生物化學(xué)與分子生物學(xué)/糖原的合成與分解

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[[糖原]]是由多個(gè)[[葡萄糖]]組成的帶分枝的大分子[[多糖]](圖4-14)，[[分子量]]一般在106-107道爾頓，可高達(dá)108道爾頓，是體內(nèi)糖的貯存形式，[[分子]]中葡萄糖主要以α-1，4-[[糖苷鍵]]相連形成[[直鏈]]，其中部分以α-1，6-糖苷鍵相連構(gòu)成枝鏈，糖原主要貯存在[[肌肉]]和[[肝臟]]中，肌肉中糖原約占肌肉總重量的1-2%約為400克，肝臟中糖原占總量6-8%約為100克。[[肌糖]]原分解為肌肉自身收縮供給能量，[[肝糖原]]分解主要維持[[血糖]]濃度(圖4-15)。

{{圖片|gra382xz.jpg|糖原的結(jié)構(gòu)}}

圖4-14　糖原的結(jié)構(gòu)

{{圖片|gra37eni.jpg|肌糖原和肝糖原的功能}}

圖4-15　肌糖原和肝糖原的功能

== 一、糖原的合成==

由葡萄糖(包括少量[[果糖]]和[[半乳糖]])合成糖原的過(guò)程稱(chēng)為糖原合成，反應(yīng)在[[細(xì)胞質(zhì)]]中進(jìn)行，需要消耗[[ATP]]和UTP，合成反應(yīng)包括以下幾個(gè)步驟：

(1)

{{圖片|gra37zem.jpg|}}

(2)

{{圖片|gra389ny.jpg|}}

(3)1-[[磷酸葡萄糖]]+UTP

{{圖片|gra38kd5.jpg|}}UDPG+PPi([[焦磷酸]])

(4)UDPG+糖原(Gn)

{{圖片|gra386fo.jpg|}}UDP+糖原(Gn+1)

糖原[[合成酶]][[催化]]的糖原合成反應(yīng)不能從頭開(kāi)始合成第一個(gè)糖分子，需要至少含4個(gè)葡萄糖[[殘基]]的α-1，4-[[多聚葡萄糖]]作為[[引物]](primer)，在其非還原性末端與UDPG反應(yīng)，UDPG上的葡萄糖基C1與糖原分子非還原末端C4形成α-1，4-[[糖苷]]鏈，使糖原增加一個(gè)葡萄糖單位，UDPG是活潑葡萄糖基的[[供體]]，其生成過(guò)程中消耗UTP，故糖原合成是耗能過(guò)程，糖原合成酶只能促成α-1，4-糖苷鍵，因此該酶催化反應(yīng)生成為α-1，4-糖苷鍵相連構(gòu)成的直鏈多糖分子如[[淀粉]]。

機(jī)體內(nèi)存在一種特殊[[蛋白質(zhì)]]稱(chēng)為glycogenin，可做為葡萄糖基的[[受體]]，從頭開(kāi)始如合成第一個(gè)糖原分子的葡萄糖，催化此反應(yīng)的酶是糖原起始合成酶(glycogen initiaor synthase)，進(jìn)而合成一[[寡糖]]鏈作為引物，再繼續(xù)由糖原合成酶催化合成糖。同時(shí)糖原分枝鏈的生成需分枝酶(branching enzyme)催化，將5-8個(gè)葡萄糖殘基寡糖直鏈轉(zhuǎn)到另一糖原子上以α-1.6-糖苷鍵相連，生成分枝糖鏈，在其非還原性末端可繼續(xù)由糖原合成酶催化進(jìn)行糖鏈的延長(zhǎng)。多分枝增加糖原水溶性有利于其貯存，同時(shí)在糖原分解時(shí)可從多個(gè)非還原性末端同時(shí)開(kāi)始，提高分解速度(圖4-16)。

{{圖片|gra38gjw.jpg|糖原合成}}

圖4-16　糖原合成

== 二、糖原的分解==

糖原分解不是糖原合成的逆反應(yīng)，除[[磷酸葡萄糖變位酶]]外，其它酶均不一樣，反應(yīng)包括：

(1)Gn糖原+Pi

{{圖片|gra37bp5.gif|}}G-1-P+g(n-1)

(2)G-1-P

{{圖片|gra37w0v.gif|}}G-6-P

(3)G-6-P+H2O

{{圖片|gra37pa5.gif|}}G+PI

這樣將糖原中1個(gè)[[糖基]]轉(zhuǎn)變?yōu)?分子葡萄糖，但是[[磷酸化酶]]只作用于糖原上的α(1→4)糖苷鍵，并且催化至距α(1→6)糖苷鍵4個(gè)葡萄糖殘基時(shí)就不再起作用，這時(shí)就要有脫枝酶(debranching enzyme)的參與才可將糖原完全分解。脫枝酶是一種雙功能酶，它催化糖原脫枝的兩個(gè)反應(yīng)，第一種功能是4-α-[[葡聚糖]][[基轉(zhuǎn)移酶]](4-α-D-glucanotrnsferase)活性，即將糖原上四葡聚糖分枝鏈上的三葡聚糖基轉(zhuǎn)移到[[酶蛋白]]上，然后再交給同一糖原分子或相鄰糖原分子末端具自由4[[羥基]]的葡萄糖殘基上，生成α(1→4)糖苷鍵，結(jié)果直鏈延長(zhǎng)3個(gè)葡萄糖(圖5-6)，而α(1→6)分枝處只留下1個(gè)葡萄糖殘基，在脫枝酶的另一功能，即1，6-葡萄糖[[苷酶]]活性催化下，這個(gè)葡萄糖基被水解脫下，為游離的葡萄糖，在磷酸化酶與脫枝酶的協(xié)同和反復(fù)的作用下，糖原可以完全[[磷酸]]化和水解(圖4-17)。

{{圖片|gra37lsz.jpg|糖原的分解}}

圖4-17　糖原的分解

{{圖片|gra3781u.jpg|}}

== 三、糖原[[代謝]]的調(diào)節(jié)==

糖原合成酶和磷酸化酶分別是糖原合成與[[分解代謝]]中的限速酶，它們均受到[[變構(gòu)]]與共價(jià)修飾兩重調(diào)節(jié)。

=== (一)糖原代謝的[[別構(gòu)調(diào)節(jié)]]===

{{圖片|gra37i7v.jpg|糖原合成和分解的調(diào)節(jié)}}

圖4-18　糖原合成和分解的調(diào)節(jié)

6-磷酸葡萄糖可激活糖原合成酶，刺激糖原合成，同時(shí)，抑制糖原磷酸化酶阻止糖原分解，ATP和葡萄糖也是糖原磷酸化酶[[抑制劑]]，高濃度AMP可激活無(wú)活性的糖原磷酸化酶b使之產(chǎn)生活性，加速糖原分解。[[Ca]]2+可激活[[磷酸化酶激酶]]進(jìn)而激活磷酸化酶，促進(jìn)糖原分解(圖4-18)。

{{圖片|gra37sdv.jpg|糖原合成的抑制}}

圖4-19　糖原合成的抑制

=== (二)[[激素]]的調(diào)節(jié)===

體內(nèi)[[腎上腺素]]和[[胰高血糖素]]可通過(guò)cAMP連鎖[[酶促反應(yīng)]]逐級(jí)放大，構(gòu)成一個(gè)調(diào)節(jié)糖原合成與分解的控制系統(tǒng)。

當(dāng)機(jī)體受到某些因素影響，如血糖濃度下降和劇烈活動(dòng)時(shí)，促進(jìn)腎上腺素和胰高血糖素分泌增加，這兩種激素與肝或肌肉等組織細(xì)胞膜受體結(jié)合，由G[[蛋白]]介導(dǎo)[[活化]][[腺苷酸環(huán)化酶]]，使cAMP生成增加，cAMP又使cAMP依賴[[蛋白激酶]](cAMpdependent protein kinase)活化，活化的蛋白激酶一方面使有活性的糖原合成酶a磷酸化為無(wú)活性的糖原合成酶b(圖4?9)；另一面使無(wú)活性的磷酸化酶激酶磷酸化為有活性的磷酸化酶激酶，活化的磷酸化酶激酶進(jìn)一步使無(wú)活性的糖原磷酸化酶b磷酸化轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘奶窃姿峄竌(圖4?0)，最終結(jié)果是抑制糖原生成，促進(jìn)糖原分解，使肝糖原分解為葡萄糖釋放入血，使血糖濃度升高，肌糖原分解用于肌肉收縮。

{{圖片|gra38csc.jpg|糖原合成的抑制}}

圖4-20 糖原合成的抑制
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