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1、戊糖磷酸途径 pentose phosphate pathway,生物化学,1,糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要途径，但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,PPP），也称为磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。,砷酸、碘乙酸、氟化物抑制糖酵解,砷酸与
2、磷酸结构非常相似，可竞争性抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶的活性，因此使糖酵解第6步反应3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸不能进行。碘乙酸：由于3-磷酸甘油醛的活性部位是半胱氨酸的巯基，因而凡是能够与巯基反应的物质都可以抑制该反应的进行。如碘乙酸。氟化物则是烯醇化酶的抑制剂，可以有效抑制2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸的过程。,在组织匀浆中加入碘乙酸或氟化物等EMP的抑制剂，仍有一定量的葡萄糖被氧化成水和CO2，同位素标记表明，葡萄糖的氧化首先发生在C1位，证明此过程不同于EMP途径。磷酸戊糖途径是有O2条件下，在细胞质中将葡萄糖直接氧化分解为CO2的过程。,1.研究历史：研究糖酵解同时发现替代途径,戊
3、糖磷酸途径（pentose phosphate pathway）磷酸己糖支路 己糖单磷酸途径 戊糖支路 戊糖磷酸循环,戊糖磷酸途径,磷酸戊糖为代表性中间产物,糖酵解在磷酸己糖处分支,TAC,2.磷酸戊糖途径的主要反应,磷酸戊糖途径的代谢起始物是G-6-P，返回的代谢终产物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。磷酸戊糖途径在细胞的胞液(cytoplasm)中进行。关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)。,2.1 葡萄糖的氧化脱羧阶段1)脱氢反应,6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下生成6-
4、磷酸葡萄糖酸内酯。,2)水解反应,在6-磷酸葡萄糖酸内酯酶催化下，6-磷酸葡萄糖酸内酯水解为6-磷酸葡萄糖酸。,3)脱氢脱羧反应,在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶催化下6-磷酸葡萄糖酸经氧化脱羧生成5-磷酸核酮糖、NADPH和CO2。,2.2 非氧化的分子重组合阶段,4)异构化反应,5-磷酸核酮糖异构化为5-磷酸核糖；5-磷酸核酮糖差向异构化(异构化)为5-磷酸木酮糖。,Glucose-6-phosphate 2 NADP+H2O,ribose-5-phosphate 2 NADPH+2H+CO2,核苷酸合成的前体,5)转酮醇反应(二碳单位转移),TPP helps the two-carbon tr
5、ansferring in transketolase,转酮醇酶催化磷酸酮糖上的2C单位羟乙酰基转移到磷酸醛糖的C1上，形成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。转酮醇酶转移1个2C单位。,5C+5C=3C+7C,6)转醛醇反应(三碳单位转移),7C+3C=4C+6C,转醛醇酶催化7-磷酸景天庚酮糖上的二羟基丙酮基团转移给3-磷酸甘油醛生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖。转醛醇酶转移1个3C单位。,7)转酮醇反应,4碳糖和5碳糖经转酮醇酶作用转移2碳单位，形成3碳糖和6碳糖。,5C+4C=3C+6C,8)异构化反应,从5C糖重新生成6C糖,磷酸戊糖途径是通过glucose 6-phosphate直
6、接脱氢脱羧将糖氧化分解的，脱氢酶的辅酶为NADP，无ATP的产生与消耗。,3 磷酸戊糖途径的调控,在氧化脱羧阶段，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶是磷酸戊糖途径的限速酶，活性受NADP/NADPH比率的调节，NADPH竞争性抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性,非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸核糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进行酵解。转酮醇酶是PPP途径非氧化阶段的重要酶，其辅因子是TPP，某些遗传缺陷的人体内的转酮醇酶结合TPP的活力仅为正常人的十分之一，当食物中缺乏硫胺素时，其神经功能显著紊乱，如不能辨认方向，记忆力减退，运动器官麻痹，在充分补充T
7、PP后神经症状可得到缓解。,4 磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义,磷酸戊糖途径的化学计量从6G6P开始，经两次脱氢氧化及脱羧后，放出6CO2，生成65-Ru5P和12NADPH。PPP是通过G6P直接脱氢脱羧将糖氧化分解。脱氢酶的辅酶为NADP+，无ATP的产生与消耗。表明经6次循环，1分子G6P被分解而产生6分子CO2。在非氧化阶段，6Ru5P(30个C)经C3、C4、C5、C7等糖中间代谢物，最后转化成5G6P(30个C)。,产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力。NADPH作为主要供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原，以及氨的同化、
8、丙酮酸羧化还原成苹果酸等反应所必需。,磷酸戊糖途径的生物学意义,谷胱甘肽还可以保护血红蛋白不受过氧化氢氧化、自由基等氧化从而使它持续正常发挥运输氧的能力。红细胞中部分血红蛋白在过氧化氢等氧化剂的作用下，其中二价铁氧化为三价铁，使血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而失去了带氧能力。还原型谷胱甘肽既能直接与过氧化氢等氧化剂结合，生成水和氧化型谷胱甘肽，也能够将高铁血红蛋白还原为血红蛋白。人体红细胞中谷胱甘肽的含量很多，这对保护红细胞膜上蛋白质的巯基处于还原状态，防止溶血具有重要意义。谷胱甘肽保护酶分子中-SH基，有利于酶活性的发挥，并且能恢复已被破坏的酶分子中-SH基的活性功能，使酶重新恢复活性。谷胱
9、甘肽还可以抑制乙醇侵害肝脏所产生的脂肪肝。,谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合，含有巯基的的三肽，具有抗氧化作用和整合解毒作用。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽活性基团（故谷胱甘肽常简写为G-SH）,磷酸戊糖途径的中间产物为许多化合物的合成提供原料。如5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料，也是NAD、NADP和FAD等的组分。4-磷酸赤藓糖与EMP中的PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸，以及与植物生长(如生长素、木质素合成)和抗病性(如酚类抗毒素等)有关的物质。,非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而
10、磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。,糖的其他代谢途径,糖异生乙醛酸循环蔗糖和乳糖的生物合成糖蛋白的生物合成,乳酸循环（可立氏循环）,脑和肌肉中无葡萄糖6磷酸酶,蔗糖和乳糖的生物合成,蔗糖和乳糖的生物合成1)糖核苷酸的作用葡萄糖不能直接合成寡糖和多糖，必需经活化变成活化葡萄糖(UDPG、ADPG、GDPG)才能参与反应。,葡萄糖在UDP-葡萄糖-焦磷酸化酶的作用下，形成UDP-G。其他糖同样。UDP-糖为糖的活化形式。,NDP（5二磷酸核苷）糖焦磷酸化酶,释放大量能量,糖的活化,高等植物合成蔗糖的途径有两条：蔗糖合酶催化的合成途径 UDPG+果糖 蔗糖+UDP,2)蔗糖的
11、生物合成,磷酸蔗糖合酶催化的合成途径 光合组织中磷酸蔗糖合酶活性高,在磷酸蔗糖磷酸酶的催化下,磷酸蔗糖水解生成蔗糖。,由于磷酸蔗糖合酶的活性较大，平衡常数有利蔗糖合成，而且磷酸蔗糖合酶存在量大，所以一般认为此途径是植物合成蔗糖的主要途径。,蔗糖磷酸化酶催化的途径(微生物中)G-1-P+果糖 蔗糖+Pi,3)乳糖的生物合成,半乳糖+ATP,半乳糖激酶,半乳糖-1-磷酸+ADP,半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶,+UDP-G,尿嘧啶核苷二磷酸-半乳糖,G-1-P,UDP半乳糖,活化半乳糖,乳糖合酶,非乳腺组织中，在半乳糖基转移酶的作用下，将UDP-半乳糖转给N-乙酰-D葡萄糖胺,在乳腺组织中，半乳糖基
12、转移酶与-乳清蛋白结合（乳糖合酶），将UDP-半乳糖转给D-葡萄糖，形成乳糖。,葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构,葡萄糖运载蛋白(glucose transporter,GLUT),糖蛋白在自然界中的分布十分广泛，不仅存在于脊椎动物和无脊推动物中，也存在于植物、单细胞有机体和病毒中。在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白质共价连接，在低等动物以及植物中情况也可能如此。糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合物，其中的糖基少则只有一个，多则可达数百个。,糖蛋白(glycoprotein)的生物合成,糖蛋白的结构,在糖蛋白中发现的糖组分包括D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、L-岩藻糖、D-木糖
13、、L-阿拉伯糖、D-葡糖胺、D-半乳糖胺及神经氨酸的N-或O-乙酰与N-羟乙酰的衍生物。在有些粘液分泌物、卵白、脑及海胆卵的胶质膜等的糖蛋白中发现含有O-硫酸基。,糖蛋白中糖链的化学组成,弹性蛋白酶的结构,糖蛋白中寡糖链和多肽链的连接,The N-glycosidic linkage is through the amide group of asparagine(Asn,N).The O-glycosidic linkage is to the hydroxyl of serine(Ser,S),threonine(Thr,T).,N-连寡糖的生物合成,合成以酯键相连的寡糖前体将前体转移到正
14、在增长着的肽链上（Asn-X-Ser/Thr XPro,Asp）除去前体的某些糖单位在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，糖基必须活化为UDP或UDP的衍生物。,长醇-载体，锚定作用,5种不同的糖基转移酶,翻转,翻转,长醇磷酸衍生物提供活化糖基,寡糖前体-长醇焦磷酸寡糖的合成途径,N-连寡糖从长醇链上转移到蛋白质的多肽链是在多肽链的合成过程中就开始的。糖蛋白中寡糖部分的加工开始于内质网，完成于高尔基体。,O-连寡糖的生物合成,O-连寡糖在N-乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在多肽链的丝/苏氨酸的羟基上连接上N-乙酰半乳糖基，然后逐个加上糖基直至O-连寡糖链的形成。,胶原蛋白中 半乳糖与5-羟赖氨酸形成0糖肽键植物糖蛋白 阿拉伯糖与羟脯氨酸形成0糖肽键,Hy-ProHy-Lys,O-连寡糖是先合成蛋白质的多肽链，然后合成寡糖链。有的在内质网，有的在内质网-高尔基体中间结构，有的在高尔基体；但外侧糖基的添加都是在高尔基体完成。,糖蛋白链中寡糖的合成的比较,
