磷酸戊糖途径

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迂回措施之二：1,6-果糖二磷酸生成6-磷酸果糖 该反应由1,6-二磷酸果糖酶催化，水解C1上的磷酸 酯键， 生成6磷酸-果糖。
调节： 1.6-二磷酸果糖酶是别构酶 抑制剂：AMP 当生物体内AMP浓度很高时，说明生物体内能量缺 少，需糖酵解产生能量。因此，高浓度的AMP抑制 该酶的活性，不能进行糖异生作用进行糖酵解，产 生的丙酮酸进入TCA环，生成大量ATP，供给生物 体能量。 激活剂：ATP、柠檬酸
戊糖磷酸途径的调控：
1. 需要核糖-5-磷酸（构建元件）>NADPH时，绕过氧化阶 段，进入非氧化阶段。 2. 需要核糖-5-磷酸=NADPH，氧化阶段活跃。 3. 需要NADPH>核糖-5-磷酸时，进入氧化阶 段，相当于一 个葡萄糖-6- P走氧化阶段六轮。 4. 需要NADPH和ATP和丙酮酸（构建元件）时，途径产生 的果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸经糖酵解转变为丙酮酸， 丙酮酸可彻底氧化为CO2并产生ATP。
转氢酶
NADPH + NAD+
NADH+DANP+
分解
PEP
合成
OAA
甘油三酯
五、葡萄糖的异生作用(gluconeogenesis) 概念 定义：非糖化合物生成葡萄糖的过程。 底物：丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等。 组织：肝脏(90%)和肾脏(10%，饥饿或酸中毒时) 定位：细胞质、线粒体、内质网 并非糖酵解的简单逆转。因EMP中，有三步不可 逆反应，必须采取三步迂回措施。
(二)可逆的非氧化分子重排阶段
糖分子重新组合 异构反应 转酮反应 转醛反应
5-磷酸核糖
5-磷酸 核酮糖
转酮酶
转醛酶
5-磷酸木酮糖 3-磷酸甘油醛 转酮酶 当组织需要NADPH时,非氧 化阶段由6分子的5C糖生成 5分子的6C糖
5-磷酸 木酮糖
非氧化阶段的分子重排反应总图
4．磷酸戊糖的异构化反应
进入糖酵解
也可回到 循环开始
（ C6 ）
Summary：
还原性合成代谢途径
CO2
磷酸戊糖途径—氧化阶段
Summary：
核酸生 物合成
5C 5-磷酸 核糖 转酮酶 转醛酶
5-磷酸 木酮糖
转酮酶
5-磷酸核酮糖 6C 5-磷酸 木酮糖 3C
磷酸戊糖途径—非氧化阶段
非氧化阶段
C5+C5 C7+C3 C5+C4 3×C5 6×C5 C3+ C7 C4+ C6 C3+ C6 转酮酶 转醛酶 转酮酶 (1)
2×C6+ C3 4×C6+ 2×C3= 5×C6 3×C5+3×CO2
氧化阶段
3×C6 (2)
总反应: (1)+(2)
3×C6 2×C6+C 3+3×CO2
如果葡萄糖的第3位碳原子用14C标记，经过戊糖 磷酸途径转变为果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，问 此两种糖的哪个（或哪些）碳原子被标记？
糖酵解(EMP)
NADPH调控6-磷酸 葡萄糖是进入糖酵 解途径还是进入磷 酸戊糖途径？ NADPH浓度高时， 抑制PPP。 受到能荷的调节。 能荷低， 进EMP； 能荷高， 进PPP。
PPP
尽管PPP本身并没有氧参加，但葡萄糖氧化生成5-磷酸 核糖增强了细胞呼吸（氧消耗）。 PPP途径是怎样与 线粒体电子传递链或呼吸链作用连接起来的？ PPP途径氧化产生的DANPH。经一种特殊的转氢酶催化, 将还原当量转移至NAD+上生成NADH。再进入呼吸链,最 终导致氧的消耗.
避免无效循环
糖异生
1.6-二磷 酸果糖酶
糖酵解
AMP对糖酵解和糖异生的调控作用相反
避免无效循环
糖异生
糖酵解 糖酵解
2,6-二磷酸果糖(F26BP)在糖酵解和糖异生中的作用相反
迂回措施之三： 6磷酸-葡萄糖生成葡萄糖 部位：内质网 该反应由6磷酸-葡萄糖酶催化，将6磷酸-葡萄糖的 磷酸酯键水解，生成葡萄糖。
（5-PX, C5） （5-PR, C5）
5-磷酸木酮糖 5-磷酸核糖
（ C3 ）
（ C7 ）
转酮酶以硫胺素焦磷酸(TPP)为辅酶，其作用机理 与丙酮酸脱氢酶系中TPP 类似。
7．转醛反应（转3C） 转醛酶催化7-磷酸景天庚酮糖上的二羟丙酮基转给3磷酸-甘 油醛，生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖(C7＋C3 C4＋C6)。 作用机理与转酮酶相似,但无辅酶。供体是酮糖，而受体是 醛糖。
转酮酶和转醛酶
5-磷酸核酮糖
5-磷酸核糖
(一)不可逆的氧化脱羧阶段 第一阶段包括脱氢、水解和脱氢脱羧3步反应。 是不可逆的氧化阶段，由NADP+作为氢的受体， 脱去1分子CO2，生成五碳糖。
1．6-磷酸葡萄糖的 脱氢反应 在葡萄糖-6-磷酸脱 氢酶作用下，以 NADP+为辅酶，催 化6-磷酸葡萄糖脱 氢，生成6-磷酸葡 萄糖内酯及NADPH。
而：甘油醛-3P + 甘油醛-3P (
则总反应为： 6Glc-6P +12NADP+
5Glc-6P + 12(NADPH + H+) + 6CO2
相当于净氧化1分子葡萄糖。但产生的6CO2并非来自同一分 子Glc-6P，而是来自6分子Glc-6P。 从Glc开始的总反应式：
1C6H12O6(葡萄糖)＋ATP＋12NADP+ 6CO2＋12(NADPH＋H＋)+ADP
以面包提供的碳水 化合物占人类吸收 热量的很大比例.
磷酸戊糖途径 糖异生途径和糖原代谢
一、磷酸戊糖途径的过程 （Pentose Phosphate Pathway, PPP） 场所：细胞质 氧化阶段： 从6-磷酸葡萄糖氧化开始，直接氧 化脱氢脱羧形成5-磷酸核糖。 非氧化阶段：磷酸戊糖分子在转酮酶和转醛酶的 催化下互变异构及重排，产生6-磷 酸果糖和3-磷酸甘油醛。 中间产物：C3、C4、C5、C6和C7糖。
转醛酶
（ C7 ）
（C3）
（C4）
（C6）
8．又一个转酮反应（转２C） 转酮酶催化另一分子5-磷酸木酮糖上的羟乙酰基转移到 4-磷酸赤藓糖的第一个碳原子上，生成 3磷酸-甘油醛和 6-PF（C5+ C4 C3+ C6）。
5-磷酸木酮糖
（ C5 ）
（ C4 ）
（ C3 ）
（ C6 ）
9．磷酸己糖的异构化反应 6-磷酸果糖经异构化形成6-磷酸葡萄糖。
2．6-磷酸葡萄糖酸 内酯的水解反应 在6-磷酸葡萄糖酸 内酯酶催化下， 6-磷酸葡萄糖内酯 水解，生成6-磷酸 葡萄糖酸。
3．6-磷酸葡萄糖酸 的脱氢脱羧反应 在6-磷酸葡萄糖 酸脱氢酶作用下， 以辅酶NADP+为 氢受体，催化6磷酸葡萄糖酸氧 化脱羧，生成5磷酸核酮糖和另 一分子NADPH。
谷胱甘肽过氧(化)物酶
还原型
氧化型
谷胱甘肽还原酶
PPP
3. 中间产物为许多化合物的合成提供原料 5-磷酸核糖：合成核苷酸、NAD+、NADP+、FAD 4-磷酸赤藓糖：与糖酵解产生的中间产物PEP合成芳香 族氨基酸。 PPP与核酸及蛋白质的代谢联系密切。 4. 与光合作用密切相关 一系列中间产物C3、C4、C5、C7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。 5. 与糖的有氧、无氧分解相互联系。 糖分解途径的多样性，是物质代谢所表现出的生物对环 境的适应性。
葡萄糖
小结：
糖酵解
1. Glc+ATP 己糖激酶 Glc-6-P+ADP Glc-6-P+H2O
葡糖异生
葡萄糖-6-磷酸酶 Glc+Pi
2. Fru-6-P+ATP 磷酸果糖激酶 Fru-1,6-P+ADP
Fru-1,6-P+H2O 果糖-1,6-二磷酸酶 Fru-6-P+Pi
3. PEP+ADP
丙酮酸激酶
丙酮酸+ATP+CO2+H2O 丙酮酸+ATP OAA+GTP
丙酮酸羧化酶
OAA+ADP+Pi+2H+ PEP+CO2+GDP
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
糖酵解、戊糖磷酸途径和葡糖异生之间的联系：
葡萄糖
糖酵解途径
5-磷酸核酮糖经磷酸核糖异构酶催化，形成5-磷酸 核糖（5-PR）。
5-磷酸核酮糖（C5）
5-磷酸核糖 （ C5 ）
5．5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸木酮糖 5-磷酸核酮糖也可在其差向异构酶催化下转变为其差向 异构体5-磷酸木酮糖(5-PX)。
5-磷酸核酮糖（C5）
5-磷酸木酮糖（C5）
6．转酮反应（转２C） 转酮酶催化5-PX上的乙酮醇基(羟乙酰基)转移到5-磷酸核 糖(5-PR)的第一个碳原子上，生成甘油醛-3P和7-磷酸景天 庚酮糖(C5＋C5 C3＋C7)。转酮酶转移一个2C单位，其供 体是酮糖，而受体是醛糖。
糖酵解途径
糖异生途径
由TCA直接提供 由TCA提供
由TCA直接提供 由TCA提供
途径 迂回措施之一：丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸 该反应通过两步完成： (1)丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸(OAA) 丙酮酸羧化酶以生物素为辅酶，还需乙酰CoA和 Mg2+作为辅助因子，反应消耗一分子ATP。
重碳酸盐
OAA
生物素
生物素共价结合在丙酮酸羧化酶的His活性位点
丙酮酸
丙酮酸羧化酶存在于线粒 体内，而糖酵解在细胞质 中，丙酮酸需从细胞质转 移到线粒体内才能羧化成 草酰乙酸，而OAA只有在 转变为苹果酸后才能再进 入细胞质。苹果酸再经细 胞质中的苹果酸脱氢酶转 变成OAA。
线粒体
丙酮酸 羧化酶
通常在机体内，PPP与TCA同时进行。 但在不同生物及不同组织器官中所占比例不同。 如在植物中，PPP有时可占50%以上，在动物 及多种微生物中约30%的葡萄糖经此途径氧化。
四、磷酸戊糖途径的调控 PPP的速率主要受生物合成时对NADPH的需要 所调节。 氧化脱羧阶段： 限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶 反馈抑制：NADPH＋H+ 非氧化阶段： 底物浓度：5-磷酸核糖 过多时，可转化成6P-F 和3P-甘油醛进行糖酵解。
①14C3标记的葡萄糖进入戊糖磷酸途径，经氧化脱羧后，葡萄 糖的14C3就成了磷酸戊糖（C5糖，包括核酮糖-5-磷酸、核 糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸）的14C2。而木酮糖-5-磷酸上最 上面的C1和14C2经转酮酶的第一次催化，转移到核糖-5-磷 酸上，生成的景天庚酮糖-7-磷酸（C7糖）的C2和C4位置被 标记。 ②14C2、14C4标记的景天庚酮糖-7-磷酸经转醛酶催化，将其C1、 14C2和C3转到甘油醛-3-磷酸上，生成的果糖-6-磷酸（C 糖） 6 的C2位置被标记，赤藓糖-4-磷酸的C1位置被标记。 ③14C2标记的另一分子木酮糖-5-磷酸与被14C1标记的赤藓糖-4磷酸经转酮酶的第二次催化，生成的果糖-6-磷酸的C2和C3 位置被标记。
磷酸戊糖途径和其它 糖代谢途径
一、磷酸戊糖途径的过程 二、磷酸戊糖途径的化学计量 三、磷酸戊糖途径的生物学意义 四、磷酸戊糖途径的调控 五、葡萄糖的异生途径 六、乳酸循环
Con pany vino se anda el Camino. (With bread and wine Youcan walk your road.)
三、磷酸戊糖途径的生物学意义 1. 提供生物合成的还原剂NADPH 2. 维持红细胞膜的完整 红细胞需要大量的还原型GSH, 维持蛋白质 结构的完整性。
GSSG还原酶 + GSSG+NADPH+H
2GSH+NADP+
保护脂膜防止被过氧化物等氧化。 维持红细胞内血红素Fe2+状态，高铁Hb无运输氧的功能。 非洲和我国南方一些地区发生遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶 缺陷 (急性溶血性黄胆---蚕豆黄)。因NADPH缺乏，红细胞 膜抗氧化能力下降。
OBaidu NhomakorabeaA
苹果酸
OAA 葡萄糖的异生
(2)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化OAA形成PEP OAA在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下由GTP提供 磷酸基，脱羧生成PEP。
OAA
1和2两步的总反应为： 丙酮酸＋ATP＋GTP PEP＋ADP＋GDP＋CO2+Pi
调节： o 丙酮酸羧化酶：乙酰-CoA ADP o 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶: ADP + -
二、磷酸戊糖途径的化学计量 1、若每次以3×Glc-6P开始，则可产生6NADPH+3CO2+3核酮糖-5P 2、3×核酮糖-5P 2 ×6C(Glc-6P和F-6P) + 甘油醛-3P
故： 3Glc-6P+6NADP+ 6Glc-6P +12NADP+ 2Glc-6P+6(NADPH +H+)+ 3CO2 + 甘油醛-3P 4Glc-6P+12(NADPH+H+) +6CO2+2甘油醛-3P 磷酸二羟丙酮) Glc-6P