糖原代謝及其調控

1、糖原代謝及其調控- Ionized G1P cant diffuse out of cell- Glc is phosphorylated: no ATP needs to be consumed to permit entry into glycolysis= removal of a terminal Glc residue from the nonreducing end of a glycogen by glycogen phosphorylase1. 糖原分解15-3游離異頭C(還原端)- 該過程可重復進 行至離某個分支 點相隔 4 Glc- 支鏈淀粉亦可在 淀粉磷酸化酶的 作用下以

2、類似的 方式降解磷酸解使糖苷鍵的部分能量被保存在形成的磷酸酯鍵中糖原磷酸化酶 斷裂(14)2Structure of Glycogen Phosphorylasemonomer (842 AA)dimer別構劑結合點與另一亞基的別構部位接觸糖原顆粒結合位點催化部位輔基磷酸吡哆醛(PLP)共價結合于Lys680，其磷?；詮V義酸-堿催化方式促進Pi攻擊 (14)糖苷鍵 (cf. Fig. 13-5)PLP磷酸化位點：高活性a型 磷酸化低活性b型 去磷酸化自學3- G6P去路 肝、腎細胞中水解成Glc 腦、肌細胞中直接進入酵解 (without G6Pase) - 糖原顆粒不會被完全分解， 一般是

3、分支減少/分子變小 糖原脫分支G1Pphospho-glucomutaseactivity 1= 糖基轉移酶activity 2= (16)糖苷酶15-4G6P- Product of glycogen degradation = G1P (85%) & free Glc (15%)- Debranching enzyme = bifunctional enzyme (as PFK-2)磷酸葡糖變位酶脫支酶415-5 磷酸葡糖變位酶作用機制- 該酶需以活性位點的Ser 殘基已被磷酸化的形式 參與反應- 先由酶將其磷?；D移 給G1P而生成G-1,6-BP- 再由G-1,6-BP將其C1位 磷酰

4、基轉移給酶并釋出 G6P(cf. phosphoglycerate mutase with His in Glycolosis )自學(cf. Fig. 13-7)515-6 肝糖元降解可以補充血糖內質網(wǎng)腔G6P酶僅存在于肝臟和腎臟，為內質網(wǎng)膜上的整合蛋白(可能有九個跨膜螺旋區(qū)段)，活性點位于腔內側(why?)毛細血管Glc質膜載體T1/G6P酶的任一遺傳缺失均將導致糖原代謝紊亂并最終引發(fā)Ia型糖原貯積病自學6- High Pi in cell favors glycogen breakdown & prevents from glycogen synthesis in vivo.- Need

5、s another way to activate Glc for transferring to glycogen chain.磷酸葡糖變位酶UDP-Glc焦磷酸化酶2. 糖原合成糖原合酶糖原代謝中Glc激活方式不同： - 降解時磷酸解成G1P - 合成時核苷?；蒛DP-GlcLuis Leloir1906-1987 1970 NP in Chem.UDP-Glc much better leaving group7- 核苷二磷酸糖在寡糖和多糖 的生物合成中作為糖基供體 - UDP-Glc for glycogen synthesis in animals - ADP-Glc for st

6、arch synthesis in plants and glycogen synthesis in bacteria= O on the sugar phosphate attacking nucleophilicly P of NTP and displacing PPi, which hydrolysis pulling the reaction forward and irreversibly15-7 核苷二磷酸糖/糖核苷酸的形成核苷二磷酸糖焦磷酸化酶(無機)焦磷酸酶Go = -2027 kJ/molGo 0 kJ/mol自學815-8 Glycogen synthesis= glyc

7、ogen chain elongated by glycogen synthasetransferring the Glc residue from UDP-Glc to the nonreducing end of a glycogen branch to make a new (14) linkagedirectly adding to a chain like this, or needing a primer with at least 8/6 Glc residues糖原合酶不能從頭開始而將兩個游離的UDP-Glc直接連接起來Go = -13.4 kJ/mol915-9 Branch

8、 synthesis in glycogen糖原分支酶糖原分支酶從一段至少有11 Glc殘基的分支上轉移67個殘基給該分支或鄰近分支還原端某個殘基的C6上以形成新的分支斷裂(14)鍵形成(16)鍵 糖原分支的生物學意義 - 增加糖原的可溶性 - 增加非還原端數(shù)量=10- 除了活化底物是ADP-Glc之 外，合成機制與糖原的類似20-16(3rd)ADP-Glc焦磷酸化酶 Starch synthesis淀粉合酶自學11 由糖原生成(起始)蛋白開始的糖原顆粒形成20-14= 引發(fā)蛋白+葡糖基轉移酶葡糖基轉移活性轉移酶與糖原合酶結合糖原合酶活性合酶與分支酶活性Glycogen core葡糖基延長活

9、性自學1215-11在葡糖基轉移酶活性作用下，Tyr194-OH親核攻擊UDP-Glc的C1而生成糖基化的Tyr (非還原末端)非還原末端Glc的C4-OH對另一UDP-Glc親核攻擊以形成(14)糖苷鍵達到8個殘基后由糖原合酶繼續(xù)延長及分支 糖原生成(起始)蛋白反應機制-自學1315-10 Muscle glycogenin (dimer)UDP-Glc, bound to Mn2+ through its phosphatesTyr194Asp162本單體Asp162先親核攻擊形成過渡態(tài)中間物另一單體Tyr194再親核攻擊完成反應用作e對受體以穩(wěn)定離去基團UDP自學14小結：糖原代謝 糖原

10、以顆粒形式儲存于肌肉和肝臟，顆粒中還含有 糖原代謝及調節(jié)的各種酶 糖原磷酸化酶催化糖原鏈非還原端殘基磷酸解斷裂 (14)鍵而生成G1P，去分支酶將分支轉移到主鏈 并以游離Glc形式釋出(16)分支點殘基 磷酸葡糖變位酶催化G1P和G6P相互轉化，后者在 肌細胞中可直接進入酵解，或在肝臟中被內質網(wǎng)的 G6P酶水解成Glc后釋出以補充血糖 在糖原合酶催化下，UDP-Glc將糖基轉移到糖原鏈非 還原端上，分支酶則可在分支點處形成(16)連接 新糖原合成起始于UDP-Glc的葡糖基與糖原生成起始 蛋白的Tyr殘基間糖苷鍵的自我催化形成，隨后連續(xù) 添加7 Glc殘基形成引物，后者再由糖原合酶催化延長LW

11、-21515-13 酶活性具有多種調節(jié)方式 - 增減酶分子數(shù)量 - 改變酶分子活力3. 糖原降解與合成的協(xié)同調節(jié) (eg. Hexokinase IV)1615-14 蛋白質(酶)的磷酸化與去磷酸化- 對已有酶分子進行共價修飾 的調節(jié)作用通常要快得多- 其他共價修飾如腺苷?；?、 甲基化、糖基化和酯化等- 蛋白激酶通常與相應的磷酸 蛋白磷酸酶配套作用(復原)- 和酶調節(jié)相似，共價修飾 也常常由某些細胞外信號所 觸發(fā)，例如激素和生長因子真核類1/2的蛋白質在某些條件下均可磷酸化(去)磷酸化可能通過改變酶活性位點的靜電特性而引發(fā)相應構象變化1715-24 糖原磷酸化酶的共價修飾 胰高血糖素腎上腺素-

12、 在高活性的磷酸化酶 a中， 各亞基的特定Ser14殘基 均被磷酸化- 被磷酸化酶 a磷酸酶去磷 酸化后即轉變?yōu)榈突钚缘?磷酸化酶 b (失活)；后者 可經由磷酸化酶 b激酶的 磷酸化作用而被重新激活- 糖原合酶的共價修飾與之 相似但活化形式相反，故 磷酸化時糖原分解加速而 糖原合成被抑制(合酶 a 低活性)，去磷酸化時則 分解被抑制而合成加速 (合酶 b高活性)(cf. p360)1815-25 腎上腺素和胰高血糖素作用的級聯(lián)反應機制- 兩者分別結合于肌細胞和 肝細胞外表的特殊受體而 激活GTP結合蛋白Gs級聯(lián)放大反應- 最終導致糖原降解進而 提供能量(肌肉)和升高 血糖(肝臟)肌細胞肝細胞

13、no G6Pase(cf. Fig. 13-18)19肝糖原磷酸化酶 a 對Glc敏感：結合在其別構部位的Glc可誘發(fā)構象變化，使被磷酸化的Ser殘基暴露于磷酸化酶 a 磷酸酶的作用下，后者可將高活性的磷酸化酶 a 轉變成低活性的磷酸化酶 b 以適應高血糖15-26 肝糖原磷酸化酶的別構調節(jié) 血糖升高(cf. Fig. 13-11)R state(Arg569)T state(Asp238)2015-17 己糖激酶 (葡糖激酶)的核隔離調節(jié)4. 糖酵解與糖異生的協(xié)同調節(jié) 肝細胞- 血糖升高時Glc即可經由GLUT2 快速進入肝細胞與F6P競爭解除 調節(jié)蛋白的抑制激活己糖激酶 加速G6P的生成促

14、進糖原合成- 血糖降至 5 mM時，Glc不足 以與F6P競爭后者觸發(fā)調節(jié)蛋 白對己糖激酶的抑制肝細胞 不與其他器官競爭短缺的血糖G1PGlycogen Hexokinase IV - Km high 10 mmol - with regulator protein - not inhibited by G6P21 磷酸果糖激酶-115-18aPFK-1催化的反應是Glc進入酵解之關鍵(不可逆)同型四聚體(E. coli)二聚體模型催化位點別構調節(jié)位點ADPF-1,6-BPADP自學2215-18b/c 磷酸果糖激酶-1的調節(jié)- ATP/檸檬酸升高可別構 抑制PFK-1活性而降低該 酶對F6P

15、的親和性- AMP/ADP升高則能解除 ATP對PFK-1的別構抑制- F-2,6-BP是PFK-1最重要 的別構激活劑(cf. p291)2315-19 丙酮酸激酶的調節(jié)前饋激活反饋抑制蛋白激酶 A蛋白磷酸酶該機制僅作用于L-型同工酶脊椎動物至少發(fā)現(xiàn)有三種同工酶，分別存在于肝臟(L)和肌肉(M)等肝外組織-低血糖將Glc調劑給大腦等組織2415-22c- F-2,6-BP為PFK-1和FBPase-1 的別構效應劑，可同時介導反向 調節(jié)以加速糖酵解而抑制糖異生果糖二磷酸酶-1磷酸果糖激酶-1 F-2,6-BP是糖酵解和 糖異生的高效調節(jié)劑2515-23- F-2,6-BP僅為調節(jié)劑，濃度 取決于其形成和降解的速率磷酸果糖激酶-2果糖二磷酸酶-2Bifunctional Enz- PFK-2和FBPase-2分別