Chapter13 Additional Pathways in Carbohydrate Metabolism •Glycogen degradation and synthesis 糖原代谢与分解糖原代谢与分解•Gluconeogenesis 糖异生糖异生•The pentose Phosphate pathway 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径 （一）（一）糖原的分解和生物合成糖原的分解和生物合成 一、一、糖原的分解糖原的分解二、二、糖原的生物合成糖原的生物合成三、三、糖原代谢的调控糖原代谢的调控 - - 糖原是糖原是动物和细菌动物和细菌内糖的贮存形式内糖的贮存形式 以颗粒状存在于胞质中以颗粒状存在于胞质中 含有合成、降解酶和调节蛋白含有合成、降解酶和调节蛋白- 糖原贮备的糖原贮备的生物学意义生物学意义：可迅速动用以供急需：可迅速动用以供急需 ( (尤其是大脑和红细胞等尤其是大脑和红细胞等) )- 主要贮存器官：肝脏和肌肉主要贮存器官：肝脏和肌肉 肝糖原肝糖原: :血糖的主要来源血糖的主要来源 肌糖原肌糖原: : 肌肉剧烈收缩时供能肌肉剧烈收缩时供能Glycogen Functions 糖原糖原( glycogen )，又称动物淀粉，支链，分子量，又称动物淀粉，支链，分子量数百万以上。
主要由葡萄糖以数百万以上主要由葡萄糖以 α（（1，，4）糖苷键相）糖苷键相连（连（93%)，以少量，以少量α（（1，，6）糖苷键（）糖苷键（7%）形成分）形成分支有肝糖原和肌糖原有肝糖原和肌糖原 一、糖原的酶促磷酸解一、糖原的酶促磷酸解 糖原的结构及其连接方式糖原的结构及其连接方式 磷酸化酶磷酸化酶a a（催化（催化1.4-1.4-糖苷键断裂糖苷键断裂））三种酶协同作用：三种酶协同作用： 转移酶转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）（催化寡聚葡萄糖片段转移） 脱支酶脱支酶（催化（催化1.6-1.6-糖苷键水解断裂糖苷键水解断裂） - -1 1，，4-4-糖苷键糖苷键 - -1 1，，6 6糖苷键糖苷键非还原性末端非还原性末端 Glycogen is a polymer of glucose residues linked bywa(14) glycosidic bonds, mainlywa(16) glycosidic bonds, at branch points.Glycogen chains & branches are longer than shown.Glucose is stored as glycogen predominantly in liver and muscle cells. •Liver–Buffer for regulating blood glucose levels•Muscle–Store of glucose as a fuel for exercise •high intensity exercise dependent on anaerobic glycolysis Glycogen Degradation•Glycogen Phosphorylase–Hydrolyzes glucose units from glycogen–Produces glucose-1-P•Removal of branch points–Debranching enzyme complex•Glucan transferase•Alpha-1,6-glucosidase Glycogen Phosphorylase catalyzes phosphorolytic cleavage of the (14) glycosidic linkages of glycogen, releasing glucose-1-phosphate as reaction product.glycogen(n residues) + Pi glycogen (n–1 residues) + glucose-1-phosphateThis phosphorolysis may be compared to hydrolysis: Hydrolysis: R-O-R' + HOH R-OH + R'-OH Phosphorolysis: R-O-R' + HO-PO32- R-OH + R'-O-PO32-Glycogen catabolism (breakdown): A glycogen storage site on the surface of the Phosphorylase enzyme binds the glycogen particle. Given the distance between storage & active sites, Phosphorylase can cleave (14) linkages only to within 4 residues of an (16) branch point. This is called a "limit branch“. 11Structure of Glycogen Phosphorylasemonomer (842 AA)dimer别构剂别构剂结合点结合点糖原颗粒糖原颗粒结合位点结合位点催化催化部位部位PLP - Ionized G1P can’t diffuse out of cell- Glc is phosphorylated: no ATP needs to be consumed to permit entry into glycolysis= removal of a terminal Glc residue from the nonreducing end of a glycogen by glycogen phosphorylase1. 糖原分解糖原分解- 该过程可重复进该过程可重复进行至离某个分支行至离某个分支点相隔点相隔4 4 GlcGlc. .- - 支链淀粉亦可支链淀粉亦可在在淀粉磷酸化酶淀粉磷酸化酶的作用下以类似的作用下以类似的方式降解的方式降解 Debranching enzyme has 2 independent active sites, consisting of residues in different segments of a single polypeptide chain:wThe transferase of the debranching enzyme transfers 3 glucose residues from a 4-residue limit branch to the end of another branch, diminishing the limit branch to a single glucose residue. wThe (16) glucosidase moiety of the debranching enzyme then catalyzes hydrolysis of the (16) linkage, yielding free glucose. This is a minor fraction of glucose released from glycogen. The major product of glycogen breakdown is glucose-1-phosphate, from Phosphorylase activity. 14 糖糖原脱分支原脱分支G1Pphospho-glucomutaseactivity 1= 糖基糖基转移酶转移酶activity 2= ( 16)糖苷糖苷酶酶G6P- Product of glycogen degradation = G1P (85%) & free Glc (15%)- Debranching enzyme = bifunctional enzyme磷酸葡糖磷酸葡糖变位酶变位酶脱脱支支酶酶- - G6PG6P去路去路肝、肾细胞中水解成肝、肾细胞中水解成GlcGlc脑、肌细胞中直接进入酵解脑、肌细胞中直接进入酵解- - 糖原颗粒不会被完全分解，糖原颗粒不会被完全分解， 一般是一般是分支减少分支减少/ /分子变小分子变小 Phosphoglucomutase catalyzes the reversible reaction: glucose-1-phosphate glucose-6-phosphate A serine OH at the active site donates & accepts Pi. The bisphosphate is not released. Phosphoglycerate Mutase has a similar mechanism, but instead uses His for Pi transfer. 磷酸葡糖变位酶作用机制磷酸葡糖变位酶作用机制- 该酶需以活性位点的该酶需以活性位点的Ser 残基已被磷酸化残基已被磷酸化的形式的形式 参与反应参与反应- 先由酶将其磷酰基转移先由酶将其磷酰基转移 给给G1P而生成而生成G-1,6-BP- 再由再由G-1,6-BP将其将其C1位位 磷酰基转移给酶并释出磷酰基转移给酶并释出 G6P Glucose-6-phosphate may enter Glycolysis or (mainly in liver) be dephosphorylated for release to the blood. Liver Glucose-6-phosphatase catalyzes the following, essential to the liver's role in maintaining blood glucose: glucose-6-phosphate + H2O glucose + PiMost other tissues lack this enzyme. 18 肝糖元降解可以补充血糖肝糖元降解可以补充血糖G6PG6P酶酶仅存在于肝脏和肾脏，为内质网仅存在于肝脏和肾脏，为内质网膜上的整合蛋白膜上的整合蛋白( (可能有九个跨膜螺旋可能有九个跨膜螺旋区段区段) )，，活性点位于腔内侧活性点位于腔内侧。
T1/G6PT1/G6P酶酶的任一遗传缺失的任一遗传缺失均将导致糖原代谢紊乱并均将导致糖原代谢紊乱并最终引发最终引发IaIa型糖原贮积病型糖原贮积病 19- High [Pi] in cell favors glycogen breakdown & prevents from glycogen synthesis in vivo.- Needs another way to activate Glc for transferring to glycogen chain.§2. 糖原合成糖原合成Luis Leloir1906-1987 1970 NP in Chem.UDP-Glc much better leaving groupGlcGlc激活激活方式不同：方式不同： - - 降解降解时磷酸解成时磷酸解成G1PG1P - - 合成合成时核苷酰化成时核苷酰化成UDP-UDP-GlcGlc 糖原的生物合成糖原的生物合成1. 1. UDP-UDP-葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶 (UDP-glucose pytophosphorylase）） —— 催催化化单单糖糖基基活活化化形形成成糖糖核核苷苷二二磷磷酸酸，，为为各各种种聚聚糖糖形形成成时时，，提提供供糖糖基基和和能能量量。
动动物物细细胞胞中中糖糖元元合合成成时时需需UDPGUDPG；；植植物物细细胞胞中中蔗蔗糖糖合合成成时时需需UDPGUDPG，，淀淀粉粉合合成成时时需需ADPGADPG，，纤纤维维素素合合成时需成时需GDPGGDPG和和UDPGUDPG2. 糖原合酶糖原合酶（（glycogen synthase）） —— 催化催化 - -1 1，，4-4-糖苷键合成糖苷键合成3.3.糖原分支酶糖原分支酶 （（ glycogen branching enzyme）） —— 催化催化 - -1 1，，6-6-糖苷键合成糖苷键合成 As glucose residues are added to glycogen, UDP-glucose is the substrate and UDP is released as a reaction product. Nucleotide diphosphate sugars are precursors also for synthesis of other complex carbohydrates, including oligosaccharide chains of glycoproteins, etc. Uridine diphosphate glucose (UDP-glucose) is the immediate precursor for glycogen synthesis. 22- 核苷二磷酸糖核苷二磷酸糖在寡糖和多糖在寡糖和多糖 的生物合成中作为的生物合成中作为糖基供体糖基供体 - UDP-Glc for glycogen synthesis in animals - ADP-Glc for starch synthesis in plants and glycogen synthesis in bacteria= O– on the sugar phosphate attacking nucleophilicly P of NTP and displacing PPi, which hydrolysis pulling the reaction forward and irreversibly 核苷二磷酸糖核苷二磷酸糖/糖核苷酸的形成糖核苷酸的形成核苷二磷酸糖核苷二磷酸糖焦磷酸化酶焦磷酸化酶(无机无机)焦磷酸酶焦磷酸酶⊿⊿G’o = -20~27 kJ/mol⊿⊿G’o ≈ 0 kJ/mol Glycogen Synthase catalyzes transfer of the glucose moiety of UDP-glucose to the hydroxyl at C4 of the terminal residue of a glycogen chain to form an (1 4) glycosidic linkage: glycogen(n residues) + UDP-glucose glycogen(n +1 residues) + UDPA branching enzyme transfers a segment from the end of a glycogen chain to the C6 hydroxyl of a glucose residue of glycogen to yield a branch with an a(1 6) linkage. 24 Glycogen synthesis= glycogen chain elongated by glycogen synthasetransferring the Glc residue from UDP-Glc to the nonreducing end of a glycogen branch to make a new ( 1→4) linkage⊿⊿G’o = -13.4 kJ/mol糖原合酶糖原合酶不能从头开始而将两个游离的不能从头开始而将两个游离的UDP-Glc直接连接起来直接连接起来 糖原合成酶将UDP-葡萄糖的糖基加在糖原引物的非还原端葡萄糖的C4羟基上。
引物引物至少要有4 4个糖个糖基基，由糖原生成（起始）蛋白和糖原起始合成酶和糖原起始合成酶合成，将UDP-葡萄糖加在引发蛋白的酪氨酸酪氨酸羟基上糖原合酶糖原合酶UDP+（葡萄糖）（葡萄糖）n+1UDPG + 引物引物 26 Muscle Glycogenin（糖原生成蛋白或起始蛋白）（糖原生成蛋白或起始蛋白） (dimer) Tyr194Asp162initiates glycogen synthesis. Glycogenin is an enzyme that catalyzes attachment of a glucose molecule to one of its own tyrosine residues. Glycogenin is a dimer. 27 由由糖原生成糖原生成(起始起始)蛋白蛋白开始的糖原颗粒形成开始的糖原颗粒形成= 引发蛋白引发蛋白+葡糖基转移酶葡糖基转移酶葡糖基转移活性葡糖基转移活性合成酶与糖合成酶与糖原合酶结合原合酶结合糖原合酶活性糖原合酶活性合酶与分合酶与分支酶活性支酶活性Glycogen core葡糖基延长活性葡糖基延长活性 在葡糖基转移酶活性作用下，在葡糖基转移酶活性作用下，TyrTyr194194-OH-OH亲核攻击亲核攻击UDP-UDP-GlcGlc的的C C1 1而生成糖基化的而生成糖基化的TyrTyr ( (非还原末端非还原末端) )非还原末端非还原末端GlcGlc的的C C4 4-OH-OH对另对另一一UDP-UDP-GlcGlc亲核攻击以形成亲核攻击以形成( ( 1→41→4) )糖苷键糖苷键达到达到8 8个残基后由糖原合酶个残基后由糖原合酶继续延长及分支继续延长及分支 糖原生成糖原生成(起始起始)蛋白反应机制蛋白反应机制--- Branch synthesis in glycogen糖原分支酶糖原分支酶糖原分支酶糖原分支酶从一段至少有从一段至少有11 Glc残基的分支上转移残基的分支上转移6~7个残基给该分支或邻近分支还原端某个残基的个残基给该分支或邻近分支还原端某个残基的C6上以形成新的分支上以形成新的分支断裂断裂( 1→4)键键形成形成( 1→6)键键 糖原分支的生物学意义糖原分支的生物学意义 - 增加糖原的可溶性增加糖原的可溶性 - 增加非还原端数量增加非还原端数量 30ADP-Glc焦磷酸化酶焦磷酸化酶 Starch synthesis淀粉合酶淀粉合酶 31小结：糖原代谢小结：糖原代谢 糖原以糖原以颗粒颗粒形式储存于肌肉和肝脏，颗粒中还含有形式储存于肌肉和肝脏，颗粒中还含有 糖原代谢及调糖原代谢及调节的各种酶节的各种酶 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶催化糖原链非还原端残基磷酸解断裂催化糖原链非还原端残基磷酸解断裂 ( 1→4)键而生键而生成成G1P，，去分支酶去分支酶将分支转移到主链并以游离将分支转移到主链并以游离Glc形式释出形式释出( 1→6)分分支点残基支点残基 磷酸葡糖变位酶磷酸葡糖变位酶催化催化G1P和和G6P相互转化，后者在相互转化，后者在 肌细胞肌细胞中可中可直接进入酵解，或在直接进入酵解，或在肝脏肝脏中被内质网的中被内质网的 G6P酶水解成酶水解成Glc后释出后释出以补充血糖以补充血糖 在在糖原合酶糖原合酶催化下，催化下，UDP-Glc将糖基转移到糖原链非将糖基转移到糖原链非 还原端上，还原端上，分支酶分支酶则可在分支点处形成则可在分支点处形成( 1→6)连接连接 新糖原合成起始于新糖原合成起始于UDP-Glc的葡糖基与的葡糖基与糖原生成起始蛋白糖原生成起始蛋白的的Tyr残残基间糖苷键的自我催化形成，随后连续添加基间糖苷键的自我催化形成，随后连续添加7 Glc残基形成引物，后残基形成引物，后者再由糖原合酶催化延长者再由糖原合酶催化延长 323. 糖原降解与合成的协同调节糖原降解与合成的协同调节 (eg. Hexokinase IV) 糖原的合成和分解通过对糖原的合成和分解通过对糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶和和糖糖原合酶原合酶的调节机制进行调控的调节机制进行调控 别构调控别构调控 共价修饰共价修饰 1. 1. 糖原磷酸化酶：糖原磷酸化酶：AMPAMP（激活）（激活）；； ATPATP、、6-P-G6-P-G、、GlcGlc 2. 2. 糖原合成酶：糖原合成酶：6-P-G6-P-G、、GlcGlc Glycogen Phosphorylase in muscle is subject to allosteric regulation by AMP, ATP, and glucose-6-phosphate. A separate isozyme of Phosphorylase expressed in liver is less sensitive to these allosteric controls.wAMP (present significantly when ATP is depleted) activates Phosphorylase, promoting the relaxed conformation.w ATP & glucose-6-phosphate, which both have binding sites that overlap that of AMP, inhibit Phosphorylase, promoting the tense conformation.wThus glycogen breakdown is inhibited when ATP and glucose-6-phosphate are plentiful. Allosteric regulation 35糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a 对对Glc敏感：敏感：结合在其别构部位的结合在其别构部位的Glc可可诱发构象变化，使被磷酸化的诱发构象变化，使被磷酸化的Ser残基残基暴露于暴露于磷酸化酶磷酸化酶 a 磷酸酶磷酸酶的作用下，后者可将高活性的磷酸化酶的作用下，后者可将高活性的磷酸化酶 a 转变成转变成低活性的磷酸化酶低活性的磷酸化酶 b 以适应高血糖以适应高血糖 糖原磷酸化酶的糖原磷酸化酶的别构调节别构调节 [血糖血糖]升高升高R state(Arg569)T state(Asp238) Glycogen Synthase is allosterically activated by glucose-6-P (opposite of effect on Phosphorylase). Thus Glycogen Synthase is active when high blood glucose leads to elevated intracellular glucose-6-P. It is useful to a cell to store glucose as glycogen when the input to Glycolysis (glucose-6-P), and the main product of Glycolysis (ATP), are adequate. 磷酸化酶和糖原合酶的活性磷酸化酶和糖原合酶的活性是受磷酸化或去磷酸化的是受磷酸化或去磷酸化的共价修饰共价修饰的调节。
的调节两种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，两种酶磷酸化及去磷酸化的方式相似，但其效果相反但其效果相反糖原合成酶糖原合成酶 a(a(有活性有活性) )糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 b b ( ( 无活性无活性) )OHOHOHOHATPATPADPADPH H2 2O OPiPi糖原合成酶糖原合成酶 b(b(无活性无活性) )糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶 a a ( ( 有活性有活性) )P PP P 38 糖原磷酸化酶的糖原磷酸化酶的共价修饰共价修饰 胰高血糖素胰高血糖素肾上腺素肾上腺素- 在高活性的在高活性的磷酸化酶磷酸化酶 a中，各亚中，各亚基的特定基的特定Ser14残基均被磷酸化残基均被磷酸化- 被被磷酸化酶磷酸化酶 a磷酸酶磷酸酶去磷酸化后去磷酸化后即转变为低活性的即转变为低活性的磷酸化酶磷酸化酶 b (失活失活)；后者可经由；后者可经由磷酸化酶磷酸化酶 b激酶激酶的磷酸化作用而被重新激活的磷酸化作用而被重新激活- 糖原合酶糖原合酶的共价修饰与之相似的共价修饰与之相似但但活化形式相反活化形式相反，故磷酸化时糖，故磷酸化时糖原分解加速而糖原合成被抑制原分解加速而糖原合成被抑制(合合酶酶 a 低活性低活性)，去磷酸化时则分解，去磷酸化时则分解被抑制而合成加速被抑制而合成加速 (合酶合酶 b高活性高活性) 41 蛋白质蛋白质(酶酶)的磷酸化与去磷酸化的磷酸化与去磷酸化- 对已有酶分子进行共价修饰对已有酶分子进行共价修饰 的调节作用通常要快得多的调节作用通常要快得多- 其他共价修饰如腺苷酰化、其他共价修饰如腺苷酰化、 甲基化、糖基化和酯化等甲基化、糖基化和酯化等- 蛋白激酶蛋白激酶通常与相应的通常与相应的磷酸磷酸 蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶配套作用配套作用(复原复原)- 和和[酶酶]调节相似，共价修饰调节相似，共价修饰 也常常由某些细胞外信号所也常常由某些细胞外信号所 触发，例如激素和生长因子触发，例如激素和生长因子(去去)磷酸化磷酸化可能通过改可能通过改变酶活性位变酶活性位点的点的静电特静电特性性而引发相而引发相应构象变化应构象变化真核类真核类~1/2的蛋白质在的蛋白质在某些条件下均可磷酸化某些条件下均可磷酸化 血糖浓度一般在80-120mg/100ml，称为葡萄糖耐量。
血糖低于70或过度兴奋可刺激延脑第四脑室“糖中枢”，引起肝糖原分解下丘脑可分泌皮质释放因子，作用于肾上腺皮质，升高血糖影响糖代谢的激素有：1.胰岛素：胰岛素：由胰岛β细胞分泌，促进糖原合成酶活性，诱导葡萄糖激酶合成，加强磷酸果糖激酶作用通过加速糖原合成和糖酵解降低血糖效应2.肾上腺素和胰高血糖素肾上腺素和胰高血糖素：通过cAMP激活糖原磷酸化酶，诱导肝中磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶和果糖二磷酸酶的合成，促进异生，升高血糖 Regulation by covalent modification (phosphorylation): The hormones glucagon and epinephrine activate G-protein coupled receptors to trigger cAMP cascades. wBoth hormones are produced in response to low blood sugar. wGlucagon, which is synthesized by a-cells of the pancreas, activates cAMP formation in liver. wEpinephrine activates cAMP formation in muscle. The cAMP cascade results in phosphorylation of a serine hydroxyl of Glycogen Phosphorylase, which promotes transition to the active (relaxed) state. The phosphorylated enzyme is less sensitive to allosteric inhibitors. Thus, even if cellular ATP & glucose-6-p are high, Phosphorylase will be active. The glucose-1-p produced from glycogen in liver may be converted to free glucose for release to the blood.With this hormone-activated regulation, the needs of the organism take precedence over needs of the cell. Commonly used terminology:w"a" is the form of the enzyme that tends to be active, and independent of allosteric regulators (in the case of Glycogen Phosphorylase, when phosphorylated). w"b" is the form of the enzyme that is dependent on local allosteric controls (in the case of Glycogen Phosphorylase when dephosphorylated). Insulin, produced in response to high blood glucose, triggers a separate signal cascade that leads to activation of Phosphoprotein Phosphatase. Thus insulin antagonizes effects of the cAMP cascade induced by glucagon & epinephrine. cAMP结构结构第二信使第二信使(second(second messenger)messenger)：： 响应外部信号（第一信使），例如激素在细胞内合成的效应分子，响应外部信号（第一信使），例如激素在细胞内合成的效应分子，例如例如cAMPcAMP、肌醇三磷酸（、肌醇三磷酸（IP3IP3）或二酰基甘油等。
第二信使再去调节靶酶，）或二酰基甘油等第二信使再去调节靶酶，引起细胞内各种效应引起细胞内各种效应 激素通过激素通过cAMPcAMP促进磷酸化作用，使磷酸化酶成为促进磷酸化作用，使磷酸化酶成为a a型（有活性），合型（有活性），合成酶变成成酶变成b b型（无活性）合成酶由蛋白激酶磷酸化型（无活性）合成酶由蛋白激酶磷酸化 激素通过激素通过cAMP-蛋白激酶调节代谢示意图蛋白激酶调节代谢示意图 ATP cAMP+PPi内在蛋白质的磷酸化作用内在蛋白质的磷酸化作用改变细胞的生理过程改变细胞的生理过程细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜cR蛋白激酶蛋白激酶 （无活性）（无活性）c+RcAMP蛋白激酶（有活性）蛋白激酶（有活性）受体受体环化酶环化酶激素激素G蛋白蛋白非磷酸化蛋白激酶非磷酸化蛋白激酶ATP ADP磷酸化蛋白激酶磷酸化蛋白激酶 级联放大级联放大(cascade)(cascade)：： 在体内的不同部位，通过一系列的酶促反应来传递一个信息，并且初始信息在传到系列反应的最后时，信号得到放大，这样的一个系列叫做级联系统最普通的类型是蛋白水解和蛋白质磷酸化的级联放大。
G G蛋白蛋白(G(G proteins)proteins)：： 在细胞内信号传导途径中起着重要作用的GTP结合蛋白质，由α、β、γ三个不同亚基组成与激素受体结合的配体诱导GTP与G蛋白结合的GDP进行交换，结果激活位于信号传导途径中下游的腺苷酸环化酶G蛋白将胞外的第一信使肾上腺素等激素和胞内的腺苷酸环化酶催化的腺苷酸环化生成的第二信使cAMP联系起来G蛋白具有内源GTP酶活性 肾上腺素肾上腺素和和胰高血糖素胰高血糖素作用的作用的级联反应机制级联反应机制- 两者分别结合于两者分别结合于肌细胞肌细胞和和 肝细胞肝细胞外表的特殊受体而外表的特殊受体而 激活激活GTP结合蛋白结合蛋白Gs 级级联联放放大大反反应应- 最终导致糖原降解进而最终导致糖原降解进而 提供能量提供能量(肌肉肌肉)和升高和升高 血糖血糖(肝脏肝脏)肌细胞肌细胞肝细胞肝细胞no G6Pase 由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少由于酶的共价修饰反应是酶促反应，只要有少量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这量信号分子（如激素）存在，即可通过加速这种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修种酶促反应，而使大量的另一种酶发生化学修饰，从而获得放大效应。
这种调节方式快速、饰，从而获得放大效应这种调节方式快速、效率极高效率极高 56 丙酮酸激酶的调节丙酮酸激酶的调节前前馈馈激激活活反反馈馈抑抑制制蛋白激酶蛋白激酶 A蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶脊椎动物至少发现有三种脊椎动物至少发现有三种同工酶，分别存在于肝脏同工酶，分别存在于肝脏(L)和肌肉和肌肉(M)等肝外组织等肝外组织-低血糖低血糖将将Glc调剂给调剂给大脑等组织大脑等组织 57- F-2,6-BP为为PFK-1和和FBPase-1 的别构效应剂，可同时介导反向的别构效应剂，可同时介导反向 调节以调节以加速糖酵解加速糖酵解而而抑制糖异生抑制糖异生果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶-1磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 F-2,6-BP是糖酵解和糖异生的高效调节剂是糖酵解和糖异生的高效调节剂 58- F-2,6-BP仅为调节剂，浓度仅为调节剂，浓度 取决于其形成和降解的速率取决于其形成和降解的速率磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶-2Bifunctional Enz- PFK-2和和FBPase-2分别是分别是 同一双功能蛋白同一双功能蛋白的两个不的两个不 同活性区，同时受胰岛素同活性区，同时受胰岛素 和胰高血糖素的和胰高血糖素的反向调节反向调节 糖尿病糖尿病•糖尿病 （diabetes）是由遗传因素、免疫功能紊乱、精神因素等等各种致病因子作用于机体，导致胰岛功能减退、胰岛素抵抗等而引发的糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征，临床上以高血糖为主要特点，典型病例可出现多尿、多饮、多食、消瘦等表现，即“三多一少”症状。
•糖原合成减少；•糖异生作用加强；•葡萄糖转化为6－磷酸葡萄糖减弱；•糖酵解和三羧酸循环减弱；•肌肉和脂肪组织中葡萄糖进入细胞膜减弱 低血糖症低血糖症(Hypoglycemia)•血糖低于60～70mg/100ml；•原因：胰岛素分泌过多或治疗上胰岛素使用过量、肾上腺皮质和脑下垂体机能减退、长期不能进食或有严重肝脏疾患者；•脑组织对低血糖比较敏感，当血糖浓度低于45时，严重影响脑组织的机能，会发生“低血糖休克”或“低血糖昏迷” Symptoms in addition to excess glycogen storage:wWhen a genetic defect affects mainly an isoform of an enzyme expressed in liver, a common symptom is hypoglycemia, relating to impaired mobilization of glucose for release to the blood during fasting. wWhen the defect is in muscle tissue, weakness & difficulty with exercise result from inability to increase glucose entry into Glycolysis during exercise.wAdditional symptoms depend on the particular enzyme that is deficient. Glycogen Storage Diseases are genetic enzyme deficiencies associated with excessive glycogen accumulation within cells. A genetic defect in the isoform of an enzyme expressed in liver causes the following symptoms:wAfter eating a CHO meal, elevated blood levels of glucose, lactate, & lipids. wDuring fasting, low blood glucose & high ketone bodies. Which liver enzyme is defective? Explain Symptoms:wAfter eating, blood glucose is high because liver cannot store it as glycogen. Some excess glucose is processed via Glycolysis to produce lactate & fatty acid precursors. wDuring fasting, glucose is low because the liver lacks glycogen stores for generation of glucose. Ketone bodies are produced as an alternative fuel.Glycogen Synthase Question: How would you nutritionally treat deficiency of liver Glycogen Synthase?wFrequent meals of complex carbohydrates (avoiding simple sugars that would lead to a rapid rise in blood glucose) wMeals high in protein to provide substrates for gluconeogenesis. 二、糖异生二、糖异生1 1、、糖异生作用的糖异生作用的主要途径主要途径和和关键反应关键反应2 2、葡萄糖、葡萄糖代谢与糖异生作用的代谢与糖异生作用的关系关系3 3、糖异生的、糖异生的总反应式和调控总反应式和调控 糖异生是指由非糖物质例如乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油等作为原料合成葡萄糖的作用。
葡糖异生作用对于机体饥饿时和激烈运动时不断提供葡萄糖维持水平是非常重要的脑和红细胞几乎全部依赖血糖提供能源葡糖异生作用的绝大多数酶是细胞溶胶酶细胞溶胶酶，只有丙酮酸羧化酶和葡萄糖丙酮酸羧化酶和葡萄糖 -6- -6- 磷酸酶磷酸酶除外，前者位于线粒体基质，后者结合在光面内质网上 •用整体动物做实验，禁食24小时，大鼠肝脏中的糖原由7%降低到1%，饲喂乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物乳酸、丙酮酸或三羧酸循环代谢的中间物后可以使大鼠肝糖原增加•根皮苷根皮苷是一种从梨树茎皮中提取的有毒的糖苷，它能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三羧酸循环中间代谢物或生糖氨基酸中间代谢物或生糖氨基酸后，这些动物尿中的糖含量增加•糖尿病人或切除胰岛糖尿病人或切除胰岛的动物，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 糖异生的证据如下糖异生的证据如下：： 糖异生途径的前体糖异生途径的前体1、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、柠檬酸、异柠檬酸、α-α-酮戊二酸、酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸琥珀酸、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、大多数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 但是这种转变不是糖分解代谢的简单逆转，但是这种转变不是糖分解代谢的简单逆转，必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成必须克服那些由关键酶所催化的不可逆反应造成的的““能障能障””主要有三个酶催化的反应主要有三个酶催化的反应, , 异生过异生过程必须设法程必须设法““绕过绕过””这三个反应这三个反应. .糖异生作用的总反应式如下：糖异生作用的总反应式如下：2 2丙酮酸丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2 2O → O → 葡萄糖葡萄糖+2NAD+ +4ADP +2GDP +6Pi+2NAD+ +4ADP +2GDP +6Pi 糖异生主要途径糖异生主要途径和关键反应和关键反应非非糖糖物物质质转转化化成成糖糖代代谢谢的的中中间间产产物物后后，，在在相相应应的的酶酶催催化化下下, ,绕绕过过糖糖酵酵解解途途径径的的三三个个不不可可逆逆反反应应, ,利利用用糖糖酵酵解解途途径径其其它它酶酶生生成成葡葡萄糖的途径称为糖异生。
萄糖的途径称为糖异生 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3 3- -磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖激酶果糖激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酶磷酸酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸酶磷酸葡萄糖磷酸酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 2 草酰乙酸草酰乙酸PEPPEP羧激酶羧激酶 糖异生途径关键反应之一糖异生途径关键反应之一PEPPEP羧激酶羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸（（PEPPEP））GTPGDP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸CO2CO21 1、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸羧化生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸+ATP+GTP → +ATP+GTP → 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+GDP+ADP+GDP草酰乙酸不能自由草酰乙酸不能自由进出线粒体膜，因进出线粒体膜，因此需要穿梭机制。
此需要穿梭机制 丙酮酸羧化酶（线粒体酶）丙酮酸羧化酶（线粒体酶） 以以生物素生物素(biotin)(biotin)作为辅基生物素起作为辅基生物素起COCO2 2载体的作用载体的作用生物素的末端羧基与酶分子的一个赖氨酸残基的生物素的末端羧基与酶分子的一个赖氨酸残基的ε-ε-氨基以氨基以酰胺键相连酰胺键相连 Biotin has a 5-C side chain whose terminal carboxyl is in amide linkage to the e-amino group of an enzyme lysine.The biotin & lysine side chains form a long swinging arm that allows the biotin ring to swing back & forth between 2 active sites. Pyruvate Carboxylase uses biotin as prosthetic group. 苹果酸苹果酸- -草酰乙酸穿梭作用草酰乙酸穿梭作用细胞液细胞液线粒体内膜体线粒体内膜体天冬氨酸天冬氨酸 - -酮戊二酸酮戊二酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 - -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸苹果酸苹果酸谷氨酸谷氨酸NADH+HNADH+H+ +NADNAD+ +草酰乙酸草酰乙酸NADNAD+ +线粒体基质线粒体基质苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶NADH+HNADH+H+ +ⅣⅣⅠⅠⅡⅡⅢⅢ苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶（（ⅠⅠ、、 ⅡⅡ、、 ⅢⅢ、、 ⅣⅣ为膜上的转运载体）为膜上的转运载体）呼吸链呼吸链 Phosphofructokinase (Glycolysis) catalyzes: fructose-6-P + ATP fructose-1,6-bisP + ADPFructose-1,6-bisphosphatase (Gluconeogenesis) catalyzes: fructose-1,6-bisP + H2O fructose-6-P + Pi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+ H2O+Pi6-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖磷酸酶糖磷酸酶P6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖H葡萄糖葡萄糖Glucose-6-phosphatase enzyme is embedded in the endoplasmic reticulum (ER) membrane in liver cells.The catalytic site is found to be exposed to the ER lumen. Another subunit may function as a translocase, providing access of substrate to the active site. Hexokinase or Glucokinase (Glycolysis) catalyzes:glucose + ATP glucose-6-phosphate + ADPGlucose-6-Phosphatase (Gluconeogenesis) catalyzes: glucose-6-phosphate + H2O glucose + Pi 糖酵解和葡萄糖糖酵解和葡萄糖异生的关系异生的关系A AB BC C1 1C C2 2A G-6-PA G-6-P磷酸酶磷酸酶B F-1.6-PB F-1.6-P磷酸酶磷酸酶C C1 1 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶C C2 2 PEPPEP羧激酶羧激酶（（胞液）胞液）（线粒体）（线粒体）葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-P-3-P-甘油醛甘油醛 - -酮戊二酸酮戊二酸乳酸乳酸谷氨酸谷氨酸丙氨酸丙氨酸TCATCA循环循环乙酰乙酰CoACoAPEPPEPG-6-PG-6-PF-6-PF-6-PF-1.6-PF-1.6-P丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸 - -酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸3-P-3-P-甘油甘油甘油甘油 The source of pyruvate and oxaloacetate for gluconeogenesis during fasting or carbohydrate starvation is mainly amino acid catabolism. Some amino acids are catabolized to pyruvate, oxaloacetate, or precursors of these. Muscle proteins may break down to supply amino acids. These are transported to liver where they are deaminated and converted to gluconeogenesis inputs. Glycerol, derived from hydrolysis of triacylglycerols in fat cells, is also a significant input to gluconeogenesis. 糖异生的调控糖异生的调控 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3 3- -磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸葡萄糖葡萄糖己糖激酶己糖激酶果糖果糖激酶激酶二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸酶磷酸酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸酶磷酸葡萄糖磷酸酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 2 草酰乙酸草酰乙酸PEPPEP羧激酶羧激酶ATP,ATP,柠檬酸柠檬酸ATPATP，丙氨酸，丙氨酸乙酰乙酰CoACoA；；ADPADP2,6-2P-Fru 2,6-2P-Fru AMPAMP Reciprocal regulation by fru-2,6-bisphosphate:wFructose-2,6-bisphosphate stimulates Glycolysis. Fructose-2,6-bisphosphate allosterically activates the Glycolysis enzyme Phosphofructokinase.Fructose-2,6-bisphosphate also activates transcription of the gene for Glucokinase, the liver variant of Hexokinase that phosphorylates glucose to Glu-6-p, the input to Glycolysis.wFructose-2,6-bisphosphate allosterically inhibits the gluconeogenesis enzyme Fructose-1,6-bisphosphatase. 乳酸的再利用乳酸的再利用（（Cori Cycle) 肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转肝脏在氧化来自肌糖原酵解生成的乳酸同时，还可将其转变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用变为葡萄糖或肝糖原，实现对乳酸的再利用, , 称为称为Coris 循环。
循环 •糖异生作用是一个十分重要的生物合成葡萄糖的途径红细胞和脑是以葡萄糖为主要燃料的，成人每天约需要160克葡萄糖，其中120克用于脑代谢，而糖原的贮存量是很有限的，所以需要糖异生来补充糖的不足•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•糖异生可以促进脂肪氧化分解供应能量，当体内糖供应不足时，机体会大量动员脂肪分解，此时会产生过多的酮体（乙酰乙酸、β-羟丁酸、丙酮），而酮体则必须经过三羧酸循环才能彻底氧化，此时糖异生对维持三羧酸循环的正常进行起主要作用 糖异生的生理意义糖异生的生理意义 乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环的生化历程乙醛酸循环的生化历程: :是植物和微生物特有的反是植物和微生物特有的反应途径这个循环除两步由异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶催化的反应外，其他的反应都和“柠檬酸循环”相同乙醛酸循环和三羧酸循环中存在着某些相同的酶类和中间产物 但是，它们是两条不同的代谢途径乙醛酸循环是在乙醛酸体中进行的，是与脂肪转化为糖密切相关的反应过程而三羧酸循环是粒体线粒体中完成的，是与糖的彻底氧化脱羧密切相关的反应过程。
乙醛酸循环的生理意义乙醛酸循环的生理意义 油料植物种子油料植物种子(花生、油菜和棉籽等)发芽时发芽时将贮存的三将贮存的三脂酰甘油通过乙酰脂酰甘油通过乙酰 - -CoACoA 转变为葡萄糖转变为葡萄糖是通过乙醛酸循环来是通过乙醛酸循环来实现的这个过程依赖于线粒体、乙醛酸体及细胞质的协同实现的这个过程依赖于线粒体、乙醛酸体及细胞质的协同作用 油料种子在发芽过程中，细胞中出现许多乙醛酸体，贮藏脂肪首先水解为甘油和脂肪酸，然后脂肪酸在乙醛酸体内氧化分解为乙酰CoA，并通过乙醛酸循环转化为糖，直到种子中贮藏的脂肪耗尽为止，乙醛酸循环活性便随之消失淀粉种子萌发时不发生乙醛酸循环可见，乙醛酸循环是富含脂肪的油料种子所特有的一种呼吸代谢途径 CoASHCoASH柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头顺乌头酸酶酸酶乙醛酸循环乙醛酸循环( (植物、微生物的植物、微生物的乙醛酸循环体乙醛酸循环体) )NAD NAD + +NADHNADH苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶草酰乙酸草酰乙酸 OCH3-C~SCoACoASHCoASH O OCHCH3 3-C~SCoA-C~SCoACOOCOO- -CH2CH2CH2CH2COOCOO- -琥珀酸琥珀酸异柠檬酸裂异柠檬酸裂合酶合酶苹果酸苹果酸合成酶合成酶 O O O OH-C-C~ OHH-C-C~ OH乙醛酸乙醛酸NADNAD+ +草酰乙酸草酰乙酸 O OCHCH3 3-C-SCoA-C-SCoACoASHCoASH乙醛酸循环和乙醛酸循环和三羧酸循环反三羧酸循环反应历程的比较应历程的比较柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 －－酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA草酰乙酸草酰乙酸 O O O OH-C-C~ OHH-C-C~ OH乙醛酸乙醛酸 O OCHCH3 3-C-SCoA-C-SCoA苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸 乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系乙醛酸循环总反应式及其与糖异生的关系草酰乙酸草酰乙酸糖异生途径糖异生途径+ 2CoASH+NADH+H+ 2CoASH+NADH+H+ +COOCOO- -CH2CH2CH2CH2COOCOO- -琥珀酸琥珀酸 OCH3-C~SCoA+NAD+NAD+ +2 2作用：作用：1.1.通过乙醛酸途径通过乙醛酸途径使乙酰使乙酰- -CoACoA转变为草酰乙转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环酸从而进入柠檬酸循环 2.2.使萌发的种子将贮存的使萌发的种子将贮存的甘油三脂，通过乙酰甘油三脂，通过乙酰- -CoACoA转变为草酰乙酸，通过糖转变为草酰乙酸，通过糖异生转变为葡萄糖异生转变为葡萄糖 。
TCATCA途径途径 第七章第七章 戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径（（pentose phosphate pathway, ppp）） 糖的来源和去路糖的来源和去路葡萄糖葡萄糖消化吸收消化吸收异生作用异生作用糖原分解糖原分解氧化供能氧化供能贮贮 存存转变成其他物质转变成其他物质 磷酸戊糖途径的发现磷酸戊糖途径的发现l在组织中添加酵解抑制剂碘乙酸碘乙酸（抑制3-P-甘油醛脱氢酶）或氟化物氟化物（抑制烯醇化酶）等，葡萄糖仍可被消耗；并且C1更容易氧化成CO2；发现了6-P-葡萄糖脱氢酶和6-P-葡萄糖酸脱氢酶及NADP+；发现了五碳糖、六碳糖和七碳糖；说明葡萄糖还有其他代谢途径（1931-1951）l1953年阐述了磷酸戊糖途径（（pentose phosphate pathway)，简称PPP途径，也叫磷酸己糖支路；亦称戊磷酸己糖支路；亦称戊糖磷酸循环糖磷酸循环；亦称Warburg-Dickens戊糖磷酸途径lPPP途径广泛存在动、植物细胞内，在细胞质中进行 6. Oxidation of glyceraldehyde 3-phosphate to 1,3-bisphosphoglycerate •葡萄糖在生物体内的氧化分解代谢主要是通过酵解和三羧酵解和三羧酸循环酸循环途径进行的，这也是生物产生能量的主要途径，但绝非唯一绝非唯一的途径。
•戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径, ,又称戊糖支路、己糖单磷酸途径、磷酸葡萄糖酸氧化途径以及戊糖磷酸循环等，这些名称强调从磷磷酸化的六碳糖酸化的六碳糖形成磷酸化五碳糖磷酸化五碳糖的过程 •戊糖磷酸途径是糖代谢的第二条重要途径第二条重要途径，是葡萄糖分解的另外一种机制，在细胞溶胶中进行，广泛存在于动植物细胞内动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解 Pentose phosphate pathway * * The two major products of the pathway are NADPH and ribose 5-phosphate. * Ribose 5-phosphate and its derivatives are components of important cellular molecules such as RNA, DNA, NAD+, FAD, ATP and CoA. NADPH is required for many biosynthetic pathways and particularly for synthesis of fatty acids and steroids. 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径一、磷酸戊糖途径的反应历程一、磷酸戊糖途径的反应历程二、磷酸戊糖途径的意义二、磷酸戊糖途径的意义三、三、磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径调控调控 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径是指从是指从 G-6-P 脱脱氢反反应开始，开始，经一系列代一系列代谢反反应生成磷酸戊糖等中生成磷酸戊糖等中间代代谢物，物，然后再重新然后再重新进入糖氧化分解代入糖氧化分解代谢途径的途径的一条旁路一条旁路代代谢途径途径。
该旁路途径的起始物是旁路途径的起始物是 G-6-P，返回的代，返回的代谢产物是物是3- 磷酸甘油磷酸甘油醛和和6- 磷酸果糖磷酸果糖，其重要的中，其重要的中间代代谢产物是物是 5- 磷酸核糖和磷酸核糖和 NADPH （（还原型原型辅酶酶Ⅱ ）整个代）整个代谢途径在胞液中途径在胞液中进行关键酶酶是是 6- 磷酸葡萄糖脱磷酸葡萄糖脱氢酶酶 磷酸戊糖途径的反应历程磷酸戊糖途径的反应历程分两个阶段：分两个阶段： （一）葡萄糖的（一）葡萄糖的氧化脱羧氧化脱羧阶段阶段 （二） （二）非氧化非氧化的分子重排阶段的分子重排阶段第一阶段（氧化阶段）第一阶段（氧化阶段） ：：6 6分子的分子的6 6－磷酸葡萄糖经－磷酸葡萄糖经脱氢、水合、氧化脱羧生成脱氢、水合、氧化脱羧生成6 6分子分子5 5－磷酸核酮糖－磷酸核酮糖、、12NADPH12NADPH和和6CO6CO2 2第二阶段（异构阶段）第二阶段（异构阶段）：： 6 6分子分子5 5－磷酸核酮糖经一－磷酸核酮糖经一系列基团转移反应异构成系列基团转移反应异构成5 5分子分子6 6－磷酸葡萄糖回到下－磷酸葡萄糖回到下一个循环。
一个循环 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非氧化分子重排阶段 6 核酮糖核酮糖-5-P 5 果糖果糖-6-P 5 葡萄糖葡萄糖-6-P1、、氧化脱羧阶段氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖核酮糖-５５-P 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+6CO26H2O （一）葡萄糖的氧化脱羧阶段（一）葡萄糖的氧化脱羧阶段 6-P6-P葡萄糖葡萄糖+2NADP+2NADP+ ++H+H2 2O O 5-P- 5-P-核酮糖核酮糖+CO+CO2+2NADPH+2H+2NADPH+2H+ + 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NADP+ NADPH+H+ H2O NADPH+H+NADP+5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CO26-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶内酯酶内酯酶6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酸脱氢酶酸脱氢酶 第一步：脱氢第一步：脱氢Dehydrogenation 第二步：水解第二步：水解 hydrolysis第三步：第三步：oxidative decarboxylation （二）（二）非氧化非氧化非氧化非氧化的分子重排阶段的分子重排阶段的分子重排阶段的分子重排阶段④④ 5-P-5-P-核酮糖核酮糖 5-P5-P5-P5-P核糖核糖核糖核糖⑤⑤ 5-P5-P核酮糖核酮糖 5-P5-P木酮糖木酮糖（转酮酶的底物、连接（转酮酶的底物、连接EMPEMP））⑥⑥ 5-P5-P木酮糖木酮糖+5-P+5-P核糖核糖 7-P7-P景天庚酮糖景天庚酮糖 + + 3-P3-P甘油醛甘油醛⑦ 7-P7-P景天庚酮糖景天庚酮糖+3-P+3-P甘油醛甘油醛 6-P6-P果糖果糖 + 4-P+ 4-P赤藓糖赤藓糖 ⑧ 5-P5-P木酮糖木酮糖 + 4-P+ 4-P赤藓糖赤藓糖 6-P6-P果糖果糖 + + 3-P3-P甘油醛甘油醛本阶段总反应：本阶段总反应： 6 6××5-P5-P核酮糖核酮糖 4 4××6-P6-P果糖果糖 + 2+ 2××3-P3-P甘油醛甘油醛 、、 P P戊糖异构酶戊糖异构酶P P戊糖差向异构酶戊糖差向异构酶转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶转酮酶转酮酶 5-5-磷酸核酮糖转变为磷酸核酮糖转变为5-5-磷酸核糖磷酸核糖Isomerization of ribulose 5-phosphate to ribose 5-phosphate. The reaction was catalyzed by phosphopentose isomerase.磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（（5-5-磷酸核酮糖异构化）磷酸核酮糖异构化） 磷酸戊糖途径的非氧化阶段之二磷酸戊糖途径的非氧化阶段之二（基团转移）（基团转移）+24-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+25-5-磷酸核糖磷酸核糖23-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶26-6-磷酸果糖磷酸果糖+7-7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2H25-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖戊糖磷酸途径通过转酮酶和转醛酶戊糖磷酸途径通过转酮酶和转醛酶实现与糖酵解连接实现与糖酵解连接。
基团转移基团转移+ +2 24-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+ +2 23-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 26-6-磷酸果糖磷酸果糖转酮酶转酮酶2 25-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 H2O Pi1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖23-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-6-磷酸果糖磷酸果糖醛缩酶醛缩酶二磷酸果糖酯酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （（3-3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异异构构酶酶 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H H2 2O OPiPi6 6 5- 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2 2 5- 5-磷酸核糖磷酸核糖2 2 5- 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 2 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 2 7-7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2 2 4-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖2 2 6- 6-磷酸果糖磷酸果糖2 2 5- 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 2 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 2 6- 6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，， 6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖1 1 6- 6-磷酸果糖磷酸果糖转醛酶转醛酶异构酶异构酶转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶醛缩酶醛缩酶阶阶段段之之一一阶阶段段之之二二阶阶段段之之三三 磷酸戊糖途径的总反应式磷酸戊糖途径的总反应式6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+表明表明1 1个个6-P6-P葡萄糖经葡萄糖经6 6次循环被彻底氧化为次循环被彻底氧化为6 6个个CO2.CO2. 由一个循环的反应体系构成。
该反应体系的起始物为葡萄糖-6-磷酸，经过氧化分解后产生五碳糖，CO2，无机磷酸，NADPH 二、磷酸戊糖途径的意义二、磷酸戊糖途径的意义1.1.产生大量的产生大量的NADPHNADPH，为细胞的各种合成反应提供，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力）还原剂（力），，比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成2.2.在红细胞中保证在红细胞中保证谷胱甘肽谷胱甘肽的还原状态防止膜脂过氧化；的还原状态防止膜脂过氧化； 维持血红素中的维持血红素中的Fe2+;Fe2+;）（）（6-P-6-P-葡萄糖脱氢酶遗传缺陷症葡萄糖脱氢酶遗传缺陷症—贫血病）贫血病）3.3.该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如：该途径的中间产物为许多物质的合成提供原料，如： 5-P-5-P-核糖核糖 （核苷酸）（核苷酸） 4-P-4-P-赤藓糖赤藓糖 ( (芳香族氨基酸芳香族氨基酸) )4 4、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔、非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可文循环的大多数中间产物和酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变。
与光合作用联系起来，并实现某些单糖间的互变是细是细胞内不同结构的糖分子的重要来源胞内不同结构的糖分子的重要来源））. . 磷酸戊糖途径中酶的先天遗传性缺陷磷酸戊糖途径中酶的先天遗传性缺陷•在一般情况下磷酸戊糖途径提供的NADPH还能维持还原型谷胱甘肽的水平，保证红细胞的正常形态与功能当红细胞中NADPH的需要量增加，在给磺胺、阿司匹林等有氧化性的药物时， 正常人不会有什么危害，而先天遗传缺乏6－磷酸葡萄糖脱氢酶，缺乏病人红细胞中磷酸戊糖途径的代谢速度则不能相应增加，提供的NADPH不能保证维持还原型谷胱甘肽所应有的水平，破坏膜结构，造成溶血、贫血等症状 5 5、、PPPPPP途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分途径是由葡萄糖直接氧化起始的可单独进行氧化分解的途径因此可以和解的途径因此可以和EMPEMP、、TCATCA相互补充、相互配合，相互补充、相互配合，增加机体的适应能力增加机体的适应能力 5-磷酸核糖作用：}DNADNA、、RNARNA合成原料合成原料(1)NAD(P)+(2)FAD(3)HSCoA各种核苷酸辅酶各种核苷酸辅酶(1) NTP(2)dNTP (3)cAMP/cGMP核苷酸核苷酸}第二信使第二信使合合成成原原料料 三、磷酸戊糖途径的调控三、磷酸戊糖途径的调控•磷酸戊糖途径的速度主要受生物合成时NADPHNADPH的需要所调节。
NADPH反馈抑制反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢酶的活性•肝脏中的各种戊糖途径的酶中以6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶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限速酶，催化不可逆反应步骤其活性受NADP+/NADPHNADP+/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, NADHP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•非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度5-5-磷酸核糖磷酸核糖过多时，可转化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醇进行酵解 •简述血糖的来源和去路简述血糖的来源和去路•糖异生的概念；如何绕过几个糖异生的概念；如何绕过几个‘‘能障能障’’，，需要什么酶的参与？需要什么酶的参与？•磷酸戊糖途径的生理意义是什么？磷酸戊糖途径的生理意义是什么？ 。