磷酸戊糖途径及其他糖代谢途径
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– 二是机体在对这两种代谢实行交互调控的时 候不允许它们同时被激活或被抑制，否则就 会陷入无效循环之中。
糖异生与糖酵解途径的比较
糖异生 II
某些反应“借用于糖酵解”，某些反应是新的
Something to borrow, something new ☺糖异生保留了糖酵解途径中的所有可逆反应（第
二步，第四步～第九步） ☺属于自己的新反应只有四步反应。在这四步反应
☺Changes in AMP and ADP concentrations can control the flux through PFK-1
☺Elevated levels of citrate (indicate ample substrates for citric acid cycle) also inhibit PFK-1
。 （2）丙氨酸：抑制效应。 （3）F-1,6-BP：激活效应。 3. L型同工酶还受可逆磷酸化作用的调控。 （三）己糖激酶调节
受G-6-P反馈抑制。
Regulation of Pyruvate Kinase
☺Four PK isozymes exist in mammalian tissues ☺PK is allosterically activated by F1,6BP,
第二十五章 磷酸戊糖途径及 其他糖代谢途径
又名磷酸己糖支路或6-磷酸葡萄糖酸途径
☻发生在细胞液
☻由氧化相和非氧化相组成
☻在生物合成旺盛的细胞中更加活跃
糖原
葡萄糖
30%
葡糖-6-磷酸
PPP
70%
果糖-6-磷酸
糖酵解
氧化相
• 葡糖-6-磷酸脱氢酶
– 不可逆反应——受到调控（受到NADPH抑 制）
• 葡萄糖酸内酯酶
磷酸戊糖途径的四种变化形式
磷酸戊糖途径的功能
与NADPH有关的功能 （1）提供生物合成的还原剂NADPH （2）解毒——细胞色素P450单加氧酶解毒系统需要
NADPH参与对毒物的羟基化反应。 （3）免疫 （4）维持红细胞膜的完整 （5）间接进入呼吸链 与核糖-5-磷酸有关的功能
提供核苷酸及其衍生物合成的前体核糖-5-磷酸 与赤藓糖-4-磷酸有关的功能
Regulation of Hexokinase
☺Hexokinase reaction is metabolically irreversible ☺G6P (product) levels increase when glycolysis is inhibited at sites further
糖异生的底物
丙酮酸, 乳酸, 甘油, 生糖氨基酸，所 有TCA循环的中间物
偶数脂肪酸不行! 因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰
CoA，而乙酰CoA不能提供葡萄糖的 净合成
糖异生I
☺Occurs mainly in liver and kidneys ☺并不是糖酵解的简单逆转，其原因是：
– 一是因为糖酵解有三步不可逆反应 (糖酵解 的总 G = -74 kJ/mol )
(PFK-2), which is a bi-functional enzyme
b-D-Fructose 2,6-bisphosphate
Formation and hydrolysis of F2,6-BP
Effect of glucagon on liver glycolysis
Hormone glucagon is released from the pancreas when blood glucose levels are low
☺ Hexokinase inhibited by excess glucose 6-phosphate
☺ PFK-1 is inhibited by ATP and citrate ☺ Pyruvate kinase is inhibited by ATP
2. When ATP is needed, glycolysis is activated
cells.
The cell needs both NADPH and ATP
生物合成与磷酸戊糖途径活性的关系
组织 肾上腺
肝 睾丸 脂肪组织
功能 固醇类激素的合成 脂肪酸和胆固醇的合成 固醇类激素的合成
脂肪酸的合成
磷酸戊糖途径的活性 高 高 高 高
卵巢
固醇类激素的合成
高
乳腺
脂肪酸的合成
高
巨噬细胞膜上的NADPH氧化酶的防御功能
Regulation of PFK-1 by Fructose 2,6-bisphosphate (F2,6BP)
☺F2,6-BP is a potent activator of PFK-1 ☺F2,6-BP is formed from F6P by phosphofructokinase-2
inhibited by ATP ☺Glucagon stimulates protein kinase A which
phosphorylates PK converting it to a less active form (liver and intestinal cells)
Activator F1,6BP (red) bound with PK
Net Synthesis of "new glucose" from nonsugar metabolites
内容纲要
1. 糖异生的定义 2. 糖异生的涉及的主要反应 3. 糖异生的功能 4. 糖异生的调节
糖异生
泛指细胞内由乳酸或其它非糖物质净合成葡 萄糖的过程。它主要发生在动物的肝脏（80 ％）和肾脏（20％），是动物细胞自身合成 葡萄糖的唯一手段。植物和某些微生物也可 以进行糖异生。
– 没有酶催化，也能发生
• 葡糖酸-6-磷酸脱氢酶
– 氧化脱羧反应
此酶对NADP+高度特异性的; 对NAD+的Km比对NADP+高1 000倍
非氧化相
非氧化相全部由非氧化的可逆反应组成，共有5步 ，反应的性质是异构或分子重排，通过此阶段的反 应，6分子戊糖转化成5分子己糖。 将戊糖转变成 糖酵解的中间物。
glycogen synthesis) when glucose is abundant (activity is modulated by fructose phosphates and a regulatory protein)
1. When ATP levels are sufficient, glycolysis activity decreases
Glucose-6-phosphatase is localized in the ER
其它物质进入糖异生的途径
Cori循环和Ala循环
The Cori cycle.
Regulation of glycolysis
酵解过程的三步不可逆反应，即为三个调控 部位，分别由调控酶催化。 （一）磷酸果糖激酶（PFK）的调节
芳香族氨基酸和维生素B6的合成需要赤藓糖。
Rapidly dividing cells require more ribose 5-
phosphate than NADPH.
The need for NADPH and ribose 5-phosphate is balanced.
More NADPH is needed than ribose 5phosphate; Fatty acid synthesis in adipose
磷酸戊糖异构酶 磷酸戊糖差向异构酶 转酮酶 ——催化二碳单位的转移，需要TPP为辅助
因子 转醛酶——催化三碳单位的转移 转酮酶
+
5
5
+
3
7
+
6
4
+
+
4
5
6
C5 + C5 --> C7 + C3
C7 + C3 --> C4 + C6
C5 + C4 --> C6 + C3
3
总结: 3C5 --> 2C6 + C3
☺ AMP (the product of ATP consumption) relieve the inhibition of PFK-1 by ATP
☺ Fructose 2,6-bisphosphate (F2,6BP) relieve the inhibition of PFK-1 by ATP
1. ATP/AMP：PFK受ATP别构抑制，此抑制能被 AMP逆转。 2. 柠檬酸：抑制PFK，并可增强ATP的抑制作用。 3. 2,6-二磷酸果糖（F-2,6-BP）：激活PFK活性
它可由F-6-P景磷酸果糖激酶2（PFK2）催化生成。 4.[H+]：抑制PFK活性
Regulation of PFK-1
转酮酶催化的反应机理
磷酸戊糖途径的总结
一个葡萄糖分子是不可能完成上述反应的，至少有三 个葡萄糖分子同时进入才可以完成；
只有六个葡萄糖分子同时进入磷酸戊糖途径，到最后 才相当于有一个葡萄糖分子完全被氧化成CO2和H2O；
磷酸戊糖途径并不是细胞产生NADPH的唯一途径 发生在细胞液，不需要氧气； 根据细胞对NADPH、核糖和ATP的需要不同，磷酸戊
along in the pathway ☺G6P inhibits hexokinase isozymes I, II and III that are active at normal
glucose concentrations (Km values ~10-6 to 10-4M) ☺Glucokinase (hexokinase IV, Km ~10-2M) forms G6P in the liver (for
PFK-2 is bi-functional
☺Glucagon slows glycolysis
☺Glucagon induces glucose synthesis and conversion to glucose from glycogen
（二）丙酮酸激酶的调节 1. 此酶系一工酶，肝脏：L型；肌肉：M型； 其它：A型。 2. 此酶的效应物有： （1）ATP：通过变构效应抑制L型丙酮酸激酶
丙酮酸羧化酶的结构模型
丙酮酸羧化酶的作用机理
PEP羧激酶（PEPCK）
OAA的羧基是一个好的离去基团 PEPCK在人类的线粒体基质和细胞液均存在，而
小鼠只存在于细胞液，兔子只存在于线粒体。
如果PEPCK存在于线粒体基质，则生成的PEP可 以直接通过内膜上专门的运输体运出线粒体；但 是，如果PEPCK存在于细胞液，则首先需要通过 特殊的转运系统，将不能直接透过线粒体内膜的 草酰乙酸先转变成能够通过内膜的苹果酸或天冬 氨酸运出线粒体，然后在细胞液按照逆反应的方 向重新转变为草酰乙酸 。
☺ATP is a substrate and an allosteric inhibitor of PFK-1
☺AMP allosterically activates PFK-1 by relieving the ATP inhibition (ADP is also an activator in mammalian systems)
中，有两步反应被用来克服糖酵解的最后一步不 可逆反应，其余两步反应用来克服糖酵解的第三 步和第一步不可逆反应。 ☺新的反应也提供了新的调控机制
丙酮酸羧化酶
糖异生的第一步反应 存在于线粒体基质，需要生物素辅基 由ATP驱动羧化反应
Linkage of biotin to lysine residue in pyruvate carboxylase
糖途径可以四种不同的模式存在：快速分裂的细胞需 要更多的核糖-5-磷酸以第一种模式存在，需要等量的 核糖-5-磷酸和NADPH的细胞以第二种模式存在，需要 更多的NADPH以进行生物合成的细胞以第三种模式存 在，只需要NADPH和ATP而不需要核糖-5-磷酸的细胞 以第四种模式存在； 调节机制相当简单
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的作用机理
苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
果糖-1,6-二磷酸酶
将 F-1,6-P水解成F-6-P
热力学上是有利的，肝细胞内的G 是8.6 kJ/mol
葡糖-6-磷酸酶
催化葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖
☺存在于肝、肾细胞内质网膜上。 ☺肌肉和脑细胞没有这种酶，故不能进行
糖异生 ☺G-6-P需要进入内质网腔才能水解
糖异生与糖酵解途径的比较
糖异生 II
某些反应“借用于糖酵解”，某些反应是新的
Something to borrow, something new ☺糖异生保留了糖酵解途径中的所有可逆反应（第
二步，第四步～第九步） ☺属于自己的新反应只有四步反应。在这四步反应
☺Changes in AMP and ADP concentrations can control the flux through PFK-1
☺Elevated levels of citrate (indicate ample substrates for citric acid cycle) also inhibit PFK-1
。 （2）丙氨酸：抑制效应。 （3）F-1,6-BP：激活效应。 3. L型同工酶还受可逆磷酸化作用的调控。 （三）己糖激酶调节
受G-6-P反馈抑制。
Regulation of Pyruvate Kinase
☺Four PK isozymes exist in mammalian tissues ☺PK is allosterically activated by F1,6BP,
第二十五章 磷酸戊糖途径及 其他糖代谢途径
又名磷酸己糖支路或6-磷酸葡萄糖酸途径
☻发生在细胞液
☻由氧化相和非氧化相组成
☻在生物合成旺盛的细胞中更加活跃
糖原
葡萄糖
30%
葡糖-6-磷酸
PPP
70%
果糖-6-磷酸
糖酵解
氧化相
• 葡糖-6-磷酸脱氢酶
– 不可逆反应——受到调控（受到NADPH抑 制）
• 葡萄糖酸内酯酶
磷酸戊糖途径的四种变化形式
磷酸戊糖途径的功能
与NADPH有关的功能 （1）提供生物合成的还原剂NADPH （2）解毒——细胞色素P450单加氧酶解毒系统需要
NADPH参与对毒物的羟基化反应。 （3）免疫 （4）维持红细胞膜的完整 （5）间接进入呼吸链 与核糖-5-磷酸有关的功能
提供核苷酸及其衍生物合成的前体核糖-5-磷酸 与赤藓糖-4-磷酸有关的功能
Regulation of Hexokinase
☺Hexokinase reaction is metabolically irreversible ☺G6P (product) levels increase when glycolysis is inhibited at sites further
糖异生的底物
丙酮酸, 乳酸, 甘油, 生糖氨基酸，所 有TCA循环的中间物
偶数脂肪酸不行! 因为偶数脂肪酸氧化只能产生乙酰
CoA，而乙酰CoA不能提供葡萄糖的 净合成
糖异生I
☺Occurs mainly in liver and kidneys ☺并不是糖酵解的简单逆转，其原因是：
– 一是因为糖酵解有三步不可逆反应 (糖酵解 的总 G = -74 kJ/mol )
(PFK-2), which is a bi-functional enzyme
b-D-Fructose 2,6-bisphosphate
Formation and hydrolysis of F2,6-BP
Effect of glucagon on liver glycolysis
Hormone glucagon is released from the pancreas when blood glucose levels are low
☺ Hexokinase inhibited by excess glucose 6-phosphate
☺ PFK-1 is inhibited by ATP and citrate ☺ Pyruvate kinase is inhibited by ATP
2. When ATP is needed, glycolysis is activated
cells.
The cell needs both NADPH and ATP
生物合成与磷酸戊糖途径活性的关系
组织 肾上腺
肝 睾丸 脂肪组织
功能 固醇类激素的合成 脂肪酸和胆固醇的合成 固醇类激素的合成
脂肪酸的合成
磷酸戊糖途径的活性 高 高 高 高
卵巢
固醇类激素的合成
高
乳腺
脂肪酸的合成
高
巨噬细胞膜上的NADPH氧化酶的防御功能
Regulation of PFK-1 by Fructose 2,6-bisphosphate (F2,6BP)
☺F2,6-BP is a potent activator of PFK-1 ☺F2,6-BP is formed from F6P by phosphofructokinase-2
inhibited by ATP ☺Glucagon stimulates protein kinase A which
phosphorylates PK converting it to a less active form (liver and intestinal cells)
Activator F1,6BP (red) bound with PK
Net Synthesis of "new glucose" from nonsugar metabolites
内容纲要
1. 糖异生的定义 2. 糖异生的涉及的主要反应 3. 糖异生的功能 4. 糖异生的调节
糖异生
泛指细胞内由乳酸或其它非糖物质净合成葡 萄糖的过程。它主要发生在动物的肝脏（80 ％）和肾脏（20％），是动物细胞自身合成 葡萄糖的唯一手段。植物和某些微生物也可 以进行糖异生。
– 没有酶催化，也能发生
• 葡糖酸-6-磷酸脱氢酶
– 氧化脱羧反应
此酶对NADP+高度特异性的; 对NAD+的Km比对NADP+高1 000倍
非氧化相
非氧化相全部由非氧化的可逆反应组成，共有5步 ，反应的性质是异构或分子重排，通过此阶段的反 应，6分子戊糖转化成5分子己糖。 将戊糖转变成 糖酵解的中间物。
glycogen synthesis) when glucose is abundant (activity is modulated by fructose phosphates and a regulatory protein)
1. When ATP levels are sufficient, glycolysis activity decreases
Glucose-6-phosphatase is localized in the ER
其它物质进入糖异生的途径
Cori循环和Ala循环
The Cori cycle.
Regulation of glycolysis
酵解过程的三步不可逆反应，即为三个调控 部位，分别由调控酶催化。 （一）磷酸果糖激酶（PFK）的调节
芳香族氨基酸和维生素B6的合成需要赤藓糖。
Rapidly dividing cells require more ribose 5-
phosphate than NADPH.
The need for NADPH and ribose 5-phosphate is balanced.
More NADPH is needed than ribose 5phosphate; Fatty acid synthesis in adipose
磷酸戊糖异构酶 磷酸戊糖差向异构酶 转酮酶 ——催化二碳单位的转移，需要TPP为辅助
因子 转醛酶——催化三碳单位的转移 转酮酶
+
5
5
+
3
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C5 + C5 --> C7 + C3
C7 + C3 --> C4 + C6
C5 + C4 --> C6 + C3
3
总结: 3C5 --> 2C6 + C3
☺ AMP (the product of ATP consumption) relieve the inhibition of PFK-1 by ATP
☺ Fructose 2,6-bisphosphate (F2,6BP) relieve the inhibition of PFK-1 by ATP
1. ATP/AMP：PFK受ATP别构抑制，此抑制能被 AMP逆转。 2. 柠檬酸：抑制PFK，并可增强ATP的抑制作用。 3. 2,6-二磷酸果糖（F-2,6-BP）：激活PFK活性
它可由F-6-P景磷酸果糖激酶2（PFK2）催化生成。 4.[H+]：抑制PFK活性
Regulation of PFK-1
转酮酶催化的反应机理
磷酸戊糖途径的总结
一个葡萄糖分子是不可能完成上述反应的，至少有三 个葡萄糖分子同时进入才可以完成；
只有六个葡萄糖分子同时进入磷酸戊糖途径，到最后 才相当于有一个葡萄糖分子完全被氧化成CO2和H2O；
磷酸戊糖途径并不是细胞产生NADPH的唯一途径 发生在细胞液，不需要氧气； 根据细胞对NADPH、核糖和ATP的需要不同，磷酸戊
along in the pathway ☺G6P inhibits hexokinase isozymes I, II and III that are active at normal
glucose concentrations (Km values ~10-6 to 10-4M) ☺Glucokinase (hexokinase IV, Km ~10-2M) forms G6P in the liver (for
PFK-2 is bi-functional
☺Glucagon slows glycolysis
☺Glucagon induces glucose synthesis and conversion to glucose from glycogen
（二）丙酮酸激酶的调节 1. 此酶系一工酶，肝脏：L型；肌肉：M型； 其它：A型。 2. 此酶的效应物有： （1）ATP：通过变构效应抑制L型丙酮酸激酶
丙酮酸羧化酶的结构模型
丙酮酸羧化酶的作用机理
PEP羧激酶（PEPCK）
OAA的羧基是一个好的离去基团 PEPCK在人类的线粒体基质和细胞液均存在，而
小鼠只存在于细胞液，兔子只存在于线粒体。
如果PEPCK存在于线粒体基质，则生成的PEP可 以直接通过内膜上专门的运输体运出线粒体；但 是，如果PEPCK存在于细胞液，则首先需要通过 特殊的转运系统，将不能直接透过线粒体内膜的 草酰乙酸先转变成能够通过内膜的苹果酸或天冬 氨酸运出线粒体，然后在细胞液按照逆反应的方 向重新转变为草酰乙酸 。
☺ATP is a substrate and an allosteric inhibitor of PFK-1
☺AMP allosterically activates PFK-1 by relieving the ATP inhibition (ADP is also an activator in mammalian systems)
中，有两步反应被用来克服糖酵解的最后一步不 可逆反应，其余两步反应用来克服糖酵解的第三 步和第一步不可逆反应。 ☺新的反应也提供了新的调控机制
丙酮酸羧化酶
糖异生的第一步反应 存在于线粒体基质，需要生物素辅基 由ATP驱动羧化反应
Linkage of biotin to lysine residue in pyruvate carboxylase
糖途径可以四种不同的模式存在：快速分裂的细胞需 要更多的核糖-5-磷酸以第一种模式存在，需要等量的 核糖-5-磷酸和NADPH的细胞以第二种模式存在，需要 更多的NADPH以进行生物合成的细胞以第三种模式存 在，只需要NADPH和ATP而不需要核糖-5-磷酸的细胞 以第四种模式存在； 调节机制相当简单
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的作用机理
苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
果糖-1,6-二磷酸酶
将 F-1,6-P水解成F-6-P
热力学上是有利的，肝细胞内的G 是8.6 kJ/mol
葡糖-6-磷酸酶
催化葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖
☺存在于肝、肾细胞内质网膜上。 ☺肌肉和脑细胞没有这种酶，故不能进行
糖异生 ☺G-6-P需要进入内质网腔才能水解