第第25章章 戊糖磷酸途径和糖的其戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径他代谢途径主要内容主要内容l l戊糖磷酸途径l l葡萄糖的异生作用l l乙醛酸循环一一 戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径u戊 糖 磷 酸 途 径 (pentose phosphate pathway or phosphogluconate pathway)，又叫做PPP，是由于该途径中有许多中间物是戊糖磷酸u 该途径又叫做己糖单磷酸途径 (hexose monophosphate pathway HMP)或磷酸葡萄糖酸途径（phosphogluconate pathway）因为磷酸葡萄糖酸是该途径的早期特征中间物u 该途径又称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径的概念戊糖磷酸途径的概念戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径的发现： 1 1、用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（甘油醛、用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（甘油醛-3-3-磷酸脱氢酶）发现葡萄磷酸脱氢酶）发现葡萄糖的消耗并不因此而受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径糖的消耗并不因此而受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径 2、用14C分别标记葡萄糖的C1和C6，然后分别测定14CO2生成量，发现C1标记的葡萄糖比C6标记的葡萄糖更快、更多地生成14CO2，如果糖酵解是唯一的代谢途径，那么14C1和14C6生成14CO2的速度应该相同。
戊糖磷酸途径是从葡萄糖-6-磷酸开始，分为氧化阶段和非氧化阶段 (一一) )戊糖磷酸途径的化学反应历程戊糖磷酸途径的化学反应历程 戊糖磷酸途径是糖代谢的第二条重要途径，是葡萄糖分解的另外一种机制，在细胞溶胶中进行，广泛的存在于动植物细胞内 1）糖的脱氢、脱羧：葡萄糖-6-磷酸核酮糖-5-磷酸 2）糖的相互转化：6个核酮糖-5-磷酸5个葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸核酮糖-5-磷酸核糖-5-磷酸1. 1. 氧化阶段：氧化阶段：u 葡萄糖-6-磷酸脱氢转化成6-磷酸葡萄糖酸-内酯，反应由葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化u 反应中NADP被还原生成NADPH 第第步：脱氢步：脱氢 Dehydrogenation葡萄糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸-内酯葡萄糖-6-磷酸脱氢酶u这步反应是整个戊糖磷酸途径的主要调节部位，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶受NADPH的别构抑制u 氧化阶段的第二个酶是葡萄糖酸内酯酶，它催化6-磷酸葡萄糖酸-内酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸 第第步：水解反应步：水解反应 hydrolysis6-磷酸葡萄糖酸-内酯6-磷酸葡萄糖酸内酯酶u 6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的作用下氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸、CO2和另一分子的NADPH。
u脱氢和脱羧第第步：氧化脱羧步：氧化脱羧oxidative decarboxylation 6-磷酸葡萄糖酸核酮糖-5-磷酸6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸2NADP2NADP+ +H H2 2O O 核酮糖核酮糖-5-5-磷酸磷酸2NADPH2NADPH2H2HCOCO2 2u 在氧化反应阶段中，在氧化反应阶段中，葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸转换为五碳的转换为五碳的核酮核酮糖糖-5-5-磷酸磷酸，氧化阶段的最重要的功能是，氧化阶段的最重要的功能是提供提供NADPHNADPH2. 2. 非氧化反应阶段非氧化反应阶段u 核酮糖-5-磷酸在核酮糖-5-磷酸异构酶的催化下，转换为核糖-5-磷酸；u酮-醛异构化反应u核糖-5-磷酸在核苷酸生物合成中是非常重要的底物第第步：异构化步：异构化 Isomerism核酮糖-5-磷酸核糖-5-磷酸核酮糖-5-磷酸异构酶戊糖磷酸途径的核心反应：葡萄糖-6-磷酸 + 2 NADP+ + H2O 核糖-5-磷酸 + 2 NADPH + 2 H+ + CO2u核酮糖-5-磷酸在差向异构酶的催化下，转换为木酮糖-5-磷酸；第第步：差向异构化步：差向异构化 Epimerization核酮糖-5-磷酸差向异构酶核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸ribuloseu 木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸经转酮酶催化形成7碳产物景天庚酮糖-7-磷酸和3碳产物甘油醛-3-磷酸。
第第步：转酮醇反应步：转酮醇反应 Transketolase 木酮糖-5-磷酸 核糖-5-磷酸 景天庚酮糖-7-磷酸甘油醛-3-磷酸转酮酶u景天庚酮糖-7-磷酸和3碳产物甘油醛-3-磷酸再经转醛酶催化转换为果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，第第步：转醛醇反应步：转醛醇反应 Transaldolase 景天庚酮糖-7-磷酸甘油醛-3-磷酸赤藓糖-4-磷酸 果糖-6-磷酸转醛酶糖酵解 醛缩酶戊糖磷酸 转醛酶景天庚酮糖-7-磷酸赤藓糖-4-磷酸 u生成的赤藓糖-4-磷酸再与另一分子的木酮糖-5-磷酸经转酮酶催化生成果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸第第步：转酮醇反应步：转酮醇反应 Transketolase 木酮糖-5-磷酸 赤藓糖-4-磷酸 甘油醛-3-磷酸果糖-6-磷酸转酮酶u 戊糖磷酸途径的非氧化阶段是一条转换途径，通过戊糖磷酸途径的非氧化阶段是一条转换途径，通过这个途径，氧化阶段产生的这个途径，氧化阶段产生的核酮糖核酮糖-5-5-磷酸磷酸转换为糖酵解转换为糖酵解的中间产物的中间产物果糖果糖-6-6-磷酸磷酸和和甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸u 如果所有的戊糖磷酸都转换为酵解的中间产物，如果所有的戊糖磷酸都转换为酵解的中间产物，3 3分分子的戊糖子的戊糖分子可以转换为分子可以转换为2 2分子的己糖分子的己糖和和1 1分子的丙糖分子的丙糖。
3 X3 X 核酮糖核酮糖-5-5-磷酸磷酸 2 X2 X 果糖果糖-6-6-磷酸磷酸 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸 u果糖-6-磷酸在磷酸葡萄糖异构酶的作用下，可以生成葡萄糖-6-磷酸第第步：异构化反应步：异构化反应 Isomerism果糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖异构酶戊糖磷酸途径 非氧化反应阶段(二二)磷酸戊糖途径的化学计量磷酸戊糖途径的化学计量氧化阶段氧化阶段6 葡萄糖-6-磷酸+12NADP+6H2O 6 核酮糖-5-磷酸+6CO2+12NADPH+12H+非氧化重排阶段非氧化重排阶段6 核酮糖-5-磷酸+H2O 5葡萄糖-6-磷酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+12NADP+7H2O 6CO2+12NADPH+12H+H3PO4戊糖磷酸途径总反应式戊糖磷酸途径总反应式糖酵解的总反应式糖酵解的总反应式: GG+2Pi + +2Pi + 2ADP2ADP + 2NAD + 2NAD+ + 2CH2CH3 3COCOOHCOCOOH + + 2ATP2ATP+ 2(NADH+H+ 2(NADH+H+ +) + 2H) + 2H2 2OO葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoASH + GTP三羧酸循环总反应式三羧酸循环总反应式戊糖磷酸途径总揽核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸核糖-5-磷酸 木酮糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸甘油醛-3-磷酸景天庚酮糖-7-磷酸赤藓糖-4-磷酸 果糖-6-磷酸果糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸糖异生糖异生( (三三) )戊糖磷酸途径的调控戊糖磷酸途径的调控1.限速酶：葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。
2.2.葡萄糖-6-磷酸脱氢酶受NADPH的别构抑制通过这一调节，戊糖磷酸途径可以自我限制NADPH的生产 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸的去路，可受到机体对磷酸的去路，可受到机体对NADPHNADPH、核糖、核糖-5-5-磷酸和磷酸和ATPATP的不同需要而调节可能有三种情况的不同需要而调节可能有三种情况: :1、机体对核糖-5-磷酸的需要远远超过对NADPH的需要 如细胞减数分裂时由其合成核苷酸时，大量的葡萄糖-6-P通过糖酵解转变成F-6-P和甘油醛-3-P，同时转酮酶和转醛酶将2分子F-6-P和1分子甘油醛-3-P通过反戊糖磷酸途径转变成3分子核糖-5-磷酸2、机体对NADPH的需要与对核糖-5-磷酸的需要处于平衡状态 这时戊糖磷酸途径的氧化阶段处于优势通过这一阶段形成2分子NADPH和1分子核糖-5-P3、机体对NADPH的需要远远超过对核糖-5-磷酸的需要 大量的葡萄糖-6-P通过彻底氧化为CO2，如脂肪组织需要NADPH作为还原力合成脂肪酸时组织对NADPH的需要可通过如下3组反应活跃起来：A、由戊糖磷酸途径在氧化阶段生成2NADPH和1分子核糖-5-P；B、核糖-5-P由转酮酶和转醛酶转变成F-6-P和甘油醛-3-P；C、F-6-P和甘油醛-3-P通过葡萄糖异生途径形成葡萄糖-6-P,再次进入戊糖磷酸途径生成NADPH。
1. 产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力 脂肪酸、类固醇的生物合成； 光合作用中戊糖磷酸途径的部分参加由CO2合成葡萄糖的途径； 核苷酸转变成脱氧核苷酸； 保持红细胞中谷胱甘肽的还原性；( (四四) )戊糖磷酸途径的生理学意义戊糖磷酸途径的生理学意义2. 戊糖磷酸途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源，并为各种单糖的相互转变提供条件 通过磷酸戊糖途径中的转酮醇基及转醛醇基反应，使丙糖，丁糖，戊糖，己糖，庚糖在体内得以互相转变4. 戊糖磷酸途径在植物胁迫(如干旱、病害、伤害等)时被高速启动. u 戊糖磷酸途径在生物体中普遍存在，其中动物、微生物中占糖降解的30%，植物中占50%3. 戊糖磷酸途径是体内利用葡萄糖生成核糖-5-磷酸的唯一途径为体内核酸的合成提供了原料二二 糖异生作用糖异生作用三三（Gluconeogenesis）（一）糖异生的概念：（一）糖异生的概念： 以以非糖物质为前体合成葡萄糖的过程u 非糖物质非糖物质: 包括乳酸、丙酮酸、丙酸、甘油及生糖氨基酸等u 葡萄糖异生作用葡萄糖异生作用 对于人类和其他动物都是绝对需要的途径，可保证机体在葡萄糖供应不足的情况下葡萄糖的急需。
u 糖异生的主要发生部位糖异生的主要发生部位: 主要在肝、肾细胞的胞浆及线粒体二）糖异生与糖酵解的关系：（二）糖异生与糖酵解的关系：u 糖异生和糖酵解两个过程中的许多中间代谢物是相同的，一些反应以及催化反应的酶也是一样的但糖异生并非是糖酵解的逆转u 其中由丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的三个高放能反应就是不可逆转的，需要消耗能量走另外途径，或由其它的酶催化，来克服这三个不可逆反应带来的能障糖酵解己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶糖异生葡萄糖-6-磷酸酶果糖-1,6-二磷酸酶PEP羧激酶丙酮酸羧化酶（三）糖异生的途径：（三）糖异生的途径：u 基本是糖酵解的逆转，但有三步不同：基本是糖酵解的逆转，但有三步不同：1 1 由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸2 2 果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸水解为果糖二磷酸水解为果糖-6-6-磷酸3 3 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸水解，生成葡萄糖磷酸水解，生成葡萄糖 1 1 由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸由丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸羧化酶PEP羧激酶注意：丙酮酸羧化酶是线粒体酶，而其它酶是细胞溶胶酶，因此形成的草酰乙酸必需穿梭到细胞溶胶内才能磷酸化成PEP，但草酰乙酸不能直接穿过线粒体膜，它必需通过形成苹果酸的途径穿过线粒体膜，再氧化成草酰乙酸。
2 2 果糖二磷酸酶催化果糖果糖二磷酸酶催化果糖-1-1，6-6-二磷酸水解为果糖二磷酸水解为果糖-6-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸酶放能反应，容易进行避开了酵解过程不可能进行的直接逆反应3 3 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸水解，生成葡萄糖磷酸水解，生成葡萄糖u葡萄糖-6-磷酸酶是结合在光面内质网上的酶，因此，葡萄糖-6-磷酸必须先转移到内质网内才能被水解，形成的葡萄糖和磷酸再通过不同的转运途径回到细胞溶胶中u在大脑和肌肉中不存在葡萄糖-6-磷酸酶，因此不能利用葡萄糖-6-磷酸形成葡萄糖，只能由肝脏将其水解成葡萄糖，再进入血液，。