磷酸戊糖途径课件1

磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径课件件 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway,ppp）1 1、化学反应历程及催化酶类化学反应历程及催化酶类 特点：特点：氧化脱羧氧化脱羧阶段和阶段和非氧化分子重排非氧化分子重排阶段阶段2 2、总反应式和生理意义、总反应式和生理意义2020/11/32磷酸戊糖途径的过程磷酸戊糖途径的过程磷酸己糖的氧化磷酸己糖的氧化戊糖互变戊糖互变基团转移基团转移磷酸己糖的生成磷酸己糖的生成2020/11/33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-磷酸核酮糖磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 脱氢酶脱氢酶内酯酶内酯酶6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸糖酸 脱氢酶脱氢酶2020/11/34（1 1）6-6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯NADP+NADPH+H+6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖glucose 6-phosphateglucose 6-phosphate6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-phosphoglucono-lactone6-phosphoglucono-lactone6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶glucose 6-phosphate glucose 6-phosphate dehydrogenase(dehydrogenase(G6PDG6PD)限速酶，对限速酶，对NADP+有高度特异性有高度特异性2020/11/35(2)6-(2)6-磷酸葡萄糖酸内酯转变为磷酸葡萄糖酸内酯转变为6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-phosphoglucono-lactone6-phosphoglucono-lactone6 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate6-phosphogluconateH H2 2O O内酯酶内酯酶lactonaselactonase2020/11/36(3)6-(3)6-磷酸葡萄糖酸转变为磷酸葡萄糖酸转变为5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖COCO2 26 6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate6-phosphogluconateNADP+NADPH+H+5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖ribulose 5-phosphateribulose 5-phosphate6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶6-phosphogluconate dehydrogenase6-phosphogluconate dehydrogenase2020/11/37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-磷酸核酮糖异构化）磷酸核酮糖异构化）差向异构酶差向异构酶异构酶异构酶5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖5-磷酸核糖磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2020/11/38磷酸戊糖途径的磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二非氧化阶段之二（基团转移）（基团转移）+24-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖磷酸核糖23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶26-磷酸果糖磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖磷酸木酮糖H2020/11/39二分子五碳糖的基团转移反应二分子五碳糖的基团转移反应5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖ribulose 5-phosphateribulose 5-phosphate5-5-磷酸核糖磷酸核糖ribose 5-phosphateribose 5-phosphate3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate7-7-磷酸景天糖磷酸景天糖sedoheptulose 7-phosphate转酮酶转酮酶(TPP)(TPP)2020/11/310七碳糖与三碳糖的基团转移反应七碳糖与三碳糖的基团转移反应七碳糖与三碳糖的基团转移反应七碳糖与三碳糖的基团转移反应7 7-磷酸景天糖磷酸景天糖sedoheptulose 7-phosphate3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate转醛酶转醛酶4 4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate6-6-磷酸果糖磷酸果糖fructose 6-phosphateMg2+或或Mn2+2020/11/311基团转移（续前）基团转移（续前）+24-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛26-磷酸果糖磷酸果糖转酮酶转酮酶25-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2020/11/312四碳糖与五碳糖的基团转移反应四碳糖与五碳糖的基团转移反应四碳糖与五碳糖的基团转移反应四碳糖与五碳糖的基团转移反应4-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphate5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖ribulose 5-phosphateribulose 5-phosphate3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate6-6-磷酸果糖磷酸果糖Fructose 6-phosphate转酮酶转酮酶(TPP)(TPP)2020/11/313转酮酶与转醛酶转酮酶与转醛酶 转酮酶转酮酶(transketolase)(transketolase)就是催就是催化含有一个化含有一个酮基酮基、一个、一个醇基醇基的二碳的二碳基团转移的酶。其基团转移的酶。其接受体是醛接受体是醛，辅，辅酶是酶是TPPTPP。转醛酶转醛酶(transaldolase)(transaldolase)是催化含是催化含有一个有一个酮基、二个醇基的三碳基团酮基、二个醇基的三碳基团转移的酶。其转移的酶。其接受体接受体亦是亦是醛醛，但不，但不需要需要TPPTPP。2020/11/314H2O Pi1,6-二二 磷酸果糖磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛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-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6-6-磷酸葡萄糖的生成磷酸葡萄糖的生成2020/11/315PPP2020/11/316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H2OPi6 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2 5-磷酸核糖磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖1 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三三2020/11/317CO2+H2O+ATPTCAGG-6-PF-6-PF-1,6-BP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径NADPH5-磷酸核糖磷酸核糖2020/11/318磷酸戊糖途径的代谢起始物是磷酸戊糖途径的代谢起始物是G-6-P，返，返回的代谢终产物是回的代谢终产物是3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸磷酸果糖果糖，其重要的中间代谢产物是，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核磷酸核糖糖和和NADPH。2020/11/319 磷酸戊糖途径总反应式磷酸戊糖途径总反应式磷酸戊糖途径总反应式磷酸戊糖途径总反应式6 G-6-P+12NADP+7 H2O 5 G-6-P+6CO2+12NADPH+12H+H H3 3POPO4 42020/11/320磷酸戊糖途径图磷酸戊糖途径图磷酸戊糖途径图磷酸戊糖途径图糖酵解途径糖酵解途径6666-磷磷酸葡萄糖酸葡萄糖2 5-2 5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖25-25-磷酸磷酸核糖核糖2 25-5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖27-27-磷酸磷酸景天糖景天糖223-3-磷磷酸甘油醛酸甘油醛24-24-磷酸磷酸赤藓糖赤藓糖22 6 6-磷磷酸果糖酸果糖22 3-3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 2 2 6 6-磷磷酸果糖酸果糖66-66-磷酸葡磷酸葡萄糖酸内酯萄糖酸内酯6NADPH6NADPH66-66-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸6H6H2 2O O665-5-磷磷酸核酮糖酸核酮糖6NADPH6NADPH6CO6CO2 2葡萄糖葡萄糖2020/11/321 1.磷酸戊糖途径是生物磷酸戊糖途径是生物普遍存在普遍存在的途径的途径 2.提供提供大量的能量大量的能量,仅次于有氧氧化仅次于有氧氧化3.提供生物合成的还原剂提供生物合成的还原剂-NADPH4.提供核酸提供核酸,辅酶合成的原料辅酶合成的原料-核糖核糖 5.与植物与植物光合作用光合作用有关有关-C3,C4 6.是戊糖分解的必经途径是戊糖分解的必经途径磷酸戊糖途径的生理意义磷酸戊糖途径的生理意义2020/11/3225-5-5-5-磷酸核糖作用磷酸核糖作用磷酸核糖作用磷酸核糖作用DNADNA、RNARNA合成原料合成原料(1)NAD(P)(1)NAD(P)+(2)FAD(2)FAD(3)HSCoA(3)HSCoA各种核苷酸辅酶各种核苷酸辅酶(1)NTP(1)NTP(2)dNTP (2)dNTP 核苷酸核苷酸(3)cAMP/cGMP(3)cAMP/cGMP第二信使第二信使合合成成原原料料2020/11/323NADPHNADPH的主要功能的主要功能1 1）、作为）、作为供氢体供氢体 -参与体内多种生物合成反应参与体内多种生物合成反应2 2）、是谷胱甘肽还原酶的辅酶）、是谷胱甘肽还原酶的辅酶 -对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量起重要作用量起重要作用3 3）、作为加单氧酶的辅酶）、作为加单氧酶的辅酶 -参与肝脏对激素、药物和毒物的生物转参与肝脏对激素、药物和毒物的生物转化作用化作用4 4）、）、清除自由基清除自由基的作用的作用 2020/11/324NADPHNADPH作为体内的供氢体作为体内的供氢体 脂肪酸脂肪酸、胆固醇胆固醇和和类固醇化合物类固醇化合物的生物合的生物合成，成，均需要大量的均需要大量的NADPHNADPH。NADPNADPH H+H H+R-C=C-RR-C=C-R R-CR-CH H2 2-C-CH H2 2-R-RH HH HR-CHR-CH2 2-C-R-C-R R-CHR-CH2 2-C-CH H-R-R0 0=O OH HNADPNADP+2020/11/325 谷胱甘肽的功能：谷胱甘肽的功能：(1)解毒功能解毒功能(2)保护巯基酶保护巯基酶/蛋白质蛋白质(3)可消除自由基可消除自由基(4)协助氨基酸的吸收协助氨基酸的吸收谷谷胱胱甘甘肽肽的的抗抗氧氧化化作作用用2020/11/326NADPHNADPH作为羟化酶的辅酶作为羟化酶的辅酶羟化反应：羟化反应：(1)(1)与某些生物合成与某些生物合成(胆固醇、胆汁酸、类固胆固醇、胆汁酸、类固醇激素等醇激素等)有关；有关；(2)(2)与肝脏的生物转化与肝脏的生物转化(激素、药物、毒物的激素、药物、毒物的生物转化生物转化)有关。有关。RH+NADPH+H+ROH+NADP+H2O 羟化酶羟化酶2020/11/327蚕豆病蚕豆病:蚕豆病的蚕豆病的症状症状是：是：吃蚕豆几小时或吃蚕豆几小时或1 12 2天后，突天后，突然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、然感到精神疲倦、头晕、恶心、畏寒发热、全身酸痛、萎靡不振，并伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功萎靡不振，并伴有黄疸、肝脾肿大、呼吸困难、肾功能衰竭，甚至死亡。能衰竭，甚至死亡。蚕豆病，俗称蚕豆黄蚕豆病，俗称蚕豆黄 机理机理:蚕豆中有蚕豆中有3 3种物质：裂解素、锁未尔和多巴种物质：裂解素、锁未尔和多巴胺。前两种使谷胱甘肽氧化，后一种能激发红细胞的胺。前两种使谷胱甘肽氧化，后一种能激发红细胞的自身破坏自身破坏.血像检查血像检查:红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。红细胞明显减少，黄疸指数明显升高。2020/11/328磷酸戊糖途径小结磷酸戊糖途径小结1.不必经过不必经过EMP和途径，在葡萄糖上直接脱羧和途径，在葡萄糖上直接脱羧脱氢脱氢.2.脱氢酶的辅酶为脱氢酶的辅酶为NADP+.3.6-P-葡萄糖酸脱氢酶既脱氢又脱羧葡萄糖酸脱氢酶既脱氢又脱羧.4.中间物有中间物有C4,C5,C72020/11/329磷酸戊糖途径特点磷酸戊糖途径特点 ：反应部位：反应部位：细胞溶胶细胞溶胶反应底物：反应底物：6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖重要反应产物：重要反应产物：NADPHNADPH、5-5-磷酸核糖磷酸核糖限速酶：限速酶：6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD)(G-6-PD)2020/11/330磷酸戊糖途径的调节磷酸戊糖途径的调节1.1.限速酶限速酶肝脏中的各种戊糖途径的酶中以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，的活性最低，所以它是戊糖途径的所以它是戊糖途径的限速酶限速酶，催化不可逆反应步骤。，催化不可逆反应步骤。2.NADP2.NADP+/NADPH/NADPH比值的调节比值的调节NADPHNADPH竞争性抑制竞争性抑制6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶和磷酸葡萄糖脱氢酶和6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。机体内机体内NADNAD+/NADH/NADH比比NADPNADP+/NADPH/NADPH的比值要高几个数量级，前者为的比值要高几个数量级，前者为700700，后者为后者为0.0140.014，这使，这使NADPNADPH可以进行有效的反馈抑制调控。只有可以进行有效的反馈抑制调控。只有NADPHNADPH在脂在脂肪的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过肪的生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶产生磷酸葡萄糖脱氢酶产生出出NADPHNADPH。3.3.底物浓度底物浓度非氧化阶段戊糖的转变主要受控于非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度底物浓度。5-5-磷酸核糖磷酸核糖过多时，可转化成过多时，可转化成6-6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-3-磷酸甘油醛进行酵解。磷酸甘油醛进行酵解。2020/11/331其它糖进入单糖分解的途径其它糖进入单糖分解的途径半乳糖半乳糖半乳糖半乳糖-1-PUDP-半乳糖半乳糖UDP-葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-1-磷酸磷酸糖原或淀粉糖原或淀粉葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸果糖果糖蔗糖蔗糖果糖果糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-1、6-磷酸磷酸磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油磷酸甘油甘油甘油3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛进入糖酵解进入糖酵解甘露糖甘露糖甘露糖甘露糖-6-磷酸磷酸ATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPATPADPNADH+H+NAD+PiUTPPPi2020/11/332又称又称2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。）裂解途径。1952年在年在嗜糖假单胞菌嗜糖假单胞菌中发现，后来证明存在于多种中发现，后来证明存在于多种细菌细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）。中（革兰氏阴性菌中分布较广）。ED途径可不途径可不依赖于依赖于EMP和和HMP途径而途径而单独单独存在，存在，是少数缺乏完是少数缺乏完整整EMP途径的微生物的一种途径的微生物的一种替代途径替代途径，未发现存在于，未发现存在于其它生物中。其它生物中。ED(Entner-Doudoroff)途径途径2020/11/333ED途径途径 ATP ADP NADP+NADPH2葡萄糖葡萄糖 6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖 6-磷酸磷酸-葡萄酸葡萄酸 激酶激酶 （与与EMP途径连接途径连接）氧化酶氧化酶 (与与HMP途径连接途径连接)EMP途径途径 3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛 脱水酶脱水酶 2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸磷酸-葡萄糖酸葡萄糖酸 EMP途径途径 丙酮酸丙酮酸 醛缩酶醛缩酶 有氧时与有氧时与TCA环连接环连接 无氧时进行细菌发酵无氧时进行细菌发酵 2020/11/334ED途径的特点途径的特点葡萄糖经转化为葡萄糖经转化为2-2-酮酮-3-3-脱氧脱氧-6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸后，后，经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-3-磷酸磷酸甘油醛，甘油醛，3-3-磷酸甘油醛再经磷酸甘油醛再经EMP途径途径转化成为丙酮转化成为丙酮酸。结果是酸。结果是1 1分子葡萄糖产生分子葡萄糖产生2 2分子丙酮酸，分子丙酮酸，1 1分子分子ATPATP。2020/11/335ED途径的特征反应是途径的特征反应是关键中间代谢物关键中间代谢物2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和）裂解为丙酮酸和3-磷磷酸甘油醛。酸甘油醛。ED途径的途径的特征酶是特征酶是KDPG醛缩酶醛缩酶.反应步骤简单，产能效率低反应步骤简单，产能效率低.此途径此途径可与可与EMP途径、途径、HMP途径和途径和TCA循环相循环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需要。和不同中间代谢物的需要。好氧时与好氧时与TCA循环相循环相连，厌氧时进行乙醇发酵连，厌氧时进行乙醇发酵.2020/11/336ED途径的总反应途径的总反应 ATP C6H12O6 ADP KDPGATP 2ATP NADH2 NADPH2 2丙酮酸丙酮酸 6ATP 2乙醇乙醇 (有氧时经过呼吸链有氧时经过呼吸链)（无氧时进行细菌乙醇发酵）（无氧时进行细菌乙醇发酵）2020/11/337催化的酶：催化的酶：6-磷酸脱水酶，磷酸脱水酶，KDPG醛缩酶醛缩酶相关的发酵生产：相关的发酵生产：细菌酒精发酵细菌酒精发酵优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。缺点：缺点：pH5，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低2020/11/3382020/11/339由表可见，在微生物细胞中，有的同时由表可见，在微生物细胞中，有的同时存在存在多条途径多条途径来降解葡萄糖，有的只有来降解葡萄糖，有的只有一种。在某一具体条件下，拥有多条途一种。在某一具体条件下，拥有多条途径的某种微生物究竟经何种途径代谢，径的某种微生物究竟经何种途径代谢，对对发酵产物发酵产物影响很大。影响很大。2020/11/340 许多许多微生物及植物微生物及植物能够利用能够利用乙酸乙酸作为唯作为唯一的碳源，这些生物机体中除有一的碳源，这些生物机体中除有TCATCA循环外还循环外还有另一途经有另一途经,此途经中间代谢物有此途经中间代谢物有乙醛酸乙醛酸故称故称乙醛酸循环。此途经与乙醛酸循环。此途经与TCATCA循环相联系，故又循环相联系，故又称称TCATCA循环支路循环支路。二、三羧酸循环支路二、三羧酸循环支路-乙醛酸循环乙醛酸循环(一一).).乙醛酸循环的概念乙醛酸循环的概念2020/11/3412020/11/3422020/11/343三羧酸循环与三羧酸循环与乙醛酸循环的关系乙醛酸循环的关系乙酰辅酶乙酰辅酶A A草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸a-a-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酸乙酸乙醛酸乙醛酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶裂解酶苹果酸苹果酸合成酶合成酶2020/11/344乙醛酸循环的特点乙醛酸循环的特点异柠檬酸裂解酶和异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶苹果酸合成酶1.1.两个关键酶两个关键酶2.2.有些微生物和动物不能利用乙酸作为营养物有些微生物和动物不能利用乙酸作为营养物是因为它们体內无乙酰是因为它们体內无乙酰CoACoA合成酶合成酶3.3.葡萄糖可抑制异柠檬酸裂解酶的活性葡萄糖可抑制异柠檬酸裂解酶的活性葡萄糖存在时进行葡萄糖存在时进行TCATCA循环循环4.4.乙醛酸循环不是乙酰乙醛酸循环不是乙酰CoACoA的分解途径的分解途径而是利用二碳合成四碳化合物而是利用二碳合成四碳化合物.(琥珀酸琥珀酸)2020/11/3451.1.作为碳源提供能量作为碳源提供能量(生成生成NADH).NADH).2.2.作为碳源合成糖作为碳源合成糖,氨基酸氨基酸,脂肪。脂肪。3.3.利用脂肪合成糖（油料植物种子萌发）。利用脂肪合成糖（油料植物种子萌发）。4.4.提供提供TCATCA循环的中间产物循环的中间产物.乙醛酸循环的生理意义乙醛酸循环的生理意义2020/11/346三、单糖的生物合成三、单糖的生物合成1 1、葡萄糖生物合成的最基本途径：、葡萄糖生物合成的最基本途径：光合作用光合作用2 2、糖异生作用、糖异生作用 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 糖酵解与糖异生作用的糖酵解与糖异生作用的关系关系2020/11/347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萄糖糖的的途径称为糖异生。途径称为糖异生。糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸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酶酶丙酮酸丙酮酸激酶激酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶6-磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖2 草酰乙酸草酰乙酸PEP羧激酶羧激酶2020/11/348糖异生的概念糖异生的概念糖异生糖异生是指从非糖物质如是指从非糖物质如丙酮酸、乳酸、丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸、甘油生糖氨基酸、甘油等在等在肝脏肝脏中合成葡萄糖中合成葡萄糖的过程。的过程。(葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶只在肝脏中存在磷酸酶只在肝脏中存在)2020/11/349哺乳动物哺乳动物糖异生糖异生的前体物质主要有乳酸、丙酮酸、甘的前体物质主要有乳酸、丙酮酸、甘油和一些氨基酸。高等动物糖异生绝大多数发生于油和一些氨基酸。高等动物糖异生绝大多数发生于肝肝脏脏，极少部分发生于肾皮质。，极少部分发生于肾皮质。植物萌发时，贮存的植物萌发时，贮存的甘油三酯甘油三酯和和蛋白质蛋白质通过糖异生转通过糖异生转变为蔗糖运送到生长的植物，葡萄糖及其衍生物是植变为蔗糖运送到生长的植物，葡萄糖及其衍生物是植物细胞壁、核苷酸、辅酶及其他重要代谢物的合成前物细胞壁、核苷酸、辅酶及其他重要代谢物的合成前体。体。许多微生物可以生长在简单有机物如乙酸、乳酸、丙许多微生物可以生长在简单有机物如乙酸、乳酸、丙酸等条件下，通过糖异生把它们转变为葡萄糖。酸等条件下，通过糖异生把它们转变为葡萄糖。2020/11/350糖异生途径关键反应之一糖异生途径关键反应之一+H2O+Pi6-磷酸葡萄糖酶磷酸葡萄糖酶P6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖H葡萄糖葡萄糖2020/11/351糖异生途径关键反应之二糖异生途径关键反应之二二磷酸果糖二磷酸果糖酶酶+H2O+Pi1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖PPOH2COH2COHOOHHOHHHHH2COOH6-磷酸果糖磷酸果糖POH2COHOOHHHH2020/11/352糖异生途径关键反应之三糖异生途径关键反应之三PEP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（PEP）GTPGDP丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸CO2CO22020/11/353糖糖酵酵解解和和葡葡萄萄糖糖异异生生的的关关系系ABC1C2A G-6-P磷酸酯酶磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶C2 PEP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-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TCA循环循环乙酰乙酰CoAPEPG-6-PF-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-甘油甘油甘油甘油2020/11/354葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶第第1步步第第2步步第第3步步草酰草酰乙酸乙酸丙酮酸羧丙酮酸羧化化酶酶 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 羧羧激激酶酶 果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-1-12020/11/355糖异生途径的前体糖异生途径的前体1.丙酮酸类物质丙酮酸类物质凡是能生成丙酮酸的物质凡是能生成丙酮酸的物质都可以变成葡萄糖。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、例如三羧酸循环的中间物，柠檬酸、异柠檬酸、-酮戊酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变成二酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸都可以转变成草酰乙草酰乙酸酸而进入糖异生途径。而进入糖异生途径。2、氨基酸氨基酸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，它们可转化成酸等，它们可转化成丙酮酸、丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸酮戊二酸、草酰乙酸等等三羧酸循环中间物参加糖异生途径。三羧酸循环中间物参加糖异生途径。2020/11/356反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维反刍动物糖异生途径十分活跃，牛胃中的细菌分解纤维素成为素成为乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸乙酸、丙酸、丁酸等奇数脂肪酸可转变成为琥珀可转变成为琥珀酰酰CoACoA参加糖异生途径合成葡萄糖。参加糖异生途径合成葡萄糖。3 3、酵解产生的乳酸、酵解产生的乳酸剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，随血流流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为流至肝脏，先氧化成丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来。来。这一乳酸这一乳酸葡萄糖的循环过程称为葡萄糖的循环过程称为CoriCori循环。循环。4、脂肪酸类物质脂肪酸类物质2020/11/357剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，剧烈运动时产生的大量乳酸会迅速扩散到血液，PHPH值下降值下降,乳酸乳酸血流血流流至肝脏，先氧化成流至肝脏，先氧化成丙酮酸丙酮酸，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进，再经过糖异生作用转变为葡萄糖，进而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来而补充血糖，也可重新合成肌糖原被贮存起来,防止酸中毒防止酸中毒.3.3.与氨基酸与氨基酸,脂肪代谢相联系脂肪代谢相联系 4.4.维持三羧酸循环的正常进行维持三羧酸循环的正常进行糖异生的生理意义糖异生的生理意义1.1.维持血糖浓度的稳定维持血糖浓度的稳定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。血糖浓度，满足组织对糖的需要是十分重要的。2.2.乳酸的利用乳酸的利用2020/11/358人脑人脑对葡萄糖有高度的依赖性，以对葡萄糖有高度的依赖性，以葡萄糖为葡萄糖为主要原料主要原料，红细胞需要葡萄糖。一般情况下，红细胞需要葡萄糖。一般情况下，体内葡萄糖可以维持一天的需要；处于饥饿体内葡萄糖可以维持一天的需要；处于饥饿或剧烈运动状态时，必须由非糖物质转变为或剧烈运动状态时，必须由非糖物质转变为葡萄糖，机体必须维持一定的血糖水平才能葡萄糖，机体必须维持一定的血糖水平才能满足器官对葡萄糖的需要。满足器官对葡萄糖的需要。2020/11/359底物循环概概念念：作用物的互变反应分别由不同的酶催化其单向反应，这种互变循环就称为底物循环。无无效效循循环环：当底物循环中的两种酶活性相等时，不能将代谢向前推进，结果ATP分解释放能量，因而称为无效循环。对糖酵解途径与糖异生途径中的2个底物循环进行调节，是糖异生调节的主要方式。2020/11/360“无效无效”循环（循环（Futile Cycle）2020/11/361第一个底物循环ATPADPPi6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1果糖双磷酸酶果糖双磷酸酶-12,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 AMP6-6-磷酸果糖磷酸果糖1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖2020/11/362第二个底物循环磷酸烯醇型丙酮酸磷酸烯醇型丙酮酸1,6-1,6-二磷酸果二磷酸果糖糖丙丙 酮酮 酸酸 乙酰乙酰CoA丙酮酸激酶丙酮酸激酶草酰乙酸草酰乙酸+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体2020/11/363糖异生作用的调节糖异生作用的调节 1 果糖磷酸激酶和果糖果糖磷酸激酶和果糖-1，6-二磷酸酶的二磷酸酶的调节调节 2 丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的调节。式丙酮酸羧激酶的调节。2020/11/364乳酸循环概念：肌收缩（尤其是氧供应不足时）通过糖酵解产生乳酸，因为肌肉内糖异生活性低，所以乳酸通过细胞膜弥散进入血液后，再入肝，在肝内异生为葡萄糖，葡萄糖入血后又可被肌肉摄取，这就构成了一个循环，成为乳酸循环，也叫Cori循环。意义：在于避免损失乳酸及防止乳酸堆积引起酸中毒。2020/11/365乳乳酸酸循循环环葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸乳乳 酸酸乳乳 酸酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸NADHNAD+NADHNAD+糖糖异异生生途途径径糖糖酵酵解解途途径径肝肝 血液血液 肌肉肌肉CoriCori循环循环循环循环2020/11/366四、双糖的生物合成四、双糖的生物合成1 1、单单糖糖基基的的活活化化糖糖核核苷苷酸酸（UDPG、ADPG、GDPG等）的合成等）的合成 糖糖核核苷苷二二磷磷酸酸在在不不同同聚聚糖糖形形成成时时，提提供供糖糖基基和和能能量量。植植物物细细胞胞中中蔗蔗糖糖合合成成时时需需UDPG，淀淀粉粉合合成成时时需需ADPG，纤纤维维素素合合成时需成时需GDPG和和UDPG；动物细胞中糖元合成时需；动物细胞中糖元合成时需UDPG。2 2、蔗糖的合成、蔗糖的合成 蔗糖合成酶途径蔗糖合成酶途径 磷酸蔗糖合成酶途径磷酸蔗糖合成酶途径 蔗糖磷酸化酶途径蔗糖磷酸化酶途径2020/11/367谢谢观赏！2020/11/568