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1、前面是手写的，所以从 548 页开始 P548 糖质新生十分昂贵的糖质新生十分昂贵的,但是必须的但是必须的 从丙酮酸到自由血糖生物合成反应的总和 2 丙酮酸+4 ATP+2GTP+2 NADH+ 2h+4 水葡萄糖+4ADP+2GDP+ 6Pi+NAD 对于葡萄糖的每个分子形成是由丙酮酸,需要六个高能磷酸组,四个 ATP 和 GTP。此外,两个 分子的形成需要减少两个分子的 3-二磷酸。显然,方程 14-9 为方程的不仅仅是相反的葡萄 糖转化为丙酮酸通过糖酵解,它只需要两个 ATP 分子: 葡萄糖+ADP+2Pi+2NAD2 丙酮酸+2ATP+ 2NADH+ 2H+2 水 从丙酮酸的合成葡萄糖
2、是相对昂贵的过程。这些高能源成本是必要的以确保糖质新生的不 可逆性。在细胞内的情况下,糖酵解的整体自由能改变至少是 63 焦每摩尔。在同等条件下 的整体 G 糖质新生是 16 焦每摩尔。因此在细胞糖酵解和糖质新生本质上是不可逆转的过 程。 三羧酸循环中间体和许多氨基酸生成葡糖的上面描述的生物合成途径葡萄糖允许的净合成 葡萄糖不仅从丙酮酸也从四,五,六碳的三羧酸循环(第十六章)。柠檬酸,琥珀酸,异柠檬酸 所有的柠檬酸循环中间体可以进行氧化还原（见图 16-7)。部分或全部的大多数蛋白质由 氨基酸的碳原子最终成为丙酮酸或柠檬酸循环的中间体。这样的氨基酸可以因此接受葡萄 糖的净转化和据说生成葡糖的支
3、持。丙氨酸和谷氨酰胺,主要从肝外组织分子运输氨基酸到 肝脏在生命体中, 在哺乳动物中是尤其重要的生成葡萄糖的氨基酸。切除后的氨基酸组肝 脏线粒体,剩下的碳骨架(丙酮酸)很容易进入糖质新生。相比之下,没有净转化的脂肪酸到葡 萄糖发生在哺乳动物。我们应当看到在第十七章中,大多数脂肪酸的分解代谢收益率只有乙 酰- CoA。哺乳动物不能使用乙酰辅酶 a 葡萄糖的前体,因为丙酮酸脱氢酶的反应是不可逆 转的,细胞没有其他途径完全绿化的丙酮酸乙酰辅酶 a。植物,酵母,许多细菌有途径(乙醛酸 循环;见图 16 - 20)转换为乙酰辅酶 a ,所以这些生物可以使用脂肪酸作为糖质新生的起始物 料。这是尤其重要的,
4、如此在幼苗萌发时,没有进行光合作用之前,可以作为合成葡萄糖的来 源。 糖酵解和糖质新生是相互地监管糖酵解和糖质新生是相互地监管 如果糖酵解(葡萄糖转化为丙酮酸)和糖质新生(丙酮酸转化为葡萄糖)同时被允许继续在高速 度, P549 结果将是 ATP 的消费和热量的产生。例如,PFK-1 和 FBPase-1 促进对方的反应: ATP+果糖 6-磷酸 PFK-1+ ADP+果糖 1,6-二磷酸盐 果糖 1,6-二磷酸+水FBPase-1+果糖 6-磷酸+Pi 这两个反应的总和 ATP+水 ADP +Pi+热量 这两种酶的反应,和许多其他两个通路,调控变构性和共价修饰(磷酸化)。在第 15 章中,我
5、们 详细的呈现了这种监管机制。现在,我只想说,这样的途径是规定进行葡萄糖通过糖原的的通 量上升,丙酮酸对葡萄糖的通量下降,反之亦然。 总结 14.4 糖质新生糖质新生 糖质新生是一个无处不在的多步骤的丙酮酸或相关的三碳化合物(乳酸、丙氨酸)转化为 葡萄糖的过程。七个步骤的糖质新生与糖酵解中使用葡萄糖异生的的酶是相同的酶催化,这 是可逆反应。 三个不可逆转的步骤在糖酵解途径绕过由酶催化的反应:(1)转换 丙酮酸通过草酰乙酸 PEP 催化丙酮酸羧化酶和 PEP; (2)果糖 1,6-二磷酸被 PBPase-1 脱磷酸; (3)葡萄糖 6 磷酸盐被葡萄糖 6 磷酸酶脱磷酸； 从丙酮酸形成的一个分子葡
6、萄糖需要 4 ATP,2GTP 和 2 NADH;它是昂贵的。 在哺乳动物中,肝脏和肾脏的糖质新生提供葡萄糖给大脑,肌肉和红细胞使用。 当细胞已经充足供应的其他基板(脂肪酸)的能源的时候，丙酮酸羧化酶是由乙酰辅酶 a 刺激,加速糖质新生的物质。 动物不能使用乙酰辅酶 a 把脂肪酸转化为葡萄糖；但是植物和微生物能。 糖酵解和糖质新生相互监管,同时能防止两通路的浪费。 14.5 磷酸戊糖途径的葡萄糖氧化磷酸戊糖途径的葡萄糖氧化 在大多数动物组织,葡萄糖 6-磷酸主要的分解代谢的命运是丙酮酸的糖酵解分解,然后大部 分通过三羧酸循环氧化,最终导致 ATP 的形成。葡萄糖 6-磷酸的确还有其它异化的命运
7、,然 而,这形成了细胞所需的专业产品。在一些组织中葡萄糖 6-磷酸通过磷酸戊糖途径(也称为 磷酸葡萄糖酸途径或者磷酸己糖途径;图 14 到 20)的氧化是特别重要的。在这种氧化途径, NADH 是电子受体,产生 NADPH。快速分裂的细胞,如骨髓、皮肤、肠道粘膜,使用五碳糖 形成 RNA,DNA,和 ATP 等辅酶 NADH、FADH2,和辅酶 a。在其他组织中，磷酸五碳糖途 径的基本产物不是戊糖而是电子供体 NADPH,还原合成所需或对抗氧自由基的破坏性影响。 组织开展广泛的脂肪酸合成(肝、脂肪、哺乳期乳腺)或非常 ac -有效合成胆固醇和类固醇激 素(肝、肾上腺、性腺)要求 NADPH p
8、ro -二化的途径。红细胞和晶状体细胞、角膜细胞直接 接触氧气,从而损害自由基生成的氧气。 P550 通过维持还原性气氛(NADPH 到 NAPH 的高比例,高的氧化谷胱甘肽的减少比率),他们可以 防止或减少蛋白质,脂质和其他敏感的分子的氧化损伤。在红细胞中,磷酸戊糖途径产生的 NADPH 在预防氧化的有效伤害十分重要,6-磷酸葡萄糖脱氢酶途径的第一个酶,如果有 基因缺陷可能会导致严重的医疗后果。 氧化阶段产生的戊糖磷酸盐和 NADPH 磷酸戊糖途径的第一反应(图 21)是由葡萄糖 6-磷酸被葡萄糖 6-磷酸脱氢酶(G6PD)氧化形成 的 6-磷酸葡萄糖内酯,一个分子内酯。NADP 是电子受体
9、,和整体平衡在于 NADPH 形成的方 向。自由酸 6 磷酸葡萄糖酸内酯被特定的内酯酶水解,然后 6 磷酸葡萄糖酸发生氧化和脱羧 通过 6 磷酸葡萄糖酸脱氢酶形成戊酮糖五磷酸盐。 P551P552这个反应生成 NADPH 的第二个分子。磷酸戊糖异构酶将核酮糖五磷酸醛糖转化为他的异 构体核糖五磷酸。在一些组织中,磷酸戊糖途径结束在这一点上,和它的总体方程 葡萄糖 6-磷酸+NADP+水核糖 5-磷酸+二氧化碳+2NADPH+2H 最终的结果是生产 NADPH,生物合成反应的还原剂,和核糖 5-phosphate,核苷酸合成的前体。磷酸盐葡萄糖到磷酸盐葡萄糖到 6 -磷酸戊糖的非氧化阶段磷酸戊糖的
10、非氧化阶段 在主要的需要 NADPH 的组织中,产生的戊糖磷酸盐的氧化阶段的路径在生成葡萄糖 6-磷酸 的循环过程中。在这个非氧化阶段,核酮糖 5 磷酸盐是第一个被异构化形成木酮糖 5 磷酸盐: 然后,在一系列的碳骨架的重组中（图 14-22),六个五碳糖磷酸盐被转化为五个六碳磷酸盐, 完全循环并且允许葡萄糖 6 磷酸的继续氧化并且伴随 NADPH 的生产。持续的循环最终导 致转化葡萄糖- 6 -磷酸和六个二氧化碳。在磷酸戊糖途径中，两种酶在糖的转化中扮演这独一无二的角色:转酮醇酶和转醛醇酶。转酮醇酶催化从酮糖供体到醛糖受体的一个二碳的 断裂(图 14-23a)。在其第一次出现在磷酸戊糖途径,
11、转酮醇酶转移木酮糖 5 磷酸的 C-1 和 c - 2,形成七碳产品景天庚酮糖 7 磷酸盐(图 14-23b)。其余从木酮糖断裂的三碳片段是甘油醛 3 磷酸盐。接下来, 转醛醇酶催化醛缩酶反应的反应类似于糖酵解:从景天庚酮糖 7 磷酸盐移 除三碳的片段与甘油醛聚合,形成果糖 6 磷酸盐和四糖赤藓糖 4 磷酸盐(图 24)。现在转酮醇 酶再次作用, 从赤藓糖 4-磷酸盐和木酮糖 5 磷酸盐形成果糖 6 磷酸和甘油醛 3 (图 14-25)。 两分子的甘油醛 3-磷酸盐由两个迭代的这些反应可以被转换成一个分子果糖 1，6-二磷酸 如糖质新生形成(图 14 - 16),最后 FBPase-1 和磷酸
12、己糖异构酶转化为果糖 1,6-二磷酸和葡萄 糖- 6 -磷酸。这个周期完成:六戊糖磷酸盐转化为五己磷酸盐(图 14-22b)。 P553 转酮醇酶需要辅助因子硫胺素焦磷酸(TPP),这使负碳离子在这个反应中稳定(图 14-26a),就 像它在丙酮酸脱羧酶反应(图 14-13)。转醛醇酶使用赖氨酸侧链形成席夫碱与羰基的衬底,酮 糖, 从而使负碳离子稳定(图 14-26b)，这是反应机理的核心。描述的过程在图 14-21 中被称为 氧化磷酸戊糖途径。前两个步骤是氧化反应伴有大的,负标准自由能的变化,本质上是不可逆 转的在细胞中。 P554 磷酸戊糖途径非氧化部分的反应(图 14-22)很容易可逆,
13、因此也提供了一种己糖磷酸盐转化为 戊糖磷酸盐方法。在第 20 章,我们将看到一个进程,它将戊糖磷酸转化为己糖磷酸盐是至关 重要的对于光合作用同化二氧化碳的植物。途径,还原磷酸戊糖途径,本质上是反应如图 14- 22 所示的逆转和雇佣了许多相同的酶。磷酸戊糖途径的酶都是位于细胞溶质,像糖酵解和大 多数的糖质新生。事实上,这三个途径是通过几个共享的中间体和酶被连接。甘油醛 3 磷酸 通过转酮醇酶的作用而形成的由糖酵解酶容易转化为磷酸二羟丙酮磷酸丙糖异构酶,这两个 丙糖通过醛缩酶可以加入如糖质再生,形成果糖 6-二磷酸盐。或者,丙糖磷酸盐通过糖酵解 反应可以被氧化为丙酮酸。丙糖的命运取决于细胞对戊糖
14、磷酸盐,NADPH 和 ATP 的相对需 求。 Wernicke-Korsakoff 综合症是加剧了转酮醇酶的缺陷综合症是加剧了转酮醇酶的缺陷 得 Wernicke-Korsakoff 综合症得人,在转酮醇酶基因突变的结果使一种有亲和力的辅酶它的 TPP 是正常酶的十分之一。虽然温和的维生素缺乏硫胺对带有转酮醇酶基因的个人的影响 甚微,这些基因的改变,硫胺素缺乏症 TPP 的水平低于饱和酶所需。转酮醇酶活性的降低减 慢了整个磷酸戊糖途径,而结果是 Wernicke-Korsakoff 综合症:严重的记忆丧失,精神混乱,部 分瘫痪。患综合征的人普遍比一般人群酗酒;慢性饮酒干扰肠道的吸收一些维生素
15、,包括硫胺 素。葡萄糖葡萄糖 6-磷酸盐糖酵解、磷酸戊糖途径之间分配磷酸盐糖酵解、磷酸戊糖途径之间分配 葡萄糖 6-磷酸盐是否进入糖酵解、磷酸戊糖途径取决于当前需要的细胞和细胞溶质中辅酶 ii 的浓度。如果没有这个电子受体,磷酸戊糖途径的第一反应(由 G6PD 催化)不能继续。当 一个细胞迅速转换 NADPH 在降低生物合成辅酶 ii,辅酶 ii 的水平上升，异构体刺激 G6PD 从而通过磷酸戊糖途径增加葡萄糖的通量 (图 14-27)。当 NADPH 的需求放缓,辅酶 ii 的水 平下降,磷酸戊糖途径的放缓,糖酵解并且葡萄糖 6-磷酸盐被用于用于燃料。 P555 总结总结 14.5 磷酸戊糖
16、途径的葡萄糖氧化磷酸戊糖途径的葡萄糖氧化 氧化磷酸戊糖途径(磷酸葡萄糖酸通路,或磷酸己糖通路)带来了氧化和葡萄糖 6-磷酸盐 C- 1 位的脱羧，减少了 NADP 到 NADPH 和戊糖磷酸盐的产生。NADPH 提供了生物合成反应的能量,核糖 5-磷酸盐是核苷酸和核酸合成的前体。快速增 长的组织和开展活跃的脂肪酸,胆固醇,或类固醇激素的生物合成的组织输送更多的葡萄糖6-磷酸盐通过磷酸戊糖途径比组织对戊糖需求的减少磷酸盐和还原能力。 磷酸戊糖途径的第一阶段包括两个氧化反应,把葡萄糖 6-磷酸盐转化为核酮糖 5-磷酸盐 和减少 NADP 到 NADPH。第二阶段包括非氧化步骤把戊糖磷酸转化为葡萄糖- 6 -磷酸,循 环再次开始。 在第二个阶段 (转醛醇酶 TPP 作为辅因子)和转酮醇酶催化的互变现象三,四,五,六,和七碳 糖,可逆转换的六戊糖磷酸盐五己磷酸盐。碳同化反应的光合作用,同样的酶催化的反向过程,称 为还原磷酸戊糖途径:转换五六戊糖磷酸己糖磷酸盐。 在转酮醇酶基因的缺陷,降低其亲和力 TPP 加剧了韦尼克-健忘综合症。6-磷酸盐
