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1、第第七七章章 糖代谢糖代谢- -磷酸磷酸戊糖戊糖途径途径 和和其它糖代谢途径其它糖代谢途径 Sept, Sept, 20152015 王灿华王灿华 Tel: 34204892 生物楼生物楼4号楼号楼314室室 Email: wangcanhua 磷酸戊糖途径和其它糖代谢途径磷酸戊糖途径和其它糖代谢途径 总纲总纲 磷酸磷酸戊糖途径的戊糖途径的过程过程 磷酸磷酸戊糖途径的戊糖途径的化学计量化学计量 磷酸磷酸戊糖途径的生物学戊糖途径的生物学意义意义 磷酸磷酸戊糖途径的戊糖途径的调控调控 葡萄糖葡萄糖的异生的异生途径途径 乳酸乳酸循环循环 磷 酸 戊 糖 途 径 磷 酸 戊 糖 途 径 糖 异 生 途
2、 径 和 糖 原 代 谢 糖 异 生 途 径 和 糖 原 代 谢 总纲总纲 一、磷酸戊糖途径的过程一、磷酸戊糖途径的过程 （Pentose Phosphate Pathway, PPP） 场所：场所：细胞质细胞质 氧化阶段氧化阶段： 从从6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖氧化开始，氧化开始，直接氧化直接氧化 脱氢脱氢脱羧形成脱羧形成5-磷酸核糖。磷酸核糖。 非氧化阶段非氧化阶段：磷酸戊糖分子在：磷酸戊糖分子在转酮酶转酮酶和和转醛酶转醛酶的的 催化催化下互变异构及重排，产生下互变异构及重排，产生6-磷酸磷酸 果糖和果糖和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛。 中间产物中间产物：C3、C4、C5、C6和和C7糖。糖。
3、PPPPPP概述概述 转酮酶和转醛酶转酮酶和转醛酶 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 5-磷酸核糖磷酸核糖 PPPPPP概述概述 (一一)不可逆的氧化脱羧不可逆的氧化脱羧阶段阶段 脱氢：脱氢： NADP+作为氢的受体作为氢的受体 水解：水解： 开环开环 脱氢脱羧：脱氢脱羧：NADP+作为氢的受体作为氢的受体 脱去脱去1分子分子CO2 PPPPPP氧化脱羧氧化脱羧阶段阶段 16-磷酸葡萄糖的磷酸葡萄糖的 脱氢脱氢反应反应 在在葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱磷酸脱 氢酶氢酶作用下，以作用下，以 NADP+为辅酶，催为辅酶，催 化化6-磷酸葡萄糖脱磷酸葡萄糖脱 氢，生成氢，生成6-磷酸葡磷酸葡 萄糖内酯及萄糖内酯
4、及NADPH。 PPPPPP氧化脱氢氧化脱氢 26-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 内酯的水解反应内酯的水解反应 在在6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖 内酯酶催化下内酯酶催化下， 6-磷酸葡萄糖内酯磷酸葡萄糖内酯 水解，生成水解，生成6-磷酸磷酸 葡萄糖酸。葡萄糖酸。 PPPPPP水解水解 36-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 的脱氢脱羧反应的脱氢脱羧反应 在在6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 酸脱氢酶酸脱氢酶作用下，作用下， 以辅酶以辅酶NADP+为为 氢受体，催化氢受体，催化6- 磷酸葡萄糖酸氧磷酸葡萄糖酸氧 化脱羧，生成化脱羧，生成5- 磷酸核酮糖磷酸核酮糖和另和另 一分子一分子NADPH。 PPPPPP氧化脱羧氧化脱
5、羧 戊糖磷酸途径的氧化阶段戊糖磷酸途径的氧化阶段 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 6-磷酸葡萄糖内酯磷酸葡萄糖内酯 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 核酮糖核酮糖5-磷酸磷酸 PPPPPP氧化阶段总结氧化阶段总结 产物的反馈 调节酶活性 (二二)可逆的非氧化分子重排阶段可逆的非氧化分子重排阶段 糖糖分子重新分子重新组合组合 异构反应异构反应 转酮反应转酮反应 转醛转醛反应反应 PPPPPP非氧化阶段非氧化阶段 4磷酸戊糖的异构化磷酸戊糖的异构化反应反应 5-磷酸核酮糖经磷酸核酮糖经磷酸核糖异构酶催化，形成磷酸核糖异构酶催化，形成5-磷酸磷酸核糖（核糖（5-PR） 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖（5C） 5-
6、磷酸核糖磷酸核糖 （5C） PPPPPP异构反应异构反应 55-磷酸核酮糖转变为磷酸核酮糖转变为5-磷酸木磷酸木酮糖酮糖 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖也可也可在其差向异构酶催化下转变为其在其差向异构酶催化下转变为其差向异差向异 构体构体5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖(5-PX)。 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖（5C） 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖（5C） PPPPPP异构反应异构反应 （5-PX, 5C） （5-PR, 5C） （3C） （7C） 6. 转转酮反应（转酮反应（转C） 转转酮酶酮酶催化催化5-PX上的乙酮醇基上的乙酮醇基(羟乙酰基羟乙酰基)转移到转移到5-磷酸磷酸核糖核糖(5- PR)的第一个碳原
7、子上，生成甘油醛的第一个碳原子上，生成甘油醛-3P和和7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖 (5C5C 3C7C)。转酮酶转移一个转酮酶转移一个2C单位，其供体是酮糖，单位，其供体是酮糖， 而受体是醛糖。而受体是醛糖。 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 5-磷酸核糖磷酸核糖 PPPPPP转酮反应转酮反应 进入糖酵解进入糖酵解 转酮酶转酮酶以硫胺素焦磷酸以硫胺素焦磷酸(TPP)为辅酶，其作用机理为辅酶，其作用机理 与丙酮酸脱氢酶系中与丙酮酸脱氢酶系中TPP 类似。类似。 PPPPPP转酮反应转酮反应 7转醛反应（转转醛反应（转3C） 转醛酶转醛酶催化催化7-磷酸景天庚酮糖上的二羟丙酮基转给磷酸景天庚酮糖上的
8、二羟丙酮基转给3磷酸磷酸-甘甘 油醛，生成油醛，生成4-磷酸赤藓糖和磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖磷酸果糖(7C3C 4C6C)。 作用机理与作用机理与转酮酶转酮酶相似相似,但但无辅酶无辅酶。供体是酮糖，而受体是。供体是酮糖，而受体是 醛糖。醛糖。 转醛酶转醛酶 （6C） （4C） （3C） （7C） 进入糖酵解进入糖酵解 PPPPPP转醛反应转醛反应 （6C） （4C） （5C） （3C） 8. 又又一个一个转酮反应（转转酮反应（转C） 转转酮酶酮酶催化另一分子催化另一分子5-磷酸木酮糖上的羟乙酰基磷酸木酮糖上的羟乙酰基转到磷酸赤藓转到磷酸赤藓 糖的第一个碳原子上，生成糖的第一个碳原子上，生成 3
9、磷酸磷酸-甘油醛和甘油醛和6-PF（5C+ 4C 3C+ 6C）。）。 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 PPPPPP转酮反应转酮反应 进入糖酵解进入糖酵解 9磷酸己糖的异构化反应磷酸己糖的异构化反应 6-磷酸果糖磷酸果糖经异构化形成经异构化形成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖。 （6C） 也可回到也可回到 循环开始循环开始 进入糖酵解进入糖酵解 PPPPPP异构反应异构反应 还原性合成代谢途径还原性合成代谢途径 COCO2 2 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径氧化阶段氧化阶段 PPPPPP总结总结 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径非氧化阶段非氧化阶段 转酮酶转酮酶 转醛酶转醛酶 转酮酶转酮酶 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 5-
10、磷酸磷酸 木酮糖木酮糖 5-磷酸磷酸 核糖核糖 核酸生核酸生 物合成物合成 5-磷酸磷酸 木酮糖木酮糖 PPPPPP总结总结 氧化阶段氧化阶段 36C 35C+3CO2 (2) 非氧化非氧化阶段阶段 5C+5C 3C + 7C 转酮酶转酮酶 7C+3C 4C + 6C 转醛酶转醛酶 5C+4C 3C + 6C 转酮酶转酮酶 35C 26C+3C (1) 65C 46C+ 23C= 56C 总反应总反应: (1)+(2) 36C 26C+3C+3CO2 PPPPPP总结总结 则总反应为：则总反应为： 6Glc-6P +12NADP+ 5Glc-6P + 12(NADPH + H+) + 6CO2
11、 3Glc-6P+6NADP+ 2Glc-6P+6(NADPH +H+)+ 3CO2 + 甘油醛甘油醛-3P 6Glc-6P +12NADP+ 4Glc-6P+12(NADPH+H+) +6CO2+2甘油醛甘油醛-3P 而：甘油醛而：甘油醛-3P + 甘油醛甘油醛-3P ( 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮) Glc-6P 二、磷酸戊糖途径的二、磷酸戊糖途径的化学计量化学计量 1、若每次以若每次以3Glc-6P开始，则可产生开始，则可产生6NADPH+3CO2+3核酮糖核酮糖-5P 2、3核酮糖核酮糖-5P 2 6C(Glc-6P和和F-6P) + 甘油醛甘油醛-3P 相当于净氧化相当于净氧化1分子葡
12、萄糖。但产生的分子葡萄糖。但产生的6CO2并非来自同一分并非来自同一分 子子Glc-6P，而是来自，而是来自6分子分子Glc-6P。 故：故： 1C6H12O6(葡萄糖葡萄糖)ATP12NADP+ 6CO212(NADPHH )+ADP 从从Glc开始的总反应式：开始的总反应式： PPPPPP化学计量化学计量 如果葡萄糖的第如果葡萄糖的第3位碳原子用位碳原子用14C标记，经过戊糖标记，经过戊糖 磷酸途径转变为果糖磷酸途径转变为果糖-6-磷酸和赤藓糖磷酸和赤藓糖-4-磷酸，问磷酸，问 此两种糖的哪个（或哪些）碳原子被标记？此两种糖的哪个（或哪些）碳原子被标记？ PPPPPP例题例题 14C3标记
13、的葡萄糖进入戊糖磷酸途径，经氧化脱羧后，标记的葡萄糖进入戊糖磷酸途径，经氧化脱羧后，葡萄葡萄 糖糖的的14C3就成了磷酸戊糖就成了磷酸戊糖（5C糖糖，包括核酮糖，包括核酮糖-5-磷酸、磷酸、核糖核糖 -5-磷酸和木酮糖磷酸和木酮糖-5-磷酸）的磷酸）的14C2。而木酮糖。而木酮糖-5-磷酸上磷酸上最上面最上面 的的C1和和14C2经转酮酶的第一次催化，转移到核糖经转酮酶的第一次催化，转移到核糖-5-磷酸磷酸上，上， 生成的景天庚酮糖生成的景天庚酮糖-7-磷酸（磷酸（C7糖）的糖）的C2和和C4位置位置被标记被标记。 14C2、14C4标记的景天庚酮糖标记的景天庚酮糖-7-磷酸经转醛酶催化，将其
14、磷酸经转醛酶催化，将其C1、 14C2和 和C3转到甘油醛转到甘油醛-3-磷酸上，生成的磷酸上，生成的果糖果糖-6-磷酸（磷酸（C6糖糖） 的的C2位置被标记位置被标记，赤藓糖赤藓糖-4-磷酸的磷酸的C1位置被标记位置被标记。 14C2标记的另一分子木酮糖标记的另一分子木酮糖-5-磷酸与被磷酸与被14C1标记的赤藓糖标记的赤藓糖-4- 磷酸经转酮酶的第二次催化，生成的磷酸经转酮酶的第二次催化，生成的果糖果糖-6-磷酸的磷酸的C2和和C3 位置被标记位置被标记。 PPPPPP例题答案例题答案 三、磷酸戊糖途径的生物学意义三、磷酸戊糖途径的生物学意义 1. 提供生物合成的还原剂提供生物合成的还原剂
15、NADPH 2. 维持红细胞膜的完整维持红细胞膜的完整 红细胞需要大量的还原型红细胞需要大量的还原型GSH, 维持蛋白质维持蛋白质 结构的完整性。结构的完整性。 保护脂膜防止被过氧化物等氧化。保护脂膜防止被过氧化物等氧化。 维持红细胞内血红素维持红细胞内血红素Fe2+状态，高铁状态，高铁Hb无运输氧的功能。无运输氧的功能。 非洲和我国南方一些地区发生遗传性非洲和我国南方一些地区发生遗传性葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 缺陷缺陷 (急性溶血性黄胆急性溶血性黄胆-蚕豆黄蚕豆黄)。因。因NADPH缺乏，红细胞缺乏，红细胞 膜抗氧化能力下降。膜抗氧化能力下降。 GSSG+NADPH+H+ GSSG还原酶还原酶 2GSH+NADP+ PPPPPP生物意义生物意义 谷胱甘肽过氧谷胱甘肽过氧(化化)物酶物酶 谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽还原酶 氧化型氧化型 还原型还原型 PPP 除草剂 PPPPPP生物意义生物意义 抗疟疾药 蚕豆嘧啶 活性氧活性氧簇簇等氧化代 谢产物是机体氧化 应激的重要来源 3. 中间产物中间产物
