第25章 磷酸戊糖途径和糖的其他代谢途

Biochemistry生物化学硕士研究生入学考试国家教育部指定考试科目教材：王镜岩主编（第三版）高教出版社主讲:杨卫民Chapter25磷酸戊糖途径和糖的其他代谢途径Pentosephosphatepathway三羧酸循环乙醛酸循环？Chapter25Pentosephosphatepathway一、磷酸戊糖途径的发现又叫“己糖磷酸支路HMP”●糖酵解被抑制（如添加碘乙酸或氟化物），葡萄糖仍可被分解，说明葡萄糖还有其他代谢途径。糖酵解及三羧酸循环无疑是葡萄糖氧化的重要途径，但许多实验指出：生物体中除三羧酸循环外，尚有其他糖代谢途径，其中戊糖磷酸途径为较重要的一种。在动物及多种微生物体中，约有30％的葡萄糖可能由此途径进行氧化。1、磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）2磷酸戊糖途径细胞质中磷酸戊糖——磷酸戊糖为代表性中间产物。支路——糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。二、磷酸戊糖途径（147页）二、磷酸戊糖途径（147页）2、磷酸戊糖途径分氧化阶段和非氧化阶段。第一阶段（氧化阶段）：6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖。C1脱羧释出CO2。6-磷酸葡萄糖脱氢酶是关键酶，NADPH反馈抑制该酶活性第二阶段（非氧化阶段）：磷酸戊糖（即5-磷酸核酮糖）分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖，进入酵解途径（EMP途径）。其间涉及转酮反应：酮糖上的二碳单位经转酮酶的催化转移到醛糖的第一碳上，条件是供体C3为L-型。转醛反应：由转醛酶催化使磷酸酮糖上的三碳单位转移到另一个磷酸醛的C1上。3、过程2核糖-5-磷酸4木酮糖-5-磷酸6×葡萄糖-6-磷酸糖酵解6×6-磷酸葡萄糖酸6NADP+6NADPH+6H+6×核酮糖-5-磷酸6NADP+6NADPH+6H+6CO22景天酮糖-7-磷酸2甘油醛-3-磷酸2果糖-6-磷酸2赤藓糖-4-磷酸2甘油醛-3-磷酸氧化阶段(脱碳产能)非氧化阶段(重组)2NADPH生物氧化O25ATP+2H2O6(葡萄糖-6-磷酸)+6O26(5-磷酸核酮糖)+6CO2+6H2O+30ATP葡萄糖+O26CO2+6H2O+24ATP(6×5-6(活化))5(6-磷酸葡萄糖)TPPDonor(ketose)Acceptor(aldose)（转酮醇酶）赤藓糖木酮糖-5-磷酸景天庚酮糖赤藓糖Donor(ketose)Acceptor(aldose)转二羟丙酮酶PentosephosphatepathwayChapter25●2、产生NADPH，为生物合成提供还原力；●3、产物——磷酸核糖用于DNA、RNA的合成；NADPH使红细胞中还原性谷胱甘肽再生，对维持红细胞的还原性有重要作用；——木酮糖是植物光合作用从CO2合成葡萄糖的部分途径；三、磷酸戊糖途径的生理意义（有关的酶均在细胞质中）●1、产能——不通过糖酵解；——各种单糖用于合成各类多糖；四、糖的其他代谢途径（一）糖的异生(gluconeogenesis)1、概念由非糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程叫糖的异生，又叫生糖作用。2、部位：肝脏是糖异生的主要器官。3、过程：糖酵解7步可逆步骤+3特异反应基本上是糖酵解的逆过程，但必需越过三个“能障”即由己糖激酶、果糖磷酸激酶和丙酮酸激酶催化的三步反应。以丙酮酸为例：1、丙酮酸羧化支路：丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸羧化酶的作用生成草酰乙酸，再转化成苹果酸，穿出线粒体。苹果酸又生成草酰乙酸，在磷酸丙酮酸羧化激酶生成磷酸烯醇式丙酮酸。2、沿酵解途径至1，6-二磷酸果糖3、1，6-二磷酸果糖在果糖二磷酸酶的作用下生成6-磷酸果糖，越过第二个“能障”。4、6-磷酸果糖逆行至6-磷酸葡萄糖，再由葡萄糖-6-磷酸酶催化生成葡萄糖，越过第三个“能障”。总结：从两分子丙酮酸合成一分子葡萄糖共消耗6分子ATP。关键酶是果糖二磷酸酶，受AMP、ADP的抑制，ATP的激活。3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮NAD+⑤磷酸丙糖异构酶2⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶NADH＋H1.3-二磷酸甘油酸ADP23-磷酸甘油酸2⑧磷酸甘油酸变位酶H20磷酸ADPATP2-磷酸甘油酸2烯醇式丙酮酸⑨烯醇化酶⑩丙酮酸激酶⑤异构ΔG=-0.6kcal/mol(可逆)⑦磷酸甘油酸激酶ATP⑥氧化磷酸化ΔG=-0.4kcal/mol(可逆)⑦产能1ΔG=+0.3kcal/mol(可逆)⑩产能2ΔG=-4.0kcal/mol(不可逆)⑧异构⑨脱水ΔG=+0.2kcal/molΔG=-0.8kcal/mol(可逆)（可逆）2丙酮酸第1步丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸提问：如何进行？答案：提供更多的活化能量。草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2ATPADP+PiGTPGDPCO2烯醇丙酮酸磷酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸提问：这里CO2的作用是什么？能量载体合成的草酰乙酸新－COOH中储存了ATP水解的键能，脱碳时损失的键能相对较少，总体自由能上升。磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖第2步葡萄糖糖原（淀粉）ATP①己糖激酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶1-磷酸葡萄糖②磷酸葡萄糖异构酶6-磷酸果糖ATP③磷酸果糖激酶1．6—二磷酸果糖④醛缩酶3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮①活化ΔG=-7.5kcal/mol(不可逆)②异构ΔG=-0.6kcal/mol(可逆)③二次活化ΔG=-5.0kcal/mol(不可逆)④裂解ΔG=-0.3kcal/mol(可逆)磷酸化酶磷酸ADPADP提问：如何进行？水解酶催化OOHOHCH2CH2OHOPP6-磷酸果糖PPOOHOHCH2CH2OOP1，6-二磷酸果糖•答案：在水解酶作用下水解。•第3步糖原的形成提问：丙酮酸通过糖异生形成一个G，消耗多少个ATP能量？答案：6（4（⑩2×2）+2（⑦1×2））葡萄糖ATPADP葡糖-6-磷酸葡糖磷酸变位酶葡糖-1-磷酸UDP焦磷酸化酶UTPPPiUDPG糖原合成酶R引物UDPATPADPR-α-1，4葡萄糖链分支酶糖原R-小段葡萄糖多糖链糖原核心糖原核心分支酶（4→6糖苷转移酶）1416提问：哪些物质可以通过糖异生途径形成糖元？答案：凡能转变成糖代谢中间产物的物质。乳酸回炉再造－解毒、节能饥饿状态下氨基酸、甘油维持血糖浓度纤维素有机酸微生物发酵糖异生葡萄糖、糖原提问：其他多糖是如何产生的？答案：由磷酸戊糖途径提供各种单糖，由类似糖元合成途径合成。？4、糖异生途径的前体（1）凡是能生成丙酮酸的物质都可以进入糖异生途径，生成葡萄糖。（2）大多数氨基酸是生糖氨基酸。（3）肌肉运动产生的乳酸，可迅速进入肝脏，转化成丙酮酸进入糖异生途径，变成葡萄糖，再进入血液运送到肌肉中去利用，这个过程叫Cori循环。（4）反刍动物体内产生的乙酸、丙酸、丁酸主要进入糖异生途径合成葡萄糖。5、糖异生作用的调节（157页）葡萄糖的异生作用和糖酵解作用相互制约又相互协调，主要是通过控制关键酶的活性来实现的。“无用循环”和“可立氏循环（Coricycle)”，157页。6、糖异生作用的意义（1）糖异生作用是重要的葡萄糖合成途径，在饥饿情况下保证血糖浓度的相对恒定。（2）糖异生作用与乳酸的利用有密切的关系，预防乳酸性酸中毒和应急反应等。（3）糖异生作用有利于协助氨基酸代谢。（二）乙醛酸循环（glyoxylatecycle）在植物和微生物体中还可通过所谓“乙醛酸循环”使乙酰CoA转变成琥珀酸，后者再经草酰乙酸步骤转变成糖或补充三羧酸循环的琥珀酸。乙醛酸循环可以说是三羧酸循环的辅佐途径。改良的三羧酸循环（二）乙醛酸循环——三羧酸循环支路三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（省了6步）异柠檬酸柠檬酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH①②只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；异柠檬酸裂解酶异柠檬酸琥珀酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+①②CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3CO~SCoA+CoASH乙醛酸乙酰CoA苹果酸苹果酸合成酶这种途径对于植物和微生物意义重大！只保留三羧酸循环中的（10）脱氢（1NADH）产能，只相当于3个ATP，意义不在于产能，在于生存。Ⅰ.种子发芽Ⅱ.原始细菌生存糖异生油类植物种子中的油脂代谢糖乙醛酸循环草酰乙酸乙酰CoAⅡ.原始细菌生存乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌（物质循环中的重要一环）乙酸NH3生存乙醛酸循环四碳、六碳化合物转化乙酸+ATP+CoASH→乙酰CoA+H2O+AMP+PPi乙酰CoA合成酶（三）其他单糖的分解代谢1、果糖果糖在小肠粘膜和肝脏磷酸化成果糖-6-磷酸或果糖-1，6-二磷酸。后二者可进入糖的分解代谢途径氧化成CO2和H2O或合成糖原，或转为血葡萄糖。2、半乳糖半乳糖主要来自食物。为形成糖脂、糖蛋白和乳糖的成分。在机体中半乳糖可转变为α-D-葡糖-6-磷酸再照葡糖-6-磷酸分解途径分解。3、戊糖的代谢人和动物均不易吸收和利用戊糖，但除戊糖尿患者（尿中含戊糖）完全不能利用戊糖外，正常人体和动物还是可以利用一些戊糖的。因为不同组织的酶可使嘌吟核苷酸和核苷的核糖基变成非戊糖物质（如己糖），而且机体可从葡萄糖醛酸合成L-木酮糖，体内的戊糖主要是由己糖变来。体内的戊糖磷酸异构酶可催化D-核酮糖-5-磷酸变D-核糖-5-磷酸。4、甘露糖从食物中所得的甘露糖不多，但机体能利用甘露糖。唯须先转变为甘露糖-6-磷酸，再经甘露糖磷酸异构酶催化变为D-果糖-6-磷酸，然后再照糖酵解（EMP）途径分解。糖代谢总图戊糖磷酸途径储存性糖类（糖原、淀粉等）葡糖-6-磷酸甘露糖葡萄糖果糖磷酸丙糖丙酮酸乳酸、乙醇乙酰辅酶AATPCO2+H2O三羧酸循环乙醛酸循环戊糖磷酸核糖CO2+H2O各种脂类其他生糖物质生糖氨基酸酵解发酵糖异生本章重点