HMP途径戊糖磷酸途径
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戊糖磷酸途径
蔗糖和乳糖的生物合成 1) 糖核苷酸的作用 葡萄糖不能直接合成寡糖和多糖，必需经活化变成活化
葡萄糖( UDPG、 ADPG 、 GDPG )才能参与反应。
葡萄糖在UDP-葡萄糖-焦磷酸化酶的作用下，形成
UDP-G。其他糖同样。UDP-糖为糖的活化形式。
NDP（5’－二磷酸核苷）糖焦磷酸化酶
释放大量能量
长醇磷酸衍生物提供活化糖基 翻转
5种不同的糖基转移酶 翻转
寡糖前体-长醇焦磷酸寡糖的合成途径
N-乙酰葡糖胺 甘露糖 葡萄糖
长醇焦 磷酸
• N-连寡糖从长醇链上转移到蛋白质的多肽链是在 多肽链的合成过程中就开始的。
• 糖蛋白中寡糖部分的加工开始于内质网，完成于 高尔基体。
O-连寡糖的生物合成
O-连寡糖在N-乙酰半乳糖基 转移酶的作用下，在多肽链的丝/ 苏氨酸的羟基上连接上N-乙酰半 乳糖基，然后逐个加上糖基直至 O-连寡糖链的形成。
砷酸、碘乙酸、氟化物抑制糖酵解
• 砷酸与磷酸结构非常相似，可竞争性抑制3-磷酸甘油 醛脱氢酶的活性，因此使糖酵解第6步反应3-磷酸甘 油醛→1，3-二磷酸甘油酸不能进行。
• 碘乙酸：由于3-磷酸甘油醛的活性部位是半胱氨酸的 巯基，因而凡是能够与巯基反应的物质都可以抑制 该反应的进行。如碘乙酸。
• 氟化物则是烯醇化酶的抑制剂，可以有效抑制2-磷酸 甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸的过程。
1. 研究历史：研究糖酵解同时发现替代途径
在组织匀浆中加入碘乙酸或氟化物等EMP的抑制剂， 仍有一定量的葡萄糖被氧化成水和CO2，同位素标 记表明，葡萄糖的氧化首先发生在C1位，证明此过 程不同于EMP途径。
磷酸戊糖途径是有O2条件下，在细胞质中将葡萄糖直 接氧化分解为CO2的过程。
戊糖磷酸途径
6C 6C 3C
非氧化阶段总反应
由于基团之间相互转移
6 ×核酮糖-5-P 5 × 果糖-6-P
HMP碳数变化
C5+C5 C7+C3 C4+C5
C7+C3 C4+C6 C6+C3
磷酸戊糖途径总览
磷酸戊糖途径总反应式
6×6-磷酸葡萄糖 + 12 NADP+ 5× 6-磷酸果糖 +12（NADPH + H+ ) + 6CO2
基本概念
01磷酸戊糖途径概念 以6-磷酸葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H,前者再进一步转变生成 3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。
02磷酸戊糖途径别称 磷酸戊糖途径(phosphopentose pathway,PPP)；又称磷酸已糖 旁路(hexose monophosphate shount,HMP)或Warburg-Dikens.途径。
反应的基本特点描述
P
P
P P
01反应类型 转酮醇反应（二碳单位基 团的转移和三碳单位基团的转移 异构化反应，差向异构化反应。
02主要酶类 酮醇酶 磷酸戊糖差向异 构化酶 磷酸戊糖异构化酶
P
P
03最终产物 6-磷酸果糖，3-磷酸甘油
P
醛
磷酸戊糖途径流程概念图
非氧化阶段简要流程框图
磷酸戊糖途径基团转移变化
磷酸戊糖途径反应调节
磷酸戊糖途径的调节
01调节NADP+/NADPH比例 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的限速酶，催化不 可逆反应。其活性ห้องสมุดไป่ตู้要受NADP+/NADPH比例的调节。
02控制底物的浓度 非氧化阶段戊糖的转变主要受底物的浓度的控制。5-磷酸核糖过 多时可以转化为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进行酵解。
非氧化阶段总反应
由于基团之间相互转移
6 ×核酮糖-5-P 5 × 果糖-6-P
HMP碳数变化
C5+C5 C7+C3 C4+C5
C7+C3 C4+C6 C6+C3
磷酸戊糖途径总览
磷酸戊糖途径总反应式
6×6-磷酸葡萄糖 + 12 NADP+ 5× 6-磷酸果糖 +12（NADPH + H+ ) + 6CO2
基本概念
01磷酸戊糖途径概念 以6-磷酸葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H,前者再进一步转变生成 3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖的反应过程。
02磷酸戊糖途径别称 磷酸戊糖途径(phosphopentose pathway,PPP)；又称磷酸已糖 旁路(hexose monophosphate shount,HMP)或Warburg-Dikens.途径。
反应的基本特点描述
P
P
P P
01反应类型 转酮醇反应（二碳单位基 团的转移和三碳单位基团的转移 异构化反应，差向异构化反应。
02主要酶类 酮醇酶 磷酸戊糖差向异 构化酶 磷酸戊糖异构化酶
P
P
03最终产物 6-磷酸果糖，3-磷酸甘油
P
醛
磷酸戊糖途径流程概念图
非氧化阶段简要流程框图
磷酸戊糖途径基团转移变化
磷酸戊糖途径反应调节
磷酸戊糖途径的调节
01调节NADP+/NADPH比例 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的限速酶，催化不 可逆反应。其活性ห้องสมุดไป่ตู้要受NADP+/NADPH比例的调节。
02控制底物的浓度 非氧化阶段戊糖的转变主要受底物的浓度的控制。5-磷酸核糖过 多时可以转化为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进行酵解。
戊糖磷酸途径和糖的其它代谢途径
由于5-磷酸木酮糖可以由5-磷酸核糖经差向酶转化 而来，所以上式可写成：3个5-磷酸核糖 → 2个 （F-6-P） + 1个3磷酸甘油醛。
1个3磷酸甘油醛和一个磷酸二羟丙酮在醛缩酶的催 化下生成1,6-二磷酸果糖,后者在1,6-二磷酸果糖酶 催化下生成F-6-P。
因此，在细胞中若形成过量的磷酸戊糖可以经磷酸戊 糖途径转化为6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，与糖酵 解途径相连。
（1） 通过此途径，可将G-6-P彻底氧化 （2）磷酸戊糖途径的场所在胞液中
（3）分为两个阶段：氧化阶段和非氧化阶段，在此阶段中， Glc经两次脱氢，一次脱羧，生成5-磷酸核酮糖及 2molNADPH。属氧化阶段(已经证实)，
非氧化阶段1954年Horcker（雷利克）提出，近几年 Willdms(威利亚姆斯）发现，此阶段至少包括两快慢两条途径， 雷利克提出的是慢途径。
1. 戊糖磷酸途径（HMN途径)
2. 戊糖磷酸途径的发现
（二）磷酸戊糖途径的主要反应
氧化阶段:氧化阶段包括两次脱氢，是在葡萄糖-6-P水 平上脱氢。脱氢酶的辅酶都是辅酶II(NADP+)，生成 5-磷酸核酮糖。
非氧化阶段:非氧化阶段：磷酸戊糖经分子重排产生己糖 磷酸和丙糖磷酸.
3、磷酸戊糖途径小结
磷酸戊糖途径的酶类在骨骼肌中活性很低,在脂肪组织及其他合成 脂肪酸和固醇旺盛的组织细胞(如乳腺、肾上腺皮质、肝脏）中活 性很高；在脊椎动物的红细胞中，该途径酶的活性也很高，主要 意义：一是产生的NADPH保证红细胞中的谷胱苷肽处于还原状 态，二是维持红细胞中的铁原子处于2价状态。
该途径产生的三碳、四碳、五碳、六碳和 七碳糖等中间产物为许多化合物的合成提 供原料，如产生的磷酸戊糖参加核酸代谢。 4-磷酸赤藓糖与糖酵解中的磷酸烯醇式丙 酮酸（PEP）可合成莽草酸，经莽草酸途 径可合成芳香族aa，
1个3磷酸甘油醛和一个磷酸二羟丙酮在醛缩酶的催 化下生成1,6-二磷酸果糖,后者在1,6-二磷酸果糖酶 催化下生成F-6-P。
因此，在细胞中若形成过量的磷酸戊糖可以经磷酸戊 糖途径转化为6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，与糖酵 解途径相连。
（1） 通过此途径，可将G-6-P彻底氧化 （2）磷酸戊糖途径的场所在胞液中
（3）分为两个阶段：氧化阶段和非氧化阶段，在此阶段中， Glc经两次脱氢，一次脱羧，生成5-磷酸核酮糖及 2molNADPH。属氧化阶段(已经证实)，
非氧化阶段1954年Horcker（雷利克）提出，近几年 Willdms(威利亚姆斯）发现，此阶段至少包括两快慢两条途径， 雷利克提出的是慢途径。
1. 戊糖磷酸途径（HMN途径)
2. 戊糖磷酸途径的发现
（二）磷酸戊糖途径的主要反应
氧化阶段:氧化阶段包括两次脱氢，是在葡萄糖-6-P水 平上脱氢。脱氢酶的辅酶都是辅酶II(NADP+)，生成 5-磷酸核酮糖。
非氧化阶段:非氧化阶段：磷酸戊糖经分子重排产生己糖 磷酸和丙糖磷酸.
3、磷酸戊糖途径小结
磷酸戊糖途径的酶类在骨骼肌中活性很低,在脂肪组织及其他合成 脂肪酸和固醇旺盛的组织细胞(如乳腺、肾上腺皮质、肝脏）中活 性很高；在脊椎动物的红细胞中，该途径酶的活性也很高，主要 意义：一是产生的NADPH保证红细胞中的谷胱苷肽处于还原状 态，二是维持红细胞中的铁原子处于2价状态。
该途径产生的三碳、四碳、五碳、六碳和 七碳糖等中间产物为许多化合物的合成提 供原料，如产生的磷酸戊糖参加核酸代谢。 4-磷酸赤藓糖与糖酵解中的磷酸烯醇式丙 酮酸（PEP）可合成莽草酸，经莽草酸途 径可合成芳香族aa，
伍德-沃克曼循环和三羧酸循环的关系
伍德-沃克曼循环和三羧酸循环之间存在密切的关系。
伍德-沃克曼循环，也被称为戊糖磷酸途径或HMP途径，是一种在细胞质和某些细胞器（如过氧化物酶体）中发生的代谢途径，与糖酵解和三羧酸循环并行。
这个循环的主要作用是生成NADPH和核糖-5-磷酸，前者用于脂肪酸和胆固醇的合成以及谷胱甘肽的还原，后者用于核酸的合成。
在缺乏氧气的情况下，该途径为细胞提供能量和还原力。
三羧酸循环，也称为柠檬酸循环或Krebs循环，是生物体内将乙酰辅酶A彻底氧化分解生成二氧化碳和水的连续传递链。
这个循环的主要作用是为糖、脂肪和氨基酸的代谢提供共同的最终途径，并生成ATP和NADH+H⁺，后者通过氧化呼吸链电子传递释放能量。
在细胞代谢中，伍德-沃克曼循环和三羧酸循环是紧密相关的。
在糖酵解过程中产生的NADH+H⁺通过苹果酸-天冬氨酸穿梭机制进入线粒体，进入三羧酸循环继续氧化。
同时，三羧酸循环的中间产物可以用于合成戊糖磷酸途径所需的糖酵解中间产物，如6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
这种相互关联使得这两个循环在细胞代谢中起到协同作用，共同维持细胞的能量和物质平衡。
因此，伍德-沃克曼循环和三羧酸循环在细胞代谢中起着重要的作用，它们相互关联、相互影响，共同维持细胞的正常生理功能。
(二)HMP途径(戊糖磷酸途径)(HexoseMonophophate
（四）磷酸酮解途径
存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一 些细菌中。 进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它 不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。 磷酸酮解酶途径有两种：
磷酸戊糖酮解途径（PK）途径 磷酸己糖酮解途径（HK）途径
磷酸戊糖酮解途径 葡萄糖
6-P-葡萄糖 6-P-葡萄糖酸
ATP ADP
（二） HMP途径 (戊糖磷酸途径)
（Hexose Monophophate Pathway）
HMP途径：
葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖酸 后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的 催化下，裂解成5-磷酸戊糖和 CO2。 磷酸戊糖进一步代谢有两种结局，
①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催 化，又生成磷酸己糖和磷酸丙糖 （3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借 EMP途径的一些酶，进一步转化 为丙酮酸。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌 氧时进行乙醇发酵.
ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
6ATP
(有氧时经过呼吸链)
2乙醇
（无氧时进行细菌乙醇发酵）
ED途径的总反应（续）
ATP C6H12O6
KDPG
2ATP
ATP
有氧时经呼吸链
NADH+H+
6ATP
NADPH+H+
无氧时 进行发酵
2丙酮酸
2乙醇
关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解
28HMP途径
菌名 酿酒酵母 产朊假丝酵母 灰色链霉菌 产黄青霉 大肠杆菌 铜绿假单胞菌 嗜糖假单胞菌 枯草杆菌 氧化葡萄糖杆菌 真养产碱菌 运动发酵单胞菌 藤黄八叠球菌 EMP（%） 88 66~81 97 77 72 — — 74 — — — 70 HMP（%） 12 19~34 3 23 28 29 — 26 100 — — 30 ED（%） — — — — — 71 100 — — 100 100 —
ED途径
ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。 •ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘 油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶. •反应步骤简单，产能效率低. • 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌 氧时进行乙醇发酵.
HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径 •1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷 酸和CO2 •2. 核酮糖-5-磷酸发生同分异构化或表异构化 而分别产生核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸 •3.上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生 碳架重排，产生己糖磷酸和丙糖磷酸
ED途径的总反应
•
• • ATP • • •
ATP ADP
C6H12O6 KDPG
ED途径
ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。 •ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘 油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶. •反应步骤简单，产能效率低. • 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连 接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不 同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌 氧时进行乙醇发酵.
HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径 •1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷 酸和CO2 •2. 核酮糖-5-磷酸发生同分异构化或表异构化 而分别产生核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸 •3.上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生 碳架重排，产生己糖磷酸和丙糖磷酸
ED途径的总反应
•
• • ATP • • •
ATP ADP
C6H12O6 KDPG
5磷酸戊糖途径解析
5-磷酸核糖
(5) 二分子五碳糖的基团转移反应
CH2OH C HO H C C O H OH CHO H H H C C C OH OH OH
CHO H C OH
CH2OH C HO H H H C C C C O H OH OH OH
CH2OPO 3H2
3-磷酸甘油醛
CH2OPO 3H2
5-磷酸木酮糖
CH2OPO 3H2
CH2OPO 3H2
7-磷移反应
CH2OH C HO H H H C C C C O H OH OH OH
CHO
Mg2+ 或 Mn2+
H H
C C
OH OH
CH2OH C HO H C C C O H OH OH
CH2OPO3H2
6-磷酸葡萄糖酸内酯
(2) 6-磷酸葡萄糖酸内酯转变为6-磷酸葡萄糖酸
O OH C H C C OH H OH OH
C O H HO C C OH O H OH
H2 O
内酯酶
HO
H C H C
H C H C
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
6-磷酸葡萄糖酸内酯
6-磷酸葡萄糖酸
(3) 6-磷酸葡萄糖酸转变为5-磷酸核酮糖
戊糖磷酸途径
（一） （二） （三） （四） （五） HMP的概念 HMP的过程 HMP的总反应式和生物学意义 HMP的特点 相关疾病
（一）戊糖磷酸途径的概念 从G－6－P开始，在6-磷酸葡萄糖 脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸， 进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢 物的过程，称为磷酸戊糖途径 （PPP）又称磷酸已糖旁路（HMP)。
4-磷酸赤藓糖
CHO C OH
磷酸戊糖途径(PPP,HMS)
糖脱氢酶 6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯
内酯酶
6-磷酸葡萄糖酸
6-磷酸葡萄 糖酸脱氢酶
5-磷酸核酮糖
表异 构酶
异 构酶
氧化阶段
5-磷酸木酮糖
5-磷酸核糖
转酮醇酶
7-磷酸景 天庚酮糖
3-磷酸 甘油醛 转醛醇酶
非氧化阶段
4-磷酸 赤藓糖
转酮醇酶
3-磷酸 甘油醛
磷酸6戊果-磷糖糖酸途径(P6P果-P磷糖，酸HMS)
5-磷酸核酮糖
5-磷酸核糖
同分异构体：两种和多种化合物，其分子组成
相同，但分子结构不同，因此有不同的性质。
磷酸戊糖途径(PPP，HMS)
非氧化的分子重组合阶段 异构化反应
酮糖作为转酮醇酶的 底物只有当其C3位的羟 基相当于木酮糖的位置 时才起作用
表异构酶
5-磷酸核酮糖
5-磷酸木酮糖
差向异构体(表异构体) ：一种化合物的两种旋光异构 体之一，这两种旋光异构体彼此仅在一个不对称碳原子 的构型上有差异。 磷酸戊糖途径(PPP，HMS)
醛缩酶
1 6-磷酸果糖
1， 6-二磷酸果糖
磷酸戊糖途径(PPPP，iHMS) H2O
二、磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义
氧化阶段 6×6-磷酸葡萄糖+12NADP++6H2O6×5-磷酸核酮 糖+6CO2+12NADPH+12H+ 非氧化阶段 6×5-磷酸核酮糖+H2O5×6-磷酸葡萄糖+H3PO4 总反应式 6-磷酸葡萄糖+12NADP++7H2O 6CO2+12NADPH+12H++H3PO4
磷酸戊糖途径(PPP，HMS)
内酯酶
6-磷酸葡萄糖酸
6-磷酸葡萄 糖酸脱氢酶
5-磷酸核酮糖
表异 构酶
异 构酶
氧化阶段
5-磷酸木酮糖
5-磷酸核糖
转酮醇酶
7-磷酸景 天庚酮糖
3-磷酸 甘油醛 转醛醇酶
非氧化阶段
4-磷酸 赤藓糖
转酮醇酶
3-磷酸 甘油醛
磷酸6戊果-磷糖糖酸途径(P6P果-P磷糖，酸HMS)
5-磷酸核酮糖
5-磷酸核糖
同分异构体：两种和多种化合物，其分子组成
相同，但分子结构不同，因此有不同的性质。
磷酸戊糖途径(PPP，HMS)
非氧化的分子重组合阶段 异构化反应
酮糖作为转酮醇酶的 底物只有当其C3位的羟 基相当于木酮糖的位置 时才起作用
表异构酶
5-磷酸核酮糖
5-磷酸木酮糖
差向异构体(表异构体) ：一种化合物的两种旋光异构 体之一，这两种旋光异构体彼此仅在一个不对称碳原子 的构型上有差异。 磷酸戊糖途径(PPP，HMS)
醛缩酶
1 6-磷酸果糖
1， 6-二磷酸果糖
磷酸戊糖途径(PPPP，iHMS) H2O
二、磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义
氧化阶段 6×6-磷酸葡萄糖+12NADP++6H2O6×5-磷酸核酮 糖+6CO2+12NADPH+12H+ 非氧化阶段 6×5-磷酸核酮糖+H2O5×6-磷酸葡萄糖+H3PO4 总反应式 6-磷酸葡萄糖+12NADP++7H2O 6CO2+12NADPH+12H++H3PO4
磷酸戊糖途径(PPP，HMS)
hmp途径(戊糖磷酸途径)
磷酸己糖的去氧化
磷酸戊糖在脱氧酶的作用下水解，生成磷酸己糖。
这一步去除了分子中的特殊化学键，为生物合成提供了所需的碳骨架。
03
Hmp途径(戊糖磷酸途径)的调控机制
酶的活性调节
磷酸化与去磷酸化
01
通过磷酸化和去磷酸化调节酶的活性，磷酸化通常使酶活性降
低或失活，而去磷酸化则使酶活性恢复。
别构效应
02
Hmp途径（戊糖磷酸途径）是一种在生物体内进行糖解作用的代谢途径，它将 葡萄糖或其他己糖分解成小分子物质，并释放能量。
特点
Hmp途径是生物体内糖解作用的主要途径之一，具有高效、灵活和底物多样的 特点。它能够利用不同的底物，产生多种中间产物，参与细胞内多种代谢反应。
Hmp途径(戊糖磷酸途径)的重要性
揭示生物进化与适应机制
通过研究不同生物中Hmp途径的差异，可以探究生物的进化历程 和适应环境的能力，有助于理解生物多样性的形成。
辅助疾病诊断与治疗
研究Hmp途径在疾病发生发展中的作用，有助于发现新的疾病标 志物和治疗靶点，为疾病的早期诊断和治疗提供依据。
在生物工程中的应用
代谢工程与合成生
物学
通过改造Hmp途径或其他代谢途 径，优化微生物生产或提高生物 燃料产率，实现生物资源的有效 利用和可持续发展。
某些代谢中间产物可以作为反馈调节因子，影响酶的活性或基因表达。
基因表达调控
转录水平调控
通过调节相关基因的转录速率，控制酶的合成量， 从而影响代谢过程。
翻译水平调控
通过调节mRNA的稳定性、翻译起始和延伸等过 程，控制酶的合成速度。
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋白乙酰化等表观遗传修饰， 影响基因的表达水平。
生物化学 第25章 磷酸戊糖途径和糖其他代谢途径
⑦ 7-P景天庚酮糖+3-P甘油醛 转醛酶 6-P果糖+4-P赤藓糖
转酮酶
⑧ 5-P木酮糖+4-P赤藓糖
6-P果糖+3-P甘油醛
本阶段总反应：
3×5-P核酮糖 6×5-P核酮糖
2×6-P果糖 + 1×3-P甘油醛 4×6-P果糖 + 2×3-P甘油醛
（2）非氧化的分子重排阶段
5-磷酸核酮糖(C5) ×3
GTP GDP CO2
磷酸 烯醇 式丙 酮酸
提问：这里CO2的作用是什么？ 能量载体
合成的草酰乙酸新－COOH中储存了ATP水解 的键能，脱碳时损失的键能相对较少，总体自 由能上升。
葡萄糖 ATP
①己糖激酶
ADP
6-磷 酸 葡 萄 糖
①活化
糖原（淀粉）
Δ G = -7.5kcal/m ol
磷酸化酶
6-CPO葡O萄H糖 酸内H酯C酶OH
CH6-2PO葡H萄糖 酸C脱O氢酶
HO C H O HO C H
HO C H
H C OH
H C OH NADPN+H+HAC+DPOHH HH+20H
HC
HC
H C OH
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
C
OH NAHDPCN+AODHPH CHC2OHP2OOP3HO+23HH+CO2 2
（二）乙醛酸循环（glyoxylate cycle）
在植物和微生物体中还可通过所谓“乙醛酸循环” 使乙酰CoA转变成琥珀酸，后者再经草酰乙酸步骤转 变成糖或补充三羧酸循环的琥珀酸。
乙醛酸循环可以说是三羧酸循环的辅佐途径。
6-P葡萄糖
磷酸戊糖途径
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
6-磷酸葡萄糖酸
5-磷酸核糖酸
5-磷酸核酮糖经向异构生成5-磷酸木酮糖，
5-磷酸核酮糖异构化生成5-磷酸核糖。 由5-磷酸核酮糖生成的5-磷酸木酮糖和5-磷酸核糖将 是下一阶段反应的初始物。
5-磷酸核糖
非氧化阶段
此阶段反应的实质是基团的转移。反应由5 碳糖开始，先后经过2碳酮醇基、3碳醛醇 基、2碳酮醇基转移使磷酸戊糖重排，最后 重新生成6 -磷酸果糖。
又叫“己糖磷酸支路HMP” ●糖酵解被抑制（如添加碘乙酸或氟化物），葡萄糖仍可被分解，说明葡萄糖 还有其他代谢途径。 糖酵解及三羧酸循环无疑是葡萄糖氧化的重要途径，但许多实验指出：生 物体中除三羧酸循环外，尚有其他糖代谢途径，其中戊糖磷酸途径为较重要的 一种。在动物及多种微生物体中，约有30％的葡萄糖可能由此途径进行氧化。
3.是细胞内不同结。构糖分子的来源，并为各种单糖互变提供条 件
4.特殊情况产能（29ATP)---不通过糖酵解 5. 磷酸戊糖途径与糖有氧分解及糖无氧分解相互联系 在此途径中，最后生成的果糖-6-磷酸与甘油醛-3-磷酸 都是有氧分解（或糖无氧分解）的中间产物，它们可进入糖的有 氧分解（或无氧分解）途径进一步进行代谢。
2. 反应的中间产物为许多化合物的合 成提供原料
5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料，也是NAD+,NADP+,FAD 等的组分。由于核酸参与蛋白质的生物合成，所以在损伤后修补、 再生的组织中，此途径进行的比较活跃。 4-磷酸赤藓糖与EMP中的PEP可通过莽草酸途径合成芳香族 氨基酸及可合成与生长素、木素、酚类抗毒素等有关物质
磷酸己糖异构酶
6-磷酸果糖
6-磷酸葡萄糖
综上所述， 6分子的6-磷酸葡萄糖经磷酸戊糖途径氧化， 生成6分子的二氧化碳、1分子磷酸、12分子 NADPH+H+和5分子的6-磷酸果糖。消耗了7分子 的水和一分子的6-磷酸葡萄糖，完成糖的磷酸戊 糖途径的氧化过程。 HMS途径反应历程如6-7图所示。 总反应式：
HMP途径戊糖磷酸途径
称为不完全HMP途径。
②由六个葡萄糖分子参加反应， 经一系列反应，最后回收五个葡 萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖 （彻底氧化成CO2 和水），称完 全HMP途径。
HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径 •1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷 酸和CO2
ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。
•ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶.
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
•途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛。
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活 动对其中间产物的需要量相关。
3. 5-磷酸核酮糖→6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛(进入 EMP
HMP途径的总反应
• C6
耗能阶段
• 2C3
产能阶段
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi
2C3
4 ATP 2ATP 2 丙酮酸 2NADH2
2CH3COCOOH+2NADH2+2H++2ATP+2H2O
②由六个葡萄糖分子参加反应， 经一系列反应，最后回收五个葡 萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖 （彻底氧化成CO2 和水），称完 全HMP途径。
HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径 •1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷 酸和CO2
ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。
•ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶.
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
•途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛。
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活 动对其中间产物的需要量相关。
3. 5-磷酸核酮糖→6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛(进入 EMP
HMP途径的总反应
• C6
耗能阶段
• 2C3
产能阶段
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi
2C3
4 ATP 2ATP 2 丙酮酸 2NADH2
2CH3COCOOH+2NADH2+2H++2ATP+2H2O
hmp途径在生物生命活动中的功能
HMP途径，即己糖磷酸途径，是指己糖（葡萄糖和葡萄糖异构体）在细胞内被代谢转化为戊糖磷酸和丙酮磷酸的一系列生物化学反应。
该途径在生物生命活动中发挥着重要的功能，涉及能量代谢、中间代谢产物的合成等多个方面。
本文将对HMP途径在生物生命活动中的功能进行系统的探讨。
一、能量代谢HMP途径在能量代谢过程中起着重要的作用。
通过一系列的氧化还原反应，葡萄糖分子被分解为戊糖磷酸和丙酮磷酸，同时释放出大量的能量。
这部分释放的能量可以用于糖酵解过程中磷酸化和ATP的合成，从而为细胞提供能量。
二、核酮糖类的合成HMP途径还参与了核酮糖类的合成过程。
在HMP途径中，由戊糖磷酸产生的核酮糖类可以进一步转化为核糖核酸（RNA）和脱氧核糖核酸（DNA）所需的碱基，从而参与到生物体内核酸类物质的合成中。
三、抗氧化作用HMP途径产生的还原型辅酶Ⅱ（NADPH）是细胞内抗氧化剂的主要来源之一。
细胞内的氧化还原反应在生命活动中是普遍存在的，而NADPH通过参与还原型共价键的还原而帮助细胞抵抗自由基的损害，保护细胞免受氧化应激的侵害。
四、葡萄糖合成在一些特定的生理和生化条件下，HMP途径还可以参与到葡萄糖的合成中。
在糖异生过程中，通过一系列逆反应，HMP途径可以把一些中间代谢产物（如戊糖磷酸）转化为葡萄糖，从而满足机体对能量和营养物质的需求。
HMP途径在生物生命活动中发挥着不可或缺的作用。
它参与到能量代谢、核酮糖类的合成、抗氧化作用和葡萄糖合成等多个生物化学反应中，为细胞的正常功能和生存提供了重要的支持。
通过对HMP途径的进一步深入研究和探讨，可以更好地揭示其在生物体内的生理和病理过程中的作用机制，为相关疾病的防治提供理论依据和新的治疗途径。
HMP途径在生物生命活动中的功能是非常重要的。
除了上述提到的能量代谢、核酮糖类的合成、抗氧化作用和葡萄糖合成外，它还参与了一系列复杂的生物学过程，包括炎症反应、细胞增殖和分化、脂质代谢等。
HMP途径在炎症反应中扮演着重要的角色。
磷酸戊糖途径和糖的其他代谢途径
NADPH使红细胞中还原性谷胱甘肽再生，对维持红细 胞的还原性有重要作用； ●3、产物——磷酸核糖用于DNA、RNA的合成； ——木酮糖是植物光合作用从CO2合成葡萄糖的部分途径； ——各种单糖用于合成各类多糖；
四、糖的其他代谢途径
（一）糖的异生(gluconeogenesis)
1、概念 由非糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程叫糖的异生，又叫生糖作用。
3、过程
氧化阶段(脱碳产能) 非氧化阶段(重组)
6×葡萄糖-6-磷酸 6 NADP+
糖酵 解
6 NADPH+6H+ 6 × 6-磷酸葡萄糖酸 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 CO2 6 × 核酮糖-5-磷酸
2核糖-5-磷酸 2景天酮糖-7-磷酸 2果糖-6-磷酸
4木酮糖-5-磷酸 2甘油醛-3-磷酸 2赤藓糖-4-磷酸
1
糖原 核心
1 4（ UDP 焦 磷 酸 化 酶 4→6糖苷 转移 酶） 6 PPi ATP UDPG UDP 糖 原 合成 酶 R引 物 糖原 核心
R-小 段 葡 萄 糖 多 糖 链 R-α -1， 4葡 萄糖链 分支 酶 糖原
糖原的形成 葡 糖-1-磷 酸 分支 酶 UTP
ADP
提问：哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元？
3、戊糖的代谢 人和动物均不易吸收和利用戊糖，但除戊糖尿患者（尿中含戊 糖）完全不能利用戊糖外，正常人体和动物还是可以利用一些戊糖的。因为不 同组织的酶可使嘌吟核苷酸和核苷的核糖基变成非戊糖物质（如己糖），而且 机体可从葡萄糖醛酸合成L-木酮糖，体内的戊糖主要是由己糖变来。体内的戊 糖磷酸异构酶可催化D-核酮糖-5-磷酸变D-核糖-5-磷酸。
酵解
丙酮酸
四、糖的其他代谢途径
（一）糖的异生(gluconeogenesis)
1、概念 由非糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程叫糖的异生，又叫生糖作用。
3、过程
氧化阶段(脱碳产能) 非氧化阶段(重组)
6×葡萄糖-6-磷酸 6 NADP+
糖酵 解
6 NADPH+6H+ 6 × 6-磷酸葡萄糖酸 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 CO2 6 × 核酮糖-5-磷酸
2核糖-5-磷酸 2景天酮糖-7-磷酸 2果糖-6-磷酸
4木酮糖-5-磷酸 2甘油醛-3-磷酸 2赤藓糖-4-磷酸
1
糖原 核心
1 4（ UDP 焦 磷 酸 化 酶 4→6糖苷 转移 酶） 6 PPi ATP UDPG UDP 糖 原 合成 酶 R引 物 糖原 核心
R-小 段 葡 萄 糖 多 糖 链 R-α -1， 4葡 萄糖链 分支 酶 糖原
糖原的形成 葡 糖-1-磷 酸 分支 酶 UTP
ADP
提问：哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元？
3、戊糖的代谢 人和动物均不易吸收和利用戊糖，但除戊糖尿患者（尿中含戊 糖）完全不能利用戊糖外，正常人体和动物还是可以利用一些戊糖的。因为不 同组织的酶可使嘌吟核苷酸和核苷的核糖基变成非戊糖物质（如己糖），而且 机体可从葡萄糖醛酸合成L-木酮糖，体内的戊糖主要是由己糖变来。体内的戊 糖磷酸异构酶可催化D-核酮糖-5-磷酸变D-核糖-5-磷酸。
酵解
丙酮酸
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17
（四）磷酸酮解途径
存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一 些细菌中。
进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它 不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。
磷酸酮解酶途径有两种：
磷酸戊糖酮解途径（PK）途径
磷酸己糖酮解途径（HK）途径
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18
磷酸戊糖酮解途径 葡萄糖
6-P-葡萄糖 6-P-葡萄糖酸
•与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
•途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛。
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
ATP ADP
NAD+ NADH+H+
NAD+
5 -P-核酮糖 异构化作用
5 -P-木酮糖
NADH+H+
磷酸戊糖酮解酶
3 -P-甘油醛
称为不完全HMP途径。
②由六个葡萄糖分子参加反应，
经一系列反应，最后回收五个葡
萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖
（彻底氧化成CO2 和水），称完
可编辑全ppHt MP途径。
3
HMP途径降解葡萄糖的三个阶段
•HMP是一条葡萄糖不经EMP途径和TCA循环 途径而得到彻底氧化，并能产生大量 NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产 物的代谢途径
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9
ED途径
ATP
葡萄糖
ADP
NADP+
6-磷酸-葡萄糖
NADPH2
6-磷酸-葡萄酸
~~激酶
（与EMP途径连接）
EMP途径 3-磷酸-甘油醛
~~氧化酶
(与HMP途径连接)
~~脱水酶
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
EMP途径
丙酮酸 ~~醛缩酶
有氧时与TCA环连接 无氧时进行细菌发酵
可编辑ppt
相关的发酵生产：细菌酒精发酵
优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成 少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期 供氧。
缺点：pH5，较易染可菌编辑；ppt细菌对乙醇耐受力低 15
葡萄糖三条降解途径在不同微生物中的分布
菌名 酿酒酵母 产朊假丝酵母 灰色链霉菌 产黄青霉 大肠杆菌 铜绿假单胞菌 嗜糖假单胞菌 枯草杆菌 氧化葡萄糖杆菌 真养产碱菌 运动发酵单胞菌 藤黄八叠球菌
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活
动对其中间产物的需要量相关。
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8
（三）ED途径
又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。 1952年在Pseudomonas saccharophila中发现，后来 证明存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较 广）。 ED途径可不依赖于EMP和HMP途径而单 独存在，是少数缺乏完整EMP途径的微生物的一 种替代途径，未发现存在于其它生物中。
6ATP
(有氧时经过呼吸链)
2乙醇
（无氧时进行细菌乙醇发酵）
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14
ED途径的总反应（续）
ATP C6H12O6
KDPG
2ATP
ATP
有氧时经呼吸链
NADH+H+
6ATP
NADPH+H+
无氧时 进行发酵
2丙酮酸
2乙醇
关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解
催化的酶：6-磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶
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6
HMP途径的总反应
6 葡萄糖-6-磷酸+12NADP++6H2O
5 葡萄糖-6-磷酸+12NADPH+12H++12CO2+Pi
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7
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。
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ED途径
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ED途径
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ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。
•ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘 油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶.
•1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷 酸和CO2
•2. 核酮糖-5-磷酸发生同分异构化或表异构化 而分别产生核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸
•3.上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生
碳架重排，产生己糖磷酸和丙糖磷酸
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4
HMP途径关键步骤：
1. 葡萄糖→6-磷酸葡萄糖酸
2. 6-磷酸葡萄糖酸→5-磷酸核酮糖→ 5-磷酸木酮糖 ↓
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径能量、还原力和不
同中间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌
氧时进行乙醇发酵.
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ED途径的总反应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
KDPG
2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸
5-磷酸核糖→参与核酸生成
3. 5-磷酸核酮糖→6-磷酸果糖+3-磷酸甘油醛(进入 EMP
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5
HMP途径的总反应
• C6
耗能阶段
• 2C3
产能阶段
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi
2C3
4 ATP 2ATP 2 丙酮酸 2NADH2
2CH3COCOOH+2NADH2+2H++2ATP+2H2O
EMP（ % ） HMP（ % ）
88
12
66~81
19~34
97
3
77
23
72
28
—
29
—
—
74
26
—
100
—
—
—
—
70
可编辑ppt 3 0
ED（ %）
—
—
—
—
—
71
100
—
—
100
100
—
16
由表可见，在微生物细胞中，有的同时存在多条 途径来降解葡萄糖，有的只有一种。在某一具体 条件下，拥有多条途径的某种微生物究竟经何种 途径代谢，对发酵产物影响很大。
HMP途径 (戊糖磷酸途径)
可编辑ppt
1
可编辑ppt
2
HMP途径：
葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖酸 后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的 催化下，裂解成5-磷酸戊糖和 CO2。
磷酸戊糖进一步代谢有两种结局，
①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催 化，又生成磷酸己糖和磷酸丙糖
（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借 EMP途径的一些酶，进一步转化 为丙酮酸。