戊糖磷酸途徑課件資料

1、戊糖磷酸途徑 pentose phosphate pathway生物化學1糖酵解和三羧酸循環(huán)是機體內糖分解代謝的主要途徑，但不是唯一途徑。實驗研究也表明：在組織中添加酵解抑制劑如碘乙酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，說明葡萄糖還有其它的代謝途徑。許多組織細胞中都存在有另一種葡萄糖降解途徑，即磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway, PPP），也稱為磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。參與磷酸戊糖途徑的酶類都分布在動物細胞漿中，動物體中約有30%的葡萄糖通過此途徑分解。砷酸、碘乙酸、氟化物抑制糖酵解砷酸與磷酸結構

2、非常相似，可競爭性抑制3-磷酸甘油醛脫氫酶的活性，因此使糖酵解第6步反應3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸不能進行。碘乙酸：由于3-磷酸甘油醛的活性部位是半胱氨酸的巰基，因而凡是能夠與巰基反應的物質都可以抑制該反應的進行。如碘乙酸。氟化物則是烯醇化酶的抑制劑，可以有效抑制2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸的過程。在組織勻漿中加入碘乙酸或氟化物等EMP的抑制劑，仍有一定量的葡萄糖被氧化成水和CO2，同位素標記表明，葡萄糖的氧化首先發(fā)生在C1位，證明此過程不同于EMP途徑。磷酸戊糖途徑是有O2條件下，在細胞質中將葡萄糖直接氧化分解為CO2的過程。1. 研究歷史：研究糖酵解同時發(fā)現(xiàn)替代途徑 戊糖磷酸途徑

3、 （pentose phosphate pathway） 磷酸己糖支路 己糖單磷酸途徑 戊糖支路 戊糖磷酸循環(huán)戊糖磷酸途徑磷酸戊糖為代表性中間產(chǎn)物糖酵解在磷酸己糖處分支CO2+H2O+ATPTACGG-6-PF-6-PF-1,6-BP3-磷酸甘油醛丙酮酸乙酰CoA磷酸戊糖途徑NADPH5-磷酸核糖CO22. 磷酸戊糖途徑的主要反應 磷酸戊糖途徑的代謝起始物是G-6-P，返回的代謝終產(chǎn)物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中間代謝產(chǎn)物是5-磷酸核糖和NADPH。磷酸戊糖途徑在細胞的胞液(cytoplasm)中進行。關鍵酶是6-磷酸葡萄糖脫氫酶(glucose-6-phosphate dehy

4、drogenase)。2.1 葡萄糖的氧化脫羧階段1) 脫氫反應6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下生成6-磷酸葡萄糖酸內酯。2)水解反應在6-磷酸葡萄糖酸內酯酶催化下，6-磷酸葡萄糖酸內酯水解為6-磷酸葡萄糖酸。3)脫氫脫羧反應在6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化下6-磷酸葡萄糖酸經(jīng)氧化脫羧生成5-磷酸核酮糖、NADPH和CO2。2.2 非氧化的分子重組合階段4)異構化反應5-磷酸核酮糖異構化為5-磷酸核糖；5-磷酸核酮糖差向異構化(異構化)為5-磷酸木酮糖。Glucose-6-phosphate 2 NADP+ H2O ribose-5-phosphate 2 NADPH + 2H+CO2

5、核苷酸合成的前體5)轉酮醇反應(二碳單位轉移)TPP helps the two-carbon transferring in transketolase轉酮醇酶催化磷酸酮糖上的2C單位羥乙?；D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。轉酮醇酶轉移1個2C單位。5C+5C=3C+7C6)轉醛醇反應(三碳單位轉移)7C+3C=4C+6C轉醛醇酶催化7-磷酸景天庚酮糖上的二羥基丙酮基團轉移給3-磷酸甘油醛生成4-磷酸赤蘚糖和6-磷酸果糖。轉醛醇酶轉移1個3C單位。7)轉酮醇反應4碳糖和5碳糖經(jīng)轉酮醇酶作用轉移2碳單位，形成3碳糖和6碳糖。5C+4C=3C+6C8)異構化反應5

6、-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛 C34-磷酸赤蘚糖 C46-磷酸果糖 C66-磷酸果糖 C63-磷酸甘油醛 C3從5C糖重新生成6C糖 磷酸戊糖途徑是通過glucose 6-phosphate直接脫氫脫羧將糖氧化分解的，脫氫酶的輔酶為NADP，無ATP的產(chǎn)生與消耗。3 磷酸戊糖途徑的調控在氧化脫羧階段， 葡萄糖-6-磷酸脫氫酶是磷酸戊糖途徑的限速酶，活性受NADP/NADPH比率的調節(jié)，NADPH競爭性抑制葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性非氧化階段戊糖的轉變主要受控于底物濃度。5-磷酸核

7、糖過多時，可轉化成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛進行酵解。轉酮醇酶是PPP途徑非氧化階段的重要酶，其輔因子是TPP，某些遺傳缺陷的人體內的轉酮醇酶結合TPP的活力僅為正常人的十分之一，當食物中缺乏硫胺素時，其神經(jīng)功能顯著紊亂，如不能辨認方向，記憶力減退，運動器官麻痹，在充分補充TPP后神經(jīng)癥狀可得到緩解。4 磷酸戊糖途徑的化學計量與生物學意義磷酸戊糖途徑的化學計量從6G6P開始，經(jīng)兩次脫氫氧化及脫羧后，放出6CO2，生成65-Ru5P和12NADPH。PPP是通過G6P直接脫氫脫羧將糖氧化分解。脫氫酶的輔酶為NADP+，無ATP的產(chǎn)生與消耗。表明經(jīng)6次循環(huán)，1分子G6P被分解而產(chǎn)生6分子CO2。

8、在非氧化階段，6Ru5P(30個C)經(jīng)C3、C4、C5、C7等糖中間代謝物，最后轉化成5G6P(30個C)。產(chǎn)生大量的NADPH，為細胞的各種合成反應提供還原力。 NADPH作為主要供氫體，為脂肪酸、固醇、四氫葉酸等的合成，非光合細胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原，以及氨的同化、丙酮酸羧化還原成蘋果酸等反應所必需。磷酸戊糖途徑的生物學意義谷胱甘肽還可以保護血紅蛋白不受過氧化氫氧化、自由基等氧化從而使它持續(xù)正常發(fā)揮運輸氧的能力。紅細胞中部分血紅蛋白在過氧化氫等氧化劑的作用下，其中二價鐵氧化為三價鐵，使血紅蛋白轉變?yōu)楦哞F血紅蛋白，從而失去了帶氧能力。還原型谷胱甘肽既能直接與過氧化氫等氧化劑結合，生成水和

9、氧化型谷胱甘肽，也能夠將高鐵血紅蛋白還原為血紅蛋白。人體紅細胞中谷胱甘肽的含量很多，這對保護紅細胞膜上蛋白質的巰基處于還原狀態(tài)，防止溶血具有重要意義。谷胱甘肽保護酶分子中-SH基，有利于酶活性的發(fā)揮，并且能恢復已被破壞的酶分子中-SH基的活性功能，使酶重新恢復活性。谷胱甘肽還可以抑制乙醇侵害肝臟所產(chǎn)生的脂肪肝。谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸結合，含有巰基的的三肽，具有抗氧化作用和整合解毒作用。半胱氨酸上的巰基為谷胱甘肽活性基團（故谷胱甘肽常簡寫為G-SH）磷酸戊糖途徑的中間產(chǎn)物為許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、N

10、ADP和FAD等的組分。4-磷酸赤蘚糖與EMP中的PEP可合成莽草酸，經(jīng)莽草酸途徑可合成芳香族氨基酸，以及與植物生長(如生長素、木質素合成)和抗病性(如酚類抗毒素等)有關的物質。非氧化重排階段的一系列中間產(chǎn)物及酶類與光合作用中卡爾文循環(huán)的大多數(shù)中間產(chǎn)物和酶相同，因而磷酸戊糖途徑可與光合作用聯(lián)系起來，并實現(xiàn)某些單糖間的互變。糖的其他代謝途徑糖異生乙醛酸循環(huán)蔗糖和乳糖的生物合成糖蛋白的生物合成乳酸循環(huán)（可立氏循環(huán)）腦和肌肉中無葡萄糖6磷酸酶蔗糖和乳糖的生物合成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，必需經(jīng)活化變成活化葡萄糖( UDPG、 ADPG 、 GDPG )才能

11、參與反應。葡萄糖在UDP-葡萄糖-焦磷酸化酶的作用下，形成UDP-G。其他糖同樣。UDP-糖為糖的活化形式。NDP（5二磷酸核苷）糖焦磷酸化酶釋放大量能量糖的活化高等植物合成蔗糖的途徑有兩條：蔗糖合酶催化的合成途徑 UDPG + 果糖 蔗糖 + UDP2) 蔗糖的生物合成磷酸蔗糖合酶催化的合成途徑 光合組織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。由于磷酸蔗糖合酶的活性較大，平衡常數(shù)有利蔗糖合成，而且磷酸蔗糖合酶存在量大，所以一般認為此途徑是植物合成蔗糖的主要途徑。蔗糖磷酸化酶催化的途徑 (微生物中)G-1-P + 果糖 蔗糖 + Pi3) 乳糖的生物合成半乳糖+

12、ATP半乳糖激酶半乳糖-1-磷酸+ADP半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉移酶+UDP-G尿嘧啶核苷二磷酸-半乳糖G-1-PUDP半乳糖活化半乳糖乳糖合酶非乳腺組織中，在半乳糖基轉移酶的作用下，將UDP-半乳糖轉給N-乙酰-D葡萄糖胺在乳腺組織中，半乳糖基轉移酶與-乳清蛋白結合（乳糖合酶），將UDP-半乳糖轉給D-葡萄糖，形成乳糖。葡萄糖出入動物細胞的特殊運載機構葡萄糖運載蛋白(glucose transporter, GLUT)糖蛋白在自然界中的分布十分廣泛，不僅存在于脊椎動物和無脊推動物中，也存在于植物、單細胞有機體和病毒中。在高等動物中大部分糖類聚合物往往都與蛋白質共價連接，在低等動物以及植物中情

13、況也可能如此。糖蛋白是蛋白質通過共價鍵與糖類結合的復合物，其中的糖基少則只有一個，多則可達數(shù)百個。 糖蛋白(glycoprotein)的生物合成糖蛋白的結構 在糖蛋白中發(fā)現(xiàn)的糖組分包括D-半乳糖、D-甘露糖、D-葡萄糖、L-巖藻糖、D-木糖、L-阿拉伯糖、D-葡糖胺、D-半乳糖胺及神經(jīng)氨酸的N-或O-乙酰與N-羥乙酰的衍生物。在有些粘液分泌物、卵白、腦及海膽卵的膠質膜等的糖蛋白中發(fā)現(xiàn)含有O-硫酸基。 糖蛋白中糖鏈的化學組成彈性蛋白酶的結構 糖蛋白中寡糖鏈和多肽鏈的連接The N-glycosidic linkage is through the amide group of asparagin

14、e (Asn, N). The O-glycosidic linkage is to the hydroxyl of serine (Ser, S), threonine (Thr, T). N-連寡糖的生物合成合成以酯鍵相連的寡糖前體將前體轉移到正在增長著的肽鏈上 （Asn-X-Ser/Thr XPro, Asp）除去前體的某些糖單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異的糖基轉移酶或糖苷酶催化完成，糖基必須活化為UDP或UDP的衍生物。長醇-載體，錨定作用5種不同的糖基轉移酶翻轉翻轉長醇磷酸衍生物提供活化糖基寡糖前體-長醇焦磷酸寡糖的合成途徑N-乙酰葡糖胺甘露糖葡萄糖長醇焦磷酸N-連寡糖從長醇鏈上轉移到蛋白質的多肽鏈是在多肽鏈的合成過程中就開始的。糖蛋白中寡糖部分的加工開始于內質網(wǎng)，完成于高爾基體。O-連寡糖的生物合成O-連寡糖在N-乙酰半乳糖基轉移酶的作用下，在多肽鏈的絲/蘇氨酸的羥基上連接上N-乙酰半乳糖基，然后逐個加上糖基直至O-連寡糖鏈的形成。膠原蛋白中 半乳糖與