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1、第25章 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径,主要内容,戊糖磷酸途径葡萄糖的异生作用乙醛酸循环,一 戊糖磷酸途径,戊糖磷酸途径(pentose phosphate pathway or phosphogluconate pathway)，又叫做PPP，是由于该途径中有许多中间物是戊糖磷酸。,该途径又叫做己糖单磷酸途径(hexose monophosphate pathway HMP)或磷酸葡萄糖酸途径（phosphogluconate pathway）因为磷酸葡萄糖酸是该途径的早期特征中间物。,该途径又称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径,戊糖磷酸途径的概念,戊糖磷酸途径的发现：1、用碘乙
2、酸和氟化物抑制糖酵解（甘油醛-3-磷酸脱氢酶）发现葡萄糖的消耗并不因此而受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径,2、用14C分别标记葡萄糖的C1和C6，然后分别测定14CO2生成量，发现C1标记的葡萄糖比C6标记的葡萄糖更快、更多地生成14CO2，如果糖酵解是唯一的代谢途径，那么14C1和14C6生成14CO2的速度应该相同。,戊糖磷酸途径是从葡萄糖-6-磷酸开始，分为氧化阶段和非氧化阶段。,(一)戊糖磷酸途径的化学反应历程,戊糖磷酸途径是糖代谢的第二条重要途径，是葡萄糖分解的另外一种机制，在细胞溶胶中进行，广泛的存在于动植物细胞内。,1）糖的脱氢、脱羧：葡萄糖-6-磷酸核酮糖-5-磷酸 2）糖
3、的相互转化：6个核酮糖-5-磷酸5个葡萄糖-6-磷酸,葡萄糖-6-磷酸,6-磷酸葡萄糖酸,核酮糖-5-磷酸,核糖-5-磷酸,1.氧化阶段：,葡萄糖-6-磷酸脱氢转化成6-磷酸葡萄糖酸-内酯，反应由葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化。反应中NADP被还原生成NADPH。,第步：脱氢 Dehydrogenation,葡萄糖-6-磷酸,6-磷酸葡萄糖酸-内酯,葡萄糖-6-磷酸脱氢酶,这步反应是整个戊糖磷酸途径的主要调节部位，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶受NADPH的别构抑制。,氧化阶段的第二个酶是葡萄糖酸内酯酶，它催化6-磷酸葡萄糖酸-内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸。,第步：水解反应 hydrolysis,6-磷酸
4、葡萄糖酸-内酯,6-磷酸葡萄糖酸,内酯酶,6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的作用下氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸、CO2和另一分子的NADPH。脱氢和脱羧,第步：氧化脱羧oxidative decarboxylation,6-磷酸葡萄糖酸,核酮糖-5-磷酸,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶,在氧化反应阶段中，葡萄糖-6-磷酸转换为五碳的核酮糖-5-磷酸，氧化阶段的最重要的功能是提供NADPH。,2.非氧化反应阶段,核酮糖-5-磷酸在核酮糖-5-磷酸异构酶的催化下，转换为核糖-5-磷酸；酮-醛异构化反应核糖-5-磷酸在核苷酸生物合成中是非常重要的底物。,第步：异构化 Isomerism,核酮糖-5-
5、磷酸,核糖-5-磷酸,核酮糖-5-磷酸异构酶,戊糖磷酸途径的核心反应：,葡萄糖-6-磷酸+2 NADP+H2O,核糖-5-磷酸+2 NADPH+2 H+CO2,核酮糖-5-磷酸在差向异构酶的催化下，转换为木酮糖-5-磷酸；,第步：差向异构化 Epimerization,核酮糖-5-磷酸差向异构酶,核酮糖-5-磷酸,木酮糖-5-磷酸,ribulose,木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸经转酮酶催化形成7碳产物景天庚酮糖-7-磷酸和3碳产物甘油醛-3-磷酸。,第步：转酮醇反应 Transketolase,木酮糖-5-磷酸,核糖-5-磷酸,景天庚酮糖-7-磷酸,甘油醛-3-磷酸,转酮酶,景天庚酮糖-7
6、-磷酸和3碳产物甘油醛-3-磷酸再经转醛酶催化转换为果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，,第步：转醛醇反应 Transaldolase,景天庚酮糖-7-磷酸,甘油醛-3-磷酸,赤藓糖-4-磷酸,果糖-6-磷酸,转醛酶,糖酵解 醛缩酶,戊糖磷酸 转醛酶,景天庚酮糖-7-磷酸,赤藓糖-4-磷酸,生成的赤藓糖-4-磷酸再与另一分子的木酮糖-5-磷酸经转酮酶催化生成果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。,第步：转酮醇反应 Transketolase,木酮糖-5-磷酸,赤藓糖-4-磷酸,甘油醛-3-磷酸,果糖-6-磷酸,转酮酶,戊糖磷酸途径的非氧化阶段是一条转换途径，通过这个途径，氧化阶段产生的核酮糖-5-磷
7、酸转换为糖酵解的中间产物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。如果所有的戊糖磷酸都转换为酵解的中间产物，3分子的戊糖分子可以转换为2分子的己糖和1分子的丙糖。,果糖-6-磷酸在磷酸葡萄糖异构酶的作用下，可以生成葡萄糖-6-磷酸。,第步：异构化反应 Isomerism,果糖-6-磷酸,葡萄糖-6-磷酸,磷酸葡萄糖异构酶,戊糖磷酸途径 非氧化反应阶段,(二)磷酸戊糖途径的化学计量,戊糖磷酸途径总反应式,三羧酸循环总反应式,戊糖磷酸途径总揽,核酮糖-5-磷酸,木酮糖-5-磷酸,核糖-5-磷酸,木酮糖-5-磷酸,甘油醛-3-磷酸,甘油醛-3-磷酸,景天庚酮糖-7-磷酸,赤藓糖-4-磷酸,果糖-6-磷酸,果
8、糖-6-磷酸,6-磷酸葡萄糖酸,糖异生,糖异生,(三)戊糖磷酸途径的调控,限速酶：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。2.葡萄糖-6-磷酸脱氢酶受NADPH的别构抑制。通过这一调节，戊糖磷酸途径可以自我限制NADPH的生产。,葡萄糖-6-磷酸的去路，可受到机体对NADPH、核糖-5-磷酸和ATP的不同需要而调节。可能有三种情况:,1、机体对核糖-5-磷酸的需要远远超过对NADPH的需要,如细胞减数分裂时由其合成核苷酸时，大量的葡萄糖-6-P通过糖酵解转变成F-6-P和甘油醛-3-P，同时转酮酶和转醛酶将2分子F-6-P和1分子甘油醛-3-P通过反戊糖磷酸途径转变成3分子核糖-5-磷酸。,2、机体对NADP
9、H的需要与对核糖-5-磷酸的需要处于平衡状态。这时戊糖磷酸途径的氧化阶段处于优势。通过这一阶段形成2分子NADPH和1分子核糖-5-P。,3、机体对NADPH的需要远远超过对核糖-5-磷酸的需要 大量的葡萄糖-6-P通过彻底氧化为CO2，如脂肪组织需要NADPH作为还原力合成脂肪酸时。组织对NADPH的需要可通过如下3组反应活跃起来：,A、由戊糖磷酸途径在氧化阶段生成2NADPH和1分子核糖-5-P；B、核糖-5-P由转酮酶和转醛酶转变成F-6-P和甘油醛-3-P；C、F-6-P和甘油醛-3-P通过葡萄糖异生途径形成葡萄糖-6-P,再次进入戊糖磷酸途径生成NADPH。,1.产生大量的NADPH
10、，为细胞的各种合成反应提供还原力 脂肪酸、类固醇的生物合成；光合作用中戊糖磷酸途径的部分参加由CO2合成葡萄糖的途径；核苷酸转变成脱氧核苷酸；保持红细胞中谷胱甘肽的还原性；,(四)戊糖磷酸途径的生理学意义,2.戊糖磷酸途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源，并为各种单糖的相互转变提供条件。通过磷酸戊糖途径中的转酮醇基及转醛醇基反应，使丙糖，丁糖，戊糖，己糖，庚糖在体内得以互相转变。,4.戊糖磷酸途径在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动.,戊糖磷酸途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降解的30%，植物中占50%。,3.戊糖磷酸途径是体内利用葡萄糖生成核糖-5-磷酸的唯一途径。为
11、体内核酸的合成提供了原料。,糖异生作用（Gluconeogenesis）,（一）糖异生的概念：以非糖物质为前体合成葡萄糖的过程。,非糖物质:包括乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油及生糖氨基酸等。,葡萄糖异生作用 对于人类和其他动物都是绝对需要的途径，可保证机体在葡萄糖供应不足的情况下葡萄糖的急需。,糖异生的主要发生部位:主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体。,（二）糖异生与糖酵解的关系：,糖异生和糖酵解两个过程中的许多中间代谢物是相同的，一些反应以及催化反应的酶也是一样的。但糖异生并非是糖酵解的逆转。其中由丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的三个高放能反应就是不可逆转的，需要消耗能量走另外途径，或由其它的
12、酶催化，来克服这三个不可逆反应带来的能障。,糖酵解,己糖激酶,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,糖异生,葡萄糖-6-磷酸酶,果糖-1,6-二磷酸酶,PEP羧激酶,丙酮酸羧化酶,（三）糖异生的途径：,基本是糖酵解的逆转，但有三步不同：1 由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸。2 果糖-1，6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸。3 葡萄糖-6-磷酸水解，生成葡萄糖。,1 由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸羧化酶,PEP羧激酶,注意：丙酮酸羧化酶是线粒体酶，而其它酶是细胞溶胶酶，因此形成的草酰乙酸必需穿梭到细胞溶胶内才能磷酸化成PEP，但草酰乙酸不能直接穿过线粒体膜，它必需通过形成苹果酸的途径穿过线粒体膜，再氧化成草酰
13、乙酸。,2 果糖二磷酸酶催化果糖-1，6-二磷酸水解为果糖-6-磷酸。,果糖-1,6-二磷酸酶,放能反应，容易进行避开了酵解过程不可能进行的直接逆反应,3 葡萄糖-6-磷酸水解，生成葡萄糖。,葡萄糖-6-磷酸酶是结合在光面内质网上的酶，因此，葡萄糖-6-磷酸必须先转移到内质网内才能被水解，形成的葡萄糖和磷酸再通过不同的转运途径回到细胞溶胶中。,在大脑和肌肉中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，因此不能利用葡萄糖-6-磷酸形成葡萄糖，只能由肝脏将其水解成葡萄糖，再进入血液，维持血液中葡萄糖浓度稳定。,糖酵解,己糖激酶,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,糖异生,葡萄糖-6-磷酸酶,果糖-1,6-二磷酸酶,PEP羧激
14、酶,丙酮酸羧化酶,净消耗4ATP+2GTP 2NADH,净产生2ATP 2NADH,2 丙酮酸4 ATP2 GTP2NADH2H+6H2O 葡萄糖4 ADP2 GDP6Pi2NAD+,糖异生总反应式,当肝细胞内甘油，氨基酸，乳酸及丙酮酸等糖异生的原料增高时，糖异生作用增强。关键酶：丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、果糖二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶。丙酮酸羧化酶必须有乙酰CoA存在时才有活性。ATP可抑制磷酸果糖激酶，激活果糖二磷酸酶，而ADP和AMP的作用正好与ATP相反。故ATP能促进糖异生；ADP与AMP则抑制糖异生。激素调节，如胰岛素，胰高血糖素，肾上腺素。,（四）糖异生的调节,果糖
15、-2,6-二磷酸的协同调控作用,（一)将非糖物质转变为糖，以维持血糖恒定，满足组织对葡萄糖的需要。（人体可供利用的糖仅150克，而且储量最大的肌糖原只供本身消耗，肝糖原不到12小时即全部耗尽，这时必需通过异生补充血糖，以满足脑和红细胞等对葡萄糖的需要）。（二)将肌肉糖酵解产生的乳酸合成葡萄糖，供肌肉重新利用，即乳酸循环。,（五）糖异生的生理意义,乳酸循环,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,乳酸,葡萄糖,NADH,NADH,肝脏,血液,肌肉,糖异生,糖酵解,概念：肌收缩（尤其是氧供应不足时）通过糖酵解产生乳酸，因为肌肉内糖异生活性低，所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生
16、为葡萄糖，葡萄糖入血后又可被肌肉摄取，这就构成了一个循环，成为乳酸循环，也叫Cori循环（可立氏循环）。意义：避免损失乳酸及防止乳酸堆积引起酸中毒。,（六）乳酸的再利用和可立氏循环,酵解,异生,肝脏,肌肉,血液,三 乙 醛 酸 途 径,乙酰辅酶A,柠檬酸合酶,柠檬酸,顺乌头酸酶,异柠檬酸,异柠檬酸裂合酶,琥珀酸,乙醛酸,苹果酸合酶,苹果酸,乙醛酸循环,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,乙酰辅酶A,该途径仅存在于植物和微生物的乙醛酸循环体中,乙醛酸循环两种特殊的酶：异柠檬酸裂合酶 苹果酸合酶,乙醛酸循环反应式：,2乙酰辅酶A+NAD+H2O 琥珀酸+2CoA+NADH+H+,琥珀酸+NAD+FAD+H2O
17、 草酰乙酸+NADH+H+FADH2,2乙酰辅酶A+2NAD+2H2O 草酰乙酸+2NADH+2H+FADH2,乙醛酸途径是2分子乙酰辅酶A经过代谢,形成1分子草酰乙酸,2分子NADH,2分子H+,1分子FADH2的过程,乙醛酸循环与三羧酸循环的联系,乙醛酸循环体,脂体,线粒体,发芽黄瓜种子电镜图片,乙醛酸循环的生物学意义:因为生成的草酰乙酸可进入糖异生途径，因此，在植物种子中，乙醛酸途径可以使萌发的种子将储存的三酰甘油通过乙酰辅酶A转化成葡萄糖。,乙醛酸循环与三羧酸循环的协同调控,异柠檬酸脱氢酶活性的调节决定着异柠檬酸的去向：（能量充足时）异柠檬酸脱氢酶磷酸化，失活，通过乙醛酸循环进入生物合成反应；（需要能量时）异柠檬酸脱氢酶去磷酸化，恢复活性，进入三羧酸循环，产生ATP,第五节寡糖的生物合成与分解,（P161-P173,自学）,知 识 点,一戊糖磷酸途径的反应阶段划分和每阶段的基本形式,二戊糖磷酸途径的总反应方程和生理学意义,三 糖异生与糖酵解的不同之处（三步反应）,四 乙醛酸途径的定义和两步主要反应,
