戊糖磷酸途径

丙酮酸
乙酰CoA
TAC
CO2+H2O+ ATP
• 磷酸戊糖途径的代谢起始物是G-6-P，返回的代谢
终产物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中 间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。 • 磷酸戊糖途径在细胞的胞液(cytoplasm)中进行。 关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)。
2.2 非氧化的分子重组合阶段 4)异构化反应
5-磷酸核酮糖异构化为5磷酸核糖； 5-磷酸核酮糖差向异构化 (异构化)为5-磷酸木酮糖。

核苷酸合成的前体
Glucose-6-phosphate 2 NADP+ ribose-5-phosphate 2 NADPH + 2H+
H2O
CO2
5)转酮醇反应(二碳单位转移)
由于磷酸蔗糖合酶的活性较大，平衡常数有利蔗糖合 成，而且磷酸蔗糖合酶存在量大，所以一般认为此 途径是植物合成蔗糖的主要途径。
③蔗糖磷酸化酶催化的途径 (微生物中)
G-1-P + 果糖 蔗糖 + Pi
3) 乳糖的生物合成
活化半乳糖
半乳糖+ATP 半乳糖激酶 G-1-P 半乳糖-1-磷酸+ADP +UDP-G 半乳糖-1-磷酸 尿苷酰转移酶
谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合，含有巯 基的的三肽，具有抗氧化作用和整合解毒作用。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽 活性基团（故谷胱甘肽常简写为G-SH）
谷胱甘肽还可以保护血红蛋白不受过氧化氢氧化、自由基等氧化从而使 它持续正常发挥运输氧的能力。 红细胞中部分血红蛋白在过氧化氢等氧化剂的作用下，其中二价铁氧化 为三价铁，使血红蛋白转变为高铁血红蛋白，从而失去了带氧能力。还 原型谷胱甘肽既能直接与过氧化氢等氧化剂结合，生成水和氧化型谷胱 甘肽，也能够将高铁血红蛋白还原为血红蛋白。人体红细胞中谷胱甘肽 的含量很多，这对保护红细胞膜上蛋白质的巯基处于还原状态，防止溶 血具有重要意义。 谷胱甘肽保护酶分子中-SH基，有利于酶活性的发挥，并且能恢复已被 破坏的酶分子中-SH基的活性功能，使酶重新恢复活性。谷胱甘肽还可 以抑制乙醇侵害肝脏所产生的脂肪肝。
戊糖磷酸途径 （pentose phosphate pathway） 磷酸己糖支路 己糖单磷酸途径 戊糖支路 戊糖磷酸循环 磷酸戊糖为代表性中间产物
戊糖磷酸途径
糖酵解在磷酸己糖处分支
2. 磷酸戊糖途径的主要反应
G G-6-P F-6-P
磷酸戊糖途径
源自文库
F-1,6-BP
3-磷酸甘油醛
NADPH 5-磷酸核糖 CO2
糖蛋白(glycoprotein)的生物合成
• 糖蛋白在自然界中的分布十分广泛，不仅存在 于脊椎动物和无脊推动物中，也存在于植物、 单细胞有机体和病毒中。 • 在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白 质共价连接，在低等动物以及植物中情况也可 能如此。 • 糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合 物，其中的糖基少则只有一个，多则可达数百 个。
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
尿嘧啶核苷二磷 酸--半乳糖
UDP半乳糖
乳糖合酶
非乳腺组织中，在半乳糖基转移酶的作用下，将UDP半乳糖转给N-乙酰-D葡萄糖胺
在乳腺组织中，半乳糖基转移酶与α-乳清蛋白结合 （乳糖合酶），将UDP-半乳糖转给D-葡萄糖，形 成乳糖。
葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构
葡萄糖运载蛋白(glucose transporter, GLUT)
参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动 物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。
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。
3-磷酸 甘油醛 C3
4-磷酸赤藓糖 C4
6-磷酸果糖 C6
6-磷酸果糖 C6
从5C糖重新生成6C糖
磷酸戊糖途径是通过glucose 6-phosphate直接 脱氢脱羧将糖氧化分解的，脱氢酶的辅酶为 NADP，无ATP的产生与消耗。
3 磷酸戊糖途径的调控
在氧化脱羧阶段， 葡萄糖-6-磷酸脱氢 酶是磷酸戊糖途径的 限速酶，活性受 [NADP]/[NADPH]比 率的调节，NADPH竞 争性抑制葡萄糖-6磷酸脱氢酶和6-磷酸 葡萄糖酸脱氢酶的活 性
糖蛋白的结构
糖蛋白中糖链的化学组成
• 在糖蛋白中发现的糖组分包 括D-半乳糖、D-甘露糖、D葡萄糖、L-岩藻糖、D-木糖、 L-阿拉伯糖、D-葡糖胺、D半乳糖胺及神经氨酸的N-或 O-乙酰与N-羟乙酰的衍生物。 在有些粘液分泌物、卵白、 脑及海胆卵的胶质膜等的糖 蛋白中发现含有O-硫酸基。
弹性蛋白酶的结构
2.1 葡萄糖的氧化脱羧阶段
1) 脱氢反应
6-磷酸葡萄糖 在6-磷酸葡萄 糖脱氢酶催 化下生成6-磷 酸葡萄糖酸 内酯。
2)水解反应
在6-磷酸葡萄 糖酸内酯酶催 化下，6-磷酸 葡萄糖酸内酯 水解为6-磷酸 葡萄糖酸。
3)脱氢脱羧反应
在6-磷酸葡萄糖 酸脱氢酶催化下 6-磷酸葡萄糖酸 经氧化脱羧生成 5-磷酸核酮糖、 NADPH和CO2。
• 在非氧化阶段， 6×Ru5P(30 个 C) 经 C3 、 C4 、 C5 、 C7 等 糖中间代谢物，最后转化成5×G6P(30个C)。
磷酸戊糖途径的生物学意义
①产生大量的 NADPH ，为细胞的各种合成反应提供还原力。 NADPH 作为主要供氢体，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸 等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原，以 及氨的同化、丙酮酸羧化还原成苹果酸等反应所必需。
TPP helps the two-carbon transferring in transketolase
5C+5C=3C+7C
转酮醇酶催化磷酸酮糖上的2C单位羟乙酰基转移到磷酸醛 糖的C1上，形成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。转酮 醇酶转移1个2C单位。
6)转醛醇反应(三碳单位转移) 7C+3C=4C+6C
非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸 核糖过多时，可转化成 6-磷酸果糖和 3-磷酸甘油醛 进行酵解。 转酮醇酶是PPP途径非氧化阶段的重要酶，其辅因子 是TPP，某些遗传缺陷的人体内的转酮醇酶结合TPP 的活力仅为正常人的十分之一，当食物中缺乏硫胺 素时，其神经功能显著紊乱，如不能辨认方向，记 忆力减退，运动器官麻痹，在充分补充 TPP 后神经 症状可得到缓解。
糖的其他代谢途径
糖异生 乙醛酸循环 蔗糖和乳糖的生物合成 糖蛋白的生物合成
乳酸循环（可立氏循环） 脑和肌肉中无葡萄糖6磷酸酶
蔗糖和乳糖的生物合成
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。
生物化学
戊糖磷酸途径 pentose phosphate pathway
1
糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢的主要途径， 但不是唯一途径。
实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸 或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，说明葡萄糖还有 其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡 萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP），也称为磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。
糖蛋白中寡糖链和多肽链的连接
•The N-glycosidic linkage is through the amide group of asparagine (Asn, N).
•The O-glycosidic linkage is to the hydroxyl of serine (Ser, S), threonine (Thr, T).
②磷酸戊糖途径的中间产物为许多化合物的合 成提供原料。
如5-磷酸核糖是合成核苷酸的原料，也是NAD、 NADP和FAD等的组分。4-磷酸赤藓糖与EMP中的PEP 可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸， 以及与植物生长 ( 如生长素、木质素合成 ) 和抗病性
(如酚类抗毒素等)有关的物质。
③非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与 光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和 酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联 系起来，并实现某些单糖间的互变。
转醛醇酶催化7-磷酸景天庚酮糖上的二羟基丙酮基团转移给3-磷酸 甘油醛生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖。转醛醇酶转移1个3C单位。
7)转酮醇反应
5C+4C=3C+6C
4碳糖和5碳糖经转酮醇酶作用转移2碳单位，形成3 碳糖和6碳糖。
8)异构化反应
5-磷酸核酮糖(C5) ×3 5-磷酸木酮糖 C5 5-磷酸核糖 C5 7-磷酸景天糖 C7 5-磷酸木酮糖 C5 3-磷酸甘油醛 C3
• 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。
4 磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义
磷酸戊糖途径的化学计量
• 从 6×G6P 开始，经两次脱氢氧化及脱羧后，放出 6×CO2，生成6×5-Ru5P和12×NADPH。
• PPP是通过G6P直接脱氢脱羧将糖氧化分解。 • 脱氢酶的辅酶为NADP+，无ATP的产生与消耗。 • 表明经6次循环，1分子G6P被分解而产生6分子CO2。
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。
• 胶原蛋白中 半乳糖与5-羟赖氨酸形成0糖肽键 • 植物糖蛋白 阿拉伯糖与羟脯氨酸形成0糖肽键
Hy-Pro
Hy-Lys
• O-连寡糖是先合成蛋白质的多肽链，然后合成 寡糖链。 • 有的在内质网，有的在内质网-高尔基体中间结 构，有的在高尔基体；但外侧糖基的添加都是 在高尔基体完成。
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
糖的活化
2) 蔗糖的生物合成
高等植物合成蔗糖的途径有两条：
①蔗糖合酶催化的合成途径 UDPG + 果糖 → 蔗糖 + UDP
②磷酸蔗糖合酶催化的 合成途径 光合组织中磷酸蔗糖合 酶活性高 , 在磷酸蔗糖 磷酸酶的催化下 , 磷酸 蔗糖水解生成蔗糖。
N-连寡糖的生物合成
• 合成以酯键相连的寡糖前体 • 将前体转移到正在增长着的肽链上 （Asn-X-Ser/Thr X≠Pro, Asp） • 除去前体的某些糖单位 • 在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子 每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完 成，糖基必须活化为UDP或UDP的衍生物。
长醇-载体，锚定作用
糖蛋白链中寡糖的合成的比较
N连寡糖
场所 始于内质网 完成于高尔基体 识别 Asn-X-Ser/Thr 一级结构特定位点 肽链合成时进行
0连寡糖
内质网/高尔基体（终） N糖基化之后 Ser/Thr 二级/三级结构 肽链合成后进行 翻译后加工过程