1、戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径 pentose phosphate pathway生物化学生物化学1糖酵解和三羧酸循环是机体内糖酵解和三羧酸循环是机体内糖分解代谢糖分解代谢的主要途径，的主要途径，但不是唯一途径。但不是唯一途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙酸碘乙酸或氟化物或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，说明葡萄糖还有等，葡萄糖仍可以被消耗，说明葡萄糖还有其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡其它的代谢途径。许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即萄糖降解途径，即磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径（pentose phosphate path
2、way,PPP），也称为），也称为磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/shunt,HMP）。）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞浆中，动物体中约有物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。的葡萄糖通过此途径分解。砷酸、碘乙酸、氟化物抑制糖酵解 砷酸与磷酸结构非常相似，可竞争性抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶的活性，因此使糖酵解第6步反应3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸不能进行。碘乙酸：由于3-磷酸甘油醛的活性部位是半胱氨酸的巯基，因而凡是能够与巯基反应的物质都可以抑制该反应的进行。如碘乙酸。氟化物则是烯
3、醇化酶的抑制剂，可以有效抑制2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸的过程。在组织匀浆中加入在组织匀浆中加入碘乙酸或氟化物碘乙酸或氟化物等等EMP的抑制剂，的抑制剂，仍有一定量的葡萄糖被氧化成仍有一定量的葡萄糖被氧化成水和水和CO2，同位素标，同位素标记表明，葡萄糖的氧化首先发生在记表明，葡萄糖的氧化首先发生在C1位，证明此过位，证明此过程不同于程不同于EMP途径。途径。磷酸戊糖途径是磷酸戊糖途径是有有O2条件下，在条件下，在细胞质细胞质中将葡萄糖直中将葡萄糖直接氧化分解为接氧化分解为CO2的过程。的过程。1.研究历史：研究历史：研究糖酵解同时发现替代途径研究糖酵解同时发现替代途径 戊糖磷酸途径戊糖磷酸
4、途径 （pentose phosphate pathway）磷酸己糖磷酸己糖支路支路 己糖单磷酸途径己糖单磷酸途径 戊糖戊糖支路支路 戊糖磷酸循环戊糖磷酸循环戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径磷酸戊糖为磷酸戊糖为代表性中间产物代表性中间产物糖酵解在磷酸己糖处糖酵解在磷酸己糖处分支分支CO2+H2O+ATPTACGG-6-PF-6-PF-1,6-BP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径NADPH5-磷酸核糖磷酸核糖CO22.磷酸戊糖途径的主要反应磷酸戊糖途径的主要反应 磷酸戊糖途径的代谢起始物是磷酸戊糖途径的代谢起始物是G-6-P，返回的代谢，返回的代谢终产物是终产物
5、是3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸果糖磷酸果糖，其重要的中，其重要的中间代谢产物是间代谢产物是5-磷酸核糖磷酸核糖和和NADPH。磷酸戊糖途径在细胞的磷酸戊糖途径在细胞的胞液胞液(cytoplasm)中进行。中进行。关键酶是关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)。2.1 葡萄糖的氧化脱羧阶段葡萄糖的氧化脱羧阶段1)脱氢反应脱氢反应6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖在在6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖脱氢酶糖脱氢酶催催化下生成化下生成6-磷磷酸葡萄糖酸酸葡萄糖酸内酯内酯。2)水解反应水解反应在在6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸内酯酶糖酸内酯酶催
6、催化下，化下，6-磷酸磷酸葡萄糖酸内酯葡萄糖酸内酯水解为水解为6-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸。3)脱氢脱羧反应脱氢脱羧反应在在6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酸脱氢酶酸脱氢酶催化下催化下6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸经氧化脱羧生成经氧化脱羧生成5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖、NADPH和和CO2。2.2 非氧化的分子重组合阶段非氧化的分子重组合阶段4)异构化反应异构化反应5-磷酸核酮糖异构化为磷酸核酮糖异构化为5-磷酸核糖；磷酸核糖；5-磷酸核酮糖差向异构化磷酸核酮糖差向异构化(异构化异构化)为为5-磷酸木酮糖。磷酸木酮糖。Glucose-6-phosphate 2 NADP+H2O ribose-5-phos
7、phate 2 NADPH+2H+CO2 核苷酸合成的前体核苷酸合成的前体5)转酮醇反应转酮醇反应(二碳单位转移二碳单位转移)TPP helps the two-carbon transferring in transketolase转酮醇酶催化磷酸酮糖上的转酮醇酶催化磷酸酮糖上的2C单位羟乙酰基转移到磷酸醛单位羟乙酰基转移到磷酸醛糖的糖的C1上，形成上，形成3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。转酮磷酸景天庚酮糖。转酮醇酶转移醇酶转移1个个2C单位。单位。5C+5C=3C+7C6)转醛醇反应转醛醇反应(三碳单位转移三碳单位转移)7C+3C=4C+6C7)转酮醇反应转酮醇反应5C+4
8、C=3C+6C8)异构化反应异构化反应5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)3 5-磷酸核糖磷酸核糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C55-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 C57-磷酸景天糖磷酸景天糖 C73-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 C34-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖 C46-磷酸果糖磷酸果糖 C66-磷酸果糖磷酸果糖 C63-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 C3从从5C5C糖重新生成糖重新生成6C6C糖糖 磷酸戊糖途径是通过磷酸戊糖途径是通过glucose 6-phosphate直接直接脱氢脱羧脱氢脱羧将糖氧化分解的，将糖氧化分解的，脱氢酶的辅酶为脱氢酶的辅酶为NADP，无，无ATP的产生与消耗。的产生与消耗。3 磷酸戊糖途
9、径的调控磷酸戊糖途径的调控在氧化脱羧阶段，在氧化脱羧阶段，葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱氢磷酸脱氢酶酶是磷酸戊糖途径的是磷酸戊糖途径的限速酶限速酶，活性受，活性受NADP/NADPH比比率的调节，率的调节，NADPH竞竞争性抑制争性抑制葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶和和6-磷酸磷酸葡萄糖酸脱氢酶葡萄糖酸脱氢酶的活的活性性非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物浓度。5-磷酸磷酸核糖核糖过多时，可转化成过多时，可转化成6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛进行酵解。进行酵解。转酮醇酶转酮醇酶是是PPP途径非氧化阶段的途径非氧化阶段的重要酶重要酶，其辅
10、因子，其辅因子是是TPP，某些遗传缺陷的人体内的转酮醇酶结合，某些遗传缺陷的人体内的转酮醇酶结合TPP的活力仅为正常人的十分之一，当食物中缺乏硫胺的活力仅为正常人的十分之一，当食物中缺乏硫胺素时，其神经功能显著紊乱，如不能辨认方向，记素时，其神经功能显著紊乱，如不能辨认方向，记忆力减退，运动器官麻痹，在充分补充忆力减退，运动器官麻痹，在充分补充TPP后神经后神经症状可得到缓解。症状可得到缓解。4 磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义磷酸戊糖途径的化学计量与生物学意义磷酸戊糖途径的化学计量磷酸戊糖途径的化学计量 从从6G6P开始，经两次脱氢氧化及脱羧后，放出开始，经两次脱氢氧化及脱羧后，放出6CO
11、2，生成，生成65-Ru5P和和12NADPH。PPP是通过是通过G6P直接脱氢脱羧将糖氧化分解。直接脱氢脱羧将糖氧化分解。脱氢酶的辅酶为脱氢酶的辅酶为NADP+，无，无ATP的产生与消耗。的产生与消耗。表明经表明经6次循环，次循环，1分子分子G6P被分解而产生被分解而产生6分子分子CO2。在非氧化阶段，在非氧化阶段，6Ru5P(30个个C)经经C3、C4、C5、C7等等糖中间代谢物，最后转化成糖中间代谢物，最后转化成5G6P(30个个C)。产生大量的产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供，为细胞的各种合成反应提供还原力还原力。NADPH作为主要作为主要供氢体供氢体，为脂肪酸、固醇、四
12、氢叶酸，为脂肪酸、固醇、四氢叶酸等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的等的合成，非光合细胞中硝酸盐、亚硝酸盐的还原还原，以，以及氨的同化、丙酮酸羧化还原成苹果酸等反应所必需。及氨的同化、丙酮酸羧化还原成苹果酸等反应所必需。磷酸戊糖途径的生物学意义磷酸戊糖途径的生物学意义谷胱甘肽还可以保护谷胱甘肽还可以保护血红蛋白血红蛋白不受过氧化氢氧化、自由基等氧化从而使不受过氧化氢氧化、自由基等氧化从而使它持续正常发挥运输氧的能力。它持续正常发挥运输氧的能力。红细胞中部分红细胞中部分血红蛋白血红蛋白在过氧化氢等氧化剂的作用下，其中二价铁氧化在过氧化氢等氧化剂的作用下，其中二价铁氧化为三价铁，使血红蛋白转变
13、为为三价铁，使血红蛋白转变为高铁血红蛋白高铁血红蛋白，从而失去了带氧能力。还，从而失去了带氧能力。还原型谷胱甘肽既能直接与过氧化氢等氧化剂结合，生成水和氧化型谷胱原型谷胱甘肽既能直接与过氧化氢等氧化剂结合，生成水和氧化型谷胱甘肽，也能够将甘肽，也能够将高铁血红蛋白高铁血红蛋白还原为血红蛋白。人体红细胞中谷胱甘肽还原为血红蛋白。人体红细胞中谷胱甘肽的含量很多，这对保护红细胞膜上蛋白质的巯基处于还原状态，防止溶的含量很多，这对保护红细胞膜上蛋白质的巯基处于还原状态，防止溶血具有重要意义。血具有重要意义。谷胱甘肽保护酶分子中谷胱甘肽保护酶分子中-SH基，有利于酶活性的发挥，并且能恢复已被基，有利于酶
14、活性的发挥，并且能恢复已被破坏的酶分子中破坏的酶分子中-SH基的活性功能，使酶重新恢复活性。谷胱甘肽还可基的活性功能，使酶重新恢复活性。谷胱甘肽还可以抑制乙醇侵害肝脏所产生的脂肪肝。以抑制乙醇侵害肝脏所产生的脂肪肝。谷胱甘肽谷胱甘肽（glutathione，GSH）是由是由谷氨酸谷氨酸、半胱氨酸半胱氨酸和甘氨酸结合，含有巯和甘氨酸结合，含有巯基的的基的的三肽三肽，具有抗氧化作用和整合，具有抗氧化作用和整合解毒作用解毒作用。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽活性基团（故谷胱甘肽常简写为活性基团（故谷胱甘肽常简写为G-SH）磷酸戊糖途径的中间产物为许多化合物的合磷酸戊糖途径的中
15、间产物为许多化合物的合成提供成提供原料原料。如如5-磷酸核糖是合成磷酸核糖是合成核苷酸核苷酸的原料，也是的原料，也是NAD、NADP和和FAD等的组分。等的组分。4-磷酸赤藓糖与磷酸赤藓糖与EMP中的中的PEP可合成可合成莽草酸莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸，以及与植物生长以及与植物生长(如生长素、木质素合成如生长素、木质素合成)和抗病性和抗病性(如酚类抗毒素等如酚类抗毒素等)有关的物质。有关的物质。非氧化重排阶段非氧化重排阶段的一系列中间产物及酶类与的一系列中间产物及酶类与光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和光合作用中卡尔文循环的大多数中间产物和酶相
16、同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联酶相同，因而磷酸戊糖途径可与光合作用联系起来，并实现某些系起来，并实现某些单糖间的互变单糖间的互变。糖的其他代谢途径糖的其他代谢途径糖异生糖异生乙醛酸循环乙醛酸循环蔗糖和乳糖的生物合成蔗糖和乳糖的生物合成糖蛋白的生物合成糖蛋白的生物合成乳酸循环（可立氏循环）乳酸循环（可立氏循环）脑和肌肉中无葡萄糖脑和肌肉中无葡萄糖6磷酸酶磷酸酶蔗糖和乳糖的生物合成蔗糖和乳糖的生物合成蔗糖和乳糖的生物合成蔗糖和乳糖的生物合成1)1)糖核苷酸的作用糖核苷酸的作用葡萄糖不能直接合成寡糖和多糖，必需经活化变成活化葡萄糖不能直接合成寡糖和多糖，必需经活化变成活化葡萄糖葡萄糖(UDPGU
17、DPG、ADPGADPG 、GDPGGDPG )才能参与反应。才能参与反应。葡萄糖在葡萄糖在UDP-葡萄糖葡萄糖-焦磷酸化酶焦磷酸化酶的作用下，形成的作用下，形成UDP-G。其他糖同样。其他糖同样。UDP-糖糖为糖的活化形式。为糖的活化形式。NDPNDP（5二磷酸核苷）二磷酸核苷）糖焦磷酸化酶糖焦磷酸化酶释放大量能量释放大量能量糖的活化糖的活化高等植物合成蔗糖的途径有两条：高等植物合成蔗糖的途径有两条：蔗糖合酶催化的合成途径蔗糖合酶催化的合成途径 UDPG+UDPG+果糖果糖 蔗糖蔗糖 +UDP+UDP2)2)蔗糖的生物合成蔗糖的生物合成磷酸蔗糖合酶催化的磷酸蔗糖合酶催化的合成途径合成途径 光
18、合组织中磷酸蔗糖合光合组织中磷酸蔗糖合酶活性高酶活性高,在磷酸蔗糖在磷酸蔗糖磷酸酶的催化下磷酸酶的催化下,磷酸磷酸蔗糖水解生成蔗糖。蔗糖水解生成蔗糖。由于磷酸蔗糖合酶的活性较大，平衡常数有利蔗糖合由于磷酸蔗糖合酶的活性较大，平衡常数有利蔗糖合成，而且磷酸蔗糖合酶存在量大，所以一般认为此成，而且磷酸蔗糖合酶存在量大，所以一般认为此途径是植物合成蔗糖的主要途径。途径是植物合成蔗糖的主要途径。蔗糖磷酸化酶催化的途径蔗糖磷酸化酶催化的途径 (微生物中微生物中)G-1-P+G-1-P+果糖果糖 蔗糖蔗糖 +Pi+Pi3)3)乳糖的生物合成乳糖的生物合成半乳糖半乳糖+ATP半乳糖激酶半乳糖激酶半乳糖半乳糖
19、-1-磷酸磷酸+ADP半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸尿苷酰转移酶尿苷酰转移酶+UDP-G尿嘧啶核苷二磷尿嘧啶核苷二磷酸酸-半乳糖半乳糖G-1-PUDPUDP半乳糖半乳糖活化半乳糖活化半乳糖乳糖合酶乳糖合酶非乳腺组织非乳腺组织中，在半乳糖基转移酶的作用下，将中，在半乳糖基转移酶的作用下，将UDP-UDP-半乳糖半乳糖转给转给N-N-乙酰乙酰-D-D葡萄糖胺葡萄糖胺在在乳腺组织乳腺组织中，中，半乳糖基转移酶半乳糖基转移酶与与-乳清蛋白乳清蛋白结合结合（乳糖合酶），（乳糖合酶），将将UDP-半乳糖转给半乳糖转给D-葡萄糖，形葡萄糖，形成成乳糖乳糖。葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构葡萄糖出入动物细胞的特殊
20、运载机构葡萄糖运载蛋白葡萄糖运载蛋白(glucose transporter,GLUT)糖蛋白在自然界中的分布十分广泛，不仅存在糖蛋白在自然界中的分布十分广泛，不仅存在于脊椎动物和无脊推动物中，也存在于植物、于脊椎动物和无脊推动物中，也存在于植物、单细胞有机体和病毒中。单细胞有机体和病毒中。在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白在高等动物中大部分糖类聚合物往往都与蛋白质共价连接，在低等动物以及植物中情况也可质共价连接，在低等动物以及植物中情况也可能如此。能如此。糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合糖蛋白是蛋白质通过共价键与糖类结合的复合物，其中的糖基少则只有一个，多则可达数百物，其中的糖
21、基少则只有一个，多则可达数百个。个。糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)的生物合成的生物合成糖蛋白的结构糖蛋白的结构 在糖蛋白中发现的糖组分包在糖蛋白中发现的糖组分包括括D-D-半乳糖、半乳糖、D-D-甘露糖、甘露糖、D-D-葡萄糖、葡萄糖、L-L-岩藻糖、岩藻糖、D-D-木糖、木糖、L-L-阿拉伯糖、阿拉伯糖、D-D-葡糖胺、葡糖胺、D-D-半乳糖胺及神经氨酸的半乳糖胺及神经氨酸的N-N-或或O-O-乙酰与乙酰与N-N-羟乙酰的衍生物羟乙酰的衍生物。在有些粘液分泌物、卵白、在有些粘液分泌物、卵白、脑及海胆卵的胶质膜等的糖脑及海胆卵的胶质膜等的糖蛋白中发现含有蛋白中发现含有O-O-硫酸基。
22、硫酸基。糖蛋白中糖链的化学组成糖蛋白中糖链的化学组成弹性蛋白酶的结构弹性蛋白酶的结构 糖蛋白中寡糖链和多肽链的连接糖蛋白中寡糖链和多肽链的连接The N-glycosidic linkage is through the amide group of asparagine(Asn,N).The O-glycosidic linkage is to the hydroxyl of serine(Ser,S),threonine(Thr,T).N-连寡糖的生物合成连寡糖的生物合成 合成以酯键相连的寡糖前体合成以酯键相连的寡糖前体 将前体转移到正在增长着的肽链上将前体转移到正在增长着的肽链上 （As
23、n-X-Ser/Thr XPro,Asp）除去前体的某些糖单位除去前体的某些糖单位 在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子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异的糖基转移酶或糖苷酶催化完每一步加工都由特异的糖基转移酶或糖苷酶催化完成，糖基必须活化为成，糖基必须活化为UDP或或UDP的衍生物。的衍生物。长醇长醇-载体，锚定作用载体，锚定作用5 5种不同的糖基转移酶种不同的糖基转移酶翻转翻转翻转翻转长醇磷酸衍生物提供活化糖基长醇磷酸衍生物提供活化糖基寡糖前体寡糖前体-长醇焦磷酸寡糖的合成途径长醇焦磷酸寡糖的合成途径N-乙酰葡糖胺乙酰葡糖胺甘露糖甘露糖葡萄糖葡萄糖长醇焦长醇焦磷酸磷酸
24、N-连寡糖从长醇链上转移到蛋白质的多肽链是在连寡糖从长醇链上转移到蛋白质的多肽链是在多肽链的合成过程中就开始的。多肽链的合成过程中就开始的。糖蛋白中寡糖部分的加工开始于内质网，完成于糖蛋白中寡糖部分的加工开始于内质网，完成于高尔基体。高尔基体。O-连寡糖的生物合成连寡糖的生物合成O-连寡糖在连寡糖在N-乙酰半乳糖基乙酰半乳糖基转移酶的作用下，在多肽链的丝转移酶的作用下，在多肽链的丝/苏氨酸的羟基上连接上苏氨酸的羟基上连接上N-乙酰半乙酰半乳糖基，然后逐个加上糖基直至乳糖基，然后逐个加上糖基直至O-连寡糖链的形成。连寡糖链的形成。胶原蛋白中胶原蛋白中 半乳糖半乳糖与与5-羟赖氨酸羟赖氨酸形成形成
25、0糖肽键糖肽键 植物糖蛋白植物糖蛋白 阿拉伯糖与阿拉伯糖与羟脯氨酸羟脯氨酸形成形成0糖肽键糖肽键Hy-ProHy-Lys O-连寡糖是先合成蛋白质的多肽链，然后合成连寡糖是先合成蛋白质的多肽链，然后合成寡糖链。寡糖链。有的在内质网，有的在内质网有的在内质网，有的在内质网-高尔基体中间结高尔基体中间结构，有的在高尔基体；但外侧糖基的添加都是构，有的在高尔基体；但外侧糖基的添加都是在高尔基体完成。在高尔基体完成。N N连寡糖连寡糖0 0连寡糖连寡糖场所场所始于内质网始于内质网完成于高尔基体完成于高尔基体内质网内质网/高尔基体（终）高尔基体（终）N N糖基化之后糖基化之后识别识别Asn-X-Ser/ThrAsn-X-Ser/Thr一级结构特定位点一级结构特定位点Ser/ThrSer/Thr二级二级/三级结构三级结构肽链合成时进行肽链合成时进行肽链合成后进行肽链合成后进行翻译后加工过程翻译后加工过程糖蛋白链中寡糖的合成的比较糖蛋白链中寡糖的合成的比较
