磷酸戊糖途徑及其他糖代謝途徑

又名磷酸己糖支路或6-磷酸葡萄糖酸途徑?發(fā)生在細胞液?由氧化相和非氧化相組成?在生物合成旺盛的細胞中更加活躍葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸糖酵解

70%30%糖原PPP氧化相?葡糖-6-磷酸脫氫酶–不可逆反應(yīng)——受到調(diào)控

(受到NADPH抑

制)?葡萄糖酸內(nèi)酯酶–沒有酶催化，也能發(fā)生?葡糖酸-6-磷酸脫氫酶–氧化脫羧反應(yīng)此酶對NADP+高度特異性的;

對NAD+

的Km

比對NADP+高1

000倍?非氧化相全部由非氧化的可逆反應(yīng)組成，共有5步，反應(yīng)的性質(zhì)是異構(gòu)或分子重排，通過此階段的反應(yīng)，6分子戊糖轉(zhuǎn)化成5分子己糖。將戊糖轉(zhuǎn)變成

糖酵解的中間物。?磷酸戊糖異構(gòu)酶?磷酸戊糖差向異構(gòu)酶?轉(zhuǎn)酮酶——催化二碳單位的轉(zhuǎn)移，需要TPP為輔助

因子?轉(zhuǎn)醛酶——催化三碳單位的轉(zhuǎn)移?轉(zhuǎn)酮酶+5

5+4

5C5

+

C5

-->

C7

+

C3C7

+

C3

-->

C4

+

C6

C5

+

C4

-->

C6

+

C3+64總結(jié):3C5

-->

2C6

+

C373++36轉(zhuǎn)酮酶催化的反應(yīng)機理磷酸戊糖途徑的總結(jié)P

一個葡萄糖分子是不可能完成上述反應(yīng)的，至少有三個葡萄糖分子同時進入才可以完成；P

只有六個葡萄糖分子同時進入磷酸戊糖途徑，到最后才相當(dāng)于有一個葡萄糖分子完全被氧化成CO2和H2O；P

磷酸戊糖途徑并不是細胞產(chǎn)生NADPH的唯一途徑P

發(fā)生在細胞液，不需要氧氣；P

根據(jù)細胞對NADPH、核糖和ATP的需要不同，磷酸戊糖途徑可以四種不同的模式存在：快速分裂的細胞需

要更多的核糖-5-磷酸以第一種模式存在，需要等量的

核糖-5-磷酸和NADPH的細胞以第二種模式存在，需要更多的NADPH以進行生物合成的細胞以第三種模式存在，只需要NADPH和ATP而不需要核糖-5-磷酸的細胞以第四種模式存在；P

調(diào)節(jié)機制相當(dāng)簡單磷酸戊糖途徑的四種變化形式C與NADPH有關(guān)的功能(1)提供生物合成的還原劑NADPH(2)解毒——細胞色素P450單加氧酶解毒系統(tǒng)需要NADPH參與對毒物的羥基化反應(yīng)。(3)免疫(4)維持紅細胞膜的完整(5)間接進入呼吸鏈C

與核糖-5-磷酸有關(guān)的功能提供核苷酸及其衍生物合成的前體核糖-5-磷酸C

與赤蘚糖-4-磷酸有關(guān)的功能芳香族氨基酸和維生素B

的合成需要赤蘚糖。6Rapidly

dividing

cells

require

more

ribose5-phosphate

than

NADPH.The

need

for

NADPH

and

ribose5-phosphate

isbalanced.More

NADPH

is

needed

than

ribose5-phosphate;Fatty

acid

synthesis

in

adiposecells.Thecellneedsboth

NADPH

and

ATP組織功能磷酸戊糖途徑的活性腎上腺肝睪丸脂肪組織卵巢乳腺固醇類激素的合成脂肪酸和膽固醇的合成固醇類激素的合成

脂肪酸的合成固醇類激素的合成

脂肪酸的合成高高高高高高生物合成與磷酸戊糖途徑活性的關(guān)系巨噬細胞膜上的NADPH氧化酶的防御功能Net

Synthesis

of

"new

glucose"from

non-

sugar

metabolites內(nèi)容綱要1.糖異生的定義2.糖異生的涉及的主要反應(yīng)3.糖異生的功能4.糖異生的調(diào)節(jié)糖異生ó泛指細胞內(nèi)由乳酸或其它非糖物質(zhì)凈合成葡

萄糖的過程。它主要發(fā)生在動物的肝臟

(80

％)

和腎臟

(20％)

，是動物細胞自身合成

葡萄糖的唯一手段。植物和某些微生物也可

以進行糖異生。糖異生的底物丙酮酸,

乳酸,

甘油,

生糖氨基酸，所

有TCA循環(huán)的中間物$偶數(shù)脂肪酸不行!$因為偶數(shù)脂肪酸氧化只能產(chǎn)生乙酰

CoA

，而乙酰CoA不能提供葡萄糖的

凈合成?Occurs

mainly

in

liver

and

kidneys

?并不是糖酵解的簡單逆轉(zhuǎn)，其原因是：–一是因為糖酵解有三步不可逆反應(yīng)(糖酵解

的總

G

=

-

74

kJ/mol

)–二是機體在對這兩種代謝實行交互調(diào)控的時

候不允許它們同時被激活或被抑制，否則就

會陷入無效循環(huán)之中。糖異生與糖酵解途徑的比較某些反應(yīng)“借用于糖酵解”

，某些反應(yīng)是新的Something

to

borrow,

something

new?糖異生保留了糖酵解途徑中的所有可逆反應(yīng)

(第

二步，第四步~第九步)?屬于自己的新反應(yīng)只有四步反應(yīng)。在這四步反應(yīng)

中，有兩步反應(yīng)被用來克服糖酵解的最后一步不

可逆反應(yīng)，其余兩步反應(yīng)用來克服糖酵解的第三

步和第一步不可逆反應(yīng)。?新的反應(yīng)也提供了新的調(diào)控機制丙酮酸羧化酶@糖異生的第一步反應(yīng)@存在于線粒體基質(zhì)，需要生物素輔基@由ATP驅(qū)動羧化反應(yīng)Linkage

of

biotin

to

lysine

residue

in

pyruvate

carboxylase丙酮酸羧化酶的結(jié)構(gòu)模型丙酮酸羧化酶的作用機理PEP羧激酶

(PEPCK)@OAA的羧基是一個好的離去基團@PEPCK在人類的線粒體基質(zhì)和細胞液均存在，而

小鼠只存在于細胞液，兔子只存在于線粒體。@如果PEPCK存在于線粒體基質(zhì)，則生成的PEP可以直接通過內(nèi)膜上專門的運輸體運出線粒體；但是，如果PEPCK存在于細胞液，則首先需要通過特殊的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，將不能直接透過線粒體內(nèi)膜的草酰乙酸先轉(zhuǎn)變成能夠通過內(nèi)膜的蘋果酸或天冬氨酸運出線粒體，然后在細胞液按照逆反應(yīng)的方向重新轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜?。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶的作用機理蘋果酸-天冬氨酸穿梭系統(tǒng)果糖-1,6-二磷酸酶將F-1,6-P水解成F-6-P熱力學(xué)上是有利的，肝細胞內(nèi)的

G

是-

8.6

kJ/mol葡糖-6-磷酸酶催化葡糖-6-磷酸水解成葡萄糖?存在于肝、腎細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。?肌肉和腦細胞沒有這種酶，故不能進行糖異生?G-6-P需要進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔才能水解其它物質(zhì)進入糖異生的途徑Cori循環(huán)和Ala循環(huán)酵解過程的三步不可逆反應(yīng)，即為三個調(diào)控部位，分別由調(diào)控酶催化。(

一)

磷酸果糖激酶

(PFK)

的調(diào)節(jié)1.

ATP/AMP：PFK受ATP別構(gòu)抑制，此抑制能被

AMP逆轉(zhuǎn)。2.

檸檬酸：抑制PFK

，并可增強ATP的抑制作用。3.

2,6-二磷酸果糖

(F-2,6-BP)

：激活PFK活性它可由F-6-P景磷酸果糖激酶2

(PFK2)

催化生成。

4.

[H+]

：抑制PFK活性?ATPisasubstrateandan

allosteric

inhibitor

ofPFK-1?AMP

allosterically

activates

PFK-1by

relievingthe

ATP

inhibition(ADP

is

also

an

activator

inmammalian

systems)?Changes

in

AMP

and

ADP

concentrations

cancontrol

the

flux

through

PFK-1?Elevated

levels

of

citrate(indicate

amplesubstrates

for

citric

acid

cycle)also

inhibit

PFK-1Regulation

of

PFK-1

by

Fructose

2,6-bisphosphate(F2,6BP)?F2,6-BP

is

a

potentactivatorofPFK-1?F2,6-BP

is

formed

from

F6P

by

phosphofructokinase-2(PFK-2),which

is

a

bi-functional

enzyme

b-D-Fructose2,6-bisphosphateFormation

and

hydrolysis

ofF2,6-BP?Glucagonslowsglycolysis?Glucagon

induces

glucose

synthesis

andconversion

toglucosefromglycogenHormone

glucagon

is

released

from

the

pancreas

when

blood

glucose

levels

are

lowPFK-2

is

bi-functionalEffect

of

glucagon

on

liver

glycolysis(二)

丙酮酸激酶的調(diào)節(jié)1.

此酶系一同工酶，肝臟：L型；肌肉：M型；

其它：A型。2.

此酶的效應(yīng)物有：(1)

ATP：通過變構(gòu)效應(yīng)抑制L型丙酮酸激酶。(2)

丙氨酸：抑制效應(yīng)。(3)

F-1,6-BP：激活效應(yīng)。3.

L型同工酶還受可逆磷酸化作用的調(diào)控。(三)

己糖激酶調(diào)節(jié)受G-6-P反饋抑制。?Four

PK

isozymes

exist

in

mammalian

tissues?PK

is

allosterically

activated

by

F1,6BP,

inhibited

by

ATP?Glucagon

stimulates

protein

kinase

A

whichphosphorylates

PK

converting

it

to

a

less

active

form(liver

and

intestinal

cells)Activator

F1,6BP(red)

boundwith

PK?Hexokinasereactionismetabolicallyirreversible?G6P(product)levelsincreasewhenglycolysis

is

inhibited

at

sites

furtheralonginthe

pathway?G6P

inhibits

hexokinase

isozymes

I,II

and

III

that

are

active

at

normalglucose

concentrations(Km

values~10-6

to10-4

M)?Glucokinase(hexokinaseIV,Km

~10-2

M)formsG6Pintheliver(forglycogen

synthesis)when

glucose

is

abundant(activity

is

modulatedbyfructose

phosphates

and

a

regulatory

protein)2.When

ATP

is

needed,

glycolysis

is

activated?AMP(the

product

ofATP

consumption)relieve

the

inhibition

of

PFK-1by

ATP?Fructose2,6-bisphosphate(F2,6BP)relieve

the

inhibition

of

PFK-1by

ATP?Pyruvate

kinase

is

activated

by

F1,6BP1.When

ATP

levels

are

sufficient,

glycolysis

activity

decreases?Hexokinase

inhibited

by

excessglucose6-phosphate?PFK-1is

inhibited

by

ATP

andcitrate?Pyruvate

kinase

is

inhibited

by

ATPStep

10Step

1Step

3TCA

cycle

的調(diào)節(jié)位點在三個不可逆的步驟：1.

檸檬酸合酶：受ATP

、檸檬酸、琥珀酰CoA

、

脂酰CoA抑制。2.

異檸檬酸脫氫酶：受ATP

、NADH抑制，受

ADP激活。3.

-酮戊二酸脫氫酶：受NADH

、琥珀酰CoA

抑制。此外，由于細胞中草酰乙酸濃度較低，其

濃度是決定TCA

cycle速度的重要因素之一。4.

丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)控制(1)

產(chǎn)物抑制乙酰CoA抑制E2

，NADH抑制E3

。

(2)

核苷酸的反饋抑制即細胞能量狀態(tài)

(能荷)

的控制(3)

共價修飾的調(diào)節(jié)可逆磷酸化作用

(酶絲氨酸羥基上)

E1受到兩個調(diào)節(jié)酶控制：a.

丙酮酸脫氫酶激酶，ATP為磷酸供體，磷酸

化的酶為inactive形式b.

丙酮酸脫氫酶磷酸

(酯)

酶：催化脫氫酶去

磷酸，為active形式?Under

anaerobic

conditions

the

conversion

ofglucose

to

pyruvate

is

much

higher

than

underaerobic

conditions(yeast

cells

produce

moreethanol

and

muscle

cells

accumulate

lactate)?The

Pasteur

Effect

is

the

slowing

of

glycolysis

inthe

presence

of

oxygen?

More

ATP

is

produced

under

aerobic

conditionsthan

under

anaerobic

conditions,therefore

lessglucose

is

consumed

aerobically酵解、TCA

cycle及氧化磷酸化途徑間的協(xié)調(diào)控制巴斯德效應(yīng)：

巴斯德發(fā)現(xiàn)在進行旺盛無氧酵解的酵母中

通入氧氣，葡萄糖消耗減少，乳酸堆積迅速下降。說明糖的有

氧氧化對酵解產(chǎn)生抑制作用。原因：有氧條件下(1)

酵解產(chǎn)生的NADH進入氧化磷酸化，將H傳遞給氧，并

產(chǎn)生大量ATP。(2)

丙酮酸進入TCA

cycle

，乳酸自然減少，經(jīng)TCA

Cycle

也產(chǎn)生大量ATP

，同時檸檬酸濃度增加。高濃度的ATP和檸檬酸進入胞液后，抑制PFK活性，并

間接由于G-6-P增多而反饋抑制己糖激酶。糖異生控制有四個關(guān)鍵酶：G-6-P酶果糖二磷酸酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶丙酮酸羧化酶這些酶又分別受到不同效應(yīng)物和細胞能量水平的調(diào)控，使得兩個相反的代謝途經(jīng)協(xié)調(diào)進行，

從而滿足生物機體對葡萄糖和能量的需要。酵解調(diào)控有三個調(diào)控酶

：己糖激酶PFK丙酮酸激酶糖異生和酵解的協(xié)調(diào)控制1.

效應(yīng)物對糖異生和酵解的調(diào)控2.

激素對糖異生及酵解途經(jīng)的調(diào)控兩類激素對糖異生和酵解途經(jīng)有調(diào)控作用：

(1)

升糖激素：腎上腺素、胰高血糖素等

作用：抑制酵解，增強異生，使血糖升高。(2)

降糖激素：胰島素作用：增強酵解、抑制異生，使血糖降低。Fructose

2,6

bisphosphate