磷酸戊糖途径

null第25章磷酸戊糖途径与糖的其他代谢途径第25章磷酸戊糖途径与糖的其他代谢途径磷酸戊糖途径 乙醛酸循环 糖异生 寡糖的合成与分解一、磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, PPP）一、磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, PPP） 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。实验研究表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸或氟化物等，抑制3-P-甘油醛脱氢酶时,葡萄糖仍可以被消耗，说明葡萄糖还有其它代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径——磷酸戊糖途径，或磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP； Warburg-Dikens途径）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在细胞浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。 null 当碘乙酸抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶时，有氧与无氧分解均不可进行，生物体内发生另一个能分解糖的途径，因含有磷酸戊糖中间物，又称为磷酸戊糖途径。从6-磷酸葡萄糖开始分解，又称为磷酸己糖旁路。 磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, ppp） 磷酸戊糖途径 （pentose phosphate pathway, ppp） 1、化学反应历程及催化酶类 特点：氧化脱羧阶段和非氧化分子重排阶段 2、总反应式和生理意义null磷酸戊糖途径的两个阶段 磷酸戊糖途径的两个阶段 2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-５-P 6 NADP+ NADPH 6 NADP+ 6NADPH6CO26H2O磷酸戊糖途径的过程磷酸戊糖途径的过程磷酸己糖的氧化 戊糖互变 基团转移 磷酸己糖的生成磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段 磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段 NADPH+H+CO26-磷酸葡萄糖 脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶（1） 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯（1） 6-磷酸葡萄糖转变为 6-磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖脱氢酶 glucose 6-phosphate dehydrogenase(G6PD)限速酶，对NADP+有高度特异性(2) 6-磷酸葡萄糖酸内酯转变为 6-磷酸葡萄糖酸(2) 6-磷酸葡萄糖酸内酯转变为 6-磷酸葡萄糖酸H2O内酯酶 lactonase(3) 6-磷酸葡萄糖酸转变为 5-磷酸核酮糖(3) 6-磷酸葡萄糖酸转变为 5-磷酸核酮糖磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一 （5-磷酸核酮糖异构化） 磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一 （5-磷酸核酮糖异构化） 差向异构酶异构酶null（2）磷酸戊糖的异构462磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二 （基团转移） 磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二 （基团转移） +24-磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖25-磷酸木酮糖H（5) 二分子五碳糖的基团转移反应（5) 二分子五碳糖的基团转移反应转酮酶(TPP)(6)七碳糖与三碳糖的基团转移反应(6)七碳糖与三碳糖的基团转移反应转醛酶Mg2+或Mn2+(7)四碳糖与五碳糖的基团转移反应(7)四碳糖与五碳糖的基团转移反应转酮酶(TPP)基团转移（续前） 基团转移（续前） +转酮酶转酮酶与转醛酶转酮酶与转醛酶 转酮酶(transketolase)就是催化含有一个酮基、一个醇基的二碳基团转移的酶。其接受体是醛，辅酶是TPP。 转醛酶(transaldolase)是催化含有一个酮基、二个醇基的三碳基团转移的酶。其接受体亦是醛，但不需要TPP。磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解） 磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解） 醛缩酶二磷酸果糖酯酶异构酶6-磷酸葡萄糖的生成nullP磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段异构酶转酮酶转酮酶醛缩酶阶段之一阶段之二阶段之三nullTCAnull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。 磷酸戊糖途径总反应式 磷酸戊糖途径总反应式磷酸戊糖途径图磷酸戊糖途径图糖酵解途径葡萄糖null 1.磷酸戊糖途径是生物普遍存在的途径 2.提供大量的能量,仅次于有氧氧化 3.提供生物合成的还原剂-NADPH 4.提供核酸,辅酶合成的原料-核糖 5.与植物光合作用有关-C3,C4 6.是戊糖分解的必经途径磷酸戊糖途径的生理意义5-磷酸核糖作用5-磷酸核糖作用合成原料NADPH的主要功能NADPH的主要功能1）、作为供氢体 ---参与体内多种生物合成反应2）、是谷胱甘肽还原酶的辅酶 ---对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量起重要作用3）、作为加单氧酶的辅酶 ---参与肝脏对激素、药物和毒物的生物转化作用4）、清除自由基的作用 NADPH作为体内的供氢体NADPH作为体内的供氢体 脂肪酸、胆固醇和类固醇化合物的生物合成，均需要大量的NADPH。NADPH + H+ 谷胱甘肽的功能： 谷胱甘肽的功能：(1) 解毒功能 (2) 保护巯基酶/蛋白质 (3) 可消除自由基 (4) 协肋氨基酸的吸收NADPH作为羟化酶的辅酶NADPH作为羟化酶的辅酶羟化反应： (1)与某些生物合成(胆固醇、胆汁酸、类固醇激素等)有关； (2)与肝脏的生物转化(激素、药物、毒物的生物转化)有关。蚕豆病 :蚕豆病 : 蚕豆病的症状是： 吃蚕豆几小时或1～2天后，突然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。蚕豆病，俗称蚕豆黄 机理: 蚕豆中有3种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两种使谷胱甘肽氧化，后一种能激发红细胞的自身破坏， 血像检查: 红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。磷酸戊糖途径小结磷酸戊糖途径小结1.不必经过EMP和途径，在葡萄糖上直接脱羧脱氢. 2.脱氢酶的辅酶为NADP+. 3. .6-P-葡萄糖酸脱氢酶既脱氢又脱羧. 4.中间物有C4,C5, C7 5.能量生成:29/30ATP（糖原）磷酸戊糖途径特点 ：磷酸戊糖途径特点 ：反应部位： 胞浆 反应底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反应产物： NADPH、5-磷酸核糖 限速酶： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD) null磷酸戊糖途径的调节1.限速酶肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性最低，所以它是戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应步骤。2. NADP+/NADPH比值的调节NADPH竞争性抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。 机体内NAD+/NADH比NADP+/NADPH的比值要高几个数量级，前者为700， 后者为0.014，这使NADPH可以进行有效的反馈抑制调控。只有NADPH在脂 肪的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生 出NADPH。3.底物浓度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。其它糖进入单糖分解的途径 其它糖进入单糖分解的途径 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。 ED途径ED途径ED途径 ATP ADP NADP+ NADPH2 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖 6-磷酸-葡萄酸 ~~激酶 （与EMP途径连接） ~~氧化酶 (与HMP途径连接) EMP途径 3-磷酸-甘油醛 ~~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 ED途径ED途径ED途径ED途径ED途径ED途径的特点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。 nullED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. ED途径的总反应ED途径的总反应 ATP C6H12O6 ADP KDPG ATP 2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸 6ATP 2乙醇 (有氧时经过呼吸链) （无氧时进行细菌乙醇发酵）ED途径的总反应ED途径的总反应（续）关键反应：2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸的裂解 ATP 有氧时经呼吸链 6ATP 无氧时 进行发酵 2乙醇2ATP NADH+H+ NADPH+H+ 2丙酮酸 ATP C6H12O6 KDPGED途径的总反应（续）null催化的酶：6-磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶 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，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低nullnull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。null 许多微生物及植物能够利用乙酸作为唯一的碳源，这些生物机体中除有TCA循环外还有另一途经,此途经中间代谢物有乙醛酸故称乙醛酸循环。此途经与TCA循环相联系，故又称TCA循环支路。二、三羧酸循环支路---乙醛酸循环(一).乙醛酸循环的概念null乙醛酸循环过程nullnullnull三羧酸循环与乙醛酸循环的关系null乙醛酸循环的特点异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶1.两个关键酶2.有些微生物和动物不能利用乙酸作为营养物是因为它们体內无乙酰CoA合成酶3.葡萄糖可抑制异柠檬酸裂解酶的活性葡萄糖存在时进行TCA循环4.乙醛酸循环不是乙酰CoA的分解途径而是利用二碳合成四碳化合物.(琥珀酸)null1.利用乙酸作为碳源提供能量(生成NADH). 2.利用乙酸作为碳源合成糖,氨基酸,脂肪。 3.利用脂肪合成糖（油料植物种子萌发）。 4.提供TCA循环的中间产物.乙醛酸循环的生理意义三、单糖的生物合成三、单糖的生物合成1、葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用 2、糖异生作用 糖异生作用的主要途径和关键反应 糖酵解与糖异生作用的关系 糖分解与糖异生作用的关系光合作用 光合作用 糖异生主要途径和关键反应 糖异生主要途径和关键反应 非糖物质转化成糖代谢的中间产物后，在相应的酶催化下,绕过糖酵解途径的三个不可逆反应,利用糖酵解途径其它酶生成葡萄糖的途径称为糖异生。 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磷酸二羟丙酮2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶果糖激酶二磷酸果糖磷酸酯酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖磷酸酯酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶null糖异生的概念及证据糖异生是指从非糖物质如丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等在肝脏中合成葡萄糖的过程。(葡萄糖-6-磷酸酶只在肝脏中存在)null 哺乳动物糖异生的前体物质主要有乳酸、丙酮酸、甘油和一些氨基酸。高等动物糖异生绝大多数发生于肝脏，极少部分发生于肾皮质。 植物萌发时，贮存的甘油三酯和蛋白质通过糖异生转变为蔗糖运送到生长的植物，葡萄糖及其衍生物是植物细胞壁、核苷酸、辅酶及其他重要代谢物的合成前体。 许多微生物可以生长在简单有机物如乙酸、乳酸、丙酸等条件下，通过糖异生把它们转变为葡萄糖。种子萌发时贮存的油脂 转化为蔗糖种子萌发时贮存的油脂 转化为蔗糖萌发种子中甘油三酯的甘油被转变为蔗糖萌发种子中甘油三酯的甘油被转变为蔗糖证明糖异生的实验证明糖异生的实验1.禁食: 用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸后，发现大鼠肝糖原增加。null2.抑制: 根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷抑制肾小管将葡萄糖重吸收进入血液中，这样血液中的葡萄糖就不断的由尿中排出。当给用根皮苷处理过的动物饲喂生糖氨基酸后，发现动物尿中的糖含量增加。 null3.切除胰岛:切除胰岛的动物，他们从氨基酸转化成糖的过程十分活跃。当摄入生糖氨基酸时，尿中糖含量增加。 null2.不可逆反应: 6-P-F 1.6-二P-F糖异生的途径糖异生过程基本上是糖酵解途径的逆过程，但具体过程 并不是完全相同，因为在酵解过程中有三步是不可逆的 反应，而在糖异生中要通过其它的旁路途径来绕过这三 步不可逆反应，完成糖的异生过程。3.不可逆反应3.不可逆反应不能通过酵解的逆反应实现，需胞质和线粒体酶的相互协作完成。 1、丙酮酸进入线粒体，在羧化酶的作用下生成草酰乙酸； 2、草酰乙酸不能过线粒体内膜，在苹果酸脱氢酶作用下生成苹果酸； 3、苹果酸进入胞质，在苹果酸脱氢酶作用下转变回草酰乙酸； 4、草酰乙酸在PEP羧激酶作用下生成PEP。null逆反应: 2丙酮酸+4ATP+2GTP+2(NADH+H+)+4H2O →葡萄糖+2NAD+ +4ADP +2GDP +6Pi糖异生作用的总反应式如下null第1步 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸提问：如何进行？丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式 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。丙酮酸生成磷酸 烯醇式丙酮酸丙酮酸生成磷酸 烯醇式丙酮酸null丙酮酸 草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） PEP 苹果酸 苹果酸 草酰乙酸 天冬氨酸 天冬氨酸 草酰乙酸 (胞液) (线粒体) 羧化酶 羧激酶 羧激酶 羧激酶 NAD+NADH+H+NADH+H+NAD+糖异生途径关键反应之一糖异生途径关键反应之一糖异生途径关键反应之二 糖异生途径关键反应之二 糖异生途径关键反应之三 糖异生途径关键反应之三 糖酵解和葡萄糖异生的关系糖酵解和葡萄糖异生的关系A G-6-P磷酸酯酶 B F-1.6-P磷酸酯酶 C1 丙酮酸羧化酶 C2 PEP羧激酶null葡萄糖-6-磷酸酶第1步第2步第3步草酰乙酸丙酮酸羧化酶 磷酸烯醇式丙酮酸 羧激酶 果糖双磷酸酶-1糖分解和糖异生的关系糖分解和糖异生的关系（胞液）（线粒体）（PEP）null（三）.丙酮酸羧化酶在线粒体-穿梭作用null（四）、糖异生途径的前体1.丙酮酸类物质凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。 例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬 酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果 酸都可以转变成草酰乙酸而进入糖异生途径。2、氨基酸大多数氨基酸是生糖氨基酸如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、 丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、苏氨酸、 脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、缬氨酸等，它们 可转化成丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循环中间 物参加糖异生途径。 null反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素 成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀酰CoA 参加糖异生途径合成葡萄糖。 3、酵解产生的乳酸剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。这一乳酸——葡萄糖的循环过程称为Cori循环。 4、脂肪酸类物质糖异生糖异生乳酸： 丙酮酸 (线粒体) 天冬氨酸 丙氨酸： 丙酮酸 (线粒体) 苹果酸 甘油： 3-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮null3-磷酸甘油激酶3-磷酸甘油脱氢酶null剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，PH值下降,乳酸血流 流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进 而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来,防止酸中毒. 3.与氨基酸,脂肪代谢相联系 4.维持三羧酸循环的正常进行(五) 糖异生的生理意义1.维持血糖浓度的稳定在饥饿或剧烈运动造成糖原下降后，糖异生能使酵解产生的乳酸、脂肪分解产生的甘油以及生糖氨基酸等中间产物重新生成糖。这对维持血糖浓度，满足组织对糖的需要是十分重要的。2.乳酸的利用null人脑对葡萄糖有高度的依赖性，以葡萄糖为主要原料，红细胞需要葡萄糖。一般情况下，体内葡萄糖可以维持一天的需要；处于饥饿或剧烈运动状态时，必须由非糖物质转变为葡萄糖，机体必须维持一定的血糖水平才能满足器官对葡萄糖的需要。底物循环底物循环概念：作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应，这种互变循环就称为底物循环。 无效循环：当底物循环中的两种酶活性相等时，不能将代谢向前推进，结果ATP分解释放能量，因而称为无效循环。 对糖酵解途径与糖异生途径中的2个底物循环进行调节，是糖异生调节的主要方式。第一个底物循环第一个底物循环ATPADPPi6-磷酸果糖激酶-1果糖双磷酸酶-12,6-二磷酸果糖 AMP6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖—＋null胰高血糖素: →cAMP →蛋白激酶A → 6-磷酸果糖激酶-2(磷酸化,失活) → 2，6-二磷酸果糖↓ →促进糖异生,抑制糖的分解。 胰岛素: 作用相反 2，6-二磷酸果糖目前被认为是肝内调节糖的分解或糖异生方向的主要信号。 第二个底物循环第二个底物循环磷酸烯醇型丙酮酸1,6-二磷酸果糖丙 酮 酸 乙酰CoA丙酮酸激酶草酰乙酸+–+丙酮酸羧化酶丙酮酸脱氢酶复合体null1. 丙酮酸激酶 （1）1,6-双磷酸果糖是丙酮酸激酶的别构激活剂 胰高血糖素→2,6-双磷酸果糖↓→ 1,6-双磷酸果糖↓ （2）胰高血糖素→ cAMP →丙酮酸激酶磷酸化失活 （3）丙酮酸激酶可被丙氨酸（糖异生原料）抑制。 2. 丙酮酸羧化酶 （1）乙酰CoA存在，丙酮酸羧化酶才有活性。 （2）乙酰CoA对丙酮酸脱氢酶有抑制作用。乳酸循环乳酸循环概念：肌收缩（尤其是氧供应不足时）通过糖酵解产生乳酸，因为肌肉内糖异生活性低，所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖入血后又可被肌肉摄取，这就构成了一个循环，成为乳酸循环，也叫Cori循环。 意义：在于避免损失乳酸及防止乳酸堆积引起酸中毒。null乳酸循环葡萄糖葡萄糖 葡萄糖乳酸乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸NADH NAD+NADH NAD+糖异生途径糖酵解途径肝 血液 肌肉Cori循环