生物化學(xué)第25章蘭州大學(xué)經(jīng)典課件戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑

第25章戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑(Pentosephosphatepathwayandothermetabolismpathwayofcarbohydrates)一、戊糖磷酸途徑二、糖的其他代謝途徑三、葡萄糖出入動(dòng)物細(xì)胞的特殊運(yùn)載機(jī)構(gòu)四、乙醛酸途徑五、寡糖類的生物合成和分解第25章戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑(Pentosep1一、戊糖磷酸途徑

戊糖磷酸途徑（pentosephosphatepathway，PPP）又稱己糖單磷酸途徑（hexosemonophosphatepathway，HMP），這些名稱強(qiáng)調(diào)的是從磷酸化己糖形成磷酸化戊糖的過(guò)程。

一、戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑（pentosepho2戊糖磷酸途徑的發(fā)現(xiàn)向供研究糖酵解使用的組織勻漿中添加碘乙酸（甘油醛-3-磷酸脫氫酶的抑制劑）和氟化鈉（烯醇化酶的抑制劑）等糖酵解途徑的抑制劑，發(fā)現(xiàn)葡萄糖的利用仍在繼續(xù)。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明葡萄糖的利用除了經(jīng)過(guò)糖酵解途徑外，還有其他途徑。戊糖磷酸途徑的發(fā)現(xiàn)向供研究糖酵解使用的組織勻漿中添加3戊糖磷酸途徑的發(fā)現(xiàn)

1931年，OttoWarburg及其同事，還有FritzLipman，發(fā)現(xiàn)了葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和6-磷酸葡糖酸脫氫酶，這兩種酶催化的反應(yīng)都可以利用葡萄糖，他們還發(fā)現(xiàn)NADP+是這兩種酶的輔酶。通過(guò)對(duì)這條途徑的詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)葡萄糖轉(zhuǎn)變成了多種五碳糖、七碳糖、四碳糖、三碳糖及六碳糖的磷酸酯。在這條途徑中，有CO2的釋放和NADPH的合成，但沒(méi)有ATP的合成。

戊糖磷酸途徑的發(fā)現(xiàn)1931年，OttoWarbur4戊糖磷酸途徑的氧化階段6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖葡萄糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯葡萄糖-6-磷酸脫氫酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶戊糖磷酸途徑的氧化階段6-磷酸葡萄糖酸5戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅰ核酮糖-5-磷酸異構(gòu)酶核酮糖-5-磷酸核糖-5-磷酸戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅰ核酮糖-5-磷核酮糖-5-磷酸6戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅱ

核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸核酮糖-5-磷酸差向異構(gòu)酶戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅱ核酮糖-5-磷酸7戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅲ轉(zhuǎn)酮酶木酮糖-5-磷酸核糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸景天庚酮糖-7-磷酸戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅲ轉(zhuǎn)酮酶木酮糖-5-磷酸8戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅳ景天庚酮糖-7-磷酸甘油醛-3-磷酸赤蘚糖-4-磷酸果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)醛酶戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅳ景天庚酮甘油醛-3-磷酸9戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅴ轉(zhuǎn)酮酶赤蘚糖-4-磷酸甘油醛-3-磷酸果糖-6-磷酸木酮糖-5-磷酸戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅴ轉(zhuǎn)酮酶赤蘚糖-4-磷酸10戊糖磷酸途徑概貌Ⅰ戊糖磷酸途徑概貌Ⅰ11戊糖磷酸途徑概貌Ⅱ戊糖磷酸途徑概貌Ⅱ12戊糖磷酸途徑概貌Ⅲ戊糖磷酸途徑概貌Ⅲ13戊糖磷酸途徑的總反應(yīng)式

6葡萄糖-6-磷酸＋7H2O＋12NADP+→5葡萄糖-6-磷酸＋6CO2＋12NADPH＋12H+＋Pi葡萄糖-6-磷酸＋7H2O＋12NADP+→6CO2＋12NADPH＋12H+＋Pi戊糖磷酸途徑的總反應(yīng)式6葡萄糖-6-磷酸＋7H2O＋12NA14戊糖磷酸途徑的調(diào)控

戊糖磷酸途徑主要是為其他代謝途徑提供NADPH和核糖。細(xì)胞中NADP+/NADPH的比值是決定戊糖磷酸途徑運(yùn)行強(qiáng)度的重要因素，當(dāng)NADPH濃度很高時(shí)，抑制葡萄糖-6-磷酸脫氫酶及6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性，使該途徑的氧化階段無(wú)法進(jìn)行。

戊糖磷酸途徑的調(diào)控戊糖磷酸途徑主要是為其他代謝途徑提15對(duì)NADPH和核糖-5-磷酸的需求決定戊糖磷酸途徑的運(yùn)行1．當(dāng)機(jī)體對(duì)核糖-5-磷酸的需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)NADPH的需要時(shí)，大量的葡萄糖-6-磷酸通過(guò)糖酵解途徑轉(zhuǎn)變?yōu)楣?6-磷酸和甘油醛-3-磷酸，這兩種物質(zhì)進(jìn)入戊糖磷酸途徑，以逆反應(yīng)的途徑生成核糖-5-磷酸。2．當(dāng)機(jī)體對(duì)NADPH和核糖-5-磷酸的需要處于平衡狀態(tài)時(shí)，戊糖磷酸途徑的前半部分正常進(jìn)行，后半部分由于核糖-5-磷酸的離去而運(yùn)行很弱。3．當(dāng)機(jī)體對(duì)NADPH的需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)對(duì)核糖-5-磷酸的需要時(shí)，戊糖磷酸途徑正常運(yùn)行，核糖-5-磷酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6-磷酸重新進(jìn)入氧化階段。對(duì)NADPH和核糖-5-磷酸的需求決定戊糖磷酸途徑的運(yùn)行1．16戊糖磷酸途徑的生物學(xué)意義1．戊糖磷酸途徑是細(xì)胞產(chǎn)生還原力的主要途徑

葡萄糖氧化釋放的能量可以以ATP的形式提供給各種需能反應(yīng)的需要，也可以以NADH或NADPH的形式提供給一些還原反應(yīng)的需要，NADH可以進(jìn)入呼吸電子傳遞鏈產(chǎn)生ATP，而NADPH不能進(jìn)入呼吸電子傳遞鏈，只能以還原力的形式用于合成代謝途徑中的還原反應(yīng)。

戊糖磷酸途徑的生物學(xué)意義1．戊糖磷酸途徑是細(xì)胞產(chǎn)生還原力的主17戊糖磷酸途徑對(duì)紅細(xì)胞的重要作用

在脊椎動(dòng)物的紅細(xì)胞中戊糖磷酸途徑的酶類活性也很高。因?yàn)樵撏緩教峁┑腘ADPH可保證紅細(xì)胞中的谷胱甘肽處于還原狀態(tài)，而還原型谷胱甘肽可維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性，還可以防止膜脂被過(guò)氧化物等氧化，保持血紅素中的Fe處于＋2價(jià)。有些人因遺傳缺陷缺乏葡萄糖-6-磷酸脫氫酶，容易產(chǎn)生溶血性貧血癥。

戊糖磷酸途徑對(duì)紅細(xì)胞的重要作用在脊椎動(dòng)物的紅細(xì)胞中戊18戊糖磷酸途徑的生物學(xué)意義2．戊糖磷酸途徑是細(xì)胞內(nèi)不同糖分子的重要來(lái)源

許多不同碳鏈長(zhǎng)度的糖都可以由戊糖磷酸途徑獲得，它們可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成各種單糖和多糖。合成各種核苷酸和各種含核糖的輔酶所需的核糖都來(lái)源于戊糖磷酸途徑。

戊糖磷酸途徑的生物學(xué)意義2．戊糖磷酸途徑是細(xì)胞內(nèi)不同糖分子19二、糖的其他代謝途徑葡糖異生作用指的是以非糖物質(zhì)作為前體合成葡萄糖的作用。常見(jiàn)的可用于合成葡萄糖的物質(zhì)有：乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油、氨基酸等。葡糖異生作用主要發(fā)生在肝臟，少量發(fā)生在腎皮質(zhì)。葡糖異生作用(gluconeogenesis)二、糖的其他代謝途徑葡糖異生作用指的是以非糖物質(zhì)作為20葡糖異生的意義

人腦以葡萄糖作為主要能量來(lái)源，對(duì)葡萄糖有高度依賴性。成人腦每日大約需要120g葡萄糖，占人體對(duì)葡萄糖每日需要量160g的絕大部分。已知體液中的葡萄糖含量約為20g，從糖原可隨時(shí)提供的葡萄糖約為190g，因此機(jī)體在一般情況下，體內(nèi)的葡萄糖量只夠維持一天多的需要。如果機(jī)體處于饑餓狀態(tài)，則必須由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成葡萄糖提供急需。當(dāng)機(jī)體處于劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，也需要由非糖物質(zhì)及時(shí)轉(zhuǎn)變成葡萄糖以供產(chǎn)能。

葡糖異生的意義人腦以葡萄糖作為主要能量來(lái)源，對(duì)葡萄糖21葡糖異生途徑從丙酮酸開(kāi)始，葡糖異生的反應(yīng)步驟很多都是糖酵解的逆反應(yīng)，但糖酵解中的3步不可逆反應(yīng)必須繞道而行。這3步是

丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸

果糖-1,6-二磷酸→果糖-6-磷酸

葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖

葡糖異生途徑從丙酮酸開(kāi)始，葡糖異生的反應(yīng)步驟很多都是22丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸是先由丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸，再由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化反應(yīng)生成磷酸烯醇式丙酮酸。

丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸23丙酮酸羧化成草酰乙酸N-1羧化生物素-酶丙酮酸草酰乙酸丙酮酸羧化成草酰乙酸N-1羧化生物素-酶丙酮酸草酰乙酸24草酰乙酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸

草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶草酰乙酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸25丙酮酸→磷酸烯醇式

丙酮酸總反應(yīng)式丙酮酸+ATP+GTP+H2O→磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+GDP+Pi丙酮酸→磷酸烯醇式

丙酮酸總反應(yīng)式丙酮酸+ATP+G26果糖-1,6-二磷酸→果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸酶

果糖-1,6-二磷酸+H2O————→果糖-6-磷酸+Pi果糖-1,6-二磷酸→果糖-6-磷酸果糖-1,6-果糖-127葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖-6-磷酸+H

2O———————→葡萄糖＋Pi葡萄糖-6-磷酸→葡萄糖葡萄糖-6-磷酸酶葡萄糖-6-磷酸28葡糖異生途徑概貌Ⅰ葡糖異生途徑概貌Ⅰ29葡糖異生途徑概貌Ⅱ葡糖異生途徑概貌Ⅱ302分子丙酮酸生成1分子葡萄糖總反應(yīng)式2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++6H2O→葡萄糖+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+上述反應(yīng)的ΔG0’=－37.66kJ/mol2分子丙酮酸生成1分子葡萄糖總反應(yīng)式2丙酮酸+4ATP31葡糖異生作用的調(diào)節(jié)Ⅰ

葡糖異生作用的調(diào)節(jié)Ⅰ32葡糖異生作用的調(diào)節(jié)Ⅱ葡糖異生作用的調(diào)節(jié)Ⅱ33乳酸的可立氏循環(huán)乳酸的可立氏循環(huán)34四、乙醛酸途徑