磷酸戊糖途径及其他糖代谢途径

又名磷酸己糖支路或6-磷酸葡萄糖酸途径☻发生在细胞液☻由氧化相和非氧化相组成☻在生物合成旺盛的细胞中更加活跃葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸糖酵解

70%30%糖原PPP氧化相•葡糖-6-磷酸脱氢酶–不可逆反应——受到调控

(受到NADPH抑

制)•葡萄糖酸内酯酶–没有酶催化，也能发生•葡糖酸-6-磷酸脱氢酶–氧化脱羧反应此酶对NADP+高度特异性的;

对NAD+

的Km

比对NADP+高1

000倍«非氧化相全部由非氧化的可逆反应组成，共有5步，反应的性质是异构或分子重排，通过此阶段的反应，6分子戊糖转化成5分子己糖。将戊糖转变成

糖酵解的中间物。«磷酸戊糖异构酶«磷酸戊糖差向异构酶«转酮酶——催化二碳单位的转移，需要TPP为辅助

因子«转醛酶——催化三碳单位的转移«转酮酶+5

5+4

5C5

+

C5

-->

C7

+

C3C7

+

C3

-->

C4

+

C6

C5

+

C4

-->

C6

+

C3+64总结:3C5

-->

2C6

+

C373++36转酮酶催化的反应机理磷酸戊糖途径的总结P

一个葡萄糖分子是不可能完成上述反应的，至少有三个葡萄糖分子同时进入才可以完成；P

只有六个葡萄糖分子同时进入磷酸戊糖途径，到最后才相当于有一个葡萄糖分子完全被氧化成CO2和H2O；P

磷酸戊糖途径并不是细胞产生NADPH的唯一途径P

发生在细胞液，不需要氧气；P

根据细胞对NADPH、核糖和ATP的需要不同，磷酸戊糖途径可以四种不同的模式存在：快速分裂的细胞需

要更多的核糖-5-磷酸以第一种模式存在，需要等量的

核糖-5-磷酸和NADPH的细胞以第二种模式存在，需要更多的NADPH以进行生物合成的细胞以第三种模式存在，只需要NADPH和ATP而不需要核糖-5-磷酸的细胞以第四种模式存在；P

调节机制相当简单磷酸戊糖途径的四种变化形式C与NADPH有关的功能(1)提供生物合成的还原剂NADPH(2)解毒——细胞色素P450单加氧酶解毒系统需要NADPH参与对毒物的羟基化反应。(3)免疫(4)维持红细胞膜的完整(5)间接进入呼吸链C

与核糖-5-磷酸有关的功能提供核苷酸及其衍生物合成的前体核糖-5-磷酸C

与赤藓糖-4-磷酸有关的功能芳香族氨基酸和维生素B

的合成需要赤藓糖。6Rapidly

dividing

cells

require

more

ribose5-phosphate

than

NADPH.The

need

for

NADPH

and

ribose5-phosphate

isbalanced.More

NADPH

is

needed

than

ribose5-phosphate;Fatty

acid

synthesis

in

adiposecells.Thecellneedsboth

NADPH

and

ATP组织功能磷酸戊糖途径的活性肾上腺肝睾丸脂肪组织卵巢乳腺固醇类激素的合成脂肪酸和胆固醇的合成固醇类激素的合成

脂肪酸的合成固醇类激素的合成

脂肪酸的合成高高高高高高生物合成与磷酸戊糖途径活性的关系巨噬细胞膜上的NADPH氧化酶的防御功能Net

Synthesis

of

"new

glucose"from

non-

sugar

metabolites内容纲要1.糖异生的定义2.糖异生的涉及的主要反应3.糖异生的功能4.糖异生的调节糖异生ó泛指细胞内由乳酸或其它非糖物质净合成葡

萄糖的过程。它主要发生在动物的肝脏

(80

％)

和肾脏

(20％)

，是动物细胞自身合成

葡萄糖的唯一手段。植物和某些微生物也可

以进行糖异生。糖异生的底物丙酮酸,

乳酸,

甘油,

生糖氨基酸，所

有TCA循环的中间物$偶数脂肪酸不行!$因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰

CoA

，而乙酰CoA不能提供葡萄糖的

净合成☺Occurs

mainly

in

liver

and

kidneys

☺并不是糖酵解的简单逆转，其原因是：–一是因为糖酵解有三步不可逆反应(糖酵解

的总

G

=

-

74

kJ/mol

)–二是机体在对这两种代谢实行交互调控的时

候不允许它们同时被激活或被抑制，否则就

会陷入无效循环之中。糖异生与糖酵解途径的比较某些反应“借用于糖酵解”

，某些反应是新的Something

to

borrow,

something

new☺糖异生保留了糖酵解途径中的所有可逆反应

(第

二步，第四步~第九步)☺属于自己的新反应只有四步反应。在这四步反应

中，有两步反应被用来克服糖酵解的最后一步不

可逆反应，其余两步反应用来克服糖酵解的第三

步和第一步不可逆反应。☺新的反应也提供了新的调控机制丙酮酸羧化酶@糖异生的第一步反应@存在于线粒体基质，需要生物素辅基@由ATP驱动羧化反应Linkage

of

biotin

to

lysine

residue

in

pyruvate

carboxylase丙酮酸羧化酶的结构模型丙酮酸羧化酶的作用机理PEP羧激酶

(PEPCK)@OAA的羧基是一个好的离去基团@PEPCK在人类的线粒体基质和细胞液均存在，而

小鼠只存在于细胞液，兔子只存在于线粒体。@如果PEPCK存在于线粒体基质，则生成的PEP可以直接通过内膜上专门的运输体运出线粒体；但是，如果PEPCK存在于细胞液，则首先需要通过特殊的转运系统，将不能直接透过线粒体内膜的草酰乙酸先转变成能够通过内膜的苹果酸或天冬氨酸运出线粒体，然后在细胞液按照逆反应的方向重新转变为草酰乙酸。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的作用机理苹果酸-天冬氨酸穿梭系统果糖-1,6-二磷酸酶将F-1,6-P水解成F-6-P热力学上是有利的，肝细胞内的

G

是-

8.6

kJ/mol葡糖-6-磷酸酶催化葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖☺存在于肝、肾细胞内质网膜上。☺肌肉和脑细胞没有这种酶，故不能进行糖异生☺G-6-P需要进入内质网腔才能水解其它物质进入糖异生的途径Cori循环和Ala循环酵解过程的三步不可逆反应，即为三个调控部位，分别由调控酶催化。(

一)

磷酸果糖激酶

(PFK)

的调节1.

ATP/AMP：PFK受ATP别构抑制，此抑制能被

AMP逆转。2.

柠檬酸：抑制PFK

，并可增强ATP的抑制作用。3.

2,6-二磷酸果糖

(F-2,6-BP)

：激活PFK活性它可由F-6-P景磷酸果糖激酶2

(PFK2)

催化生成。

4.

[H+]

：抑制PFK活性☺ATPisasubstrateandan

allosteric

inhibitor

ofPFK-1☺AMP

allosterically

activates

PFK-1by

relievingthe

ATP

inhibition(ADP

is

also

an

activator

inmammalian

systems)☺Changes

in

AMP

and

ADP

concentrations

cancontrol

the

flux

through

PFK-1☺Elevated

levels

of

citrate(indicate

amplesubstrates

for

citric

acid

cycle)also

inhibit

PFK-1Regulation

of

PFK-1

by

Fructose

2,6-bisphosphate(F2,6BP)☺F2,6-BP

is

a

potentactivatorofPFK-1☺F2,6-BP

is

formed

from

F6P

by

phosphofructokinase-2(PFK-2),which

is

a

bi-functional

enzyme

b-D-Fructose2,6-bisphosphateFormation

and

hydrolysis

ofF2,6-BP☺Glucagonslowsglycolysis☺Glucagon

induces

glucose

synthesis

andconversion

toglucosefromglycogenHormone

glucagon

is

released

from

the

pancreas

when

blood

glucose

levels

are

lowPFK-2

is

bi-functionalEffect

of

glucagon

on

liver

glycolysis(二)

丙酮酸激酶的调节1.

此酶系一同工酶，肝脏：L型；肌肉：M型；

其它：A型。2.

此酶的效应物有：(1)

ATP：通过变构效应抑制L型丙酮酸激酶。(2)

丙氨酸：抑制效应。(3)

F-1,6-BP：激活效应。3.

L型同工酶还受可逆磷酸化作用的调控。(三)

己糖激酶调节受G-6-P反馈抑制。☺Four

PK

isozymes

exist

in

mammalian

tissues☺PK

is

allosterically

activated

by

F1,6BP,

inhibited

by

ATP☺Glucagon

stimulates

protein

kinase

A

whichphosphorylates

PK

converting

it

to

a

less

active

form(liver

and

intestinal

cells)Activator

F1,6BP(red)

boundwith

PK☺Hexokinasereactionismetabolicallyirreversible☺G6P(product)levelsincreasewhenglycolysis

is

inhibited

at

sites

furtheralonginthe

pathway☺G6P

inhibits

hexokinase

isozymes

I,II

and

III

that

are

active

at

normalglucose

concentrations(Km

values~10-6

to10-4

M)☺Glucokinase(hexokinaseIV,Km

~10-2

M)formsG6Pintheliver(forglycogen

synthesis)when

glucose

is

abundant(activity

is

modulatedbyfructose

phosphates

and

a

regulatory

protein)2.When

ATP

is

needed,

glycolysis

is

activated☺AMP(the

product

ofATP

consumption)relieve

the

inhibition

of

PFK-1by

ATP☺Fructose2,6-bisphosphate(F2,6BP)relieve

the

inhibition

of

PFK-1by

ATP☺Pyruvate

kinase

is

activated

by

F1,6BP1.When

ATP

levels

are

sufficient,

glycolysis

activity

decreases☺Hexokinase

inhibited

by

excessglucose6-phosphate☺PFK-1is

inhibited

by

ATP

andcitrate☺Pyruvate

kinase

is

inhibited

by

ATPStep

10Step

1Step

3TCA

cycle

的调节位点在三个不可逆的步骤：1.

柠檬酸合酶：受ATP

、柠檬酸、琥珀酰CoA

、

脂酰CoA抑制。2.

异柠檬酸脱氢酶：受ATP

、NADH抑制，受

ADP激活。3.

-酮戊二酸脱氢酶：受NADH

、琥珀酰CoA

抑制。此外，由于细胞中草酰乙酸浓度较低，其

浓度是决定TCA

cycle速度的重要因素之一。4.

丙酮酸脱氢酶系的调节控制(1)

产物抑制乙酰CoA抑制E2

，NADH抑制E3

。

(2)

核苷酸的反馈抑制即细胞能量状态

(能荷)

的控制(3)

共价修饰的调节可逆磷酸化作用

(酶丝氨酸羟基上)

E1受到两个调节酶控制：a.

丙酮酸脱氢酶激酶，ATP为磷酸供体，磷酸

化的酶为inactive形式b.

丙酮酸脱氢酶磷酸

(酯)

酶：催化脱氢酶去

磷酸，为active形式☺Under

anaerobic

conditions

the

conversion

ofglucose

to

pyruvate

is

much

higher

than

underaerobic

conditions(yeast

cells

produce

moreethanol

and

muscle

cells

accumulate

lactate)☺The

Pasteur

Effect

is

the

slowing

of

glycolysis

inthe

presence

of

oxygen☺

More

ATP

is

produced

under

aerobic

conditionsthan

under

anaerobic

conditions,therefore

lessglucose

is

consumed

aerobically酵解、TCA

cycle及氧化磷酸化途径间的协调控制巴斯德效应：

巴斯德发现在进行旺盛无氧酵解的酵母中

通入氧气，葡萄糖消耗减少，乳酸堆积迅速下降。说明糖的有

氧氧化对酵解产生抑制作用。原因：有氧条件下(1)

酵解产生的NADH进入氧化磷酸化，将H传递给氧，并

产生大量ATP。(2)

丙酮酸进入TCA

cycle

，乳酸自然减少，经TCA

Cycle

也产生大量ATP

，同时柠檬酸浓度增加。高浓度的ATP和柠檬酸进入胞液后，抑制PFK活性，并

间接由于G-6-P增多而反馈抑制己糖激酶。糖异生控制有四个关键酶：G-6-P酶果糖二磷酸酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶丙酮酸羧化酶这些酶又分别受到不同效应物和细胞能量水平的调控，使得两个相反的代谢途经协调进行，

从而满足生物机体对葡萄糖和能量的需要。酵解调控有三个调控酶

：己糖激酶PFK丙酮酸激酶糖异生和酵解的协调控制1.

效应物对糖异生和酵解的调控2.

激素对糖异生及酵解途经的调控两类激素对糖异生和酵解途经有调控作用：

(1)

升糖激素：肾上腺素、胰高血糖素等

作用：抑制酵解，增强异生，使血糖升高。(2)

降糖激素：胰岛素作用：增强酵解、抑制异生，使血糖降低。Fructose

2,6

bisphosphate