第25章戊糖途径

一、戊糖磷酸途径一、戊糖磷酸途径 （pentose phosphate pathway）磷酸己糖磷酸己糖支路支路 己糖单磷酸途径己糖单磷酸途径 戊糖戊糖支路支路 戊糖磷酸循环戊糖磷酸循环 糖酵解糖酵解 有氧氧化有氧氧化细胞内糖的其他分解途径细胞内糖的其他分解途径分解代谢支路分解代谢支路/旁路旁路糖在体内的糖在体内的主要分解途径主要分解途径戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径磷酸戊糖为磷酸戊糖为代表性中间产物代表性中间产物糖酵解在磷酸己糖处糖酵解在磷酸己糖处分支分支（一）（一）磷酸戊糖途径的发现磷酸戊糖途径的发现1 1、碘乙酸碘乙酸和和氟化物氟化物不能完全抑制不能完全抑制G G的利用的利用2 2、存在、存在 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 其他磷酸化五碳、六碳、七碳糖其他磷酸化五碳、六碳、七碳糖NADPNADP+为其辅酶为其辅酶2磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径细胞质中细胞质中（二）磷酸戊糖途径的主要反应（二）磷酸戊糖途径的主要反应5-磷酸核糖核糖5-磷酸木酮糖木酮糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖糖酵酵解解6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酸酸 NADP+NADPH+H+5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖 NADP+NADPH+H+CO2 27 7-磷酸景天庚酮糖景天庚酮糖3-磷酸甘油醛甘油醛6 6-磷酸果糖酸果糖4-磷酸赤藓糖赤藓糖3-磷酸甘油醛甘油醛 氧化阶段氧化阶段(脱碳产能脱碳产能)非氧化阶段非氧化阶段(重组重组)C5C5C3C7C6C4C3C6+C3C7+C5C42NADPH生物氧化生物氧化O25ATP+2H2O6 6-磷酸果糖酸果糖 氧化阶段氧化阶段(脱碳产能脱碳产能)6-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖脱氢酶糖脱氢酶6-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸糖酸内酯内酯6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖水解水解Looks familiar?6-6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸脱氢酶糖酸脱氢酶5-5-磷酸磷酸核酮糖核酮糖6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸5-5-磷酸磷酸核糖核糖Glucose-6-phosphate 2 NADP+H2O ribose-5-phosphate 2 NADPH+2H+CO2 核苷酸合成的前体核苷酸合成的前体从五从五C C糖重新生成糖重新生成6C 6C 糖糖非氧化阶段非氧化阶段(重组重组)5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶two similar reactions in glycolysis：6-P-G 6-P-F；3-P-甘油酸甘油酸 2-P-甘油酸甘油酸核酮糖核酮糖 5-5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖 5-5-磷酸磷酸差向异构酶差向异构酶酶作用酶作用TPP helps the two-carbon transferringin transketolase（转酮醇酶）TPPDonor(ketose)Acceptor(aldose)pyruvate decarboxylase可逆反应可逆反应A three-carbon unit is transferred from a ketoseto an aldose without being helped by cofactorsDonor Acceptor(ketose)(aldose)景天庚酮糖景天庚酮糖赤藓糖赤藓糖转醛酶转醛酶The second reaction catalyzed by transketolasein converting six ribulose 5-P to five Glc 6-P.TPP转酮酶转酮酶Donor(ketose)Acceptor(aldose)（三）戊糖磷酸途径反应速度的调控（三）戊糖磷酸途径反应速度的调控1 1、氧化阶段两步反应都是不可逆的、氧化阶段两步反应都是不可逆的2 2、NADPHNADPH与与NADPNADP+竞争竞争 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 葡萄糖酸葡萄糖酸-6-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶 上的结合位点上的结合位点-产物抑制产物抑制 受受NADPNADP+/NADPHNADPH的调节的调节3 3、戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径 为机体提供为机体提供5-磷酸核糖磷酸核糖和和NADPHNADPH（1 1）机体需要）机体需要5-磷酸核糖磷酸核糖NADPHNADPH G-6-P F-6-P F-1,6-二磷酸二磷酸 甘油醛甘油醛-3-P F-6-P和和甘油醛甘油醛-3-P转为转为5-磷酸核糖磷酸核糖 耗耗ATPATP糖酵解糖酵解可逆反应可逆反应（2 2）机体对）机体对5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和NADPHNADPH需求需求相当相当 磷酸戊糖途径的氧化阶段占优势磷酸戊糖途径的氧化阶段占优势（3 3）机体对）机体对NADPHNADPH的需求的需求 5-5-磷酸核糖磷酸核糖 G G彻底分解产生足够的彻底分解产生足够的NADPHNADPH。6(6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖)+6O2 6(5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖)+6CO2+6H2O+30ATP每循环一次，生成每循环一次，生成2 2个个NADPH+HNADPH+H+/6/6分子分子ATPATP1 1分子分子G G循环循环6 6次完全分解，产生次完全分解，产生3030个个ATPATP葡萄糖活化为葡萄糖活化为G-6-PG-6-P，消耗，消耗1 1个个ATPATP葡萄糖葡萄糖+O2 6CO2+6H2O+29ATP（四）戊糖磷酸途径的生物意义（四）戊糖磷酸途径的生物意义（1 1）NADPHNADPH为许多物质的合成为许多物质的合成提供还原力提供还原力（2 2）是是联系戊糖代谢联系戊糖代谢的途径的途径（3 3）产能（）产能（29ATP29ATP）不不通过糖酵解通过糖酵解（4 4）维护红细胞及维护红细胞及含巯基蛋白含巯基蛋白的正常功能的正常功能（5 5）磷酸核糖用于磷酸核糖用于DNADNA、RNARNA的合成的合成 木酮糖参与光合作用固定木酮糖参与光合作用固定COCO2 2 各种单糖用于合成各类多糖各种单糖用于合成各类多糖 CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOH （CH2）3 CH2 HC NH2 SH COOH 还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽 Glu-Cys-Gly SH还原型谷胱甘肽还原型谷胱甘肽 Glu-Cys-Gly S S 氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽 Glu-Cys-GlyGSSG+NADPH+H+2GSH+NADP+（一）葡萄糖异生（一）葡萄糖异生（Gluconeogenesis）以非糖物质为前体合成葡萄糖以非糖物质为前体合成葡萄糖 机体先消耗葡萄糖机体先消耗葡萄糖 然后消耗糖原然后消耗糖原 糖异生维持血糖稳定糖异生维持血糖稳定二、糖的其他代谢途径二、糖的其他代谢途径1 1、糖异生途径、糖异生途径 部位：部位：肝脏（线粒体、细胞质）肝脏（线粒体、细胞质）克服糖酵解中克服糖酵解中3 3个不可逆步骤个不可逆步骤第一步：丙酮酸第一步：丙酮酸 PEPConversion of Pyruvate into Phosphoenolpyruvate 线粒体基质线粒体基质乙酰乙酰CoACoA别构激活剂别构激活剂草酰乙酸不能通过线粒体内膜草酰乙酸不能通过线粒体内膜草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸（穿膜）天冬氨酸（穿膜）草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸苹果酸（穿膜）（穿膜）草酰乙酸草酰乙酸线粒体线粒体胞液胞液谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶线粒体线粒体胞液胞液苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶丙酮酸 +ATP+GTP+HCO3-PEP+ADP+GDP+Pi+H+CO2 细胞质（或线粒体中）细胞质（或线粒体中）PEPPEP羧激酶羧激酶羧化酶羧化酶 磷酸烯醇式丙磷酸烯醇式丙酮酸逆行至酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖第第2步步 葡萄糖葡萄糖 糖原糖原（淀粉）（淀粉）ATP 己糖激酶 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖变位酶 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖 异构酶 6-磷酸果糖磷酸果糖 ATP 磷酸果糖激酶 16二磷酸果糖二磷酸果糖 醛缩酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮活化G=-7.5kcal/mol(不可逆不可逆)异构G=-0.6kcal/mol(可逆可逆)二次活化G=-5.0kcal/mol(不可逆不可逆)裂解G=-0.3kcal/mol(可逆可逆)磷酸化酶 磷酸ADPADP水解酶催化水解酶催化OOHOHCH2CH2OHOPP6-磷酸果糖磷酸果糖PPOOHOHCH2CH2OOP1，6-二磷二磷酸果糖酸果糖水解水解酶水解作用酶水解作用第第3步步丙酮酸通过糖异生形成一个丙酮酸通过糖异生形成一个G，消耗多少个，消耗多少个ATP？2 2丙酮酸 葡萄糖l2 2丙酮酸 2 2PEP：2 ATP2 2=4l2 23-P-甘油 酸 2 21,3-BP-甘油酸：12 2=2l共计6分子ATP哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元？凡能转变成糖代谢中间产物的物质凡能转变成糖代谢中间产物的物质1、乳酸回炉再造解毒、节能2、饥饿状态下氨基酸、甘油维持血糖浓度机体先消耗葡萄糖机体先消耗葡萄糖然后消耗糖原然后消耗糖原糖异生维持血糖稳定糖异生维持血糖稳定纤维素有机酸微生物发酵微生物发酵糖异生糖异生葡萄糖糖原 2 2、糖异生的生理意义、糖异生的生理意义（1）饥饿状态下维持饥饿状态下维持血糖浓度血糖浓度恒定恒定（2）调节调节酸碱平衡酸碱平衡（3）回收回收乳酸乳酸分子中的能量分子中的能量 葡萄糖葡萄糖 产生的乳酸产生的乳酸 转运至肝转运至肝经经糖异生糖异生作用生成葡萄糖，转运至肌肉组织加以作用生成葡萄糖，转运至肌肉组织加以利用，这一过程称为乳酸循环（利用，这一过程称为乳酸循环（Cori循环循环）。）。酵解酵解血循环血循环乳酸循环乳酸循环（Cori循环）循环）肌肉肌肉肝肝G丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸糖酵解糖酵解NADH+H+NAD+乳酸乳酸乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸GNAD+NADH+H+G糖异生糖异生血液血液 乳酸循环是肝和乳酸循环是肝和肌肉组织肌肉组织中酶特点所致中酶特点所致 生理意义：避免损失乳酸；防止酸中毒生理意义：避免损失乳酸；防止酸中毒 乳酸循环是耗能的过程，乳酸循环是耗能的过程，2 2分子乳酸异生分子乳酸异生为葡萄糖需消耗为葡萄糖需消耗6 6分子分子ATPATP。3 3、糖异生作用的调节、糖异生作用的调节 糖异生与糖酵解相互协调糖异生与糖酵解相互协调（1）高浓度高浓度6-P-G6-P-G 抑制己糖激酶、活化磷酸酶 抑制糖酵解、促进糖异生己糖激酶己糖激酶6-P-GG6-P-GG磷酸酶磷酸酶（2）6-P-F1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-11 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖6-P-F二磷酸果糖磷酸酶二磷酸果糖磷酸酶-1柠檬酸柠檬酸抑制磷酸果糖激酶，活化磷酸酶，抑制糖酵解；2 2，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖促进葡萄糖分解，抑制糖异生；胰高血糖素胰高血糖素使磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2（PFK-2PFK-2）磷酸化失活，促进糖异生6-P-F 6-P-F 2 2，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2二磷酸果糖磷酸酶二磷酸果糖磷酸酶-2-2磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-2-2二磷酸果糖磷酸酶二磷酸果糖磷酸酶-2-2同一条肽链同一条肽链Ser-OHSer-OH磷酸化：磷酸化：激活激活磷酸酶、磷酸酶、抑制抑制激酶激酶2 2，6-6-二磷酸果糖是二磷酸果糖是PFK-1PFK-1的激活剂、促进酵解的激活剂、促进酵解（3）PEP丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶PEPPEP羧激酶羧激酶乙酰乙酰CoACoA刺激丙酮酸羧化酶活性，促进糖异生；ADPADP刺激酵解，抑制丙酮酸羧化酶；ATPATP抑制丙酮酸激酶（酵解），促进糖异生 底物循环（底物循环（substrate cycle）作用物的互变反应分别由作用物的互变反应分别由不同的酶不同的酶催化其催化其单向反应，这种互变循环称之为底物循环。单向反应，这种互变循环称之为底物循环。当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前当两种酶活性相等时，则不能将代谢向前推进，称之为推进，称之为无效循环（无效循环（Futile Cycles）。第一个底物循环：第一个底物循环：A AT TP PA AD DP PH H2 2O OA AM MP P糖糖异异生生F F-6 6-P PF F-1 1,6 6-B BP PP Pi i6 6-磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶-1 1果果糖糖二二磷磷酸酸酶酶-1 1F F-2 2,6 6-B BP P(+)(-)糖糖酵酵解解己糖激酶己糖激酶G-6-P磷酸酶磷酸酶 G-6-P 葡萄糖葡萄糖第二个底物循环：第二个底物循环：A AT TP PA AD DP PH H2 2O OA AM MP P糖糖异异生生F F-6 6-P PF F-1 1,6 6-B BP PP Pi i6 6-磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶-1 1果果糖糖二二磷磷酸酸酶酶-1 1F F-2 2,6 6-B BP P(+)(-)糖糖酵酵解解 2 2，6-6-双磷酸果糖的双磷酸果糖的水平是肝内调节糖的分水平是肝内调节糖的分解或糖异生反应方向的解或糖异生反应方向的主要信号主要信号第三个底物循环：第三个底物循环：ADPATPA Al la a糖异生PEP丙酮酸F F-1 1,6 6-B BP P(+)丙丙酮酮酸酸激激酶酶草酰乙酸丙丙酮酮酸酸羧羧化化酶酶P PE EP P羧羧激激酶酶乙酰CoA(+)(-)(-)葡萄糖在葡萄糖在UDP-葡萄糖葡萄糖-焦磷酸化酶焦磷酸化酶的作的作用下，形成用下，形成UDP-G。其他糖同样。其他糖同样。UDP-糖为糖的活化形式。糖为糖的活化形式。糖核苷酸糖核苷酸（二）乳糖的合成与分解（二）乳糖的合成与分解为酶提供非共价结合的位点NDPNDP糖焦磷酸化酶糖焦磷酸化酶释放大量能量释放大量能量乳糖由半乳糖和葡萄糖以乳糖由半乳糖和葡萄糖以糖苷键相连糖苷键相连半乳糖半乳糖半乳糖激酶半乳糖激酶半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸尿苷酰转移酶尿苷酰转移酶UDP-G尿嘧啶核苷二尿嘧啶核苷二磷酸磷酸-半乳糖半乳糖G-1-PUDPUDP半乳糖半乳糖在在乳腺组织乳腺组织中，半乳糖基转移酶与中，半乳糖基转移酶与-乳清蛋白乳清蛋白结合（结合（乳糖合酶乳糖合酶），将），将UDP-半乳糖转给半乳糖转给D-葡萄糖，形成葡萄糖，形成乳糖乳糖。UDP-UDP-半乳糖半乳糖非乳腺组织非乳腺组织中，在半乳糖基转移酶的作用下，中，在半乳糖基转移酶的作用下，将将UDP-UDP-半乳糖转给半乳糖转给N-N-乙酰乙酰-D-D葡萄糖胺葡萄糖胺以以G G为半乳糖基受体为半乳糖基受体 乳糖（酶活性小）乳糖（酶活性小）UDP-UDP-半乳糖半乳糖D-D-半乳糖半乳糖-N-N-乙酰乙酰-D D葡萄糖胺葡萄糖胺糖蛋白糖蛋白半乳糖基转移酶半乳糖基转移酶N-N-乙酰乙酰-D-D葡萄糖胺葡萄糖胺2、乳糖的分解、乳糖的分解肠上皮细胞外表面有双糖水解酶肠上皮细胞外表面有双糖水解酶微生物分泌微生物分泌-半乳糖苷酶半乳糖苷酶乳糖乳糖 半乳糖半乳糖 +葡萄糖葡萄糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶（微生物）（微生物）乳糖水解酶乳糖水解酶3、乳糖不耐症、乳糖不耐症lactose intolerant（）（）小肠细胞乳糖酶活性大部分小肠细胞乳糖酶活性大部分/全部消失全部消失4、细菌的乳糖操纵子、细菌的乳糖操纵子（代谢调控）（代谢调控）（三）糖蛋白的生物合成（三）糖蛋白的生物合成 寡糖对多肽链的加工寡糖对多肽链的加工糖基供体糖基供体受体受体糖基转移酶糖基转移酶（活化糖基）活化形式核苷二磷酸核苷二磷酸：UDP-长醇焦磷酸：长醇焦磷酸：DPP-第一个糖基受体：特定特定AA残基糖链延伸时为新接上的糖基长醇长醇1 1、寡糖与多肽链的连接类型、寡糖与多肽链的连接类型N-连接型寡糖（N-连寡糖,N-糖肽键）N N乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺 Asn-X-Ser Asn-X-Thr XPro 分布于膜蛋白、血浆蛋白 五糖核心（天线）GlcNAcGlcNAcManManMan甘露糖高甘露糖型高甘露糖型杂合型杂合型 复杂型复杂型（唾液酸）（唾液酸）O-连接型寡糖（O-连寡糖,O-糖肽键）N N乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺 胶原蛋白中 半乳糖与5-羟赖氨酸羟赖氨酸形成0糖肽键 植物糖蛋白 阿拉伯糖与羟脯氨酸羟脯氨酸形成0糖肽键filled diamond=sialic acid(NANA)linkage to proteinGlcNAcgalactoseFucose岩藻糖GalNAcStructure of the ABO blood group carbohydrates酰胺键型连接OH-CH2-CH2 NH2肌醇肌醇乙醇胺乙醇胺The GPI linkage of the T-cell marker Thy-1outer surface of the membranemannoseGalNAcfucoseethanolamine甘露糖磷酸乙醇甘露糖磷酸乙醇胺胺肽链肽链C末端末端酰胺键酰胺键肌醇肌醇磷脂酰肌醇（锚）磷脂酰肌醇（锚）锚定锚定N N连寡糖连寡糖0 0连寡糖连寡糖场所场所始于内质网始于内质网完成于高尔基体完成于高尔基体内质网内质网/高尔基体（终）高尔基体（终）N N糖基化之后糖基化之后识别识别Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr一级结构特定位点一级结构特定位点Ser/ThrSer/Thr二级二级/三级结构三级结构肽链合成时进行肽链合成时进行肽链合成后进行肽链合成后进行翻译后加工过程翻译后加工过程2 2、糖蛋白链中寡糖的合成、糖蛋白链中寡糖的合成 N-N-连寡糖的合成连寡糖的合成长醇长醇-PP-PP-寡糖（核心）的合成寡糖（核心）的合成长醇长醇5 5种不同的糖基转移酶种不同的糖基转移酶翻转翻转翻转翻转翻转翻转长醇磷酸衍生物提供活化糖基长醇磷酸衍生物提供活化糖基内质网内质网0 0连寡糖的合成连寡糖的合成N N连寡糖连寡糖0 0连寡糖连寡糖场所场所始于内质网始于内质网完成于高尔基体完成于高尔基体内质网内质网/高尔基体（终）高尔基体（终）N N糖基化之后糖基化之后识别识别Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr一级结构特定位点一级结构特定位点Ser/ThrSer/Thr二级二级/三级结构三级结构肽链合成时进行肽链合成时进行肽链合成后进行肽链合成后进行翻译后加工过程翻译后加工过程（四）糖蛋白的分解（四）糖蛋白的分解 在溶酶体中进行在溶酶体中进行