戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑

1、第第25章磷酸戊糖途徑章磷酸戊糖途徑無氧分解和有氧分解是普遍存在于生物界無氧分解和有氧分解是普遍存在于生物界的主要的糖分解代謝途徑，但并不是唯一的途的主要的糖分解代謝途徑，但并不是唯一的途徑，但某些動(dòng)物組織中糖的無氧及有氧分解被徑，但某些動(dòng)物組織中糖的無氧及有氧分解被阻斷后，但仍有一定量的葡萄糖被徹底氧化成阻斷后，但仍有一定量的葡萄糖被徹底氧化成二氧化碳和水。經(jīng)過深入的研究，對(duì)于這條氧二氧化碳和水。經(jīng)過深入的研究，對(duì)于這條氧化途徑已比較清楚，由于此途徑是從化途徑已比較清楚，由于此途徑是從6-磷酸葡磷酸葡萄糖萄糖開始的，所以稱為開始的，所以稱為磷酸已糖支路磷酸已糖支路。 一一. .磷酸戊糖途徑及

2、相關(guān)酶磷酸戊糖途徑及相關(guān)酶1.1.氧化階段（不可逆）氧化階段（不可逆）6 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖脫氫脫羧脫氫脫羧轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)化成5 5磷酸磷酸核酮糖核酮糖1.6磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶（NADPH反饋抑制酶活性）反饋抑制酶活性）2.6磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸-內(nèi)酯酶內(nèi)酯酶3.6磷酸葡萄糖酸脫氫酶磷酸葡萄糖酸脫氫酶（1 1）磷酸戊糖）磷酸戊糖同分異構(gòu)化同分異構(gòu)化生成生成5 5磷酸核磷酸核糖及糖及5 5磷酸木酮糖磷酸木酮糖（2 2）磷酸戊糖通過）磷酸戊糖通過轉(zhuǎn)酮反應(yīng)轉(zhuǎn)酮反應(yīng)與與轉(zhuǎn)醛反應(yīng)轉(zhuǎn)醛反應(yīng)生成酵解中間產(chǎn)物生成酵解中間產(chǎn)物6 6磷酸果糖及磷酸果糖及3 3磷酸甘油醛磷酸甘油醛2.2.非氧化階段

3、（全可逆）非氧化階段（全可逆）兩步異構(gòu)化兩步異構(gòu)化磷酸戊糖異構(gòu)酶磷酸戊糖異構(gòu)酶磷酸戊糖差向酶磷酸戊糖差向酶磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑三部基團(tuán)轉(zhuǎn)移三部基團(tuán)轉(zhuǎn)移a.a.轉(zhuǎn)酮反應(yīng)：酮糖上的二碳單位（羥乙醛基）轉(zhuǎn)酮反應(yīng)：酮糖上的二碳單位（羥乙醛基）經(jīng)轉(zhuǎn)酮酶（經(jīng)轉(zhuǎn)酮酶（transketolase)transketolase)催化轉(zhuǎn)移到醛糖催化轉(zhuǎn)移到醛糖的第一碳上。反應(yīng)要求酮糖供體的的第一碳上。反應(yīng)要求酮糖供體的C3C3具有具有L L構(gòu)型，其所形成的酮糖也有同樣的構(gòu)型。構(gòu)型，其所形成的酮糖也有同樣的構(gòu)型。b.b.轉(zhuǎn)醛反應(yīng)：轉(zhuǎn)醛反應(yīng)：由轉(zhuǎn)醛酶（由轉(zhuǎn)醛酶（transaldolase)transaldolase)

4、催化使磷酸酮糖上的三催化使磷酸酮糖上的三碳單位（二羥丙酮基）轉(zhuǎn)到另一個(gè)磷酸醛糖的碳單位（二羥丙酮基）轉(zhuǎn)到另一個(gè)磷酸醛糖的C1C1上去上去。c.c.轉(zhuǎn)酮反應(yīng)轉(zhuǎn)酮反應(yīng)P151磷酸戊糖途徑本質(zhì)磷酸戊糖途徑本質(zhì):6-磷酸葡萄糖完成氧化生成二氧化碳和水磷酸葡萄糖完成氧化生成二氧化碳和水,產(chǎn)生產(chǎn)生12NADPH圖圖25-2三三. .磷酸戊糖途徑中酶的先天磷酸戊糖途徑中酶的先天性遺傳性缺陷性遺傳性缺陷先天性缺乏先天性缺乏6 6磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶的病人，在給磺胺、阿的病人，在給磺胺、阿斯匹林等有氧化性的藥物數(shù)天后產(chǎn)生黃疸、尿變黑，血色斯匹林等有氧化性的藥物數(shù)天后產(chǎn)生黃疸、尿變黑，血色素下降等癥狀

5、。這是由于紅細(xì)胞中沒有線粒體，當(dāng)缺乏素下降等癥狀。這是由于紅細(xì)胞中沒有線粒體，當(dāng)缺乏6 6磷酸葡萄糖脫氫酶時(shí)無法產(chǎn)生磷酸葡萄糖脫氫酶時(shí)無法產(chǎn)生NADPHNADPH，不能保持細(xì)胞中，不能保持細(xì)胞中還原谷胱甘肽水平，以致破壞膜的結(jié)構(gòu)，造成溶血，貧血還原谷胱甘肽水平，以致破壞膜的結(jié)構(gòu)，造成溶血，貧血等癥狀。等癥狀。四四.磷酸戊糖途徑的意義磷酸戊糖途徑的意義1 1產(chǎn)生產(chǎn)生NADPHNADPH，為生物合成提供還原力，例如脂肪酸，固醇類，為生物合成提供還原力，例如脂肪酸，固醇類 物質(zhì)的合成物質(zhì)的合成2 2產(chǎn)生磷酸戊糖參加核酸代謝；產(chǎn)生磷酸戊糖參加核酸代謝； 3 3NADPHNADPH使紅細(xì)胞中還原谷胱甘肽

6、再生，對(duì)維持紅細(xì)胞還原性使紅細(xì)胞中還原谷胱甘肽再生，對(duì)維持紅細(xì)胞還原性有重要作用；有重要作用； 4 4磷酸戊糖途徑是植物光合作用中從磷酸戊糖途徑是植物光合作用中從COCO2 2合成葡萄糖的部分途合成葡萄糖的部分途徑。徑。在動(dòng)物的肝臟、骨髓，脂肪組織、泌乳期的乳腺、腎上腺皮質(zhì)、在動(dòng)物的肝臟、骨髓，脂肪組織、泌乳期的乳腺、腎上腺皮質(zhì)、紅細(xì)胞等組織這個(gè)途徑比較旺盛。有關(guān)的酶都在紅細(xì)胞等組織這個(gè)途徑比較旺盛。有關(guān)的酶都在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)中。中。糖類代謝第二部分第二部分 糖的異生作用糖的異生作用糖異生作用糖異生作用(gluconeogenesis)是從非碳水化合物前體合是從非碳水化合物前體合成葡萄糖。成葡萄

7、糖。一一.概述概述糖異生作用主要存在于糖異生作用主要存在于肝臟和肝臟和(較少量在較少量在) 腎臟腎臟。1.1.糖異生的生理意義糖異生的生理意義（1）.糖異生作用是一個(gè)十分重要的生物合成葡萄糖糖異生作用是一個(gè)十分重要的生物合成葡萄糖的途徑。的途徑。紅細(xì)胞和腦是以葡萄糖為主要燃料紅細(xì)胞和腦是以葡萄糖為主要燃料，成人每，成人每天約需天約需160克葡萄糖，其中克葡萄糖，其中120克用于腦代謝，而糖原克用于腦代謝，而糖原儲(chǔ)存僅數(shù)百克。儲(chǔ)存僅數(shù)百克。糖異生主在肝臟中進(jìn)行，腎上腺皮質(zhì)糖異生主在肝臟中進(jìn)行，腎上腺皮質(zhì)中也有，腦和肌肉中很少中也有，腦和肌肉中很少。因此在血中葡萄糖濃度降。因此在血中葡萄糖濃度降低

8、時(shí)首先是腦受到損傷。低時(shí)首先是腦受到損傷。（2）在饑餓、劇烈運(yùn)動(dòng)在饑餓、劇烈運(yùn)動(dòng)造成糖原下降后，糖異生使造成糖原下降后，糖異生使酵解產(chǎn)生的乳酸，脂肪分解產(chǎn)生的甘油及生糖氨基酸酵解產(chǎn)生的乳酸，脂肪分解產(chǎn)生的甘油及生糖氨基酸等中間產(chǎn)物重新生成糖。這對(duì)維持血糖濃度，滿足組等中間產(chǎn)物重新生成糖。這對(duì)維持血糖濃度，滿足組織對(duì)糖的需要是十分重要的。織對(duì)糖的需要是十分重要的。(1)用整體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，禁食用整體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，禁食24小時(shí)，大鼠肝中糖原由小時(shí)，大鼠肝中糖原由7%降到降到1%，再喂，再喂乳酸、丙酮酸或三羧酸代謝中間物時(shí)可以使動(dòng)物的乳酸、丙酮酸或三羧酸代謝中間物時(shí)可以使動(dòng)物的肝糖原增加肝糖原增加。 (2)

9、根皮苷是一種從梨樹莖皮提取的有毒的糖苷，它能抑制腎根皮苷是一種從梨樹莖皮提取的有毒的糖苷，它能抑制腎小管重新吸收葡萄糖回到血液中。這樣，血中的葡萄糖就不小管重新吸收葡萄糖回到血液中。這樣，血中的葡萄糖就不斷地由從尿中排出。當(dāng)給斷地由從尿中排出。當(dāng)給根皮苷處理后的動(dòng)物喂三羧酸代謝根皮苷處理后的動(dòng)物喂三羧酸代謝中間代謝物或生糖氨基酸時(shí)，這種動(dòng)物的尿中糖的含量增加中間代謝物或生糖氨基酸時(shí)，這種動(dòng)物的尿中糖的含量增加。 (3)糖尿病人或切除胰島糖尿病人或切除胰島的動(dòng)物，他們從氨基酸轉(zhuǎn)化成糖的過的動(dòng)物，他們從氨基酸轉(zhuǎn)化成糖的過程十分活躍。當(dāng)攝入生糖氨基酸時(shí)，尿中糖含量增加。程十分活躍。當(dāng)攝入生糖氨基酸時(shí)

10、，尿中糖含量增加。2. 糖異生的證據(jù)糖異生的證據(jù)二二. .糖異生的途徑糖異生的途徑糖異生的途徑基本上是糖酵解的逆行，從丙酮酸到葡萄糖的糖異生的途徑基本上是糖酵解的逆行，從丙酮酸到葡萄糖的代謝中有代謝中有7 7步是共同的可逆步驟。只有步是共同的可逆步驟。只有3 3步是不可逆步驟步是不可逆步驟丙酮酸丙酮酸( (被丙酮酸羧化酶被丙酮酸羧化酶) )轉(zhuǎn)化為草酰乙酸，草酰乙酸被磷酸轉(zhuǎn)化為草酰乙酸，草酰乙酸被磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶烯醇式丙酮酸羧激酶(PEP(PEP羧激酶羧激酶) )脫羧和磷酸化為磷酸烯醇脫羧和磷酸化為磷酸烯醇式丙酮酸。式丙酮酸。PEPPEP由糖酵解中直接逆轉(zhuǎn)的幾個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為果糖由糖酵解中直接

11、逆轉(zhuǎn)的幾個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為果糖1 1，66二磷酸。二磷酸。果糖果糖1 1，66二磷酸二磷酸( (被果糖被果糖1 1，66二磷酸酶二磷酸酶) )脫脫磷酸形成果糖磷酸形成果糖66磷酸，磷酸，然后然后( (被磷酸葡萄糖異構(gòu)酶被磷酸葡萄糖異構(gòu)酶) )轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為葡萄糖葡萄糖66磷酸。最后，磷酸。最后，葡萄糖葡萄糖66磷酸磷酸( (被葡萄糖被葡萄糖66磷酸酶磷酸酶) )脫磷酸形成葡萄糖。脫磷酸形成葡萄糖。1.1.丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸+CO2+ATP+H2O 草酰乙酸草酰乙酸+ADP+Pi+2H+草酰乙酸草酰乙酸+GTP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸+GDP+CO

12、2丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶PEP羧激酶羧激酶人及哺乳動(dòng)物的丙酮酸羧化酶存在于肝或腎的線粒體中，所人及哺乳動(dòng)物的丙酮酸羧化酶存在于肝或腎的線粒體中，所以細(xì)胞液中丙酮酸經(jīng)運(yùn)載系統(tǒng)進(jìn)入線粒體后才能羧化成草酰以細(xì)胞液中丙酮酸經(jīng)運(yùn)載系統(tǒng)進(jìn)入線粒體后才能羧化成草酰乙酸，而草酰乙酸又必須離開線粒體才能進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成磷酸乙酸，而草酰乙酸又必須離開線粒體才能進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇式丙酮酸。但草酰乙酸本身不能透過線粒體內(nèi)膜，所以烯醇式丙酮酸。但草酰乙酸本身不能透過線粒體內(nèi)膜，所以轉(zhuǎn)變成蘋果酸，天冬氨酸等通過二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)離開線粒體轉(zhuǎn)變成蘋果酸，天冬氨酸等通過二羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)離開線粒體后再進(jìn)一步氧化恢復(fù)成草酰乙酸后再進(jìn)一

13、步氧化恢復(fù)成草酰乙酸2.1,6-二磷酸果糖轉(zhuǎn)化成二磷酸果糖轉(zhuǎn)化成6磷酸果糖磷酸果糖1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖+H2O 6磷酸果糖磷酸果糖+Pi3.6磷酸果糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖磷酸果糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖6 磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+Pi果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶葡萄糖葡萄糖6磷酸酶，磷酸酶，Mg2+糖異生及酵解圖糖異生及酵解圖三三. .能量使用能量使用糖異生作用合成葡萄糖需要能量的輸入。合成糖異生作用合成葡萄糖需要能量的輸入。合成1 1個(gè)葡糖分子需個(gè)葡糖分子需2 2個(gè)丙酮酸分子。能量要求在如下驟：個(gè)丙酮酸分子。能量要求在如下驟： 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 1ATP(x2)=2ATP1ATP

14、(x2)=2ATP PEP PEP羧激酶羧激酶 1GTP(x2)=2ATP1GTP(x2)=2ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶 1ATP(x2)=2ATP1ATP(x2)=2ATP 總共總共=6ATP=6ATP 這與從糖酵解只凈得這與從糖酵解只凈得2 2個(gè)個(gè)ATPATP相比較，糖酵解反向形成的每相比較，糖酵解反向形成的每個(gè)葡萄糖需要提供額外的個(gè)葡萄糖需要提供額外的4 4個(gè)個(gè)ATPATP。四四.糖異生的前體糖異生的前體1.凡能生成丙酮酸的物質(zhì)都可以異生成葡萄糖。例如凡能生成丙酮酸的物質(zhì)都可以異生成葡萄糖。例如三羧酸循環(huán)的中間物，檸檬酸、異檸檬酸、三羧酸循環(huán)的中間物，檸檬酸、異檸檬酸、 - -

15、酮戊酮戊二酸、二酸、琥珀酸、延胡索酸和蘋果酸都可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴葭晁帷⒀雍魉岷吞O果酸都可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岫M(jìn)入糖異生途徑。注意：乙酰酰乙酸而進(jìn)入糖異生途徑。注意：乙酰COA不能作不能作為糖異生的前體，它不能轉(zhuǎn)變?yōu)楸帷Ｒ驗(yàn)楸獮樘钱惿那绑w，它不能轉(zhuǎn)變?yōu)楸帷Ｒ驗(yàn)楸崦摎涿复呋磻?yīng)是不可逆的。酸脫氫酶催化反應(yīng)是不可逆的。2.大多數(shù)氨基酸是生糖氨基酸，如丙氨酸、谷氨酸、大多數(shù)氨基酸是生糖氨基酸，如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、精氨酸、組氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、谷胺酰胺、天冬酰胺、甲硫氨酸、纈

16、氨酸等，它們可轉(zhuǎn)變成丙酮酸，纈氨酸等，它們可轉(zhuǎn)變成丙酮酸， 酮戊二酸、草酮戊二酸、草酰乙酸等三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物參加糖異生途徑。酰乙酸等三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物參加糖異生途徑。 3.酵解產(chǎn)生的乳酸。乳酸氧化成丙酮酸參加糖異生途徑酵解產(chǎn)生的乳酸。乳酸氧化成丙酮酸參加糖異生途徑變成葡萄糖變成葡萄糖4.反芻動(dòng)物糖異生途徑土分旺盛，牛胃細(xì)菌分解纖維素反芻動(dòng)物糖異生途徑土分旺盛，牛胃細(xì)菌分解纖維素成為乙酸、丙酸、丁酸等，奇數(shù)脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)殓牾３蔀橐宜?、丙酸、丁酸等，奇?shù)脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)殓牾OA參加糖異生途徑合成葡萄糖。參加糖異生途徑合成葡萄糖。三三.糖異生的二個(gè)重要知識(shí)糖異生的二個(gè)重要知識(shí)糖酵解每個(gè)葡萄糖凈再生

17、糖酵解每個(gè)葡萄糖凈再生2個(gè)個(gè)ATP，而糖，而糖異生作用每個(gè)葡萄糖利用異生作用每個(gè)葡萄糖利用4個(gè)個(gè)ATP和和2個(gè)個(gè)GTP。因而，如果使糖酵解和糖異生作用。因而，如果使糖酵解和糖異生作用同時(shí)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化葡萄糖為丙酮酸和再回到同時(shí)進(jìn)行，轉(zhuǎn)化葡萄糖為丙酮酸和再回到葡萄糖，則凈結(jié)果將是利用葡萄糖，則凈結(jié)果將是利用2個(gè)個(gè)ATP和和2個(gè)個(gè)GTP，所以稱為無效循環(huán)。，所以稱為無效循環(huán)。1.1.無效循環(huán)無效循環(huán)(futile cycle)(futile cycle)在氧有限的條件下，經(jīng)歷劇烈運(yùn)動(dòng)期間；在氧有限的條件下，經(jīng)歷劇烈運(yùn)動(dòng)期間；糖酵解過程糖酵解過程N(yùn)ADH的形成超過呼吸鏈氧化它回到的形成超過呼吸鏈氧化它回

18、到NAD的能力。于是在肌肉中，由糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸被乳酸脫氫的能力。于是在肌肉中，由糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸被乳酸脫氫酶轉(zhuǎn)化為乳酸。該反應(yīng)使酶轉(zhuǎn)化為乳酸。該反應(yīng)使NAD再生因而使糖酵解繼續(xù)產(chǎn)生再生因而使糖酵解繼續(xù)產(chǎn)生ATP。然而，乳酸是代謝的終端，一旦形成，直到它轉(zhuǎn)化回。然而，乳酸是代謝的終端，一旦形成，直到它轉(zhuǎn)化回到丙酮酸后才能進(jìn)一步代謝。乳酸擴(kuò)散出肌肉并通過血流被到丙酮酸后才能進(jìn)一步代謝。乳酸擴(kuò)散出肌肉并通過血流被攜帶到肝臟。在這里它擴(kuò)散到肝細(xì)胞內(nèi)，被乳酸脫氫酶轉(zhuǎn)回?cái)y帶到肝臟。在這里它擴(kuò)散到肝細(xì)胞內(nèi)，被乳酸脫氫酶轉(zhuǎn)回到丙酮酸。然后丙酮酸被糖異生作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖，葡萄糖到丙酮酸。然后丙酮酸被糖異生作用轉(zhuǎn)化為葡萄糖，葡萄糖被釋放回到血流中，又可被骨骼肌被釋放回到血流中，又可被骨骼肌(和腦和腦)吸收。這種循環(huán)反吸收。這種循環(huán)反應(yīng)稱為應(yīng)稱為Cori循環(huán)。這個(gè)途徑在動(dòng)物捕食和逃避敵害時(shí)有重大循環(huán)。這個(gè)途徑在動(dòng)物捕食和逃避敵害時(shí)有重大意義。意義。2. 可立氏可立氏(Cori)循環(huán)循環(huán)四四.乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)1.乙醛酸循環(huán)主要存在于種子萌發(fā)初期和以乙醛酸循環(huán)主要存在于種子萌發(fā)初期和以2碳化合物為底物（能吸收乙酸