生物化學(xué)第25章戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑

1、第25章 戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑(pentose phosphate pathway and other metabolism pathway of carbohydrates)一、戊糖磷酸途徑一、戊糖磷酸途徑二、糖的其他代謝途徑二、糖的其他代謝途徑三、葡萄糖出入動物細(xì)胞的特殊三、葡萄糖出入動物細(xì)胞的特殊 運載機構(gòu)運載機構(gòu)四、乙醛酸途徑四、乙醛酸途徑五、寡糖類的生物合成和分解五、寡糖類的生物合成和分解一、戊糖磷酸途徑 戊糖磷酸途徑（戊糖磷酸途徑（pentose phosphate pathway，ppp）又稱己糖單磷酸途徑）又稱己糖單磷酸途徑（hexose monophosphate

2、pathway，hmp），），這些名稱強調(diào)的是從磷酸化己糖形成磷酸化這些名稱強調(diào)的是從磷酸化己糖形成磷酸化戊糖的過程。戊糖的過程。 戊糖磷酸途徑的發(fā)現(xiàn) 向供研究糖酵解使用的組織勻漿中添加碘向供研究糖酵解使用的組織勻漿中添加碘乙酸（甘油醛乙酸（甘油醛-3-3-磷酸脫氫酶的抑制劑）和氟磷酸脫氫酶的抑制劑）和氟化鈉（烯醇化酶的抑制劑）等糖酵解途徑的抑化鈉（烯醇化酶的抑制劑）等糖酵解途徑的抑制劑，發(fā)現(xiàn)葡萄糖的利用仍在繼續(xù)。這個結(jié)果制劑，發(fā)現(xiàn)葡萄糖的利用仍在繼續(xù)。這個結(jié)果說明葡萄糖的利用除了經(jīng)過糖酵解途徑外，還說明葡萄糖的利用除了經(jīng)過糖酵解途徑外，還有其他途徑。有其他途徑。戊糖磷酸途徑的發(fā)現(xiàn) 1931年

3、，年，otto warburg及其同事，還有及其同事，還有fritz lipman，發(fā)現(xiàn)了葡萄糖，發(fā)現(xiàn)了葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和磷酸脫氫酶和6-磷酸磷酸葡糖酸脫氫酶，這兩種酶催化的反應(yīng)都可以利用葡糖酸脫氫酶，這兩種酶催化的反應(yīng)都可以利用葡萄糖，他們還發(fā)現(xiàn)葡萄糖，他們還發(fā)現(xiàn)nadp+是這兩種酶的輔酶。是這兩種酶的輔酶。通過對這條途徑的詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)葡萄糖轉(zhuǎn)變成通過對這條途徑的詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)葡萄糖轉(zhuǎn)變成了多種五碳糖、七碳糖、四碳糖、三碳糖及六碳了多種五碳糖、七碳糖、四碳糖、三碳糖及六碳糖的磷酸酯。糖的磷酸酯。在這條途徑中，有在這條途徑中，有co2的釋放和的釋放和nadph的合成，但沒有的合成，但沒

4、有atp的合成。的合成。 戊糖磷酸途徑的氧化階段6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸-內(nèi)酯內(nèi)酯葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸脫氫酶脫氫酶內(nèi)酯酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸脫氫酶脫氫酶go 戊糖磷酸途徑的非氧化階段核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸異構(gòu)酶異構(gòu)酶核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸 烯二醇中間物烯二醇中間物 核糖核糖-5-磷酸磷酸戊糖磷酸途徑的非氧化階段 核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸 木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸 核酮糖核酮糖-5-磷酸磷酸差向異構(gòu)酶差向異構(gòu)酶戊糖磷酸途徑的非氧化階段轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸 核糖核

5、糖-5-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸景天庚酮景天庚酮糖糖-7-磷酸磷酸戊糖磷酸途徑的非氧化階段景天庚酮景天庚酮糖糖-7-磷酸磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 赤蘚糖赤蘚糖-4-磷酸磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)醛酶戊糖磷酸途徑的非氧化階段轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶赤蘚糖赤蘚糖-4-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸戊糖磷酸途徑概貌戊糖磷酸途徑概貌戊糖磷酸途徑概貌戊糖磷酸途徑的總反應(yīng)式 6葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸7h2o12nadp+ 5葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸6co212nadph12h+pi葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸7h2o12nadp+

6、 6co212nadph12h+pi戊糖磷酸途徑的調(diào)控 戊糖磷酸途徑主要是為其他代謝途徑提供戊糖磷酸途徑主要是為其他代謝途徑提供nadph和核糖。細(xì)胞中和核糖。細(xì)胞中nadp+/nadph的比值是的比值是決定戊糖磷酸途徑運行強度的重要因素，當(dāng)決定戊糖磷酸途徑運行強度的重要因素，當(dāng)nadph濃度很高時，抑制葡萄糖濃度很高時，抑制葡萄糖-6-磷酸脫氫酶及磷酸脫氫酶及6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性，使該途徑的氧化階磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性，使該途徑的氧化階段無法進行。段無法進行。 對nadph和核糖-5-磷酸的需求決定戊糖磷酸途徑的運行1當(dāng)機體對核糖當(dāng)機體對核糖-5-磷酸的需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對磷酸的需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)

7、超過對nadph的的需要時，大量的葡萄糖需要時，大量的葡萄糖-6-磷酸通過糖酵解途徑轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿嵬ㄟ^糖酵解途徑轉(zhuǎn)變?yōu)楣枪?6-磷酸和甘油醛磷酸和甘油醛-3-磷酸，這兩種物質(zhì)進入戊糖磷磷酸，這兩種物質(zhì)進入戊糖磷酸途徑，以逆反應(yīng)的途徑生成核糖酸途徑，以逆反應(yīng)的途徑生成核糖-5-磷酸。磷酸。2當(dāng)機體對當(dāng)機體對nadph和核糖和核糖-5-磷酸的需要處于平衡狀磷酸的需要處于平衡狀態(tài)時，戊糖磷酸途徑的前半部分正常進行，后半部分態(tài)時，戊糖磷酸途徑的前半部分正常進行，后半部分由于核糖由于核糖-5-磷酸的離去而運行很弱。磷酸的離去而運行很弱。3當(dāng)機體對當(dāng)機體對nadph的需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對核糖的需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過對核糖

8、-5-磷酸的磷酸的需要時，戊糖磷酸途徑正常運行，核糖需要時，戊糖磷酸途徑正常運行，核糖-5-磷酸轉(zhuǎn)變成磷酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖葡萄糖-6-磷酸重新進入氧化階段。磷酸重新進入氧化階段。戊糖磷酸途徑的生物學(xué)意義1戊糖磷酸途徑是細(xì)胞產(chǎn)生還原力的主要戊糖磷酸途徑是細(xì)胞產(chǎn)生還原力的主要途徑途徑 葡萄糖氧化釋放的能量可以以葡萄糖氧化釋放的能量可以以atp的形式提供的形式提供給各種需能反應(yīng)的需要，也可以以給各種需能反應(yīng)的需要，也可以以nadh或或nadph的形式提供給一些還原反應(yīng)的需要，的形式提供給一些還原反應(yīng)的需要，nadh可以進可以進入呼吸電子傳遞鏈產(chǎn)生入呼吸電子傳遞鏈產(chǎn)生atp，而，而nadph不能進入呼不能

9、進入呼吸電子傳遞鏈，只能以還原力的形式用于合成代謝吸電子傳遞鏈，只能以還原力的形式用于合成代謝途徑中的還原反應(yīng)。途徑中的還原反應(yīng)。 戊糖磷酸途徑對紅細(xì)胞的重要作用 在脊椎動物的紅細(xì)胞中戊糖磷酸途徑的酶類活在脊椎動物的紅細(xì)胞中戊糖磷酸途徑的酶類活性也很高。因為該途徑提供的性也很高。因為該途徑提供的nadph可保證紅細(xì)胞可保證紅細(xì)胞中的谷胱甘肽處于還原狀態(tài)，而還原型谷胱甘肽可中的谷胱甘肽處于還原狀態(tài)，而還原型谷胱甘肽可維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性，還可以防止膜脂被過氧維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性，還可以防止膜脂被過氧化物等氧化，保持血紅素中的化物等氧化，保持血紅素中的fe處于處于2價。有些人價。有些人因遺傳缺

10、陷缺乏葡萄糖因遺傳缺陷缺乏葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，容易產(chǎn)生溶磷酸脫氫酶，容易產(chǎn)生溶血性貧血癥。血性貧血癥。 戊糖磷酸途徑的生物學(xué)意義2戊糖磷酸途徑是細(xì)胞內(nèi)不同糖分子戊糖磷酸途徑是細(xì)胞內(nèi)不同糖分子 的重要來源的重要來源 許多不同碳鏈長度的糖都可以由戊糖磷酸許多不同碳鏈長度的糖都可以由戊糖磷酸途徑獲得，它們可以進一步轉(zhuǎn)變成各種單糖和途徑獲得，它們可以進一步轉(zhuǎn)變成各種單糖和多糖。合成各種核苷酸和各種含核糖的輔酶所多糖。合成各種核苷酸和各種含核糖的輔酶所需的核糖都來源于戊糖磷酸途徑。需的核糖都來源于戊糖磷酸途徑。 二、糖的其他代謝途徑 葡糖異生作用指的是以非糖物質(zhì)作為前體合葡糖異生作用指的是以非糖物質(zhì)

11、作為前體合成葡萄糖的作用。常見的可用于合成葡萄糖的物成葡萄糖的作用。常見的可用于合成葡萄糖的物質(zhì)有：乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。質(zhì)有：乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。 葡糖異生作葡糖異生作用用葡糖異生的意義 人腦以葡萄糖作為主要能量來源，對葡萄糖有人腦以葡萄糖作為主要能量來源，對葡萄糖有高度依賴性。成人腦每日大約需要高度依賴性。成人腦每日大約需要120g葡萄糖，占葡萄糖，占人體對葡萄糖每日需要量人體對葡萄糖每日需要量160g的絕大部分。已知體的絕大部分。已知體液中的葡萄糖含量約為液中的葡萄糖含量約為20g，從糖原可隨時提供的葡，從糖原可隨時提供的葡萄糖約為萄糖約為190g，因此機體

12、在一般情況下，體內(nèi)的葡，因此機體在一般情況下，體內(nèi)的葡萄糖量只夠維持一天多的需要。如果機體處于饑餓萄糖量只夠維持一天多的需要。如果機體處于饑餓狀態(tài)，則必須由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成葡萄糖提供急需。狀態(tài)，則必須由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成葡萄糖提供急需。當(dāng)機體處于劇烈運動時，也需要由非糖物質(zhì)及時轉(zhuǎn)當(dāng)機體處于劇烈運動時，也需要由非糖物質(zhì)及時轉(zhuǎn)變成葡萄糖以供產(chǎn)能。變成葡萄糖以供產(chǎn)能。 葡糖異生途徑 從丙酮酸開始，從丙酮酸開始，葡糖異生的反應(yīng)步驟很多都葡糖異生的反應(yīng)步驟很多都是糖酵解的逆反應(yīng)，但糖酵解中的是糖酵解的逆反應(yīng)，但糖酵解中的3步不可逆反步不可逆反應(yīng)必須繞道而行。這應(yīng)必須繞道而行。這3步是步是 丙酮酸丙酮酸 磷酸烯

13、醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸 果糖果糖-6-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖 丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸是先由丙酮酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸是先由丙酮丙酮酸羧化酶酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸，再由催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸，再由磷磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化反應(yīng)生成磷酸烯醇式催化反應(yīng)生成磷酸烯醇式丙酮酸。丙酮酸。 丙酮酸羧化成草酰乙酸n-1 羧化生物素羧化生物素-酶酶丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮

14、酸羧激酶丙酮酸羧激酶丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸總反應(yīng)式丙酮丙酮酸酸 + atp + gtp + h2o 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 + adp + gdp + pi果糖-1,6-二磷酸果糖-6-磷酸 果糖果糖-1,6-二磷酸酶二磷酸酶 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸 + h2o 果糖果糖-6-磷酸磷酸 + pi葡萄糖-6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 + h 2o 葡萄糖葡萄糖 pi葡糖異生途徑概貌葡糖異生途徑概貌2分子丙酮酸生成1分子葡萄糖總反應(yīng)式2丙酮酸丙酮酸 + 4atp + 2gtp + 2nadh + 2h+ + 6h2o 葡萄糖葡萄糖 + 4adp + 2gdp + 6pi + 2nad+上述反應(yīng)上述反應(yīng)的的g