戊糖磷酸途徑及糖原合成

第十一章磷酸戊糖途徑及糖的其他代謝途徑一、磷酸戊糖途徑二、糖異生三、寡糖和多糖的生物合成與分解四、糖原分解和生物合成磷酸戊糖途徑的發(fā)現(xiàn)是從研究糖酵解過(guò)程中開(kāi)始的。研究糖酵解時(shí)，向組織勻漿中添加碘乙酸和氟化物等抑制劑后，糖酵解過(guò)程停止，但是葡萄糖的利用仍在繼續(xù)。說(shuō)明在糖酵解之外，還有其他未知的葡萄糖代謝利用途徑。一、磷酸戊糖途徑1931年發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)關(guān)鍵酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡糖酸脫氫酶。兩個(gè)酶可以促使葡萄糖的代謝走向糖酵解以外的未知途徑。隨后又發(fā)現(xiàn)了一些非糖酵解途徑的代謝中間產(chǎn)物：磷酸戊糖酸、磷酸己糖酸、景天庚酮糖、核糖、脫氧核糖等。1950年代，酶分離純化技術(shù)及同位素標(biāo)記技術(shù)促進(jìn)了對(duì)戊糖磷酸途徑的研究。磷酸戊糖途徑：以6-磷酸葡萄糖開(kāi)始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，進(jìn)而代謝生成以磷酸戊糖為中間代謝物的過(guò)程，稱(chēng)為磷酸戊糖途徑，簡(jiǎn)稱(chēng)PPP途徑。又稱(chēng)戊糖支路、戊糖磷酸循環(huán)等。反應(yīng)部位：細(xì)胞溶膠（細(xì)胞液）關(guān)鍵酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+磷酸戊糖途徑的兩個(gè)階段2、非氧化階段（基團(tuán)轉(zhuǎn)移階段）

6核酮糖-5-P

5果糖-6-P5葡萄糖-6-P1、氧化脫羧階段

6G-6-P6葡萄糖酸-6-P6核酮糖-５-P

6NADP+6NADPH+6H+6NADP+6NADPH+6H+6CO26H2ONADPH:還原型煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸PPP途徑磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段NADP+

NADPH+H+

H2O

NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖脫氫酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶PPP途徑磷酸戊糖途徑的非氧化

基團(tuán)轉(zhuǎn)移階段H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚糖2果糖-6-磷酸25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛2果糖-6-磷酸1,6-二磷酸果糖1果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)醛酶異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三PPP途徑果糖-6-磷酸磷酸葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸的重生磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+5-磷酸核酮糖ribulose5-phosphate三種五碳糖的互換5-磷酸核糖ribose5-phosphate異構(gòu)酶5-磷酸木酮糖xylulose5-phosphate差向酶PPP途徑許多細(xì)胞中合成代謝消耗的NADPH遠(yuǎn)比核糖需要量大，因此，葡萄糖經(jīng)此途徑生成了多余的核糖。第二階段反應(yīng)的意義就在于能通過(guò)一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而與糖酵解過(guò)程聯(lián)系起來(lái)，因此磷酸戊糖途徑亦稱(chēng)為已糖磷酸支路。二分子五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)酮醇酶PPP途徑七碳糖與三碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)7-磷酸景天庚酮糖sedoheptulose7-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde3-phosphate轉(zhuǎn)醛醇酶4-磷酸赤蘚糖erythrose4-phosphate6-磷酸果糖fructose6-phosphatePPP途徑四碳糖與五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)4-磷酸赤蘚糖erythrose4-phosphate5-磷酸木酮糖ribulose5-phosphate6-磷酸果糖Fructose6-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde3-phosphate轉(zhuǎn)酮醇酶PPP途徑轉(zhuǎn)酮酶與轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)酮醇酶(transketolase)就是催化含有一個(gè)酮基、一個(gè)醇基的2碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是醛，輔酶是TPP。轉(zhuǎn)醛醇酶(transaldolase)是催化含有一個(gè)酮基、二個(gè)醇基的3碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是亦是醛，但不需要TPP。磷酸戊糖途徑二個(gè)階段的反應(yīng)式6-磷酸葡萄糖+2NADP+

5-磷酸核酮糖+2(NADPH+H+)+CO23×5-磷酸核酮糖

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛3×6-磷酸葡萄糖

+6NADP+

2×6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+)+3CO2

磷酸戊糖途徑的小結(jié)磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式6G-6-P+12NADP++7H2O5

G-6-P+6CO2

+12NADPH+12H+磷酸戊糖途徑第一階段氧化脫羧

第二階段5-磷酸木酮糖C55-磷酸木酮糖C57-磷酸景天糖C73-磷酸甘油醛C34-磷酸赤蘚糖C46-磷酸果糖C66-磷酸果糖C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脫氫酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶3CO2基團(tuán)轉(zhuǎn)移磷酸戊糖途徑小結(jié)

反應(yīng)部位：

胞漿

反應(yīng)底物：

6-磷酸葡萄糖

重要反應(yīng)產(chǎn)物：

NADPH、5-磷酸核糖

限速酶：

6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PD)磷酸戊糖途徑的生物學(xué)意義1、磷酸戊糖途徑也是普遍存在的糖代謝的一種方式。2、產(chǎn)生大量的NADPH，為細(xì)胞的各種合成反應(yīng)提供還原力。3、是細(xì)胞內(nèi)不同結(jié)構(gòu)糖分子的重要來(lái)源，為單糖的轉(zhuǎn)變提供條件。4、該途徑的反應(yīng)起始物為6-磷酸葡萄糖，不需要ATP參與起始反應(yīng)，因此磷酸戊糖循環(huán)可在低ATP濃度下進(jìn)行。5、此途徑中產(chǎn)生的5-磷酸核酮糖是輔酶及核苷酸生物合成的必需原料。6、磷酸戊糖途徑是機(jī)體內(nèi)核糖產(chǎn)生的唯一場(chǎng)所。磷酸戊糖途徑的速度主要受生物合成時(shí)NADPH的需要所調(diào)節(jié)。

NADPH反饋抑制6-P-葡萄糖脫氫酶的活性。磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)糖異生作用是指以非糖物質(zhì)作為前體合成為葡萄糖的作用。非糖物質(zhì)：甘油、丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸*部位*概念主要在肝臟、腎臟細(xì)胞的胞漿及線(xiàn)粒體

除丙酮酸之外，基本上都是逆糖酵解過(guò)程。*途徑二、糖異生糖異生主要途徑和關(guān)鍵反應(yīng)非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖代謝的中間產(chǎn)物后，在相應(yīng)的酶催化下，繞過(guò)糖酵解途徑的三個(gè)不可逆反應(yīng)，利用糖酵解途徑其它酶生成葡萄糖的途徑稱(chēng)為糖異生。

糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之一+H2O+Pi葡萄糖-6-磷酸酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之二

果糖-1,6-二磷酸酶1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之三

PEP羧激酶ATP+H2OADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO2丙酮酸羧化酶是一種線(xiàn)粒體酶，生成的草酰乙酸必須通過(guò)線(xiàn)粒體膜，轉(zhuǎn)移到線(xiàn)粒體膜外，參與PEP的生成。PEP羧激酶等糖異生途徑關(guān)鍵酶都是細(xì)胞溶膠酶。酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸NAD+草酰乙酸NADH天冬氨酸NADH呼吸鏈蘋(píng)果酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)NADH系統(tǒng)細(xì)胞質(zhì)線(xiàn)粒體內(nèi)膜線(xiàn)粒體基質(zhì)草酰乙酸轉(zhuǎn)運(yùn)到線(xiàn)粒體膜外的機(jī)制糖酵解和葡萄糖異生的關(guān)系A(chǔ)BC1C2AG-6-P磷酸酯酶BF-1.6-P磷酸酯酶C1丙酮酸羧化酶C2PEP羧激酶（胞液）（線(xiàn)粒體）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循環(huán)乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油三、寡糖和多糖的生物合成與分解乳糖的生物合成(一)乳糖的生物合成和分解

乳糖由半乳糖和葡萄糖以β-糖苷鍵連接。乳糖的生物合成需要活化的半乳糖（UDP-半乳糖）作為前體。乳糖的分解由乳糖酶或β-半乳糖苷酶(微生物)催化。乳糖水解后形成半乳糖和葡萄糖。不少成人的乳糖酶活力下降，出現(xiàn)乳糖不耐癥（不能消化乳糖，腹脹、惡心、腹瀉等癥狀）。細(xì)菌的β-半乳糖苷酶為誘導(dǎo)酶，天然誘導(dǎo)物為1,6-別乳糖，常用的人工誘導(dǎo)物為IPTG（異丙基硫代半乳糖苷）。(二)糖蛋白的生物合成

1.糖蛋白糖鏈生物合成的特點(diǎn)

糖基的供體是單糖的核苷二磷酸；在長(zhǎng)醇焦磷酸上合成核心寡糖鏈，整體轉(zhuǎn)移到肽鏈上，再進(jìn)行進(jìn)一步加工。2.寡糖與多肽鏈連接的類(lèi)型O-連接型N-連接型酰胺鍵型UDPG的結(jié)構(gòu)GUDP1蔗糖合成酶途徑：利用尿苷二磷酸葡糖（UDPG）作為葡萄糖供體，與果糖合成蔗糖。UDPG+果糖UDP+蔗糖蔗糖合酶(三)蔗糖的生物合成

2蔗糖磷酸合酶途徑：以尿苷二磷酸葡糖（UDPG）為葡萄糖供體，與果糖-6-磷酸合成蔗糖磷酸酯，再經(jīng)磷酸酯酶作用，脫去磷酸形成蔗糖。磷酸蔗糖蔗糖+磷酸蔗糖磷酸酯酶UDPG+F-6-P磷酸蔗糖+UDP蔗糖磷酸合酶GATPADPG-6-PG-1-P(A)UTPPPi(A)UDPG焦磷酸化酶n(A)UDPG引物(G)mm≥2(A)UDPG轉(zhuǎn)糖苷酶n(A)UDP（α-1,4-G）n+mQ酶（α-1,6）(四)淀粉的生物合成

UDPG----尿苷二磷酸葡萄糖Q酶----分支酶直鏈淀粉合成

由淀粉合成酶催化，需引物(Gn),ADPG供糖基，形成α－1,4糖苷鍵。

支鏈淀粉合成

淀粉合成酶:催化形成α-1,4糖苷鍵

Q酶（分支酶）:既能催化α-1,4糖苷鍵的斷裂，又能催化α-1,6糖苷鍵的形成淀粉的分枝結(jié)構(gòu)開(kāi)始分枝的殘基非還原端殘基兩個(gè)葡萄糖單位之間的1,6-糖苷鍵兩個(gè)葡萄糖單位之間的1,4-糖苷鍵四、糖原分解和生物合成糖原（glycogen）和淀粉（starch）都是由葡萄糖分子聚合而成的高聚物，統(tǒng)稱(chēng)為葡聚糖（glucan）。糖原是動(dòng)物細(xì)胞中葡萄糖的儲(chǔ)存形式，也是最容易動(dòng)員的貯存葡萄糖。主要存在于肝臟和骨骼肌中。肝臟中的糖原主要用于維持血液中葡萄糖的穩(wěn)定水平。肌肉中糖原主要是供給肌肉收縮時(shí)能量的不斷需要。（一）糖原的生物學(xué)意義是葡萄糖的儲(chǔ)存形式，將多余的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)。需要時(shí)，釋放出來(lái)。糖原合成與分解可調(diào)節(jié)血糖濃度，維持血糖水平的穩(wěn)定。胰島素可以促進(jìn)糖原的合成并降低血糖，腎上腺素、胰高血糖素和腎上腺皮質(zhì)激素可促進(jìn)糖原降解，增加血糖濃度。（二）糖原的降解(glycogenbreakdown)1.糖原磷酸化酶催化的反應(yīng)磷酸化酶催化非還原端磷酸解磷酸化酶催化1-4糖苷鍵磷酸解糖原磷酸化酶降解糖原的產(chǎn)物是葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸不消耗能量就可以轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6-磷酸，從而可以進(jìn)入糖酵解代謝途徑。

2.糖原脫支酶(glycogendebranchingenzyme，包括糖基轉(zhuǎn)移酶)催化的反應(yīng)糖原磷酸化酶從糖原非還原端逐個(gè)降解掉葡萄糖殘基，但在離分支點(diǎn)4個(gè)殘基時(shí)就不能起作用了，形成有眾多短分支的多糖分子，它的進(jìn)一步分解需要糖原脫支酶和磷酸化酶的協(xié)同作用。具有兩個(gè)酶的活性：糖基轉(zhuǎn)移酶和糖原脫支酶。3.磷酸葡萄糖變位酶（phosphoglucomutase）糖原磷酸化酶解的產(chǎn)物是葡萄糖-1-磷酸，必須轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6-磷酸才能進(jìn)入糖酵解途徑或形成葡萄糖。擔(dān)負(fù)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶就是磷酸葡萄糖變位酶。4.葡萄糖-6-磷酸酶

葡萄糖-6-磷酸酶是專(zhuān)門(mén)水解葡萄糖-6-磷酸的酶，主要存在于肝