戊糖磷酸途徑以及糖原合成

1、關(guān)于戊糖磷酸途徑及糖原合成第一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑的發(fā)現(xiàn)是從研究糖酵解過程中開始的。研究糖酵解時，向組織勻漿中添加碘乙酸和氟化物等抑制劑后，糖酵解過程停止，但是葡萄糖的利用仍在繼續(xù)。說明在糖酵解之外，還有其他未知的葡萄糖代謝利用途徑。一、磷酸戊糖途徑第二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月1931年發(fā)現(xiàn)了兩個關(guān)鍵酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡糖酸脫氫酶。兩個酶可以促使葡萄糖的代謝走向糖酵解以外的未知途徑。隨后又發(fā)現(xiàn)了一些非糖酵解途徑的代謝中間產(chǎn)物：磷酸戊糖酸、磷酸己糖酸、景天庚酮糖、核糖、脫氧核糖等。1950年代，酶分離純化技術(shù)及同位素標(biāo)記技術(shù)促進(jìn)

2、了對戊糖磷酸途徑的研究。第三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑：以6-磷酸葡萄糖開始，在6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，進(jìn)而代謝生成以磷酸戊糖為中間代謝物的過程，稱為磷酸戊糖途徑，簡稱PPP途徑。又稱戊糖支路、戊糖磷酸循環(huán)等。反應(yīng)部位：細(xì)胞溶膠（細(xì)胞液）關(guān)鍵酶：6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+第四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑的兩個階段 2、非氧化階段（基團(tuán)轉(zhuǎn)移階段） 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖

3、-6-P1、氧化脫羧階段 6 G-6-P 6 葡萄糖酸-6-P 6 核酮糖-P 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+6CO26H2ONADPH:還原型煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸PPP途徑第五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑的氧化脫羧階段NADP+ NADPH+H+ H2O NADPH+H+NADP+5-磷酸核酮糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯6-磷酸葡萄糖酸CO26-磷酸葡萄糖 脫氫酶內(nèi)酯酶6-磷酸葡萄糖酸 脫氫酶PPP途徑第六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑的非氧化基團(tuán)轉(zhuǎn)移階段H2OPi6 5-磷酸核酮糖2

4、 5-磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤蘚糖2 果糖-6-磷酸2 5-磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛2 果糖-6-磷酸1, 6-二磷酸果糖1 果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)醛酶異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三PPP途徑第七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月果糖-6-磷酸磷酸葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖-6-磷酸葡萄糖-6-磷酸的重生磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+第八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5-磷酸核酮糖ribulose 5-phos

5、phate三種五碳糖的互換5-磷酸核糖ribose 5-phosphate異構(gòu)酶5-磷酸木酮糖xylulose 5-phosphate差向酶PPP途徑第九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 許多細(xì)胞中合成代謝消耗的NADPH遠(yuǎn)比核糖需要量大，因此，葡萄糖經(jīng)此途徑生成了多余的核糖。 第二階段反應(yīng)的意義就在于能通過一系列基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將核糖轉(zhuǎn)變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛而與糖酵解過程聯(lián)系起來，因此磷酸戊糖途徑亦稱為已糖磷酸支路。第十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月二分子五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)5-磷酸木酮糖5-磷酸核糖7-磷酸景天庚酮糖3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)酮醇酶PPP途徑第十一張，P

6、PT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月七碳糖與三碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)7-磷酸景天庚酮糖sedoheptulose 7-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate轉(zhuǎn)醛醇酶4-磷酸赤蘚糖erythrose 4-phosphate6-磷酸果糖fructose 6-phosphatePPP途徑第十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四碳糖與五碳糖的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)4-磷酸赤蘚糖erythrose 4-phosphate5-磷酸木酮糖ribulose 5-phosphate6-磷酸果糖Fructose 6-phosphate3-磷酸甘油醛glyceraldehy

7、de 3-phosphate轉(zhuǎn)酮醇酶PPP途徑第十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)酮酶與轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)酮醇酶(transketolase)就是催化含有一個酮基、一個醇基的2碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是醛，輔酶是TPP。轉(zhuǎn)醛醇酶(transaldolase)是催化含有一個酮基、二個醇基的3碳基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶。其接受體是亦是醛，但不需要TPP。第十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑二個階段的反應(yīng)式6-磷酸葡萄糖 + 2 NADP+ 5-磷酸核酮糖 + 2(NADPH+H+) + CO2 35-磷酸核酮糖 26-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛36-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+

8、 2 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) + 3CO2 磷酸戊糖途徑的小結(jié)第十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑的總反應(yīng)式6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+第十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑第一階段氧化脫羧 第二階段5-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 C36-磷酸葡萄糖(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯(C6)3 6-磷酸葡萄糖酸(C6

9、)3 5-磷酸核酮糖(C5) 3 5-磷酸核糖 C53NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖脫氫酶 3NADP+ 3NADP+3H+ 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶 3CO2基團(tuán)轉(zhuǎn)移第十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑小結(jié) 反應(yīng)部位： 胞漿 反應(yīng)底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反應(yīng)產(chǎn)物： NADPH、5-磷酸核糖 限速酶： 6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G-6-PD)第十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑的生物學(xué)意義1、磷酸戊糖途徑也是普遍存在的糖代謝的一種方式。2、產(chǎn)生大量的NADPH，為細(xì)胞的各種合成反應(yīng)提供還原力。3、是細(xì)胞內(nèi)不同結(jié)構(gòu)糖分子的重要來源，為

10、單糖的轉(zhuǎn)變提供條件。4、該途徑的反應(yīng)起始物為6-磷酸葡萄糖，不需要 ATP參與起始反應(yīng)，因此磷酸戊糖循環(huán)可在低ATP濃度下進(jìn)行。5、此途徑中產(chǎn)生的5-磷酸核酮糖是輔酶及核苷酸生物合成的必需原料。6、磷酸戊糖途徑是機(jī)體內(nèi)核糖產(chǎn)生的唯一場所。第十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸戊糖途徑的速度主要受生物合成時NADPH的需要所調(diào)節(jié)。 NADPH反饋抑制6-P-葡萄糖脫氫酶的活性。磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)第二十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月糖異生作用是指以非糖物質(zhì)作為前體合成為葡萄糖的作用。非糖物質(zhì)：甘油、丙酮酸、乳酸、生糖氨基酸* 部位* 概念 主要在肝臟、腎臟細(xì)胞的胞漿及線粒

11、體 除丙酮酸之外，基本上都是逆糖酵解過程。* 途徑二、糖異生第二十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月糖異生主要途徑和關(guān)鍵反應(yīng) 非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖代謝的中間產(chǎn)物后，在相應(yīng)的酶催化下，繞過糖酵解途徑的三個不可逆反應(yīng)，利用糖酵解途徑其它酶生成葡萄糖的途徑稱為糖異生。 糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸葡萄糖己糖激酶磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶葡萄糖-6-磷酸酶6-磷酸葡萄糖2草酰乙酸PEP羧激酶第二十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之一+ H2O+Pi葡萄糖-

12、6-磷酸酶P6-磷酸葡萄糖H葡萄糖第二十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之二果糖-1,6-二磷酸酶1,6-二磷酸果糖6-磷酸果糖第二十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月糖異生途徑關(guān)鍵反應(yīng)之三PEP羧激酶ATP+H2O ADP+Pi丙酮酸羧化酶P磷酸烯醇丙酮酸（PEP）GTPGDP丙酮酸草酰乙酸CO2CO2丙酮酸羧化酶是一種線粒體酶，生成的草酰乙酸必須通過線粒體膜，轉(zhuǎn)移到線粒體膜外，參與PEP的生成。PEP羧激酶等糖異生途徑關(guān)鍵酶都是細(xì)胞溶膠酶。第二十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月酵解NADH草酰乙酸天冬氨酸NAD+蘋果酸蘋果酸NAD+草酰乙

13、酸NADH天冬氨酸NADH呼吸鏈蘋果酸-天冬氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)NADH系統(tǒng)細(xì)胞質(zhì)線粒體內(nèi)膜線粒體基質(zhì)草酰乙酸轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體膜外的機(jī)制第二十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月糖酵解和葡萄糖異生的關(guān)系A(chǔ)BC1C2A G-6-P磷酸酯酶B F-1.6-P磷酸酯酶C1 丙酮酸羧化酶C2 PEP羧激酶（胞液）（線粒體）葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸磷酸二羥丙酮3-P-甘油醛-酮戊二酸乳酸谷氨酸丙氨酸TCA循環(huán)乙酰CoAPEPG-6-PF-6-PF-1.6-P丙酮酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸3-P-甘油甘油第二十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月三、寡糖和多糖的生物合成與分解乳糖的生物合成(一

14、) 乳糖的生物合成和分解 乳糖由半乳糖和葡萄糖以-糖苷鍵連接。乳糖的生物合成需要活化的半乳糖（UDP-半乳糖）作為前體。第二十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月乳糖的分解由乳糖酶或-半乳糖苷酶(微生物)催化。乳糖水解后形成半乳糖和葡萄糖。不少成人的乳糖酶活力下降，出現(xiàn)乳糖不耐癥（不能消化乳糖，腹脹、惡心、腹瀉等癥狀）。細(xì)菌的-半乳糖苷酶為誘導(dǎo)酶，天然誘導(dǎo)物為1,6-別乳糖，常用的人工誘導(dǎo)物為IPTG（異丙基硫代半乳糖苷）。第二十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月(二) 糖蛋白的生物合成 1.糖蛋白糖鏈生物合成的特點(diǎn) 糖基的供體是單糖的核苷二磷酸；在長醇焦磷酸上合成核心寡糖鏈

15、，整體轉(zhuǎn)移到肽鏈上，再進(jìn)行進(jìn)一步加工。第三十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2.寡糖與多肽鏈連接的類型O-連接型N-連接型酰胺鍵型第三十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月UDPG的結(jié)構(gòu)GUDP1 蔗糖合成酶途徑：利用尿苷二磷酸葡糖（UDPG）作為葡萄糖供體，與果糖合成蔗糖。UDPG + 果糖 UDP + 蔗糖蔗糖合酶(三) 蔗糖的生物合成 第三十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2 蔗糖磷酸合酶途徑：以尿苷二磷酸葡糖（UDPG）為葡萄糖供體，與果糖-6-磷酸合成蔗糖磷酸酯，再經(jīng)磷酸酯酶作用，脫去磷酸形成蔗糖。磷酸蔗糖 蔗糖 + 磷酸蔗糖磷酸酯酶UDPG + F-6

16、-P 磷酸蔗糖+UDP蔗糖磷酸合酶第三十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月GATPADPG-6-PG-1-P(A)UTPPPi(A)UDPG焦磷酸化酶n(A)UDPG引物(G)m m2(A)UDPG轉(zhuǎn)糖苷酶n(A)UDP（-1,4-G）n+mQ酶（-1,6）(四) 淀粉的生物合成 UDPG-尿苷二磷酸葡萄糖Q酶-分支酶第三十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月 直鏈淀粉合成 由淀粉合成酶催化，需引物(Gn),ADPG供糖基，形成1,4糖苷鍵。 支鏈淀粉合成 淀粉合成酶:催化形成-1,4糖苷鍵 Q酶（分支酶）:既能催化-1,4糖苷鍵的斷裂，又能催化-1,6糖苷鍵的形成第三十五張

17、，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月淀粉的分枝結(jié)構(gòu)開始分枝的殘基非還原端殘基兩個葡萄糖單位之間的1,6-糖苷鍵兩個葡萄糖單位之間的1,4-糖苷鍵第三十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月四、糖原分解和生物合成 糖原（glycogen）和淀粉（starch）都是由葡萄糖分子聚合而成的高聚物，統(tǒng)稱為葡聚糖（glucan）。 糖原是動物細(xì)胞中葡萄糖的儲存形式，也是最容易動員的貯存葡萄糖。主要存在于肝臟和骨骼肌中。 肝臟中的糖原主要用于維持血液中葡萄糖的穩(wěn)定水平。肌肉中糖原主要是供給肌肉收縮時能量的不斷需要。第三十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）糖原的生物學(xué)意義是葡萄糖的

18、儲存形式，將多余的能量儲存起來。需要時，釋放出來。糖原合成與分解可調(diào)節(jié)血糖濃度，維持血糖水平的穩(wěn)定。胰島素可以促進(jìn)糖原的合成并降低血糖，腎上腺素、胰高血糖素和腎上腺皮質(zhì)激素可促進(jìn)糖原降解，增加血糖濃度。第三十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）糖原的降解(glycogen breakdown)1.糖原磷酸化酶催化的反應(yīng)磷酸化酶催化非還原端磷酸解第三十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月磷酸化酶催化1-4糖苷鍵磷酸解 糖原磷酸化酶降解糖原的產(chǎn)物是葡萄糖-1-磷酸，葡萄糖-1-磷酸不消耗能量就可以轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6-磷酸，從而可以進(jìn)入糖酵解代謝途徑。 第四十張，PPT共四十八頁

19、，創(chuàng)作于2022年6月2.糖原脫支酶(glycogen debranching enzyme，包括糖基轉(zhuǎn)移酶)催化的反應(yīng)糖原磷酸化酶從糖原非還原端逐個降解掉葡萄糖殘基，但在離分支點(diǎn)4個殘基時就不能起作用了，形成有眾多短分支的多糖分子，它的進(jìn)一步分解需要糖原脫支酶和磷酸化酶的協(xié)同作用。 具有兩個酶的活性：糖基轉(zhuǎn)移酶和糖原脫支酶。第四十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3.磷酸葡萄糖變位酶（phosphoglucomutase） 糖原磷酸化酶解的產(chǎn)物是葡萄糖-1-磷酸，必須轉(zhuǎn)變成葡萄糖-6-磷酸才能進(jìn)入糖酵解途徑或形成葡萄糖。 擔(dān)負(fù)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移的酶就是磷酸葡萄糖變位酶。4. 葡萄糖-6-磷酸酶 葡萄糖-6-磷酸酶是專門水解葡萄糖-6-磷酸的酶，主要存在于肝臟中。肝臟是維持血糖濃度的器官。當(dāng)血糖濃度低時，葡萄糖-6-磷酸酶將體內(nèi)由糖原降解而來的