氧化階段產(chǎn)生五碳醣磷酸和NADPH課件

14.3丙酮酸在無氧環(huán)境下的反應(yīng)：醱酵反應(yīng)p.583乳酸醱酵中丙酮酸為最終的電子接受者14.3丙酮酸在無氧環(huán)境下的反應(yīng)：醱酵反應(yīng)p.58p.583醱酵反應(yīng)（fermentation）一般是指獲得能量（如ATP）但不消耗氧或不改變NAD+或NADH濃度的過程。p.583BOX1-2FIGURE1p.584BOX14-2運(yùn)動員、鱷魚與腔棘魚：在低氧情況下的糖解反應(yīng)當(dāng)肌肉於短時(shí)間內(nèi)盡力收縮時(shí)，會出現(xiàn)葡萄糖進(jìn)行無氧分解代謝而產(chǎn)生乳酸。肌肉組織可以利用儲存的葡萄糖（肝醣）在醱酵過程中當(dāng)成燃料產(chǎn)生ATP，乳酸則為終產(chǎn)物。在恢復(fù)期時(shí)，過多的氧氣消耗稱之為氧債的償還。此時(shí)需要足量的氧來供應(yīng)進(jìn)行糖質(zhì)新生作用所需之ATP。此循環(huán)反應(yīng)，包含在肌肉中將葡萄糖轉(zhuǎn)換成乳酸以及在肝臟中將乳酸轉(zhuǎn)換成葡萄糖稱為柯氏循環(huán)（Coricycle）。BOX1-2FIGURE1p.584BOX14BOX1-2FIGURE1p.584大多數(shù)小型脊椎動物的循環(huán)系統(tǒng)可以快速攜帶氧到肌肉中而避免於無氧狀態(tài)下使用肌肉儲存的肝醣。許多中等體型的奔跑型動物也能維持骨骼肌有氧代謝。而大型動物，包括人類的循環(huán)系統(tǒng)，無法完全維持長期骨骼肌劇烈活動時(shí)的有氧代謝。這些動物在一般的情況下行動緩慢，只有在非常緊急的時(shí)候才會產(chǎn)生快速密集的肌肉運(yùn)動，因?yàn)檫@些突發(fā)的活動所生的氧債需要長時(shí)間的恢復(fù)期進(jìn)行償還。BOX14-2(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.584大多數(shù)小型脊BOX1-2FIGURE1p.584在快速緊急的活動中，骨骼肌需要進(jìn)行乳酸醱酵以產(chǎn)生ATP，而肌肉中所儲存的肝醣在激烈運(yùn)動時(shí)被快速地消耗，且乳酸在肌肉與細(xì)胞外流體達(dá)到非常高的濃度。深海探索下發(fā)現(xiàn)許多海洋生物可以生活在氧氣含量趨近於零的深海底部。例如：生存在南非的原始種腔棘魚為大型魚類，其所有組織可以進(jìn)行無氧代謝，可將碳水化合物轉(zhuǎn)換成乳酸或是其他產(chǎn)物。某些海洋脊椎動物則將葡萄糖醱酵成乙醇與二氧化碳以產(chǎn)生ATP。BOX14-2(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.584在快速緊急的p.585在乙醇醱酵中乙醇是還原產(chǎn)物此反應(yīng)中NADH提供負(fù)氫轉(zhuǎn)移的機(jī)制已非常明瞭（圖14-13）。因此乙醇醱酵的終產(chǎn)物是乙醇及二氧化碳，整個(gè)反應(yīng)式如下：葡萄糖+

2ADP+2Pi→2乙醇+

2CO2+2ATP+2H2Op.585在乙醇醱酵中乙醇是還原產(chǎn)物p.585圖14-13機(jī)轉(zhuǎn)圖14-13酒精去氫酶反應(yīng)。p.585圖14-13機(jī)轉(zhuǎn)圖14-13酒精去氫酶反p.585硫胺素焦磷酸攜帶「活化態(tài)的醛基」丙酮酸去羧酶反應(yīng)使我們先認(rèn)識硫胺素焦磷酸（thiaminepyrophosphate；TPP）（圖14-14），一種由維生素B1

所衍生的輔酶。人類飲食中缺乏維生素B1

會造成腳氣病，病徵是體液的堆積（水腫）、疼痛、癱瘓，最後導(dǎo)致死亡。p.585硫胺素焦磷酸攜帶「活化態(tài)的醛基」BOX1-2FIGURE1p.586BOX14-3乙醇醱酵：釀造啤酒以及製造生物燃料釀造者製備啤酒是藉由酵母菌的糖解酵素將大麥等穀類的碳水化合物經(jīng)過乙醇醱酵而得。在麥芽化的步驟中，先使大麥發(fā)芽到能產(chǎn)生分解多醣的水解酵素，再藉由加熱來停止這個(gè)發(fā)芽反應(yīng)。此產(chǎn)物為麥芽，內(nèi)含有能催化水解纖維素β

鍵結(jié)和其他大麥殼的細(xì)胞壁多醣體的酵素，以及一些酵素，例如：α-澱粉酶和麥芽糖酶。釀造者接著準(zhǔn)備麥汁作為酵母菌醱酵的營養(yǎng)基。BOX1-2FIGURE1p.586BOX14BOX1-2FIGURE1p.586麥芽和水混合後經(jīng)過搗碎跟碾壓，使麥芽化步驟中的酵素活化，作用在穀類多醣體以產(chǎn)生麥芽糖、葡萄糖和其他簡單形式的糖。在有氧的麥汁中，酵母菌從可利用的糖類獲取能量，並且非常快速的生長及繁殖。此步驟中不產(chǎn)生乙醇。當(dāng)麥汁桶中所有的氧氣都用完時(shí)，酵母菌轉(zhuǎn)為進(jìn)行無氧代謝，由此開始將糖類醱酵為乙醇和二氧化碳。醱酵反應(yīng)的過程受到生成的乙醇濃度、pH值、剩餘的糖量所調(diào)控。醱酵停止後，酵母菌被移除，「生」啤酒就可以進(jìn)行最後的加工。BOX14-3(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.586麥芽和水混合BOX1-2FIGURE1p.586釀造的最後步驟，為調(diào)整啤酒的泡沫量。一般是藉由麥芽化過程中釋放出的蛋白質(zhì)水解酶來調(diào)控。乙醇作為燃料的主要優(yōu)點(diǎn)是其相當(dāng)便宜和可更新。通常，未加工的材料（原料）先利用化學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱翁?，然後餵給一株強(qiáng)韌的酵母菌種在一個(gè)工業(yè)規(guī)模的醱酵槽中生長。醱酵作用不只能生產(chǎn)燃料用乙醇，也能產(chǎn)生副產(chǎn)物像是蛋白質(zhì)類能用作動物飼料。BOX14-3(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.586釀造的最後步p.587圖14-14p.587圖14-14p.587圖14-14(續(xù))p.587圖14-14(續(xù))p.587圖14-14(續(xù))機(jī)轉(zhuǎn)圖14-14硫胺素焦磷酸（TPP）及其在丙酮酸去羧反應(yīng)中參與的角色。(a)硫胺素焦磷酸是維他命B1（硫胺素）的輔酶態(tài)。硫胺素焦磷酸中的硫氮二烯五環(huán)的反應(yīng)碳原子以紅色表示。在丙酮酸去羧酶催化反應(yīng)下，丙酮酸的三個(gè)碳其中的兩個(gè)，在硫胺素焦磷酸上以羥基乙醇或「活化態(tài)乙醛基」(b)方式暫時(shí)攜帶，其後會以乙醛型式釋放。(c)硫胺素焦磷酸的硫氮二烯五環(huán)穩(wěn)定陰離子碳中間物是藉由提供一個(gè)親電子的（缺乏電子）結(jié)構(gòu)到陰離子碳上的電子，如此可藉由共振來轉(zhuǎn)移電子的位置。此特性結(jié)構(gòu)通稱為「電子槽」，在許多生化反應(yīng)扮演角色，此即有利於碳-碳鍵結(jié)斷裂。p.587圖14-14(續(xù))機(jī)轉(zhuǎn)圖14-14硫胺總結(jié)14.3在糖解反應(yīng)中形成的NADH必須循環(huán)用來再生NAD+，而NAD+

在收益階段第一步驟中作為電子接受者。在有氧狀態(tài)下，電子在粒線體呼吸作用中從NADH轉(zhuǎn)移到氧分子上。在無氧或缺氧的狀態(tài)下，許多的生物體會將NADH轉(zhuǎn)移電子到丙酮酸上以再生NAD+，形成乳酸。其他的生物體，例如：酵母菌，將丙酮酸還原為乙醇和二氧化碳來再生NAD+。在這些無氧的過程（醱酵反應(yīng)）中，葡萄糖的碳沒有氧化或還原。p.588總結(jié)14.3p.588總結(jié)14.3(續(xù))許多的微生物可以醱酵新鮮食物中的糖，導(dǎo)致酸鹼度、味道、質(zhì)地的改變並且避免食物的腐壞。醱酵反應(yīng)在工業(yè)上被用來從低價(jià)的起始材料大量製造具有商業(yè)價(jià)值的有機(jī)化合物。p.588總結(jié)14.3(續(xù))p.58814.4糖質(zhì)新生作用p.588生物體需要從非碳水化合物的前驅(qū)物合成葡萄糖。這會藉由一個(gè)稱為糖質(zhì)新生作用（gluconeogenesis）（糖的新形成）的路徑來達(dá)成，是轉(zhuǎn)換丙酮酸及相關(guān)的三和四個(gè)碳的化合物成為葡萄糖的過程。將丙酮酸轉(zhuǎn)換成磷酸烯醇丙酮酸需要兩個(gè)放能反應(yīng)糖質(zhì)新生作用中第一個(gè)繞道反應(yīng)是將丙酮酸轉(zhuǎn)換成磷酸烯醇丙酮酸（PEP）。14.4糖質(zhì)新生作用p.588生物體需要從非碳水化p.589圖14-15p.589圖14-15p.589圖14-15(續(xù))圖14-15由簡單的前驅(qū)物合成碳水化合物。在動、植物體內(nèi)，磷酸烯醇丙酮酸到葡萄糖6-磷酸的路徑是許多不同碳水化合物前驅(qū)物的共同生合成轉(zhuǎn)換路徑。從丙酮酸到磷酸烯醇丙酮酸的路徑透過草醯乙酸，一個(gè)檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，我們會在第16章討論到。所以任何能被轉(zhuǎn)變成丙酮酸或草醯乙酸的化合物就能作為糖質(zhì)新生作用的起始物質(zhì)。這些包括丙胺酸和天冬胺酸，其分別能轉(zhuǎn)變?yōu)楸岷筒蒗狄宜幔渌陌坊嵋材墚a(chǎn)生三或四個(gè)碳的片段，因此被稱為生糖性胺基酸（表14-4；以及圖18-15）。僅植物和光化合細(xì)菌能夠使用乙醛酸循環(huán)將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?。p.589圖14-15(續(xù))圖14-15由簡單的p.590表14-2p.590表14-2p.589圖14-16p.589圖14-16p.589圖14-16(續(xù))p.589圖14-16(續(xù))p.589圖14-16(續(xù))圖14-16大鼠肝臟中糖質(zhì)新生作用以及糖解反應(yīng)兩種相反的路徑。左方以紅色標(biāo)記的路徑為糖解反應(yīng)；右方以藍(lán)色標(biāo)記相反的路徑為糖質(zhì)新生作用。在此顯示的糖質(zhì)新生作用路徑中主要的調(diào)控點(diǎn)會在本章及第15章中詳細(xì)討論。圖14-19表示在粒線體合成草醯乙酸的另一條路徑。p.589圖14-16(續(xù))圖14-16大鼠肝臟p.590一開始在細(xì)胞質(zhì)中的丙酮酸會被傳送到粒線體中或在粒線體中由丙胺酸以轉(zhuǎn)胺作用形成丙酮酸。接下來丙酮酸羧化酶（pyruvatecarboxylase），為一粒線體酵素，其需要輔酶生物素（biotin）將丙酮酸轉(zhuǎn)換成草醯乙酸（圖14-17）：丙酮酸+

HCO3?+ATP→草酸乙酸+

ADP+Pi

（14-4）此反應(yīng)利用生物素作為一個(gè)活化HCO3?

的攜帶者（圖14-18）。p.590一開始在細(xì)胞質(zhì)中的丙酮酸會被傳送到粒線體中或p.591圖14-17(a)p.591圖14-17(a)p.591圖14-17(b)p.591圖14-17(b)p.591圖14-17(續(xù))圖14-17從丙酮酸合成磷酸烯醇丙酮酸。(a)在粒線體中，丙酮酸被轉(zhuǎn)換成草醯乙酸，此反應(yīng)需要生物素的參與，以利丙酮酸羧化酶進(jìn)行催化反應(yīng)。(b)在細(xì)胞質(zhì)中，草醯乙酸被磷酸烯醇丙酮酸羧激酶轉(zhuǎn)換成磷酸烯醇丙酮酸。與丙酮酸結(jié)合的CO2

在此步驟會以CO2

喪失掉，這個(gè)去羧反應(yīng)將導(dǎo)致電子重新排列，致使原本屬於丙酮酸的羧基氧攻擊GTP上的磷酸根。p.591圖14-17(續(xù))圖14-17從丙酮酸p.591圖14-18p.591圖14-18p.591圖14-18(續(xù))圖14-18生物素在丙酮酸羧化酶反應(yīng)的角色。輔因子生物素以共價(jià)的形式藉由胺鍵連結(jié)到離胺酸殘基上的ε-胺基而連接到酵素上，形成生物素醯-酶。此反應(yīng)具有兩個(gè)時(shí)期，且發(fā)生在酵素上兩個(gè)不同的區(qū)域。在1號催化區(qū)，重碳酸離子會轉(zhuǎn)換成為二氧化碳並且使用掉一個(gè)ATP。接著二氧化碳與生物素反應(yīng)，形成羧生物素醯-酶。離胺酸的支鏈以及生物素組成的長臂會攜帶羧生物素醯-酶上的二氧化碳到酵素表面的2號催化區(qū)，此處二氧化碳會被釋放並且與丙酮酸作用形成草醯乙酸且再生成生物素醯-酶。在圖16-17中描述酵素藉由不同活化區(qū)上的長臂攜帶反應(yīng)的中間物的過程，丙酮酸羧化酶反應(yīng)的機(jī)轉(zhuǎn)在圖16-16有詳細(xì)介紹。相似的機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)生在其他需要生物素的羧化反應(yīng)中，例如：由丙醯輔酶A羧化酶（見圖17-11）和乙醯輔酶A羧化酶所催化的反應(yīng)（見圖21-1）。p.591圖14-18(續(xù))圖14-18生物素在p.590因?yàn)榱＞€體膜上沒有草醯乙酸的傳送器，因此，由丙酮酸形成的草醯乙酸在送出到細(xì)胞質(zhì)之前必須先利用粒線體內(nèi)的蘋果酸去氫酶（malate

dehydrogenase）還原成蘋果酸，此反應(yīng)必須消耗掉NADH：草醯乙酸+

NADH+H+L-蘋果酸+

NAD+

(14-5)蘋果酸藉由粒線體內(nèi)膜上的傳送器離開粒線體，在細(xì)胞質(zhì)中重新被氧化成為草醯乙酸，並且在細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生NADH，反應(yīng)如下：蘋果酸+NAD+

→草醯乙酸+NADH+H+

(14-6)p.590因?yàn)榱＞€體膜上沒有草醯乙酸的傳送器，因此，由p.591草醯乙酸接著會被磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvatecarboxykinase）轉(zhuǎn)換成為磷酸烯醇丙酮酸草醯乙酸+

GTPPEP+CO2+GDP（14-7）關(guān)於此繞道反應(yīng)的過程，整體方程式為：丙酮酸+

ATP+GTP+HCO3?→PEP+ADP+GDP+Pi+CO2

（14-8）

當(dāng)乳酸為糖質(zhì)新生作用前驅(qū)物時(shí)，第二個(gè)丙酮酸→磷酸烯醇丙酮酸的繞道為主要路徑（圖14-19）。p.591草醯乙酸接著會被磷酸烯醇丙酮酸羧激酶p.592圖14-19圖14-19從丙酮酸到磷酸烯醇丙酮酸的不同路徑。兩路徑的相對重要性取決於乳酸或丙酮酸的可利用性和糖質(zhì)新生作用時(shí)細(xì)胞質(zhì)所需的NADH的可獲性。路徑主要決定於糖質(zhì)新生前驅(qū)物（乳酸或丙酮酸）。當(dāng)乳酸為前驅(qū)物時(shí)，位於右邊的路徑為主要的，因?yàn)榧?xì)胞質(zhì)的NADH在乳酸去氫酶反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生，並且不需要被轉(zhuǎn)送出粒線體。p.592圖14-19圖14-19從丙酮酸到磷酸烯p.593果糖1,6-二磷酸轉(zhuǎn)換成果糖6-磷酸是第二個(gè)繞道路徑從果糖1,6-二磷酸生成果糖6-磷酸是經(jīng)由不同的酵素即果糖1,6-二磷酸酶（fructose1,6-bisphosphatase；FBPase-1）所催化，其需要鎂離子來幫助此反應(yīng)果糖1,6-二磷酸+

H2O→果糖6-磷酸+

PiΔG’°=?16.3kJ/molp.593果糖1,6-二磷酸轉(zhuǎn)換成果糖6-磷酸是p.593葡萄糖6-磷酸轉(zhuǎn)換成葡萄糖是第三個(gè)繞道路徑此由葡萄糖6-磷酸酶（glucose6-phosphatase）所催化的反應(yīng)不需合成ATP；是一個(gè)簡單的磷酯鍵水解反應(yīng)：葡萄糖6-磷酸+H2O→葡萄糖+PiΔG’°=?13.8kJ/molp.593葡萄糖6-磷酸轉(zhuǎn)換成葡萄糖是第三個(gè)繞道路徑p.593糖質(zhì)新生作用以能量而言是昂貴但也是必需的從丙酮酸到血流中游離葡萄糖的生合成反應(yīng)：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O→葡萄糖+

4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+

（14-9）p.593糖質(zhì)新生作用以能量而言是昂貴但也是必需的p.593表14-3p.593表14-3p.59414-9式顯然不單只是糖解反應(yīng)中葡萄糖轉(zhuǎn)換成丙酮酸方程式的逆反應(yīng)，糖解反應(yīng)中只需要兩分子ATP：葡萄糖+

2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+

2ATP+2NADH+2H++2H2O從丙酮酸合成葡萄糖是相對昂貴的過程。如此必要的高能量需求大多是用來確保糖質(zhì)新生作用的不可逆性。p.59414-9式顯然不單只是糖解反應(yīng)中葡萄糖轉(zhuǎn)換p.594檸檬酸循環(huán)中間物和很多胺基酸具有生糖性上面所述的葡萄糖生合成路徑提供葡萄糖的淨(jìng)合成不只經(jīng)由丙酮酸，也可經(jīng)由檸檬酸循環(huán)中四碳、五碳和六碳的中間物。從蛋白質(zhì)衍生而來的胺基酸其某些或全部的碳原子最終會代謝成丙酮酸或檸檬酸循環(huán)的中間物。這些可以淨(jìng)轉(zhuǎn)變成葡萄糖的胺基酸因此被稱作生糖性（glucogenic）（表14-4）。p.594檸檬酸循環(huán)中間物和很多胺基酸具有生糖性p.594哺乳動物無法將脂肪酸轉(zhuǎn)換為葡萄糖哺乳動物無法從脂肪酸淨(jìng)轉(zhuǎn)換成葡萄糖。雖然哺乳類無法將脂肪酸轉(zhuǎn)換成碳水化合物，牠們還是可以使用少量脂肪（三酸甘油酯）裂解所產(chǎn)生的甘油來進(jìn)行糖質(zhì)新生作用。脂肪細(xì)胞進(jìn)行糖質(zhì)新生作用的簡化版作為代替，稱為甘油新生作用（glyceroneogenesis）：經(jīng)糖質(zhì)新生的早期反應(yīng)將丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫u丙酮。p.594哺乳動物無法將脂肪酸轉(zhuǎn)換為葡萄糖p.595糖解反應(yīng)和糖質(zhì)新生作用相互調(diào)控ATP+果糖6-磷酸ADP+果糖1,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸+

H2O

果糖6-磷酸+

Pi這兩個(gè)反應(yīng)的總和為：ATP+H2O→ADP+Pi+熱能磷酸果糖激酶?1果糖1,6-二磷酸酶p.595糖解反應(yīng)和糖質(zhì)新生作用相互調(diào)控磷酸果糖激酶?總結(jié)14.4糖質(zhì)新生作用是一個(gè)普遍存在的多步驟過程，在此過程中葡萄糖可從乳酸，丙酮酸或草醯乙酸，或任何可轉(zhuǎn)變成這些中間產(chǎn)物的化合物（包含檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物）來合成。此路徑中的七個(gè)步驟由同樣參與糖解反應(yīng)的酵素所催化；這些步驟都是可逆的反應(yīng)。糖質(zhì)新生酵素催化的反應(yīng)路徑繞過糖解反應(yīng)中三個(gè)不可逆步驟：(1)藉由丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶催化丙酮酸經(jīng)過草醯乙酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇丙酮酸；(2)藉由果糖1,6-二磷酸酶催化果糖1,6-二磷酸的去磷酸化反應(yīng)；以及(3)藉由葡萄糖6-磷酸酶催化葡萄糖6-磷酸的去磷酸化反應(yīng)。p.595總結(jié)14.4p.595總結(jié)14.3(續(xù))丙酮酸形成一分子的葡萄糖要消耗4個(gè)ATP、2個(gè)GTP及2個(gè)NADH；這是很耗能量的。在哺乳動物體內(nèi)，肝臟和腎臟和小腸所進(jìn)行的糖質(zhì)新生作用提供葡萄糖給腦部、肌肉及紅血球利用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)代表能量產(chǎn)生的物質(zhì)（脂肪酸）供應(yīng)充足時(shí)，乙醯輔酶A可以刺激丙酮酸羧化酶的作用，使糖質(zhì)新生作用的反應(yīng)速率增加。動物無法將由脂肪酸所衍生的乙醯輔酶A轉(zhuǎn)換為葡萄糖；植物和微生物則可以進(jìn)行此反應(yīng)。糖解反應(yīng)和糖質(zhì)新生作用會相互調(diào)控以避免兩路徑同時(shí)進(jìn)行而造成浪費(fèi)。p.595總結(jié)14.3(續(xù))p.59514.5葡萄糖氧化的五碳醣磷酸路徑p.595大多數(shù)動物組織內(nèi)，葡萄糖6-磷酸主要分解代謝命運(yùn)是由糖解作用轉(zhuǎn)為丙酮酸，而大部分的丙酮酸之後會進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，最後氧化產(chǎn)生ATP。在一些組織中最重要的便是葡萄糖6-磷酸經(jīng)由五碳醣磷酸路徑（pentose

phosphatepathway），又稱為磷酸葡萄糖酸路徑（phosphogluconatepathway）或六碳醣單磷酸路徑（hexosemonophosphatepathway）氧化產(chǎn)生五碳醣磷酸（圖14-20）。14.5葡萄糖氧化的五碳醣磷酸路徑p.595大多數(shù)p.596圖14-20p.596圖14-20p.596圖14-20(續(xù))圖14-20五碳醣磷酸的一般路徑。在氧化階段所產(chǎn)生的NADPH用以還原麩胱甘肽、GSSG（見Box14-4），並支持還原性的生合成。氧化階段的另一生成物為核糖5-磷酸，可作為核苷酸、輔酶和核酸的前驅(qū)物。但在一些細(xì)胞中，其不需利用核糖5-磷酸來進(jìn)行生合成，故在非氧化階段中，將六分子的五碳醣再循環(huán)產(chǎn)生五分子的六碳醣（葡萄糖6-磷酸）而得以持續(xù)產(chǎn)生NADPH，並將葡萄糖6-磷酸（在六個(gè)循環(huán)中）轉(zhuǎn)為二氧化碳。p.596圖14-20(續(xù))圖14-20五碳醣磷p.596氧化階段產(chǎn)生五碳醣磷酸和NADPH五碳醣磷酸路徑的第一個(gè)反應(yīng)（圖14-21）是利用葡萄糖6-磷酸去氫酶（glucose6-phosphatedehydrogenase；G6PD）催化葡萄糖6-磷酸氧化成6-磷酸葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯，其為一內(nèi)分子酯類。在一些組織中，五碳醣磷酸路徑之整個(gè)平衡式如下：葡萄糖6-磷酸+2NADP++H2O→核糖5-磷酸+

CO2+2NADPH+2H+p.596氧化階段產(chǎn)生五碳醣磷酸和NADPHp.596圖14-21p.596圖14-21p.596圖14-21(續(xù))圖14-21五碳醣磷酸路徑中的氧化反應(yīng)。反應(yīng)的最終產(chǎn)物為核糖5-磷酸、二氧化碳及NADPH。p.596圖14-21(續(xù))圖14-21五碳醣磷BOX1-2FIGURE1p.597BOX14-4生化醫(yī)療專欄/為什麼畢達(dá)哥拉斯不吃沙拉三明治：葡萄糖6-磷酸去氫酶缺乏癥BOX1-2FIGURE1p.597BOX14BOX1-2FIGURE1p.597BOX14-4(續(xù))圖1

NADPH和麩胱甘肽對於保護(hù)細(xì)胞對抗高活性氧衍生物的角色。還原態(tài)的麩胱甘肽（GSH）能保護(hù)細(xì)胞免於受到過氧化氫和過氧化氫自由基破壞。由氧化態(tài)的麩胱甘肽（GSSG）再生成還原態(tài)的GSH需要葡萄6-磷酸去氫酶反應(yīng)生成的NADPH。BOX1-2FIGURE1p.597BOX14p.598非氧化階段將磷酸五碳醣循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?-磷酸在需要NADPH組織中，氧化階段所生成的五碳醣磷酸會被再循環(huán)生成葡萄糖6-磷酸。p.598非氧化階段將磷酸五碳醣循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?-Fig.8.10aFig.8.10aFig.8.10bFig.8.10b圖8.11醣代謝：糖解作用和五碳糖磷酸途徑圖8.11醣代謝：糖解作用和五碳糖磷酸途徑p.598圖14-22(a)p.598圖14-22(a)p.598圖14-22(b)p.598圖14-22(b)p.598圖14-21(續(xù))圖14-22五碳醣磷酸路徑的非氧化階段。(a)這些反應(yīng)將五碳醣磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱减绷姿幔寡趸磻?yīng)可以繼續(xù)進(jìn)行（圖14-21）。轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶則為此路徑的專一酵素；而其他酵素亦參與了葡萄糖合成及分解路徑。(b)概要圖表描繪出由六個(gè)五碳醣（5C）轉(zhuǎn)變成五個(gè)六碳醣（6C）的路徑。注意這兩組糖類之間的轉(zhuǎn)換表示於(a)。在此，每個(gè)作用皆為可逆性。單方向箭頭只在清楚說明葡萄糖6-磷酸的持續(xù)氧化反應(yīng)時(shí)的方向。而在光合成作用的暗反應(yīng)中，此反應(yīng)的方向是可逆的（見圖20-10）。p.598圖14-21(續(xù))圖14-22五碳醣磷p.599圖14-23(a)圖14-23由轉(zhuǎn)酮酶催化的初反應(yīng)。(a)由轉(zhuǎn)酮酶催化的反應(yīng)一般是指會將酮糖提供的兩個(gè)碳的分子轉(zhuǎn)移到醛糖接受器上，轉(zhuǎn)酮酶在此作用時(shí)需暫時(shí)鍵結(jié)TPP。p.599圖14-23(a)圖14-23由轉(zhuǎn)酮酶催p.599圖14-23(b)圖14-23由轉(zhuǎn)酮酶催化的初反應(yīng)。(b)兩個(gè)五碳醣磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)三碳醣磷酸和七碳醣磷酸，即景天庚酮糖7-磷酸。p.599圖14-23(b)圖14-23由轉(zhuǎn)酮酶催p.599圖14-24圖14-24由轉(zhuǎn)醛酶催化的反應(yīng)。p.599圖14-24圖14-24由轉(zhuǎn)醛酶催化的反p.599圖14-25圖14-25由轉(zhuǎn)酮酶催化的第二個(gè)反應(yīng)。p.599圖14-25圖14-25由轉(zhuǎn)酮酶催化的第p.600圖14-26圖14-26負(fù)碳離子中間物的穩(wěn)定是利用與轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶共價(jià)交互作用。(a)TPP的環(huán)穩(wěn)定轉(zhuǎn)酮酶所攜帶的兩個(gè)碳負(fù)碳離子；見圖14-14的TPP化學(xué)作用。(b)在轉(zhuǎn)醛酶反應(yīng)中，離胺酸支鏈的

ε-胺基和受質(zhì)間形成質(zhì)子化希夫鹼，穩(wěn)定醛醇分裂後產(chǎn)生的C-3負(fù)碳離子。p.600圖14-26圖14-26負(fù)碳離子中間物的p.599圖14-21所描述的過程是氧化性磷酸五碳醣磷酸路徑（oxidativepentosephosphatepathway）。還原五碳醣磷酸路徑（reductivepentosephosphatepathway）基本上是圖14-22反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)，使用許多相同的酵素。參與五碳醣磷酸路徑的所有酵素都位在細(xì)胞質(zhì)，就像糖解反應(yīng)和糖質(zhì)新生作用大部分的酵素一樣。p.599圖14-21所描述的過程是氧化性磷酸五碳p.600葡萄糖6-磷酸被分配在糖解反應(yīng)和五碳醣磷酸路徑葡萄糖6-磷酸進(jìn)入糖解反應(yīng)或到五碳醣磷酸路徑，是依據(jù)細(xì)胞當(dāng)時(shí)的需求和細(xì)胞質(zhì)NADP+的濃度而決定。在生合成還原反應(yīng)時(shí)，細(xì)胞將NADPH轉(zhuǎn)變成NADP+，於是NADP+濃度增加，透過異構(gòu)性刺激G6PD，增加葡萄糖6-磷酸進(jìn)入五碳醣磷酸路徑的流量（圖14-27）。p.600葡萄糖6-磷酸被分配在糖解反應(yīng)和五碳醣磷酸p.600圖14-27圖14-27在調(diào)控分配葡萄糖6-磷酸至糖解反應(yīng)和五碳醣磷酸路徑時(shí)，NADPH所扮演的角色。當(dāng)NADPH的產(chǎn)生比其被用於生合成和麩胱甘肽還原（見圖14-20）快時(shí)，[NADPH]濃度增加，抑制五碳醣磷酸路徑的第一個(gè)酵素。因此，更多的葡萄糖6-磷酸可用於糖解反應(yīng)。p.600圖14-27圖14-27在調(diào)控分配葡萄糖總結(jié)14.5氧化五碳醣磷酸路徑（磷酸葡萄糖酸路徑或六碳醣單磷酸路徑）將葡萄糖6-磷酸的第一號碳氧化並去羧，並把NADP+

還原成NADPH，產(chǎn)生五碳醣磷酸。NADPH提供還原能力給生合成反應(yīng)，核糖5-磷酸是核酸和核酸合成的前驅(qū)物。經(jīng)五碳醣磷酸路徑時(shí)，快速生長的組織和活躍進(jìn)行脂肪酸、膽固醇或類固醇激素生合成的組織比五碳醣磷酸和還原能力需求少的組織，傳遞較多的葡萄糖6-磷酸。五碳醣磷酸路徑的第一階段包含兩個(gè)氧化作用，將葡萄糖6-磷酸轉(zhuǎn)變成核酮糖5-磷酸，並將NADP+

還原成NADPH。第二階段包含非氧化步驟，將五碳醣磷酸轉(zhuǎn)變成葡萄糖6-磷酸，再重新開始此循環(huán)。p.601總結(jié)14.5p.601總結(jié)14.5(續(xù))在第二階段中，轉(zhuǎn)醛酶（以TPP當(dāng)輔因子）和轉(zhuǎn)酮酶催化三、四、五、六和七碳醣間互相轉(zhuǎn)變，將六個(gè)五碳醣磷酸可逆的轉(zhuǎn)變成五個(gè)六碳醣磷酸。在光合作用的碳同化反應(yīng)中，相同的酵素催化反向過程，稱為還原五碳醣磷酸路徑：五個(gè)六碳醣磷酸轉(zhuǎn)變成六個(gè)五碳醣磷酸。轉(zhuǎn)酮酶基因缺陷會導(dǎo)致其對TPP的親和性降低，使Wernicke-Korsakoff癥候群惡化。葡萄糖6-磷酸是否進(jìn)入糖解反應(yīng)或五碳醣磷酸路徑大多是由NADP+和NADPH的相對濃度所決定。p.601總結(jié)14.5(續(xù))p.60114.3丙酮酸在無氧環(huán)境下的反應(yīng)：醱酵反應(yīng)p.583乳酸醱酵中丙酮酸為最終的電子接受者14.3丙酮酸在無氧環(huán)境下的反應(yīng)：醱酵反應(yīng)p.58p.583醱酵反應(yīng)（fermentation）一般是指獲得能量（如ATP）但不消耗氧或不改變NAD+或NADH濃度的過程。p.583BOX1-2FIGURE1p.584BOX14-2運(yùn)動員、鱷魚與腔棘魚：在低氧情況下的糖解反應(yīng)當(dāng)肌肉於短時(shí)間內(nèi)盡力收縮時(shí)，會出現(xiàn)葡萄糖進(jìn)行無氧分解代謝而產(chǎn)生乳酸。肌肉組織可以利用儲存的葡萄糖（肝醣）在醱酵過程中當(dāng)成燃料產(chǎn)生ATP，乳酸則為終產(chǎn)物。在恢復(fù)期時(shí)，過多的氧氣消耗稱之為氧債的償還。此時(shí)需要足量的氧來供應(yīng)進(jìn)行糖質(zhì)新生作用所需之ATP。此循環(huán)反應(yīng)，包含在肌肉中將葡萄糖轉(zhuǎn)換成乳酸以及在肝臟中將乳酸轉(zhuǎn)換成葡萄糖稱為柯氏循環(huán)（Coricycle）。BOX1-2FIGURE1p.584BOX14BOX1-2FIGURE1p.584大多數(shù)小型脊椎動物的循環(huán)系統(tǒng)可以快速攜帶氧到肌肉中而避免於無氧狀態(tài)下使用肌肉儲存的肝醣。許多中等體型的奔跑型動物也能維持骨骼肌有氧代謝。而大型動物，包括人類的循環(huán)系統(tǒng)，無法完全維持長期骨骼肌劇烈活動時(shí)的有氧代謝。這些動物在一般的情況下行動緩慢，只有在非常緊急的時(shí)候才會產(chǎn)生快速密集的肌肉運(yùn)動，因?yàn)檫@些突發(fā)的活動所生的氧債需要長時(shí)間的恢復(fù)期進(jìn)行償還。BOX14-2(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.584大多數(shù)小型脊BOX1-2FIGURE1p.584在快速緊急的活動中，骨骼肌需要進(jìn)行乳酸醱酵以產(chǎn)生ATP，而肌肉中所儲存的肝醣在激烈運(yùn)動時(shí)被快速地消耗，且乳酸在肌肉與細(xì)胞外流體達(dá)到非常高的濃度。深海探索下發(fā)現(xiàn)許多海洋生物可以生活在氧氣含量趨近於零的深海底部。例如：生存在南非的原始種腔棘魚為大型魚類，其所有組織可以進(jìn)行無氧代謝，可將碳水化合物轉(zhuǎn)換成乳酸或是其他產(chǎn)物。某些海洋脊椎動物則將葡萄糖醱酵成乙醇與二氧化碳以產(chǎn)生ATP。BOX14-2(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.584在快速緊急的p.585在乙醇醱酵中乙醇是還原產(chǎn)物此反應(yīng)中NADH提供負(fù)氫轉(zhuǎn)移的機(jī)制已非常明瞭（圖14-13）。因此乙醇醱酵的終產(chǎn)物是乙醇及二氧化碳，整個(gè)反應(yīng)式如下：葡萄糖+

2ADP+2Pi→2乙醇+

2CO2+2ATP+2H2Op.585在乙醇醱酵中乙醇是還原產(chǎn)物p.585圖14-13機(jī)轉(zhuǎn)圖14-13酒精去氫酶反應(yīng)。p.585圖14-13機(jī)轉(zhuǎn)圖14-13酒精去氫酶反p.585硫胺素焦磷酸攜帶「活化態(tài)的醛基」丙酮酸去羧酶反應(yīng)使我們先認(rèn)識硫胺素焦磷酸（thiaminepyrophosphate；TPP）（圖14-14），一種由維生素B1

所衍生的輔酶。人類飲食中缺乏維生素B1

會造成腳氣病，病徵是體液的堆積（水腫）、疼痛、癱瘓，最後導(dǎo)致死亡。p.585硫胺素焦磷酸攜帶「活化態(tài)的醛基」BOX1-2FIGURE1p.586BOX14-3乙醇醱酵：釀造啤酒以及製造生物燃料釀造者製備啤酒是藉由酵母菌的糖解酵素將大麥等穀類的碳水化合物經(jīng)過乙醇醱酵而得。在麥芽化的步驟中，先使大麥發(fā)芽到能產(chǎn)生分解多醣的水解酵素，再藉由加熱來停止這個(gè)發(fā)芽反應(yīng)。此產(chǎn)物為麥芽，內(nèi)含有能催化水解纖維素β

鍵結(jié)和其他大麥殼的細(xì)胞壁多醣體的酵素，以及一些酵素，例如：α-澱粉酶和麥芽糖酶。釀造者接著準(zhǔn)備麥汁作為酵母菌醱酵的營養(yǎng)基。BOX1-2FIGURE1p.586BOX14BOX1-2FIGURE1p.586麥芽和水混合後經(jīng)過搗碎跟碾壓，使麥芽化步驟中的酵素活化，作用在穀類多醣體以產(chǎn)生麥芽糖、葡萄糖和其他簡單形式的糖。在有氧的麥汁中，酵母菌從可利用的糖類獲取能量，並且非?？焖俚纳L及繁殖。此步驟中不產(chǎn)生乙醇。當(dāng)麥汁桶中所有的氧氣都用完時(shí)，酵母菌轉(zhuǎn)為進(jìn)行無氧代謝，由此開始將糖類醱酵為乙醇和二氧化碳。醱酵反應(yīng)的過程受到生成的乙醇濃度、pH值、剩餘的糖量所調(diào)控。醱酵停止後，酵母菌被移除，「生」啤酒就可以進(jìn)行最後的加工。BOX14-3(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.586麥芽和水混合BOX1-2FIGURE1p.586釀造的最後步驟，為調(diào)整啤酒的泡沫量。一般是藉由麥芽化過程中釋放出的蛋白質(zhì)水解酶來調(diào)控。乙醇作為燃料的主要優(yōu)點(diǎn)是其相當(dāng)便宜和可更新。通常，未加工的材料（原料）先利用化學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱翁?，然後餵給一株強(qiáng)韌的酵母菌種在一個(gè)工業(yè)規(guī)模的醱酵槽中生長。醱酵作用不只能生產(chǎn)燃料用乙醇，也能產(chǎn)生副產(chǎn)物像是蛋白質(zhì)類能用作動物飼料。BOX14-3(續(xù))BOX1-2FIGURE1p.586釀造的最後步p.587圖14-14p.587圖14-14p.587圖14-14(續(xù))p.587圖14-14(續(xù))p.587圖14-14(續(xù))機(jī)轉(zhuǎn)圖14-14硫胺素焦磷酸（TPP）及其在丙酮酸去羧反應(yīng)中參與的角色。(a)硫胺素焦磷酸是維他命B1（硫胺素）的輔酶態(tài)。硫胺素焦磷酸中的硫氮二烯五環(huán)的反應(yīng)碳原子以紅色表示。在丙酮酸去羧酶催化反應(yīng)下，丙酮酸的三個(gè)碳其中的兩個(gè)，在硫胺素焦磷酸上以羥基乙醇或「活化態(tài)乙醛基」(b)方式暫時(shí)攜帶，其後會以乙醛型式釋放。(c)硫胺素焦磷酸的硫氮二烯五環(huán)穩(wěn)定陰離子碳中間物是藉由提供一個(gè)親電子的（缺乏電子）結(jié)構(gòu)到陰離子碳上的電子，如此可藉由共振來轉(zhuǎn)移電子的位置。此特性結(jié)構(gòu)通稱為「電子槽」，在許多生化反應(yīng)扮演角色，此即有利於碳-碳鍵結(jié)斷裂。p.587圖14-14(續(xù))機(jī)轉(zhuǎn)圖14-14硫胺總結(jié)14.3在糖解反應(yīng)中形成的NADH必須循環(huán)用來再生NAD+，而NAD+

在收益階段第一步驟中作為電子接受者。在有氧狀態(tài)下，電子在粒線體呼吸作用中從NADH轉(zhuǎn)移到氧分子上。在無氧或缺氧的狀態(tài)下，許多的生物體會將NADH轉(zhuǎn)移電子到丙酮酸上以再生NAD+，形成乳酸。其他的生物體，例如：酵母菌，將丙酮酸還原為乙醇和二氧化碳來再生NAD+。在這些無氧的過程（醱酵反應(yīng)）中，葡萄糖的碳沒有氧化或還原。p.588總結(jié)14.3p.588總結(jié)14.3(續(xù))許多的微生物可以醱酵新鮮食物中的糖，導(dǎo)致酸鹼度、味道、質(zhì)地的改變並且避免食物的腐壞。醱酵反應(yīng)在工業(yè)上被用來從低價(jià)的起始材料大量製造具有商業(yè)價(jià)值的有機(jī)化合物。p.588總結(jié)14.3(續(xù))p.58814.4糖質(zhì)新生作用p.588生物體需要從非碳水化合物的前驅(qū)物合成葡萄糖。這會藉由一個(gè)稱為糖質(zhì)新生作用（gluconeogenesis）（糖的新形成）的路徑來達(dá)成，是轉(zhuǎn)換丙酮酸及相關(guān)的三和四個(gè)碳的化合物成為葡萄糖的過程。將丙酮酸轉(zhuǎn)換成磷酸烯醇丙酮酸需要兩個(gè)放能反應(yīng)糖質(zhì)新生作用中第一個(gè)繞道反應(yīng)是將丙酮酸轉(zhuǎn)換成磷酸烯醇丙酮酸（PEP）。14.4糖質(zhì)新生作用p.588生物體需要從非碳水化p.589圖14-15p.589圖14-15p.589圖14-15(續(xù))圖14-15由簡單的前驅(qū)物合成碳水化合物。在動、植物體內(nèi)，磷酸烯醇丙酮酸到葡萄糖6-磷酸的路徑是許多不同碳水化合物前驅(qū)物的共同生合成轉(zhuǎn)換路徑。從丙酮酸到磷酸烯醇丙酮酸的路徑透過草醯乙酸，一個(gè)檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，我們會在第16章討論到。所以任何能被轉(zhuǎn)變成丙酮酸或草醯乙酸的化合物就能作為糖質(zhì)新生作用的起始物質(zhì)。這些包括丙胺酸和天冬胺酸，其分別能轉(zhuǎn)變?yōu)楸岷筒蒗狄宜?，而其他的胺基酸也能產(chǎn)生三或四個(gè)碳的片段，因此被稱為生糖性胺基酸（表14-4；以及圖18-15）。僅植物和光化合細(xì)菌能夠使用乙醛酸循環(huán)將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓衔?。p.589圖14-15(續(xù))圖14-15由簡單的p.590表14-2p.590表14-2p.589圖14-16p.589圖14-16p.589圖14-16(續(xù))p.589圖14-16(續(xù))p.589圖14-16(續(xù))圖14-16大鼠肝臟中糖質(zhì)新生作用以及糖解反應(yīng)兩種相反的路徑。左方以紅色標(biāo)記的路徑為糖解反應(yīng)；右方以藍(lán)色標(biāo)記相反的路徑為糖質(zhì)新生作用。在此顯示的糖質(zhì)新生作用路徑中主要的調(diào)控點(diǎn)會在本章及第15章中詳細(xì)討論。圖14-19表示在粒線體合成草醯乙酸的另一條路徑。p.589圖14-16(續(xù))圖14-16大鼠肝臟p.590一開始在細(xì)胞質(zhì)中的丙酮酸會被傳送到粒線體中或在粒線體中由丙胺酸以轉(zhuǎn)胺作用形成丙酮酸。接下來丙酮酸羧化酶（pyruvatecarboxylase），為一粒線體酵素，其需要輔酶生物素（biotin）將丙酮酸轉(zhuǎn)換成草醯乙酸（圖14-17）：丙酮酸+

HCO3?+ATP→草酸乙酸+

ADP+Pi

（14-4）此反應(yīng)利用生物素作為一個(gè)活化HCO3?

的攜帶者（圖14-18）。p.590一開始在細(xì)胞質(zhì)中的丙酮酸會被傳送到粒線體中或p.591圖14-17(a)p.591圖14-17(a)p.591圖14-17(b)p.591圖14-17(b)p.591圖14-17(續(xù))圖14-17從丙酮酸合成磷酸烯醇丙酮酸。(a)在粒線體中，丙酮酸被轉(zhuǎn)換成草醯乙酸，此反應(yīng)需要生物素的參與，以利丙酮酸羧化酶進(jìn)行催化反應(yīng)。(b)在細(xì)胞質(zhì)中，草醯乙酸被磷酸烯醇丙酮酸羧激酶轉(zhuǎn)換成磷酸烯醇丙酮酸。與丙酮酸結(jié)合的CO2

在此步驟會以CO2

喪失掉，這個(gè)去羧反應(yīng)將導(dǎo)致電子重新排列，致使原本屬於丙酮酸的羧基氧攻擊GTP上的磷酸根。p.591圖14-17(續(xù))圖14-17從丙酮酸p.591圖14-18p.591圖14-18p.591圖14-18(續(xù))圖14-18生物素在丙酮酸羧化酶反應(yīng)的角色。輔因子生物素以共價(jià)的形式藉由胺鍵連結(jié)到離胺酸殘基上的ε-胺基而連接到酵素上，形成生物素醯-酶。此反應(yīng)具有兩個(gè)時(shí)期，且發(fā)生在酵素上兩個(gè)不同的區(qū)域。在1號催化區(qū)，重碳酸離子會轉(zhuǎn)換成為二氧化碳並且使用掉一個(gè)ATP。接著二氧化碳與生物素反應(yīng)，形成羧生物素醯-酶。離胺酸的支鏈以及生物素組成的長臂會攜帶羧生物素醯-酶上的二氧化碳到酵素表面的2號催化區(qū)，此處二氧化碳會被釋放並且與丙酮酸作用形成草醯乙酸且再生成生物素醯-酶。在圖16-17中描述酵素藉由不同活化區(qū)上的長臂攜帶反應(yīng)的中間物的過程，丙酮酸羧化酶反應(yīng)的機(jī)轉(zhuǎn)在圖16-16有詳細(xì)介紹。相似的機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)生在其他需要生物素的羧化反應(yīng)中，例如：由丙醯輔酶A羧化酶（見圖17-11）和乙醯輔酶A羧化酶所催化的反應(yīng)（見圖21-1）。p.591圖14-18(續(xù))圖14-18生物素在p.590因?yàn)榱＞€體膜上沒有草醯乙酸的傳送器，因此，由丙酮酸形成的草醯乙酸在送出到細(xì)胞質(zhì)之前必須先利用粒線體內(nèi)的蘋果酸去氫酶（malate

dehydrogenase）還原成蘋果酸，此反應(yīng)必須消耗掉NADH：草醯乙酸+

NADH+H+L-蘋果酸+

NAD+

(14-5)蘋果酸藉由粒線體內(nèi)膜上的傳送器離開粒線體，在細(xì)胞質(zhì)中重新被氧化成為草醯乙酸，並且在細(xì)胞質(zhì)中產(chǎn)生NADH，反應(yīng)如下：蘋果酸+NAD+

→草醯乙酸+NADH+H+

(14-6)p.590因?yàn)榱＞€體膜上沒有草醯乙酸的傳送器，因此，由p.591草醯乙酸接著會被磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvatecarboxykinase）轉(zhuǎn)換成為磷酸烯醇丙酮酸草醯乙酸+

GTPPEP+CO2+GDP（14-7）關(guān)於此繞道反應(yīng)的過程，整體方程式為：丙酮酸+

ATP+GTP+HCO3?→PEP+ADP+GDP+Pi+CO2

（14-8）

當(dāng)乳酸為糖質(zhì)新生作用前驅(qū)物時(shí)，第二個(gè)丙酮酸→磷酸烯醇丙酮酸的繞道為主要路徑（圖14-19）。p.591草醯乙酸接著會被磷酸烯醇丙酮酸羧激酶p.592圖14-19圖14-19從丙酮酸到磷酸烯醇丙酮酸的不同路徑。兩路徑的相對重要性取決於乳酸或丙酮酸的可利用性和糖質(zhì)新生作用時(shí)細(xì)胞質(zhì)所需的NADH的可獲性。路徑主要決定於糖質(zhì)新生前驅(qū)物（乳酸或丙酮酸）。當(dāng)乳酸為前驅(qū)物時(shí)，位於右邊的路徑為主要的，因?yàn)榧?xì)胞質(zhì)的NADH在乳酸去氫酶反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生，並且不需要被轉(zhuǎn)送出粒線體。p.592圖14-19圖14-19從丙酮酸到磷酸烯p.593果糖1,6-二磷酸轉(zhuǎn)換成果糖6-磷酸是第二個(gè)繞道路徑從果糖1,6-二磷酸生成果糖6-磷酸是經(jīng)由不同的酵素即果糖1,6-二磷酸酶（fructose1,6-bisphosphatase；FBPase-1）所催化，其需要鎂離子來幫助此反應(yīng)果糖1,6-二磷酸+

H2O→果糖6-磷酸+

PiΔG’°=?16.3kJ/molp.593果糖1,6-二磷酸轉(zhuǎn)換成果糖6-磷酸是p.593葡萄糖6-磷酸轉(zhuǎn)換成葡萄糖是第三個(gè)繞道路徑此由葡萄糖6-磷酸酶（glucose6-phosphatase）所催化的反應(yīng)不需合成ATP；是一個(gè)簡單的磷酯鍵水解反應(yīng)：葡萄糖6-磷酸+H2O→葡萄糖+PiΔG’°=?13.8kJ/molp.593葡萄糖6-磷酸轉(zhuǎn)換成葡萄糖是第三個(gè)繞道路徑p.593糖質(zhì)新生作用以能量而言是昂貴但也是必需的從丙酮酸到血流中游離葡萄糖的生合成反應(yīng)：2丙酮酸+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O→葡萄糖+

4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+

（14-9）p.593糖質(zhì)新生作用以能量而言是昂貴但也是必需的p.593表14-3p.593表14-3p.59414-9式顯然不單只是糖解反應(yīng)中葡萄糖轉(zhuǎn)換成丙酮酸方程式的逆反應(yīng)，糖解反應(yīng)中只需要兩分子ATP：葡萄糖+

2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+

2ATP+2NADH+2H++2H2O從丙酮酸合成葡萄糖是相對昂貴的過程。如此必要的高能量需求大多是用來確保糖質(zhì)新生作用的不可逆性。p.59414-9式顯然不單只是糖解反應(yīng)中葡萄糖轉(zhuǎn)換p.594檸檬酸循環(huán)中間物和很多胺基酸具有生糖性上面所述的葡萄糖生合成路徑提供葡萄糖的淨(jìng)合成不只經(jīng)由丙酮酸，也可經(jīng)由檸檬酸循環(huán)中四碳、五碳和六碳的中間物。從蛋白質(zhì)衍生而來的胺基酸其某些或全部的碳原子最終會代謝成丙酮酸或檸檬酸循環(huán)的中間物。這些可以淨(jìng)轉(zhuǎn)變成葡萄糖的胺基酸因此被稱作生糖性（glucogenic）（表14-4）。p.594檸檬酸循環(huán)中間物和很多胺基酸具有生糖性p.594哺乳動物無法將脂肪酸轉(zhuǎn)換為葡萄糖哺乳動物無法從脂肪酸淨(jìng)轉(zhuǎn)換成葡萄糖。雖然哺乳類無法將脂肪酸轉(zhuǎn)換成碳水化合物，牠們還是可以使用少量脂肪（三酸甘油酯）裂解所產(chǎn)生的甘油來進(jìn)行糖質(zhì)新生作用。脂肪細(xì)胞進(jìn)行糖質(zhì)新生作用的簡化版作為代替，稱為甘油新生作用（glyceroneogenesis）：經(jīng)糖質(zhì)新生的早期反應(yīng)將丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫u丙酮。p.594哺乳動物無法將脂肪酸轉(zhuǎn)換為葡萄糖p.595糖解反應(yīng)和糖質(zhì)新生作用相互調(diào)控ATP+果糖6-磷酸ADP+果糖1,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸+

H2O

果糖6-磷酸+

Pi這兩個(gè)反應(yīng)的總和為：ATP+H2O→ADP+Pi+熱能磷酸果糖激酶?1果糖1,6-二磷酸酶p.595糖解反應(yīng)和糖質(zhì)新生作用相互調(diào)控磷酸果糖激酶?總結(jié)14.4糖質(zhì)新生作用是一個(gè)普遍存在的多步驟過程，在此過程中葡萄糖可從乳酸，丙酮酸或草醯乙酸，或任何可轉(zhuǎn)變成這些中間產(chǎn)物的化合物（包含檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物）來合成。此路徑中的七個(gè)步驟由同樣參與糖解反應(yīng)的酵素所催化；這些步驟都是可逆的反應(yīng)。糖質(zhì)新生酵素催化的反應(yīng)路徑繞過糖解反應(yīng)中三個(gè)不可逆步驟：(1)藉由丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶催化丙酮酸經(jīng)過草醯乙酸轉(zhuǎn)變成磷酸烯醇丙酮酸；(2)藉由果糖1,6-二磷酸酶催化果糖1,6-二磷酸的去磷酸化反應(yīng)；以及(3)藉由葡萄糖6-磷酸酶催化葡萄糖6-磷酸的去磷酸化反應(yīng)。p.595總結(jié)14.4p.595總結(jié)14.3(續(xù))丙酮酸形成一分子的葡萄糖要消耗4個(gè)ATP、2個(gè)GTP及2個(gè)NADH；這是很耗能量的。在哺乳動物體內(nèi)，肝臟和腎臟和小腸所進(jìn)行的糖質(zhì)新生作用提供葡萄糖給腦部、肌肉及紅血球利用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)代表能量產(chǎn)生的物質(zhì)（脂肪酸）供應(yīng)充足時(shí)，乙醯輔酶A可以刺激丙酮酸羧化酶的作用，使糖質(zhì)新生作用的反應(yīng)速率增加。動物無法將由脂肪酸所衍生的乙醯輔酶A轉(zhuǎn)換為葡萄糖；植物和微生物則可以進(jìn)行此反應(yīng)。糖解反應(yīng)和糖質(zhì)新生作用會相互調(diào)控以避免兩路徑同時(shí)進(jìn)行而造成浪費(fèi)。p.595總結(jié)14.3(續(xù))p.59514.5葡萄糖氧化的五碳醣磷酸路徑p.595大多數(shù)動物組織內(nèi)，葡萄糖6-磷酸主要分解代謝命運(yùn)是由糖解作用轉(zhuǎn)為丙酮酸，而大部分的丙酮酸之後會進(jìn)入檸檬酸循環(huán)，最後氧化產(chǎn)生ATP。在一些組織中最重要的便是葡萄糖6-磷酸經(jīng)由五碳醣磷酸路徑（pentose

phosphatepathway），又稱為磷酸葡萄糖酸路徑（phosphogluconatepathway）或六碳醣單磷酸路徑（hexosemonophosphatepathway）氧化產(chǎn)生五碳醣磷酸（圖14-20）。14.5葡萄糖氧化的五碳醣磷酸路徑p.595大多數(shù)p.596圖14-20p.596圖14-20p.596圖14-20(續(xù))圖14-20五碳醣磷酸的一般路徑。在氧化階段所產(chǎn)生的NADPH用以還原麩胱甘肽、GSSG（見Box14-4），並支持還原性的生合成。氧化階段的另一生成物為核糖5-磷酸，可作為核苷酸、輔酶和核酸的前驅(qū)物。但在一些細(xì)胞中，其不需利用核糖5-磷酸來進(jìn)行生合成，故在非氧化階段中，將六分子的五碳醣再循環(huán)產(chǎn)生五分子的六碳醣（葡萄糖6-磷酸）而得以持續(xù)產(chǎn)生NADPH，並將葡萄糖6-磷酸（在六個(gè)循環(huán)中）轉(zhuǎn)為二氧化碳。p.596圖14-20(續(xù))圖14-20五碳醣磷p.596氧化階段產(chǎn)生五碳醣磷酸和NADPH五碳醣磷酸路徑的第一個(gè)反應(yīng)（圖14-21）是利用葡萄糖6-磷酸去氫酶（glucose6-phosphatedehydrogenase；G6PD）催化葡萄糖6-磷酸氧化成6-磷酸葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯，其為一內(nèi)分子酯類。在一些組織中，五碳醣磷酸路徑之整個(gè)平衡式如下：葡萄糖6-磷酸+2NADP++H2O→核糖5-磷酸+

CO2+2NADPH+2H+p.596氧化階段產(chǎn)生五碳醣磷酸和NADPHp.596圖14-21p.596圖14-21p.596圖14-21(續(xù))圖14-21五碳醣磷酸路徑中的氧化反應(yīng)。反應(yīng)的最終產(chǎn)物為核糖5-磷酸、二氧化碳及NADPH。p.596圖14-21(續(xù))圖14-21五碳醣磷BOX1-2FIGURE1p.597BOX14-4生化醫(yī)療專欄/為什麼畢達(dá)哥拉斯不吃沙拉三明治：葡萄糖6-磷酸去氫酶缺乏癥BOX1-2FIGURE1p.597BOX14BOX1-2FIGURE1p.597BOX14-4(續(xù))圖1

NADPH和麩胱甘肽對於保護(hù)細(xì)胞對抗高活性氧衍生物的角色。還原態(tài)的麩胱甘肽（GSH）能保護(hù)細(xì)胞免於受到過氧化氫和過氧化氫自由基破壞。由氧化態(tài)的麩胱甘肽（GSSG）再生成還原態(tài)的GSH需要葡萄6-磷酸去氫酶反應(yīng)生成的NADPH。BOX1-2FIGURE1p.597BOX14p.598非氧化階段將磷酸五碳醣循環(huán)轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?-磷酸在需