磷酸戊糖途径

磷酸戊糖途径和其它糖代谢途径一、磷酸戊糖途径的过程二、磷酸戊糖途径的化学计量三、磷酸戊糖途径的生物学意义四、磷酸戊糖途径的调控五、葡萄糖的异生途径六、乳酸循环ConpanyvinoseandaelCamino.(WithbreadandwineYoucanwalkyourroad.)以面包提供的碳水化合物占人类吸收热量的很大比例.磷酸戊糖途径糖异生途径和糖原代谢一、磷酸戊糖途径的过程（PentosePhosphatePathway,PPP）场所：细胞质氧化阶段：从6-磷酸葡萄糖氧化开始，直接氧化脱氢脱羧形成5-磷酸核糖。非氧化阶段：磷酸戊糖分子在转酮酶和转醛酶的催化下互变异构及重排，产生6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。中间产物：C3、C4、C5、C6和C7糖。转酮酶和转醛酶5-磷酸核酮糖5-磷酸核糖(一)不可逆的氧化脱羧阶段第一阶段包括脱氢、水解和脱氢脱羧3步反应。是不可逆的氧化阶段，由NADP+作为氢的受体，脱去1分子CO2，生成五碳糖。1．6-磷酸葡萄糖的脱氢反应在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶作用下，以NADP+为辅酶，催化6-磷酸葡萄糖脱氢，生成6-磷酸葡萄糖内酯及NADPH。2．6-磷酸葡萄糖酸内酯的水解反应在6-磷酸葡萄糖酸内酯酶催化下，6-磷酸葡萄糖内酯水解，生成6-磷酸葡萄糖酸。3．6-磷酸葡萄糖酸的脱氢脱羧反应在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下，以辅酶NADP+为氢受体，催化6-磷酸葡萄糖酸氧化脱羧，生成5-磷酸核酮糖和另一分子NADPH。(二)可逆的非氧化分子重排阶段糖分子重新组合异构反应转酮反应转醛反应非氧化阶段的分子重排反应总图5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛转酮酶转醛酶转酮酶5-磷酸木酮糖5-磷酸核酮糖当组织需要NADPH时,非氧化阶段由6分子的5C糖生成5分子的6C糖4．磷酸戊糖的异构化反应5-磷酸核酮糖经磷酸核糖异构酶催化，形成5-磷酸核糖（5-PR）。5-磷酸核酮糖（C5）5-磷酸核糖（C5）5．5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸木酮糖5-磷酸核酮糖也可在其差向异构酶催化下转变为其差向异构体5-磷酸木酮糖(5-PX)。5-磷酸核酮糖（C5）5-磷酸木酮糖（C5）（5-PX,C5）（5-PR,C5）（C3）（C7）6．转酮反应（转２C）转酮酶催化5-PX上的乙酮醇基(羟乙酰基)转移到5-磷酸核糖(5-PR)的第一个碳原子上，生成甘油醛-3P和7-磷酸景天庚酮糖(C5＋C5C3＋C7)。转酮酶转移一个2C单位，其供体是酮糖，而受体是醛糖。5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖转酮酶以硫胺素焦磷酸(TPP)为辅酶，其作用机理与丙酮酸脱氢酶系中TPP类似。7．转醛反应（转3C）转醛酶催化7-磷酸景天庚酮糖上的二羟丙酮基转给3磷酸-甘油醛，生成4-磷酸赤藓糖和6-磷酸果糖(C7＋C3C4＋C6)。作用机理与转酮酶相似,但无辅酶。供体是酮糖，而受体是醛糖。转醛酶（C6）（C4）（C3）（C7）（C6）（C4）（C5）（C3）8．又一个转酮反应（转２C）转酮酶催化另一分子5-磷酸木酮糖上的羟乙酰基转移到4-磷酸赤藓糖的第一个碳原子上，生成3磷酸-甘油醛和6-PF（C5+C4C3+C6）。5-磷酸木酮糖9．磷酸己糖的异构化反应6-磷酸果糖经异构化形成6-磷酸葡萄糖。（C6）也可回到循环开始进入糖酵解磷酸戊糖途径—氧化阶段还原性合成代谢途径CO2Summary：磷酸戊糖途径—非氧化阶段转酮酶转醛酶转酮酶5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖核酸生物合成Summary：6C3C5C5-磷酸木酮糖氧化阶段3×C63×C5+3×CO2(2)非氧化阶段C5+C5C3+C7转酮酶C7+C3C4+C6转醛酶C5+C4C3+C6转酮酶3×C52×C6+C3(1)6×C54×C6+2×C3=5×C6总反应:(1)+(2)3×C62×C6+C3+3×CO2如果葡萄糖的第3位碳原子用14C标记，经过戊糖磷酸途径转变为果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，问此两种糖的哪个（或哪些）碳原子被标记？①14C3标记的葡萄糖进入戊糖磷酸途径，经氧化脱羧后，葡萄糖的14C3就成了磷酸戊糖（C5糖，包括核酮糖-5-磷酸、核糖-5-磷酸和木酮糖-5-磷酸）的14C2。而木酮糖-5-磷酸上最上面的C1和14C2经转酮酶的第一次催化，转移到核糖-5-磷酸上，生成的景天庚酮糖-7-磷酸（C7糖）的C2和C4位置被标记。②14C2、14C4标记的景天庚酮糖-7-磷酸经转醛酶催化，将其C1、14C2和C3转到甘油醛-3-磷酸上，生成的果糖-6-磷酸（C6糖）的C2位置被标记，赤藓糖-4-磷酸的C1位置被标记。③14C2标记的另一分子木酮糖-5-磷酸与被14C1标记的赤藓糖-4-磷酸经转酮酶的第二次催化，生成的果糖-6-磷酸的C2和C3位置被标记。则总反应为：6Glc-6P+12NADP+5Glc-6P+12(NADPH+H+)+6CO23Glc-6P+6NADP+2Glc-6P+6(NADPH+H+)+3CO2+甘油醛-3P6Glc-6P+12NADP+4Glc-6P+12(NADPH+H+)+6CO2+2甘油醛-3P而：甘油醛-3P+甘油醛-3P(磷酸二羟丙酮)Glc-6P二、磷酸戊糖途径的化学计量1、若每次以3×Glc-6P开始，则可产生6NADPH+3CO2+3核酮糖-5P2、3×核酮糖-5P2×6C(Glc-6P和F-6P)+甘油醛-3P相当于净氧化1分子葡萄糖。但产生的6CO2并非来自同一分子Glc-6P，而是来自6分子Glc-6P。故：1C6H12O6(葡萄糖)＋ATP＋12NADP+6CO2＋12(NADPH＋H＋)+ADP从Glc开始的总反应式：三、磷酸戊糖途径的生物学意义1.提供生物合成的还原剂NADPH2.维持红细胞膜的完整红细胞需要大量的还原型GSH,维持蛋白质结构的完整性。保护脂膜防止被过氧化物等氧化。维持红细胞内血红素Fe2+状态，高铁Hb无运输氧的功能。非洲和我国南方一些地区发生遗传性葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷(急性溶血性黄胆---蚕豆黄)。因NADPH缺乏，红细胞膜抗氧化能力下降。GSSG+NADPH+H+GSSG还原酶2GSH+NADP+谷胱甘肽过氧(化)物酶谷胱甘肽还原酶氧化型还原型PPP3.中间产物为许多化合物的合成提供原料5-磷酸核糖：合成核苷酸、NAD+、NADP+、FAD4-磷酸赤藓糖：与糖酵解产生的中间产物PEP合成芳香族氨基酸。PPP与核酸及蛋白质的代谢联系密切。4.与光合作用密切相关一系列中间产物C3、C4、C5、C7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。5.与糖的有氧、无氧分解相互联系。糖分解途径的多样性，是物质代谢所表现出的生物对环境的适应性。通常在机体内，PPP与TCA同时进行。但在不同生物及不同组织器官中所占比例不同。如在植物中，PPP有时可占50%以上，在动物及多种微生物中约30%的葡萄糖经此途径氧化。四、磷酸戊糖途径的调控PPP的速率主要受生物合成时对NADPH的需要所调节。氧化脱羧阶段：限速酶：6-磷酸葡萄糖脱氢酶反馈抑制：NADPH＋H+非氧化阶段：底物浓度：5-磷酸核糖过多时，可转化成6P-F和3P-甘油醛进行糖酵解。戊糖磷酸途径的调控：1.需要核糖-5-磷酸（构建元件）NADPH时，绕过氧化阶段，进入非氧化阶段。2.需要核糖-5-磷酸=NADPH，氧化阶段活跃。3.需要NADPH核糖-5-磷酸时，进入氧化阶段，相当于一个葡萄糖-6-P走氧化阶段六轮。4.需要NADPH和ATP和丙酮酸（构建元件）时，途径产生的果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸经糖酵解转变为丙酮酸，丙酮酸可彻底氧化为CO2并产生ATP。NADPH调控6-磷酸葡萄糖是进入糖酵解途径还是进入磷酸戊糖途径？NADPH浓度高时，抑制PPP。受到能荷的调节。能荷低，进EMP；能荷高，进PPP。糖酵解(EMP)PPP尽管PPP本身并没有氧参加，但葡萄糖氧化生成5-磷酸核糖增强了细胞呼吸（氧消耗）。PPP途径是怎样与线粒体电子传递链或呼吸链作用连接起来的？PPP途径氧化产生的DANPH。经一种特殊的转氢酶催化,将还原当量转移至NAD+上生成NADH。再进入呼吸链,最终导致氧的消耗.NADPH+NAD+NADH+DANP+转氢酶合成PEPOAA甘油三酯分解五、葡萄糖的异生作用(gluconeogenesis)概念定义：非糖化合物生成葡萄糖的过程。底物：丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油等。组织：肝脏(90%)和肾脏(10%，饥饿或酸中毒时)定位：细胞质、线粒体、内质网并非糖酵解的简单逆转。因EMP中，有三步不可逆反应，必须采取三步迂回措施。糖酵解途径糖异生途径由TCA提供由TCA直接提供由TCA直接提供由TCA提供途径迂回措施之一：丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸该反应通过两步完成：(1)丙酮酸在丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸(OAA)丙酮酸羧化酶以生物素为辅酶，还需乙酰CoA和Mg2+作为辅助因子，反应消耗一分子ATP。重碳酸盐OAA生物素共价结合在丙酮酸羧化酶的His活性位点生物素丙酮酸羧化酶存在于线粒体内，而糖酵解在细胞质中，丙酮酸需从细胞质转移到线粒体内才能羧化成草酰乙酸，而OAA只有在转变为苹果酸后才能再进入细胞质。苹果酸再经细胞质中的苹果酸脱氢酶转变成OAA。丙酮酸羧化酶线粒体丙酮酸OAA苹果酸OAA葡萄糖的异生(2)磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化OAA形成PEPOAA在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的催化下由GTP提供磷酸基，脱羧生成PEP。1和2两步的总反应为：丙酮酸＋ATP＋GTPPEP＋ADP＋GDP＋CO2+PiOAA调节：o丙酮酸羧化酶：乙酰-CoA+ADP-o磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶:ADP-迂回措施之二：1,6-果糖二磷酸生成6-磷酸果糖该反应由1,6-二磷酸果糖酶催化，水解C1上的磷酸酯键，生成6磷酸-果糖。调节：1.6-二磷酸果糖酶是别构酶抑制剂：AMP当生物体内AMP浓度很高时，说明生物体内能量缺少，需糖酵解产生能量。因此，高浓度的AMP抑制该酶的活性，不能进行糖异生作用进行糖酵解，产生的丙酮酸进入TCA环，生成大量ATP，供给生物体能量。激活剂：ATP、柠檬酸AMP对糖酵解和糖异生的调控作用相反1.6-二磷酸果糖酶糖异生糖酵解避免无效循环2,6-二磷酸果糖(F26BP)在糖酵解和糖异生中的作用相反糖异生糖酵解糖酵解糖异生避免无效循环迂回措施之三：6磷酸-葡萄糖生成葡萄糖部位：内质网该反应由6磷酸-葡萄糖酶催化，将6磷酸-葡萄糖的磷酸酯键水解，生成葡萄糖。葡萄糖丙酮酸+ATP+CO2+H2OOAA+ADP+Pi+2H+3.PEP+ADP丙酮酸+ATPOAA+GTPPEP+CO2+GDP2.Fru-6-P+ATPFru-1,6-P+ADPFru-1,6-P+H2OFru-6-P+Pi1.Glc+ATPGlc-6-P+ADPGlc-6-P+H2OGlc+Pi糖酵解葡糖异生丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶己糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶小结：葡萄糖葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸PEP丙酮酸甘油醛-3-磷酸二羟丙酮磷酸戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径葡糖异生途径糖酵解途径戊糖磷酸途径糖酵解、戊糖磷酸途径和葡糖异生之间的联系：化学计量关系2丙酮酸＋4ATP＋2GTP＋2NADH＋6H2O葡萄糖＋4ADP＋2GDP＋6Pi＋2NAD+在葡萄糖异生中，由丙酮酸合成1分子葡萄糖需要6个ATP故此过程是一个吸能过程。只要完为成以上三步反应，糖异生作用就可基本沿糖酵解的逆转，使非糖化合物转化葡萄糖。葡萄糖异生的意义维持血糖浓度的恒定。大脑几乎完全以葡萄糖为主要燃料，该途径可提供。补充肝糖原—三碳途径，即进食后大部分葡萄糖先在肝外分解为乳酸和丙酮酸，再进入肝细胞特异为糖原的过程。调节酸碱平衡（乳酸异生为糖）。糖异生活跃有Glu-6P酶糖异生低下没有Glu-6P酶糖异生糖酵解乳酸循环（Cori循环）循环过程——糖酵解和糖异生的联系乳酸脱氢酶乳酸脱氢