1-磷酸葡萄糖+UTP 尿苷二磷酸葡萄糖+2Pi (UDP-葡萄糖)UDP-葡萄糖葡萄糖焦磷酸化酶焦磷酸化酶 糖基供体糖基供体4.-1,4-糖苷键式结合糖苷键式结合 UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶糖原合酶糖原合酶 n45.糖原分支的形成糖原分支的形成 分分 支支 酶酶 (branching enzyme)-1,6-糖苷键 -1,
6、4-糖苷键 在 糖 原 分 子 的 核 心 有 一 种 生 糖 原 蛋 白(glycogenin)。Glycogenin可对其自身进行共价修饰，将UDP-葡萄糖分子的C1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就成为糖原合成时的引物。第一个糖原分子从何而来？第一个糖原分子从何而来？二、糖原的分解代谢二、糖原的分解代谢 *亚细胞定位：胞 质 肝糖原的分解 糖原n+1+Pi 糖原n+1-磷酸葡萄糖 磷酸化酶磷酸化酶 1.糖原非还原性末端磷酸解糖原分解(glycogenolysis)指糖原分解成为葡萄糖的过程。为什么是磷酸解而不是水解？产生的葡萄糖-1-磷酸可转变为6-
7、磷酸葡萄糖，不需要提供能量，就可进入糖酵解等葡萄糖降解途径；肌肉细胞中：生理条件下，磷酸解产生的葡萄糖-1-磷酸以解离形式存在，而不致扩散到细胞外。脱支酶脱支酶 (debranching enzyme)2.脱支酶的作用 转移葡萄糖残基转移葡萄糖残基水解水解-1,6-糖苷键糖苷键 磷磷 酸酸 化化 酶酶 转移酶活性转移酶活性 -1,6糖苷糖苷酶活性酶活性 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 3.1-磷酸葡萄糖转变成6-磷酸葡萄糖 4.6-磷酸葡萄糖水解生成葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 （肝，肾）（肝，肾）葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 肌肉组织中不存在葡萄糖-
8、6-磷酸酶肌糖原的分解肌糖原的分解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 糖原糖原合酶合酶 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 己糖己糖(葡萄糖葡萄糖)激酶激酶 糖原糖原n Pi 磷酸磷酸化酶化酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶(肝、肾肝、肾)糖原糖原n 脱支酶脱支酶 分支酶分支酶 三、糖原合成与分解的调节三、糖原合成与分解的调节 关键酶关键酶 糖原合成：糖原合成：糖原合酶糖原合酶 糖原分解：糖原分解：糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 它们的快速调节有它们的快速调节有共价修饰共价修饰和和变构调节两
9、变构调节两种方式。种方式。糖糖原原合合酶酶磷磷酸酸化化后后无无活活性性，而而糖糖原原磷磷酸酸化化酶酶磷磷酸酸化化后有活性；后有活性；在在糖糖原原分分解解代代谢谢时时肝肝主主要要受受胰胰高高血血糖糖素素的的调调节节，而而肌肉主要受肌肉主要受肾上腺素肾上腺素调节。调节。变构效应物有变构效应物有ATP、葡萄糖、葡萄糖-6-磷酸、磷酸、AMP等。等。四、糖原累积症四、糖原累积症(glycogen storage diseases)是一类遗传性代谢病，其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类。型别缺陷的酶受害器官糖原结构葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶缺
10、陷磷酸酶缺陷肝、肾肝、肾正常正常溶酶体溶酶体14和和16葡葡萄糖苷酶萄糖苷酶所有组织所有组织正常正常脱支酶缺失脱支酶缺失肝、肌肉肝、肌肉分支多，外周分支多，外周糖链短糖链短分支酶缺失分支酶缺失所有组织所有组织分支少，外周分支少，外周糖链特别长糖链特别长肌磷酸化酶缺失肌磷酸化酶缺失肌肉肌肉正常正常肝磷酸化酶缺陷肝磷酸化酶缺陷肝肝正常正常肌肉和红细胞磷酸果糖肌肉和红细胞磷酸果糖激酶缺陷激酶缺陷肌肉、红肌肉、红细胞细胞正常正常肝脏磷酸化酶激酶缺陷肝脏磷酸化酶激酶缺陷 脑、肝脑、肝正常正常糖原累积症分型糖原累积症分型小结小结糖糖原原合合成成：己糖激酶（肝葡萄糖激酶）、磷酸葡萄糖变位酶、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶、糖原合酶、分支酶糖糖原原分分解解：磷酸化酶、脱支酶、磷酸葡萄糖变位酶、葡萄糖-6-磷酸酶
