戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径

一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)二、糖的其他代谢途径

三、葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构四、乙醛酸途径五、寡糖类的生物合成和分解戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径1931年OttoWarburg、FritzLipman等人①发现6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡糖酸脱氢酶；②NADP+是上述2酶的辅酶；③6-磷酸葡糖酸氧化脱羧产生磷酸戊糖。FrankDickens等人①分离到中间产物：磷酸戊糖酸、磷酸己糖酸；四碳和五碳化合物的磷酸酯；②提出6-磷酸葡萄糖降解新途径；③五碳糖、六碳糖、七碳糖及其衍生物景天庚酮糖、核糖、脱氧核糖等。1953年FrankDickens在英国医学公报上发表这条途径的研究成果。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)戊糖磷酸途径发现戊糖支路(pentoseshunt)戊糖磷酸循环(pentosephosphatecycle)己糖磷酸旁路或己糖单磷酸途径(hexosemonophosphatepathway)磷酸葡糖酸途径(phosphogluconatepathway)磷酸葡糖酸氧化途径(phosphogluconateoxidativepathway)Warburg-Dickens磷酸戊糖途径OttoWarburg1883–1970①葡萄糖分解代谢的另一条途径，约占30％；②肝脏中约10-15%的葡萄糖进入戊糖磷酸途径；③反应在细胞胞液中进行；④产物：NADPH

(生物合成中重要的还原剂，合成ATP)核糖-5-磷酸(体内生成5-磷酸-核糖的唯一途径，

合成DNA,RNA,ATP,NAD+,FAD,CoA)⑤氧化特征：辅酶为NADP+⑥特点：环式代谢途径--起始物和终止物都是6-磷酸葡萄糖三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖、七碳糖之间相互转化戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)戊糖磷酸途径概况6-磷酸葡萄糖+2NADP++H2O5-磷酸核糖+2NADPH+2H++CO2

磷酸戊糖途径核心反应：戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)

葡萄糖-6-磷酸

+2NADP++H2O

核酮糖-5-磷酸

+2NADPH+2H++CO23分子核酮糖-5-磷酸2分子果糖-6-磷酸+1分子甘油醛-3-磷酸果糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸核糖-5-磷酸核酮糖-5-磷酸还原谷胱甘肽生物还原剂6-磷酸葡糖酸

磷酸戊糖途径核心反应式：葡萄糖-6-磷酸

+2NADP++H2O→

核糖-5-磷酸

+2NADPH+2H++CO2戊糖磷酸途径概况合成前体第一阶段：氧化阶段第二阶段：非氧化阶段，转换途径第三阶段1、葡萄糖-6-磷酸脱氢生成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)第一阶段：氧化阶段6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化脱氢氧化在C-1上；6-磷酸葡萄糖脱氢酶是关键酶；辅酶NADP+是e-受体；6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯；NADPH是6-磷酸葡萄糖脱氢酶变构抑制剂。葡萄糖-6-磷酸6-磷酸-葡糖酸-δ-内酯戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)2、6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯水解生成6-磷酸葡糖酸第一阶段：氧化阶段内酯酶催化水解。6-磷酸葡糖酸6-磷酸-葡糖酸-δ-内酯戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)3、6-磷酸葡糖酸形成5-磷酸核酮糖第一阶段：氧化阶段6-磷酸葡糖酸脱氢酶作用下，形成5-磷酸核酮糖NADP+为电子受体；C-1上脱羧；C-3上脱氢变C-2。6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸-核酮糖戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)4、5-磷酸核酮糖异构为5-磷酸核糖第二阶段：非氧化阶段5-磷酸核糖5-磷酸-核酮糖磷酸核酮糖异构酶催化；戊酮糖转化为戊醛糖。

葡萄糖-6-磷酸

+2NADP++H2O

核酮糖-5-磷酸

+2NADPH+2H++CO2第一阶段：氧化阶段第二阶段：非氧化阶段戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)核糖-5-磷酸景天庚酮糖-7-磷酸果糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸木酮糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸赤藓糖-4-磷酸果糖-6-磷酸木酮糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸氧化阶段3分子核酮糖-5-磷酸2分子果糖-6-磷酸+1分子甘油醛-3-磷酸第二阶段：非氧化阶段，转换途径果糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸第三阶段反应全部是可逆反应。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)第二阶段：非氧化阶段6分子五碳糖转化为5分子六碳糖戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)第二阶段：非氧化阶段5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸木酮糖核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸差向异构酶一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径第二阶段：非氧化阶段Thefirstreactioncatalyzedbytransketolase(转酮醇酶)

木酮糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸景天庚酮糖-7-磷酸核糖-5-磷酸赤藓糖-4-磷酸戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)第二阶段：非氧化阶段Thereactioncatalyzedbytransaldolase(转醛醇酶)甘油醛-3-磷酸景天庚酮糖-7-磷酸果糖-6-磷酸戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)第二阶段：非氧化阶段Thesecondreactioncatalyzedbytransketolase(转酮醇酶)

木酮糖-5-磷酸赤藓糖-4-磷酸甘油醛-3-磷酸果糖-6-磷酸戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)磷酸戊糖途径总览6葡萄糖-6-磷酸+12NADP++7H2O5葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H++6CO2+Pi

6分子葡萄糖-6-磷酸进入戊糖磷酸途径，产生5个葡萄糖-6-磷酸分子，产生6分子CO2和Pi，产生12个NADPH和12个H+。

磷酸戊糖途径全部反应式P151RoleofNADPHinregulatingthepartitioningofglucose6-phosphatebetweenglycolysisandthepentosephosphatepathway核糖-5-磷酸葡糖酸内酯-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸戊糖磷酸途径糖酵解途径戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)磷酸戊糖途径的调控葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化的葡萄糖-6-磷酸的脱氢反应，实质上是不可逆的限速反应，是一个重要的调控点。调控因子是NADP+的水平。NADPH和NADP+竟争性的抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和6-磷酸葡糖酸脱氢酶。核糖-5-磷酸核酮糖-5-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡糖酸-6-磷酸葡糖酸-δ-内酯-6-磷酸内酯酶葡糖酸-6-磷酸脱氢酶磷酸戊糖异构酶葡糖-6-磷酸脱氢酶1.5-磷酸核糖的需要>>NADPH；如细胞分裂期→合成核苷酸

葡萄糖-6-磷酸(糖酵解)→2分子果糖-6-磷酸和1分子甘油醛-3-磷酸(反方向戊糖磷酸途径)→3分子核糖-5-磷酸：

5葡萄糖-6-磷酸+ATP→6核糖-5-磷酸+ADP+H+

磷酸戊糖途径中葡萄糖-6-磷酸的去路戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)P152受机体对NADPH、5-磷酸核糖、ATP不同需要的调节2.

5-磷酸核糖=NADPH；氧化阶段处于优势，形成2分子NADPH和1分子核糖-5-磷酸

葡萄糖-6-磷酸+2NADP++H2O→核糖-5-磷酸+2NADPH+2H++CO2

3.NADPH>>5-磷酸核糖；葡萄糖-6-磷酸彻底氧化为CO2，如脂肪酸合成

只需要NADPH而不需要5-磷酸核糖，则5-磷酸核糖可通过碳链骨架的重新整理（果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸）回到葡萄糖-6-磷酸，也可进入糖酵解。

葡萄糖-6-磷酸+12NADP++7H2O→6CO2+12NADPH+12H++Pi1、磷酸戊糖途径是细胞产生还原力（NADPH）的主要途径

☞高还原电势电子的能量在传递过程中转化贮存到2类分子：*ATP、GTP等*NADPH、NADH（NADH经氧化磷酸化生成水和ATP）☞

NADPH留在细胞溶胶不进入呼吸链，作为有机物合成的还原力提供氢：*脂肪酸、胆固醇等合成；*参与体内羟化反应；*维持GSH（还原型）；保护红细胞膜被氧化；维持Hb的Fe2+的运输氧能力。2、磷酸戊糖途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源

☞

5-磷酸核糖——核酸的合成

☞三、四、五、六、七碳糖的来源磷酸戊糖途径的生理意义戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)缺乏症,发病原因是由于G6PD基因突变，导致该酶活性降低，红细胞不能抵抗氧化损伤而遭受破坏，引起溶血性贫血、黄疸。是最常见的一种遗传性酶缺乏病。蚕豆病核糖-5-磷酸核酮糖-5-磷酸葡萄糖-6-磷酸葡糖酸-6-磷酸葡糖酸-δ-内酯-6-磷酸葡糖-6-磷酸脱氢酶内酯酶葡糖酸-6-磷酸脱氢酶磷酸戊糖异构酶NADPH是许多生物合成所必需的还原剂，也可保护细胞免受H2O2和超氧自由基的氧化损伤。氧化型还原型导致红细胞膜破裂*希腊哲学家、数学家毕达哥拉斯严禁他的信徒吃蚕豆沙拉三明治，但增加了患疟疾的风险。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径一、戊糖磷酸途径(pentosephosphatepathway)糖异生作用(gluconeogenesis)——葡萄糖的异生作用戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径外部供给的糖和细胞内贮存的糖——利用有限生物体内合成葡萄糖途径非糖物质葡萄糖肝脏、肾脏有机酸：丙酮酸、乳酸、

TCA中的羧酸生糖氨基酸：Gly、Ala、Thr、Ser、Asp、Glu、Cys、Pro、Arg、His甘油胞液中糖异生利用糖酵解途径中起作用的相同酶，但不是单纯的逆向反应：

7个反应步骤是可逆的；3个反应是不可逆反应(磷酸果糖激酶、己糖激酶、丙酮酸激酶)

胰高血糖素低血糖信号！！！升血糖：胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素、生长激素等降血糖：胰岛素血糖糖原糖蛋白二糖单糖淀粉蔗糖磷酸烯醇式丙酮酸生糖氨基酸三酰甘油乳酸固定CO2

3-磷酸甘油酸糖类常见的合成途径：磷酸烯醇式丙酮酸

葡萄糖-6-磷酸生物合成的基本原则：不同途径进行合成和降解；合成代谢和分解代谢各具其独特反应；需能的合成代谢与产能的ATP裂解过程相偶联，合成过程不可逆。甘油糖异生作用(gluconeogenesis)——糖的生物合成戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖酵解糖异生葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸二羟丙酮磷酸1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸烯醇丙酮酸磷酸草酰乙酸

甘油醛-3-磷酸丙酮酸二羟丙酮磷酸磷酸果糖激酶耗

ATP已糖激酶耗

ATP丙酮酸激酶生ATP7步可逆反应

丙酮酸羧化酶放能

磷酸烯醇丙酮酸羧激酶放能

果糖-1,6-二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶支路—3

支路—2

支路—1

戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖异生中的丙酮酸羧化—烯醇丙酮酸磷酸支路—1糖酵解烯醇丙酮酸磷酸葡萄糖丙酮酸胞液丙酮酸羧化酶

（生物素）

线粒体CO2

ATP

ADP+Pi

糖异生丙酮酸激酶ATPADP胞液苹果酸NADHNAD+丙酮酸苹果酸磷酸烯醇丙酮酸羧激酶GTP

GDP

CO2

草酰乙酸草酰乙酸NADHNAD+戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖异生中的丙酮酸羧化—烯醇丙酮酸磷酸支路—1戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径重碳酸丙酮酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶辅基：生物素生物素生物素-酶Pyruvate+HCO3-+ATPOxaloacetate+ADP+Pi

Oxaloacetate+GTPPEP+CO2+GDP草酰乙酸磷酸烯醇丙酮酸Pyruvate+ATP+GTP+HCO3-→

PEP+ADP+GDP+Pi+CO2丙酮酸羧化酶磷酸烯醇丙酮酸羧激酶ΔG’0

=0.9kJ/mol果糖-1,6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸——支路—2

果糖-1,6-二磷酸在果糖-1,6-二磷酸酶催化下，水解脱去磷酸而生成果糖-6-磷酸。

葡糖-6-磷酸水解生成葡萄糖——支路—3

葡糖-6-磷酸酶催化下，葡糖-6-磷酸水解为葡萄糖。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径Fructose1,6-bisphosphate+H2O

→fructose6-phosphate+PiGlucose6-phosphate+H2O→glucose+PiΔG’0

=-13.8kJ/molΔG’0

=-16.3kJ/mol乳酸为糖异生的前体时，另有一条途径:乳酸→丙酮酸→烯醇丙酮酸磷酸该途径利用红细胞或缺氧肌肉中的乳酸生产葡萄糖。乳酸

丙酮酸乳酸脱氢酶丙酮酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶线粒体PEP羧激酶烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸磷酸胞液PEP羧激酶草酰乙酸胞液苹果酸脱氢酶苹果酸草酰乙酸葡萄糖糖异生糖异生糖酵解血液血液戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖异生作用(gluconeogenesis)——乳酸

戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径乳酸的再利用——可立氏循环(Coricycle)

P158戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖异生作用(gluconeogenesis)——甘油

戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖异生作用(gluconeogenesis)——TCA中的羧酸

戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖异生作用(gluconeogenesis)——TCA中的羧酸

柠檬酸异柠檬酸苹果酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA延胡索酸草酰乙酸乙酰CoA丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸乙酰乙酰CoA丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸天冬氨酸天冬酰胺精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸谷氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸三羧酸循环

生糖氨基酸(非必需AA)

生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸糖异生是一个昂贵的过程，但是必需的代谢途径。2丙酮酸+4

ATP+2

GTP+2

NADH+2H++

4H2O葡萄糖

+4

ADP+2

GDP+6

Pi+2

NAD+

糖异生途径由1分子丙酮酸生成葡萄糖要消耗6个高能磷酸基团。葡萄糖

+2ADP+2

NAD++2Pi

2

丙酮酸+2ATP+

2

NADH+2H++

2H2O糖酵解途径由1分子葡萄糖生成2个ATP。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径糖异生途径需要消耗4个额外的高能磷酸键，将不可能逆行的过程转变为可以通行的反应。此外，ATP参加反应可以改变反应的平衡常数。糖异生和糖酵解的协调1、高浓度的6-磷酸葡萄糖抑制己糖激酶，促进糖异生。2、糖酵解和糖异生的控制点是6-磷酸果糖与1,6-二磷酸果糖的转化。ATP和柠檬酸促进异生，抑制酵解。2,6-二磷酸果糖相反，是重要调节物。3、丙酮酸与磷酸烯醇式丙酮酸的转化，丙酮酸羧化酶受乙酰CoA激活，ADP抑制；丙酮酸激酶被ATP、NADH和丙氨酸抑制。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径葡萄糖已糖激酶6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖激酶1,6-二磷酸果糖磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸（-）（-）（-）（+）（+）AMP2,6二磷酸果糖ATP柠檬酸（+）（-）（-）ATPAla丙酮酸羧化酶磷酸烯醇丙酮酸羧激酶果糖-1,6-二磷酸酶葡萄糖-6-磷酸酶一对催化两个途径的中间代谢物之间循环的方向相反、代谢上不可逆的反应。一个需要ATP参加，另一个进行水解，结果只是消耗能量，反应物不变。例如：

葡萄糖+ATP

葡萄糖-6-磷酸+ADP(己糖激酶）葡萄糖-6-磷酸+H2O

葡萄糖+Pi(葡萄糖-6-磷酸酶）净反应实际上是：ATP+H2O

ADP+Pi。

葡萄糖

丙酮酸丙酮酸

葡萄糖净反应实际上是：2ATP+2GTP+2H2O2ADP+2GDP+4Pi

戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径无效循环(futilecycle)或叫底物循环(substratecycle)糖异生作用的生理意义戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径饥饿时糖供应不足，使脂肪分解的甘油生成血糖，满足组织(特别是脑组织和红细胞)对糖的需要；激烈运动时产生的乳酸，经血液运到肝脏通过丙酮酸再合成葡萄糖和糖原，使肌糖原间接变成血糖，有利于乳酸的利用；更新肌糖原，防止乳酸酸中毒的发生；糖异生有利于体内氨基酸的分解，氨基酸生成糖是氨基酸代谢的主要途径；促进肾小管泌氨作用，防止代谢性酸中毒。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径三、乙醛酸途径(glyoxylatepathway)

又称乙醛酸循环(glyoxylatecycle)乙醛酸循环只存在于植物和微生物中；使乙酰CoA转变为草酰乙酸，从而进入柠檬酸循环；乙醛酸途径的酶既存在于线粒