糖原是动物(包括人类)和其他真核生物的关键能量储备。糖原在体内分布广泛,主要集中在肝脏和骨骼肌中,其中肝糖原对于维持体内的血糖平衡有着重要的意义。糖原是一种由葡萄糖组成的高度分枝化的高分子物质,可以划分为三种不同的层级结构：一级结构就是每一条链,称之为链长分布。这些链是由葡萄糖通过α-(1,4)键形成直链,通过α-(1,6)键形成支链,平均支链的长度大概是12个葡萄糖左右。二级结构是由这些链连接起来形成的结构,称之为β粒子,p粒子的直径大概在20 nm左右。三级结构是由β粒子连接形成的更大的α粒子,α粒子的直径大概在100 nm左右,其形状看起来像西兰花或者花菜。在前期研究中,本实验室利用二甲基亚砜(DMSO)相体积排阻色谱(SEC)对db/db小鼠(一种Ⅱ型糖尿病动物模型)的肝糖原进行结构分析,结果发现其肝糖原的组成主要为β粒子,而对照组的健康小鼠的肝糖原同时含有相当数量的α粒子和p粒子。结果表明α粒子的合成在db/db小鼠中是受损的。db/db小鼠肝糖原的这一特异性的结构特征可能具有重要的生理意义,因为具有比表面积更大的p粒子的降解速度要高于α粒子,所以db/db小鼠肝糖原中α粒子合成受损可能会加剧其高血糖的发生。对不同时间点的小鼠肝糖原结构研究发现在糖原处于降解状态时主要组成为α粒子,α粒子的形成对于控制糖原的降解速度有着重要的意义。糖原中α粒子的形成机制还不明确且存在很多有争议的说法,本实验室通过相关实验排除了目前存在的几种假设并且提出α粒子可能是由β粒子一种或多种蛋白质连接形成的。现已证明水相SEC较DMSO相SEC的分离度更好。基于此,本论文进一步对动物肝糖原分子结构和糖原分子链终止机制进行了深入的研究。本论文由四个部分组成。第一部分：利用分离精度更好的水相SEC对db/db小鼠肝糖原的结构进行分析并且体外模拟了肝糖原的降解反应。水相SEC的结果显示db/db小鼠肝糖原也含有相当数量的α粒子,但进一步的研究发现这些α粒子在DMSO中极易降解成更小的p粒子。糖原的体外降解试验结果显示β粒子的降解速度要高于a粒子,糖原磷酸化酶对db/db小鼠和健康小鼠肝糖原的Km值分别为11.88±0.92mM和41.93±3.43 mM。Km值越小,表明糖原磷酸化酶对db/db小鼠肝糖原的亲和力更高。与前期的研究结论一致,本论文的实验数据表明db/db小鼠肝糖原中α粒子的合成是受损的。不稳定的α粒子可能会加剧高血糖的发生。第二部分：利用荧光辅助高效毛细管电泳(FACE)和SEC对入肝糖原的结构进行了分析,首次报道了人肝糖原一级和二、三级结构,并且得到了人肝糖原的透射电子显微镜(TEM)图像。人肝糖原的链长分布(CLD)结果显示人肝糖原中长链的含量比小鼠肝糖原的高。水相SEC的结果显示人肝糖原只含有a粒子。通过比较人肝糖原和小鼠肝糖原的TEM显微图片、分子量分布、α粒子的粒径以及酸水解的结果可以发现入肝糖原的聚集形态、分子量、α粒子的粒径大小以及酸性环境下α粒子的降解方式都与之前报道的小鼠和猪肝糖原的结果一致。人肝糖原与小鼠及猪肝相似的糖原酸水解结果说明三者α粒子的链接方式是相似的,因此可以合理的推测存在于db/db小鼠肝糖原中不稳定的α粒子也可能存在于患有糖尿病的人的肝糖原中。第三部分：通过分析人肝糖原和不同时间点处死的小鼠的肝糖原CLD并结合Wu-Gilbert数学模型初步探讨了糖原分子的链终止机制。人肝糖原和不同时间点处死的小鼠的肝糖原的CLD的组成类似,都有线性部分和非线性部分这两部分组成。这表明糖原分子生长过程中存在两种不同的链终止机制,其中一种机制已经确定是糖原分支酶(GBE),另外一种机制可是链的聚集引起的空间位阻效应和GBE或者糖原合成酶(GS)存在两种及以上的络合状态。为了验证这两种可能性,我们用Wu-Gilbert数学模型拟合所得到的糖原CLD数据,拟合结果显示该数学模型不能够很好的拟合糖原的CLD,这表明GBE或GS不存在两种以上的络合状态。因此初步确定糖原分子两种不同的链终止机制是GBE和链的聚集引起的空间位阻效应。第四部分：本部分从糖原的结构、糖原的合成和降解以及与糖原相关的疾病等三个方面总结了近年来糖原的研究进展,希望能对糖原的进一步研究提供一定的参考。