1、第第 六六 节节 糖原的合成与分解糖原的合成与分解 Glycogenesis and Glycogenolysis糖糖 原原 (glycogen，Gn) 具分支结构的具分支结构的葡萄糖多聚物葡萄糖多聚物，是动物体内糖的，是动物体内糖的储存形式之一，是机体能迅速动用的储存形式之一，是机体能迅速动用的能量储备能量储备。 糖原颗粒糖原颗粒：糖原糖原；合成、降解酶，调节蛋白；合成、降解酶，调节蛋白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肌肉：肌糖原，主要供肌肉收缩所需肌肉：肌糖原，主要供肌肉收缩所需 肝脏：肝糖原，维持血糖水平肝脏：肝糖原，维持血糖水平 糖原的结构特点糖原的结构特点
2、1. 1.葡萄糖单元以葡萄糖单元以 -1,4-1,4-糖苷糖苷键形成长链。键形成长链。2. 2.约约8-128-12个葡萄糖单元处形个葡萄糖单元处形成分支成分支( (-1,6-1,6-糖苷键糖苷键) )，分，分支增加溶解度。支增加溶解度。3. 3.每条链都终止于一个非每条链都终止于一个非还原端。非还原端增多，还原端。非还原端增多，以利于其被酶分解。以利于其被酶分解。糖原结构糖原结构一、糖原的降解一、糖原的降解（glycogenolysis ）1.糖原主链的断裂糖原主链的断裂 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶：糖原磷酸解（非还原端）糖原磷酸解（非还原端）糖原降解限速酶糖原降解限速酶AMP别构激活剂；别构
3、激活剂；ATP,葡萄糖葡萄糖-6-磷酸别构抑制剂磷酸别构抑制剂磷酸化活性状态；去磷酸化非活性状态磷酸化活性状态；去磷酸化非活性状态糖原糖原n n+1 +1 糖原糖原n +n +葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 糖原降解从非还原端开始逐个切除葡萄糖糖原降解从非还原端开始逐个切除葡萄糖糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶裂解裂解-1,4-糖苷键糖苷键去分支酶去分支酶 (debranching enzyme)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 2. 糖原的去分支作用糖原的去分支作用转移葡萄糖残基转移葡萄糖残基水解水解 -1,6-糖苷键糖苷键葡萄糖葡萄
4、糖-1-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶 葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 3.葡萄糖葡萄糖-1-磷酸转变成葡萄糖磷酸转变成葡萄糖-6-磷酸磷酸4.葡萄糖葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖（肝细胞）磷酸水解生成葡萄糖（肝细胞）肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相肌糖原分解的前三步反应与肝糖原分解过程相同，但是生成同，但是生成6-磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组磷酸葡萄糖之后，由于肌肉组织中织中不存在葡萄糖不存在葡萄糖-6-磷酸酶磷酸酶，所以生成的葡萄，所以生成的葡萄糖糖-6-磷酸不能转变成葡萄糖释放入血，提供血磷酸不能转变成葡萄
5、糖释放入血，提供血糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。糖，而只能进入酵解途径进一步代谢。葡萄糖葡萄糖-6-磷酸的代谢磷酸的代谢糖原糖原葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶糖酵解糖酵解糖异生糖异生磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖二、糖原的合成代谢二、糖原的合成代谢UDP葡萄糖是糖原合成的糖基供体葡萄糖是糖原合成的糖基供体葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸ATP ADP 己糖激酶己糖激酶;葡萄糖激酶（肝）葡萄糖激酶（肝） 1. 葡萄糖磷酸化生成葡萄糖
6、葡萄糖磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶变位酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸2.葡萄糖葡萄糖-6-磷酸转变成葡萄糖磷酸转变成葡萄糖-1-磷磷酸酸 OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP P PP P O CH2OH HOOHH OH H OH H H* UDPG可看作可看作“活性葡萄糖活性葡萄糖”，在体内，在体内充当充当葡萄葡萄糖供体糖供体。UTP 尿苷尿苷 PPPPPi UDPG焦磷酸化酶焦磷酸化酶 2Pi+能量能量 葡萄糖葡萄糖-1- 磷酸磷酸OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP P P 尿苷二磷酸葡萄糖尿苷二磷酸葡萄糖 ( ur
7、idine diphosphate glucose , UDPG ) OHHOOHHOHHOHHOHCH2OHHP P P尿苷尿苷P尿苷尿苷P P3.葡萄糖葡萄糖-1- 磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖磷酸转变成尿苷二磷酸葡萄糖糖原糖原n + UDPG 糖原糖原n+1 + UDP 糖原合酶糖原合酶( glycogen synthase ) UDP UTP ADP ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶4. -1,4-糖苷键式结合糖苷键式结合糖原合成糖原合成u糖原糖原n 为原有的细胞内的较小糖原分子，称为为原有的细胞内的较小糖原分子，称为糖原引物糖原引物(primer)， 作为作为UDPG 上葡萄糖基的
8、接上葡萄糖基的接受体，延非还原端延长。受体，延非还原端延长。u糖原合酶：糖原合成途径关键酶。糖原合酶：糖原合成途径关键酶。不催化从零不催化从零开始的两个葡萄糖分子连接开始的两个葡萄糖分子连接糖原引物与糖原糖原引物与糖原（引发）蛋白（引发）蛋白(glycogenin) 糖原的第糖原的第1个葡萄糖单位的个葡萄糖单位的C1，在糖原蛋白，在糖原蛋白酪氨酸葡酪氨酸葡萄糖基转移酶萄糖基转移酶活性作用下，共价结合到糖原蛋白分子活性作用下，共价结合到糖原蛋白分子Tyr194残基。残基。糖原合酶与糖原蛋白形成复合物，糖原蛋白糖原合酶与糖原蛋白形成复合物，糖原蛋白糖基转糖基转移酶移酶进一步将约进一步将约7个葡萄糖
9、单位（个葡萄糖单位（UDPG）以）以-1,4-糖糖苷键相连成链苷键相连成链, 作为糖原合成时的作为糖原合成时的引物引物。糖原合酶催化糖原链延长。糖原合酶催化糖原链延长。糖原合酶催化的反应：糖原合酶催化的反应：UDPG中的葡萄糖转中的葡萄糖转移至分支糖原分子的非还原端移至分支糖原分子的非还原端 分分 支支 酶酶 (branching enzyme) -1,6-糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖苷键 5. 糖原分枝的形成糖原分枝的形成6-7411糖原合成途径糖原合成途径G（补充血糖）（补充血糖）G-6-P F-6-P（进入酵解途径）（进入酵解途径）G-1-PGn（合成糖原）（合成糖原）UDPG 6-
10、磷酸葡萄糖内酯磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）（进入磷酸戊糖途径）6.6.糖原合成分解小结糖原合成分解小结 反应部位：胞浆反应部位：胞浆 G-6-P的代谢去路的代谢去路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 糖原合酶糖原合酶 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 磷酸化酶磷酸化酶 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶（肝）磷酸酶（肝） 糖原糖原n 糖原的合成与分解总图糖原的合成与分解总图三、糖原合成与分解的调节这两种关键酶的重要特点：这两种关键酶的重要特点：* * 它们的快速调节有它们的快
11、速调节有共价修饰共价修饰和和变构调节变构调节二种二种 方式。方式。* * 它们都以活性、无（低）活性二种形式存在。它们都以活性、无（低）活性二种形式存在。 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 1.葡萄糖葡萄糖/葡萄糖葡萄糖-6-磷酸的别构调节磷酸的别构调节磷酸化酶磷酸化酶糖原合酶糖原合酶抑制抑制激活激活2.糖原磷酸化酶的磷糖原磷酸化酶的磷酸化酸化/脱磷酸化调节脱磷酸化调节糖原磷酸化酶有糖原磷酸化酶有2中形式：中形式：磷酸化酶磷酸化酶b低活性；低活性；磷酸化酶磷酸化酶a高活性高活性磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶磷酸化酶磷酸酶磷酸化酶磷酸酶
12、（PP1）肾上腺素（肌肉）肾上腺素（肌肉）Ca2+,cAMP胰高血糖素（肝）胰高血糖素（肝）磷酸化酶磷酸化酶b磷酸化酶磷酸化酶a调节部位上的调节部位上的Ser14残基残基3. 糖原合酶的磷酸化糖原合酶的磷酸化/脱磷酸化调节脱磷酸化调节糖原合酶糖原合酶2种形种形式：式：a，b糖原合酶可被糖原合酶可被多种蛋白激酶磷多种蛋白激酶磷酸化酸化 糖原合酶激酶糖原合酶激酶3酪蛋白激酶酪蛋白激酶II磷酸蛋白磷酸酶磷酸蛋白磷酸酶1胰岛素胰岛素胰高血糖素胰高血糖素肾上腺素肾上腺素四、激素对血糖水平的调节四、激素对血糖水平的调节* 血糖血糖:指血液中的葡萄糖。指血液中的葡萄糖。 正常血糖浓度正常血糖浓度 ：4.46
13、.7mmol/L 80-120mg/ml血血糖糖食食 物物 糖糖 消化，消化，吸收吸收 肝糖原肝糖原 分解分解 非糖物质非糖物质 糖异生糖异生 氧化氧化分解分解 CO2 + H2O 糖原合成糖原合成 肝（肌）糖原肝（肌）糖原 磷酸戊糖途径等磷酸戊糖途径等 其它糖其它糖 脂类、氨基酸合成代谢脂类、氨基酸合成代谢 脂肪、氨基酸脂肪、氨基酸 血糖来源和去路血糖来源和去路血糖水平的调节血糖水平的调节主要依靠激素的调节主要依靠激素的调节多途径协调调节多途径协调调节主要调主要调节激素节激素降低血糖：胰岛素降低血糖：胰岛素(insulin) 升高血糖：胰高血糖素升高血糖：胰高血糖素(glucagon)、肾上
14、腺素肾上腺素(epinephrine) 胰岛素对糖原合酶的调节机制胰岛素对糖原合酶的调节机制促进糖原合成促进糖原合成 糖原合酶激酶糖原合酶激酶3蛋白激酶蛋白激酶B磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇-3-激酶激酶胰岛素受体底物胰岛素受体底物二磷酸磷脂酰肌醇二磷酸磷脂酰肌醇丙酮酸脱氢酶激酶丙酮酸脱氢酶激酶1 1胰岛素促进膜载体转运葡萄糖进入肌细胰岛素促进膜载体转运葡萄糖进入肌细胞及肌糖原合成胞及肌糖原合成 葡萄糖转运体葡萄糖转运体肌细胞肌细胞己糖激酶己糖激酶糖原合酶糖原合酶胰高血糖素胰高血糖素/肾上腺素肾上腺素（肝）（肝） G蛋白偶联受体蛋白偶联受体促促进糖原进糖原分解分解、抑制糖原合成、抑制糖原合成 腺苷环化
15、酶腺苷环化酶 （无活性）（无活性）腺苷环化酶（有活性）腺苷环化酶（有活性） ATP cAMP PKA(无活性无活性) PKA(有活性有活性) 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶 磷酸化酶磷酸化酶b激酶激酶-P Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 糖原合酶糖原合酶a 糖原合酶糖原合酶b Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 磷酸化酶磷酸化酶b 磷酸化酶磷酸化酶aPi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶-1 糖原糖原n+11-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原n糖原糖原n糖原糖原n+1UDPG 糖原降解糖原降解糖酵解糖酵解糖异生糖异生胰高血糖素和肾上腺素的调节机制胰高血糖素和肾上腺素的调节机制组织特异性组织特异性胰高血糖素
16、胰高血糖素肾上腺素肾上腺素糖原糖原葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸丙酮酸丙酮酸糖原糖原葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸丙酮酸丙酮酸血糖血糖激素对肝细胞中糖激素对肝细胞中糖代谢的调节代谢的调节 葡萄糖葡萄糖 酵解途径酵解途径 丙酮酸丙酮酸 有氧有氧 无氧无氧 H2O及及CO2 乳酸乳酸 糖异生途径糖异生途径 乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油 糖原糖原 肝糖原分解肝糖原分解 糖原合成糖原合成 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 磷酸磷酸 戊糖戊糖 + NADPH+H+淀粉淀粉 消化与吸收消化与吸收 ATP 5途径，途径，2循环循环限速酶及其调节限速酶及其调节脱氢、脱羧等反应脱氢、脱羧等反应能量消耗或产生能量消耗或产
17、生途径发生部位、意义途径发生部位、意义途径间的协同调节途径间的协同调节l糖酵解、三羧酸循环糖酵解、三羧酸循环：关键酶及其催化的反应；：关键酶及其催化的反应；脱氢、脱羧、底物水平磷酸化、耗能等特殊反脱氢、脱羧、底物水平磷酸化、耗能等特殊反应及相关酶；能量的产生应及相关酶；能量的产生l糖酵解与糖异生的调节糖酵解与糖异生的调节：果糖果糖-6-磷酸与果糖磷酸与果糖-1,6-二磷酸之间的转化二磷酸之间的转化果果糖糖-2，6-二磷酸二磷酸l糖原合成与分解糖原合成与分解：合成与分解的协调：合成与分解的协调糖原糖原合酶与糖原磷酸化酶合酶与糖原磷酸化酶激素激素l磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径：重要中间产物（磷酸戊糖、
18、：重要中间产物（磷酸戊糖、NADPH）l乙醛酸循环与三羧酸循环乙醛酸循环与三羧酸循环有氧氧化的调节有氧氧化的调节关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径：己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 脱氢、脱羧脱氢、脱羧 三羧酸循环：三羧酸循环：柠檬酸合酶柠檬酸合酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶I I 丙酮酸激酶丙酮酸激酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶- -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体1次脱氢次脱氢 2次底物水平磷酸化次底物水平磷酸化4次脱氢次脱氢 2此脱羧此脱羧1次底物水平磷酸化次底物水平磷酸化G（补充血糖）（补充血糖）G-6-P F-6-P（进入酵解途径）（进入酵解途径）Gn（合成糖原）（合成糖原）UDPG 6-磷酸葡萄糖内酯磷酸葡萄糖内酯（进入磷酸戊糖途径）（进入磷酸戊糖途径）糖原糖原分解分解G-1-P葡糖葡糖-6-6-磷酸是糖代谢多种途径的交汇点磷酸是糖代谢多种途径的交汇点激素的调节激素的调节
