高中生物竞赛糖原的分解和生物课件.ppt

第十单元 糖代谢,第22章糖酵解作用 第23章柠檬酸循环 第25章戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径 第26章糖原的分解代谢和生物合成 第27章光合作用,第26章 糖原的分解和生物合成,一、糖原的生物学意义 二、糖原的降解(glycogen breakdown) 三、糖原的生物合成 四、糖原代谢的调控,一、糖原的生物学意义,糖原的生物学意义就在于它是贮存能量的、容易动员的多糖但机体细胞能量充足时，细胞即合成糖原将能量进行贮存；当能量供应不足时，贮存的糖原即降解为葡萄糖从而提供ATP糖原的存在保证了机体最需要能量供应的脑和肌肉紧张活动时对能量的需要；同时也保证不间断的供给维持恒定水平的血糖 糖原降解成为葡萄糖-1-磷酸，或再转变成葡萄糖-6-磷酸都不消耗ATP二、糖原的降解(glycogen breakdown),糖原以颗粒状存在于细胞溶胶中，这些颗粒中不只含有糖原，还含有催化糖原合成和降解的酶以及调节蛋白（regulatory proteins） 机体贮存糖原的器官主要是肝脏和肌肉饥饿时首先动用的是肝糖原，肌肉内糖原的动员不如肝脏迅速肌肉的的糖原主要提供肌肉运动时的需要，而肝脏中的糖原在维持血糖水平的稳定中起着重要的作用。

糖原降解过程,4,糖原作为贮存能源在供能前必须先降解为葡萄糖分子，从大分子糖原上按照顺序一个个的移去葡萄糖残基 糖原的降解需要4种酶的作用： (一)糖原磷酸化酶（glycogen phosphorylase） (二)糖原脱支酶(glycogen debranching enzyme) (三)磷酸葡萄糖变位酶(phosphoglucomutase) (四)葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase）,(一)糖原磷酸化酶,1、磷酸化酶催化糖原非还原端磷酸解 2、磷酸化酶催化糖原1- 4糖苷键磷酸解 3、磷酸化酶的分子结构 4、磷酸化酶催化的反应机制 5、磷酸吡哆醛是磷酸化酶的必需辅助因子,1、磷酸化酶 催化糖原非还原端磷酸解,2、磷酸化酶催化糖原1- 4糖苷键磷酸解 实际上磷酸化酶的作用只到离糖原的分支点前4个葡萄糖残基处即不能再继续进行催化，糖原的继续分解还需其他酶的参与 糖原的降解采用磷酸解而不是水解具有重要生物学意义： （1）磷酸解使降解下的葡萄糖分子带上磷酸基团，使其易于进入糖酵解等葡萄糖的降解途径. （2）磷酸解作用对肌肉细胞还有另外的优越性，生理条件下，磷酸解生成的葡萄糖-1-磷酸以解离形式存在，而不扩散到细胞外。

3、磷酸化酶的分子结构 有两种磷酸化酶分别称为磷酸化酶a和磷酸化酶b，二者都是由两个相同亚基构成的二聚体，实际上磷酸化酶a和磷酸化酶b是一种酶 的两种不同存在形式，可以互相转变 磷酸化酶是一个重要的调节酶，其催化活性需要吡哆醛磷酸作为辅酶，AMP是磷酸化酶的一个别构活化剂膜受体通过腺苷酸环化酶作用途径,蛋白激酶 （无活性）,蛋白激酶 （有活性）,磷酸化酶a （有活性）,磷酸化酶b （无活性）,糖原,葡萄糖-1-p,葡萄糖,见P572图17-18,磷酸化酶激酶 （无活性）,磷酸化酶激酶 （有活性）,肾上腺素等 激素(第一信使） 与受体结合， 激活并结合G 蛋白，再活化 腺苷酸环化酶， 后者催化cAMP (第二信使）生 成；激活蛋白 激酶，激活磷 酸化酶激酶，激活磷酸化酶，水解糖原生成G-1-P，转变成为葡萄糖ADP ATP,磷酸化酶分别称为磷酸化酶a和磷酸化酶b，二者都是由两个相同亚基构成的二聚体，实际上磷酸化酶a和磷酸化酶b是一种酶 的两种不同存在形式，可以互相转变磷酸化酶,4、磷酸化酶催化的反应机制 有两种假设机制分别是： （1）双取代机制（double displacement mechanism） 目前还不能确切的证明这一假设反应机制的正确性 （2）氧翁离子机制,X射线结构分析证明， 磷酸吡哆醛的磷酸基紧挨 着磷酸化酶的活性部位， 可能是在酶催化反应中作 为酸-碱催化剂起作用。

5、磷酸吡哆醛是磷酸化酶的必需辅助因子,(二)糖原脱支酶,磷酸化酶催化磷酸解作用，使糖原分子从非还原性末端逐个移去葡萄糖残基直至邻近糖原分子（16）-糖苷键分支点前4个葡萄糖残基处，最后形成一个具有许多短分支链的多糖分子称为极限糊精.极限糊精的短分支称为极限分支它的进一步分解需要糖原脱支酶和磷酸化酶的协同作用 糖原脱支酶的肽链上，实际具有两个起不同催化作用的活性部位： （1）糖基转移酶-转移葡萄糖残基 （2）糖原脱支酶-分解葡萄糖（16）-糖苷键,糖原脱支酶功能一： 转移葡萄糖残基,糖原脱支酶功能二： 分解葡萄糖（16）-糖苷键,(三)磷酸葡萄糖变位酶,由磷酸化酶催化糖原磷酸解的结果，使糖原分子的葡萄糖残基形成葡萄糖-1-磷酸而葡萄糖-1-磷酸必须转变成葡萄糖-6-磷酸才有可能进入代谢主流，参加糖酵解或转变成游离葡萄糖负责磷酸基团转移的酶就是磷酸葡萄糖变位酶,(四) 葡萄糖- 6- 磷酸酶,葡萄糖-6-磷酸酶是专门水解葡萄糖-6-磷酸的酶其催化的反应如下： 葡萄糖-6-磷酸 + H2O 葡萄糖 + Pi 该酶存在于肝细胞，肾细胞及肠细胞光滑内质网膜的内腔面，脑细胞和肌肉细胞都无此酶游离的葡萄糖能够迅速地扩散出肝细胞进入血液，维持血糖浓度的稳定。

葡萄糖-6-磷酸酶,三、糖原的生物合成,(一)糖原生物合成的研究经历了缓慢的历程 (二)催化糖原合成的三种酶 糖原的合成通过3个步骤，包括3种酶的催化作用： 1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 2、糖原合酶 3、糖原分支酶,1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶,1、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶催化葡萄糖-1-磷酸与UTP的反应在此反应中，葡萄糖-1-磷酸分子中的磷酸基团带负电荷的氧原子向UTP的-磷原子进攻，形成UDPG葡萄糖-1-磷酸 + UTP,UDP-葡萄糖焦磷酸化酶,2、糖原合酶,糖原合酶催化的反应是将UDPG上的葡萄糖分子转移到已经存在的、糖原分子的某个分支的非还原性末端上，其催化作用只有在糖原合酶与生糖原蛋白紧紧结合在一起时才发挥作用 应注意的是，糖原合酶中“合酶”与“合成酶”相区别，因为合酶在催化反应中没有ATP直接参加反应，如若ATP直接参加反应，则是合成酶3、糖原分支酶,糖原合酶只能催化（14）糖苷 键的形成，生成的是直链结构，但是糖原分子带有以（16）糖苷键相连的分支结构，分支的形成由另一个酶催化 淀粉1,41,6-转葡糖基酶，即糖原分支酶糖原的合成小结,糖原合酶,四、糖原代谢的调控,(一)糖原磷酸化酶的调控机制 (糖原分解) (二)对糖原合酶的调控 (糖原合成) (三)肝脏中糖原代谢调控的特殊性 (四)激素对糖原代谢的调节和激素效应的级联放大系统 (五)G蛋白及其对激素信号的传递作用 (六)糖原累积症,(一)糖原磷酸化酶的调控机制,1、AMP对骨骼肌磷酸化酶的别构调节机制 2、骨骼肌磷酸化酶激酶的控制作用 3、蛋白磷酸酶-1的控制 4、蛋白激酶A的调控作用,1、AMP对骨骼肌磷酸化酶的别构调节机制,有活性的磷酸化酶a和无活性的磷酸化酶b各自有活化状态（R状态）和钝化状态（T状态）两种形式。

当ATP和葡萄糖-6-磷酸的浓度很低，而AMP的浓度很高时，磷酸化酶b由T形式表现为R 形式即活化状态，进一步磷酸化则转变为磷酸化酶 a，则使酶几乎完全处于活化的R状态2、骨骼肌磷酸化酶激酶的控制作用,使磷酸化酶b磷酸化转变为磷酸化酶a的酶是磷酸化激酶，该酶受到双重控制： 1、蛋白激酶A催化磷酸化酶激酶的磷酸化 2、Ca2+起激活剂的作用,磷酸化酶b(无活性） 磷酸化酶a (有活性）,磷酸化酶激酶,磷酸化,3、蛋白磷酸酶-1的控制,蛋白磷酸酶-1又称磷蛋白磷酸酶1，它的作用是从带有磷酸基团的酶分子上水解下磷酸基团它和由“激酶”催化的磷酸化作用正好相反磷酸化的动态平衡正是由激酶和PP1两种酶的相互作用来维持 该酶受蛋白磷酸酶抑制剂的抑制，也受与其结合的磷酸化酶a的控制磷酸化酶b(无活性） 磷酸化酶a (有活性）,蛋白磷酸酶-1,去磷酸化,4、蛋白激酶A的调控作用,蛋白激酶A也称为cAMP-依赖性蛋白激酶，是依赖cAMP活化的蛋白激酶，是一种关键的调节酶它催化许多酶蛋白的磷酸化，其中包括磷酸化酶激酶和糖原合酶，而它的活性要绝对的需要cAMP二)对糖原合酶的调控,糖原合酶和磷酸化酶相似，在生理条件下也可以两种互相转化的形式出现，一种是磷酸化的形式，另一种是非磷酸化的形式。

糖原合酶在生理条件下几乎是完全没有活性的，糖原合酶的活性情况可以认为主要随未磷酸化的糖原合酶a所处的状态而改变四)激素对糖原代谢的调节和激素效应的级联放大系统,1、肾上腺素和胰高血糖素对糖原代谢的调控（升高血糖） 肝脏中的糖原代谢主要受胰高血糖素的调控，作用于细胞表面，刺激腺苷酸环化酶活化 肾上腺素 膜受体 G蛋白 腺苷酸环化酶 ATP cAMP 2、胰岛素对糖原代谢的调控（降低血糖） （1）胰岛素的作用 胰岛素的作用主要是刺激糖原合成 （2）胰岛素缺乏和糖尿病 糖尿病的临床症状是血和尿中的葡萄糖含量超出正常范围，直接原因是由于血中胰岛素的含量不足糖原合酶 磷酸化酶激酶,。