戊糖磷酸途径及糖原合成

关于戊糖磷酸途径及糖原合成第1页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径的发现是从研究糖酵解过程中开始的。研究糖酵解时，向组织匀浆中添加碘乙酸和氟化物等抑制剂后，糖酵解过程停止，但是葡萄糖的利用仍在继续。说明在糖酵解之外，还有其他未知的葡萄糖代谢利用途径。一、磷酸戊糖途径第2页，共48页，2023年，2月20日，星期四1931年发现了两个关键酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡糖酸脱氢酶。两个酶可以促使葡萄糖的代谢走向糖酵解以外的未知途径。随后又发现了一些非糖酵解途径的代谢中间产物：磷酸戊糖酸、磷酸己糖酸、景天庚酮糖、核糖、脱氧核糖等。1950年代，酶分离纯化技术及同位素标记技术促进了对戊糖磷酸途径的研究。第3页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径：以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成以磷酸戊糖为中间代谢物的过程，称为磷酸戊糖途径，简称PPP途径。又称戊糖支路、戊糖磷酸循环等。反应部位：细胞溶胶（细胞液）关键酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸戊糖途径的总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+第4页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径的两个阶段2、非氧化阶段（基团转移阶段）

6

核酮糖-5-P

5

果糖-6-P5

葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段

6G-6-P6

葡萄糖酸-6-P6

核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NADPH+6H+6CO26H2ONADPH:还原型烟酰胺嘌呤二核苷酸磷酸PPP途径第5页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶PPP途径第6页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径的非氧化

基团转移阶段H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤藓糖2果糖-6-磷酸25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛2果糖-6-磷酸1,6-二磷酸果糖1果糖-6-磷酸转醛酶异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三PPP途径第7页，共48页，2023年，2月20日，星期四果糖-6-磷酸磷酸葡萄糖异构酶葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸的重生磷酸戊糖途径的总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+第8页，共48页，2023年，2月20日，星期四5-磷酸核酮糖ribulose5-phosphate三种五碳糖的互换5-磷酸核糖ribose5-phosphate异构酶5-磷酸木酮糖xylulose5-phosphate差向酶PPP途径第9页，共48页，2023年，2月20日，星期四

许多细胞中合成代谢消耗的NADPH远比核糖需要量大，因此，葡萄糖经此途径生成了多余的核糖。第二阶段反应的意义就在于能通过一系列基团转移反应，将核糖转变成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而与糖酵解过程联系起来，因此磷酸戊糖途径亦称为已糖磷酸支路。第10页，共48页，2023年，2月20日，星期四二分子五碳糖的基团转移反应5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛转酮醇酶PPP途径第11页，共48页，2023年，2月20日，星期四七碳糖与三碳糖的基团转移反应7-磷酸景天庚酮糖sedoheptulose7-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde3-phosphate转醛醇酶4-磷酸赤藓糖erythrose4-phosphate6-磷酸果糖fructose6-phosphatePPP途径第12页，共48页，2023年，2月20日，星期四四碳糖与五碳糖的基团转移反应4-磷酸赤藓糖erythrose4-phosphate5-磷酸木酮糖ribulose5-phosphate6-磷酸果糖Fructose6-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde3-phosphate转酮醇酶PPP途径第13页，共48页，2023年，2月20日，星期四转酮酶与转醛酶转酮醇酶(transketolase)就是催化含有一个酮基、一个醇基的2碳基团转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。转醛醇酶(transaldolase)是催化含有一个酮基、二个醇基的3碳基团转移的酶。其接受体是亦是醛，但不需要TPP。第14页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径二个阶段的反应式6-磷酸葡萄糖+2NADP+

5-磷酸核酮糖+2(NADPH+H+)+CO23×5-磷酸核酮糖

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛3×6-磷酸葡萄糖

+6NADP+

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+)+3CO2

磷酸戊糖途径的小结第15页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径的总反应式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+第16页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径第一阶段氧化脱羧

第二阶段5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤藓糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶3CO2基团转移第17页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径小结

反应部位：

胞浆

反应底物：

6-磷酸葡萄糖

重要反应产物：

NADPH、5-磷酸核糖

限速酶：

6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD)第18页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径的生物学意义1、磷酸戊糖途径也是普遍存在的糖代谢的一种方式。2、产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力。3、是细胞内不同结构糖分子的重要来源，为单糖的转变提供条件。4、该途径的反应起始物为6-磷酸葡萄糖，不需要ATP参与起始反应，因此磷酸戊糖循环可在低ATP浓度下进行。5、此途径中产生的5-磷酸核酮糖是辅酶及核苷酸生物合成的必需原料。6、磷酸戊糖途径是机体内核糖产生的唯一场所。第19页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPH的需要所调节。

NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性。磷酸戊糖途径的调节第20页，共48页，2023年，2月20日，星期四糖异生作用是指以非糖物质作为前体合成为葡萄糖的作用。非糖物质：甘油、丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸*部位*概念主要在肝脏、肾脏细胞的胞浆及线粒体

除丙酮酸之外，基本上都是逆糖酵解过程。*途径二、糖异生第21页，共48页，2023年，2月20日，星期四糖异生主要途径和关键反应

非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下，绕过糖酵解途径的三个不可逆反应，利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶第22页，共48页，2023年，2月20日，星期四糖异生途径关键反应之一+H2O+Pi葡萄糖-6-磷酸酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖第23页，共48页，2023年，2月20日，星期四糖异生途径关键反应之二

果糖-1,6-二磷酸酶1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖第24页，共48页，2023年，2月20日，星期四糖异生途径关键反应之三

PEP羧激酶ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO2丙酮酸羧化酶是一种线粒体酶，生成的草酰乙酸必须通过线粒体膜，转移到线粒体膜外，参与PEP的生成。PEP羧激酶等糖异生途径关键酶都是细胞溶胶酶。第25页，共48页，2023年，2月20日，星期四酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+苹果酸苹果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸链苹果酸-天冬氨酸转运NADH系统细胞质线粒体内膜线粒体基质草酰乙酸转运到线粒体膜外的机制第26页，共48页，2023年，2月20日，星期四糖酵解和葡萄糖异生的关系ABC1C2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶（胞液）（线粒体）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮3-P-甘油醛-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循环乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油第27页，共48页，2023年，2月20日，星期四三、寡糖和多糖的生物合成与分解乳糖的生物合成(一)乳糖的生物合成和分解

乳糖由半乳糖和葡萄糖以β-糖苷键连接。乳糖的生物合成需要活化的半乳糖（UDP-半乳糖）作为前体。第28页，共48页，2023年，2月20日，星期四乳糖的分解由乳糖酶或β-半乳糖苷酶(微生物)催化。乳糖水解后形成半乳糖和葡萄糖。不少成人的乳糖酶活力下降，出现乳糖不耐症（不能消化乳糖，腹胀、恶心、腹泻等症状）。细菌的β-半乳糖苷酶为诱导酶，天然诱导物为1,6-别乳糖，常用的人工诱导物为IPTG（异丙基硫代半乳糖苷）。第29页，共48页，2023年，2月20日，星期四(二)糖蛋白的生物合成

1.糖蛋白糖链生物合成的特点

糖基的供体是单糖的核苷二磷酸；在长醇焦磷酸上合成核心寡糖链，整体转移到肽链上，再进行进一步加工。第30页，共48页，2023年，2月20日，星期四2.寡糖与多肽链连接的类型O-连接型N-连接型酰胺键型第31页，共48页，2023年，2月20日，星期四UDPG的结构GUDP1蔗糖合成酶途径：利用尿苷二磷酸葡糖（UDPG）作为葡萄糖供体，与果糖合成蔗糖。UDPG+果糖UDP+蔗糖蔗糖合酶(三)蔗糖的生物合成

第32页，共48页，2023年，2月20日，星期四2蔗糖磷酸合酶途径：以尿苷二磷酸葡糖（UDPG）为葡萄糖供体，与果糖-6-磷酸合成蔗糖磷酸酯，再经磷酸酯酶作用，脱去磷酸形成蔗糖。磷酸蔗糖蔗糖+磷酸蔗糖磷酸酯酶UDPG+F-6-P磷酸蔗糖+UDP蔗糖磷酸合酶第33页，共48页，2023年，2月20日，星期四GATPADPG-6-PG-1-P(A)UTPPPi(A)UDPG焦磷酸化酶n(A)UDPG引物(G)mm≥2(A)UDPG转糖苷酶n(A)UDP（α-1,4-G）n+mQ酶（α-1,6）(四)淀粉的生物合成

UDPG----尿苷二磷酸葡萄糖Q酶----分支酶第34页，共48页，2023年，2月20日，星期四直链淀粉合成

由淀粉合成酶催化，需引物(Gn),ADPG供糖基，形成α－1,4糖苷键。

支链淀粉合成

淀粉合成酶:催化形成α-1,4糖苷键

Q酶（分支酶）:既能催化α-1,4糖苷键的断裂，又能催化α-1,6糖苷键的形成第35页，共48页，2023年，2月20日，星期四淀粉的分枝结构开始分枝的残基非还原端残基两个葡萄糖单位之间的1,6-糖苷键两个葡萄糖单位之间的1,4-糖苷键第36页，共48页，2023年，2月20日，星期四四、糖原分解和生物合成

糖原（glycogen）和淀粉（starch）都是由葡萄糖分子聚合而成的高聚物，统称为葡聚糖（glucan）。糖原是动物细胞中葡萄糖的储存形式，也是最容易动员的贮存葡萄糖。主要存在于肝脏和骨骼肌中。肝脏中的糖原主要用于维持血液中葡萄糖的稳定水平。肌肉中糖原主要是供给肌肉收缩时能量的不断需要。第37页，共48页，2023年，2月20日，星期四（一）糖原的生物学意义是葡萄糖的储存形式，将多余的能量储存起来。需要时，释放出来。糖原合成与分解可调节血糖浓度，维持血糖水平的稳定。胰岛素可以促进糖原的合成并降低血糖，肾上腺素、胰高血糖素和肾上腺皮质激素可促进糖原降解，增加血糖浓度。第38页，共48页，2023年，2月20日，星期四（二）糖原的降解(glycogenbreakdown)1.糖原磷酸化酶催化的反应磷酸化酶催化非还原端磷酸解第39页，共48页，2023年，2月20日，星期四磷酸化酶催化1-4糖苷键磷酸解

糖原磷酸化酶降解糖原的产物是葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸不消耗能量就可以转变成葡萄糖-6-磷酸，从而可以进入糖酵解代谢途径。

第40页，共48页，2023年，2月20日，星期四2.糖原脱支酶(glycogendebranchingenzyme，包括糖基转移酶)催化的反应糖原磷酸化酶从糖原非还原端逐个降解掉葡萄糖残基，但在离分支点4个残基时就不能起作用了，形成有众多短分支的多糖分子，它的进一步分解需要糖原脱支酶和磷酸化酶的协同作用。具有两个酶的活性：糖基转移酶和糖原脱支酶。第41页，共48页，2023年，2月20日，星期四3.磷酸葡萄糖变位酶（phosphoglucomutase）

糖原磷酸化酶解的产物是葡萄糖-1-磷酸，必须转变成葡萄糖-6-磷酸才能进入糖酵解途径或形成葡萄糖。担负磷酸基团转移的酶就是磷酸葡萄糖变位酶。4.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，主要存在于