戊糖磷酸途径

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2020/11/3,*,戊糖磷酸途径,pentose phosphate pathway,生物化学,2020/11/3,1,糖酵解和三羧酸循环是机体内,糖分解代谢,的主要途径，但不是唯一途径。,实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如,碘乙酸或氟化物,等，葡萄糖仍可以被消耗，说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即,磷酸戊糖途径,（,pentose phosphate pathway,PPP,），也称为,磷酸己糖旁路,（,hexose monophosphate pathway/shunt,HMP,）。,参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有,30%,的葡萄糖通过此途径分解。,2020/11/3,2,砷酸、碘乙酸、氟化物抑制糖酵解,砷酸,与磷酸结构非常相似，可竞争性抑制,3-,磷酸甘油醛脱氢酶的活性，因此使糖酵解第,6,步反应,3-,磷酸甘油醛,1,，,3-,二磷酸甘油酸不能进行。,碘乙酸,：由于,3-,磷酸甘油醛的活性部位是半胱氨酸的巯基，因而凡是能够与巯基反应的物质都可以抑制该反应的进行。如碘乙酸。,氟化物,则是烯醇化酶的抑制剂，可以有效抑制,2-,磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸的过程。,2020/11/3,3,在组织匀浆中加入,碘乙酸或氟化物,等,EMP,的抑制剂，仍有一定量的葡萄糖被氧化成,水和,CO,2,，同位素标记表明，葡萄糖的氧化首先发生在,C1,位，证明此过程不同于,EMP,途径。,磷酸戊糖途径是,有,O,2,条件下，在,细胞质,中将葡萄糖直接氧化分解为,CO,2,的过程。,1.,研究历史：,研究糖酵解同时发现替代途径,2020/11/3,4,戊糖磷酸途径,（,pentose phosphate pathway,）,磷酸己糖,支路,己糖单磷酸途径 戊糖,支路,戊糖磷酸循环,戊糖磷酸途径,磷酸戊糖为,代表性中间产物,糖酵解在磷酸己糖处,分支,2020/11/3,5,CO,2,+H,2,O+,ATP,TAC,G,G-6-P,F-6-P,F-1,6-BP,3-,磷酸甘油醛,丙酮酸,乙酰,CoA,磷酸戊糖途径,NADPH,5-,磷酸核糖,CO,2,2.,磷酸戊糖途径的主要反应,2020/11/3,6,2020/11/3,7,磷酸戊糖途径的代谢起始物是,G-6-P,，返回的代谢终产物是,3-,磷酸甘油醛,和,6-,磷酸果糖,，其重要的中间代谢产物是,5-,磷酸核糖,和,NADPH,。,磷酸戊糖途径在细胞的,胞液,(cytoplasm),中进行。关键酶是,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,(glucose-6-phosphate dehydrogenase),。,2020/11/3,8,2.1,葡萄糖的氧化脱羧阶段,1),脱氢反应,6-,磷酸葡萄糖在,6-,磷酸葡萄糖脱氢酶,催化下生成,6-,磷酸葡萄糖酸,内酯,。,2020/11/3,9,2),水解反应,在,6-,磷酸葡萄糖酸内酯酶,催化下，,6-,磷酸葡萄糖酸内酯水解为,6-,磷酸葡萄糖酸,。,2020/11/3,10,3),脱氢脱羧反应,在,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,催化下,6-,磷酸葡萄糖酸经氧化脱羧生成,5-,磷酸核酮糖,、,NADPH,和,CO2,。,2020/11/3,11,2.2,非氧化的分子重组合阶段,4),异构化反应,5-,磷酸核酮糖异构化为,5-,磷酸核糖；,5-,磷酸核酮糖差向异构化,(,异构化,),为,5-,磷酸木酮糖。,2020/11/3,12,Glucose-6-phosphate,2 NADP,+,H,2,O,ribose-5-phosphate,2,NADPH,+ 2H,+,CO,2,核苷酸合成的前体,2020/11/3,13,5),转酮醇反应,(,二碳单位转移,),TPP helps the two-carbon transferring in,transketolase,2020/11/3,14,2020/11/3,15,转酮醇酶催化磷酸酮糖上的,2C,单位羟乙酰基转移到磷酸醛糖的,C1,上，形成,3-,磷酸甘油醛和,7-,磷酸景天庚酮糖。转酮醇酶转移,1,个,2C,单位。,5C,+5C=,3C,+7C,2020/11/3,16,6),转醛醇反应,(,三碳单位转移,),7C,+3C=,4C,+6C,转醛醇酶催化,7-,磷酸景天庚酮糖上的二羟基丙酮基团转移给,3-,磷酸甘油醛生成,4-,磷酸赤藓糖和,6-,磷酸果糖。转醛醇酶转移,1,个,3C,单位。,2020/11/3,17,2020/11/3,18,7),转酮醇反应,4,碳糖和,5,碳糖经转酮醇酶作用转移,2,碳单位，形成,3,碳糖和,6,碳糖。,5C,+4C=,3C,+6C,2020/11/3,19,8),异构化反应,2020/11/3,20,5-,磷酸核酮糖,(,C,5,),3,5-,磷酸核糖,C,5,5-,磷酸木酮糖,C,5,5-,磷酸木酮糖,C,5,7-,磷酸景天糖,C,7,3-,磷酸甘油醛,C,3,4-,磷酸赤藓糖,C,4,6-,磷酸果糖,C,6,6-,磷酸果糖,C,6,3-,磷酸甘油醛,C,3,2020/11/3,21,从,5C,糖重新生成,6C,糖,2020/11/3,22,2020/11/3,23,磷酸戊糖途径是通过,glucose 6-phosphate,直接,脱氢脱羧,将糖氧化分解的，,脱氢酶的辅酶为,NADP,，无,ATP,的产生与消耗。,2020/11/3,24,3,磷酸戊糖途径的调控,在氧化脱羧阶段，,葡萄糖,-6-,磷酸脱氢酶,是磷酸戊糖途径的,限速酶,，活性受,NADP/NADPH,比率的调节，,NADPH,竞争性抑制,葡萄糖,-6-,磷酸脱氢酶,和,6-,磷酸葡萄糖酸脱氢酶,的活性,2020/11/3,25,非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。,5-,磷酸核糖,过多时，可转化成,6-,磷酸果糖和,3-,磷酸甘油醛进行酵解。,转酮醇酶,是,PPP,途径非氧化阶段的,重要酶,，其辅因子是,TPP,，某些遗传缺陷的人体内的转酮醇酶结合,TPP,的活力仅为正常人的十分之一，当食物中缺乏硫胺素时，其神经功能显著紊乱，如不能辨认方向，记忆力减退，运动器官麻痹，在充分补充,TPP,后神经症状可得到缓解。,2020/11/3,26,4,磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义,磷酸戊糖途径的化学计量,从,6G6P,开始，经两次脱氢氧化及脱羧后，放出,6CO,2,，生成,65-Ru5P,和,12NADPH,。,PPP,是通过,G6P,直接脱氢脱羧将糖氧化分解。,脱氢酶的辅酶为,NADP,+,，无,ATP,的产生与消耗。,表明经,6,次循环，,1,分子,G6P,被分解而产生,6,分子,CO,2,。,在非氧化阶段，,6Ru5P(30,个,C),经,C,3,、,C,4,、,C,5,、,C,7,等糖中间代谢物，最后转化成,5G6P(30,个,C),。,2020/11/3,27,产生大量的,NADPH,，为细胞的各种合成反应提供,还原力,。,NADPH,作为主要,供氢体,，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的,还原,，以及氨的同化、丙酮酸羧化还原成苹果酸等反应所必需。,磷酸戊糖途径的生物学意义,2020/11/3,28,2020/11/3,29,谷胱甘肽还可以保护,血红蛋白,不受过氧化氢氧化、自由基等氧化从而使它持续正常发挥运输氧的能力。,红细胞中部分,血红蛋白,在过氧化氢等氧化剂的作用下，其中二价铁氧化为三价铁，使血红蛋白转变为,高铁血红蛋白,，从而失去了带氧能力。还原型谷胱甘肽既能直接与过氧化氢等氧化剂结合，生成水和氧化型谷胱甘肽，也能够将,高铁血红蛋白,还原为血红蛋白。人体红细胞中谷胱甘肽的含量很多，这对保护红细胞膜上蛋白质的巯基处于还原状态，防止溶血具有重要意义。,谷胱甘肽保护酶分子中,-SH,基，有利于酶活性的发挥，并且能恢复已被破坏的酶分子中,-SH,基的活性功能，使酶重新恢复活性。谷胱甘肽还可以抑制乙醇侵害肝脏所产生的脂肪肝。,谷胱甘肽,（,glutathione,，,GSH,）,是由,谷氨酸,、,半胱氨酸,和甘氨酸结合，含有巯基的的,三肽,，具有抗氧化作用和整合,解毒作用,。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽活性基团（故谷胱甘肽常简写为,G-SH,）,2020/11/3,30,磷酸戊糖途径的中间产物为许多化合物的合成提供,原料,。,如,5-,磷酸核糖是合成,核苷酸,的原料，也是,NAD,、,NADP,和,FAD,等的组分。,4-,磷酸赤藓糖与,EMP,中的,PEP,可合成,莽草酸,，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸，以及与植物生长,(,如生长素、木质素合成,),和抗病性,(,如酚类抗毒素等,),有关的物质。,2020/11/3,31,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与光合作用联系起来，并实现某些,单糖间的互变,。,2020/11/3,32,糖的其他代谢途径,糖异生,乙醛酸循环,蔗糖和乳糖的生物合成,糖蛋白的生物合成,2020/11/3,33,乳酸循环（可立氏循环）,脑和肌肉中无葡萄糖,6,磷酸酶,2020/11/3,34,蔗糖和乳糖的生物合成,2020/11/3,35,蔗糖和乳糖的生物合成,1),糖核苷酸的作用,葡萄糖不能直接合成寡糖和多糖，必需经活化变成活化葡萄糖,(,UDPG,、,ADPG,、,GDPG,),才能参与反应。,葡萄糖在,UDP-,葡萄糖,-,焦磷酸化酶,的作用下，形成,UDP-G,。,其他糖同样。,UDP-,糖,为糖的活化形式。,2020/11/3,36,NDP,（,5,二磷酸核苷）,糖焦磷酸化酶,释放大量能量,糖的活化,2020/11/3,37,高等植物合成蔗糖的途径有两条：,蔗糖合酶催化的合成途径,UDPG +,果糖 ,蔗糖,+ UDP,2),蔗糖的生物合成,2020/11/3,38,磷酸蔗糖合酶催化的合成途径,光合组织中磷酸蔗糖合酶活性高,在磷酸蔗糖磷酸酶的催化下,磷酸蔗糖水解生成蔗糖。,2020/11/3,39,由于磷酸蔗糖合酶的活性较大，平衡常数有利蔗糖合成，而且磷酸蔗糖合酶存在量大，所以一般认为此途径是植物合成蔗糖的主要途径。,2020/11/3,40,蔗糖磷酸化酶催化的途径,(,微生物中,),G-1-P +,果糖, 蔗糖,+ Pi,2020/11/3,41,3),乳糖的生物合成,半乳糖,+ATP,半乳糖激酶,半乳糖,-1-,磷酸,+ADP,半乳糖,-1-,磷酸,尿苷酰转移酶,+UDP-G,尿嘧啶核苷二磷酸,-,半乳糖,G-1-P,UDP,半乳糖,活化半乳糖,2020/11/3,42,乳糖合酶,2020/11/3,43,非乳腺组织,中，在半乳糖基转移酶的作用下，将,UDP-,半乳糖,转给,N-,乙酰,-D,葡萄糖胺,2020/11/3,44,在,乳腺组织,中，,半乳糖基转移酶,与,-,乳清蛋白,结合,（乳糖合酶），,将,UDP-,半乳糖转给,D-,葡萄糖，形成,乳糖,。,2020/11/3,45,葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构,葡萄糖运载蛋白,(glucose transporter, GLUT),2020/11/3,46,糖蛋白在自然界中的分布十分广泛，不仅存在于脊椎动物和无脊推动物中，也存在于植物、单细胞有机体和病毒中。,在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白质共价连接，在低等动物以及植物中情况也可能如此。,糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合物，其中的糖基少则只有一个，多则可达数百个。,糖蛋白,(glycoprotein),的生物合成,2020/11/3,47,糖蛋白的结构,在糖蛋白中发现的糖组分包括,D-,半乳糖、,D-,甘露糖、,D-,葡萄糖、,L-,岩藻糖、,D-,木糖、,L-,阿拉伯糖、,D-,葡糖胺、,D-,半乳糖胺及神经氨酸的,N-,或,O-,乙酰与,N-,羟乙酰的衍生物,。在有些粘液分泌物、卵白、脑及海胆卵的胶质膜等的糖蛋白中发现含有,O-,硫酸基。,糖蛋白中糖链的化学组成,弹性蛋白酶的结构,2020/11/3,48,2020/11/3,49,糖蛋白中寡糖链和多肽链的连接,The,N,-glycosidic,linkage is through the amide group of asparagine (Asn, N).,The,O,-glycosidic,linkage is to the hydroxyl of serine (Ser, S), threonine (Thr, T).,2020/11/3,50,N,-,连寡糖的生物合成,合成以酯键相连的寡糖前体,将前体转移到正在增长着的肽链上,（,Asn-X-Ser/Thr XPro, Asp,）,除去前体的某些糖单位,在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子,每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，糖基必须活化为,UDP,或,UDP,的衍生物。,2020/11/3,51,长醇,-,载体，锚定作用,2020/11/3,52,5,种不同的糖基转移酶,翻转,翻转,长醇磷酸衍生物提供活化糖基,2020/11/3,53,寡糖前体,-,长醇焦磷酸寡糖的合成途径,N,-,乙酰葡糖胺,甘露糖,葡萄糖,长醇焦磷酸,2020/11/3,54,N-,连寡糖从长醇链上转移到蛋白质的多肽链是在多肽链的合成过程中就开始的。,糖蛋白中寡糖部分的加工开始于内质网，完成于高尔基体。,2020/11/3,55,O,-,连寡糖的生物合成,O-,连寡糖在,N-,乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在多肽链的丝,/,苏氨酸的羟基上连接上,N-,乙酰半乳糖基，然后逐个加上糖基直至,O-,连寡糖链的形成。,2020/11/3,56,胶原蛋白中,半乳糖,与,5-,羟赖氨酸,形成,0,糖肽键,植物糖蛋白,阿拉伯糖与,羟脯氨酸,形成,0,糖肽键,Hy-Pro,Hy-Lys,2020/11/3,57,O-,连寡糖是先合成蛋白质的多肽链，然后合成寡糖链。,有的在内质网，有的在内质网,-,高尔基体中间结构，有的在高尔基体；但外侧糖基的添加都是在高尔基体完成。,2020/11/3,58,N,连寡糖,0,连寡糖,场所,始于内质网,完成于高尔基体,内质网,/,高尔基体（终）,N,糖基化之后,识别,Asn-X-Ser/Thr,一级结构特定位点,Ser/Thr,二级,/,三级结构,肽链合成时进行,肽链合成后进行,翻译后加工过程,糖蛋白链中寡糖的合成的比较,2020/11/3,59,