1、戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑 pentose phosphate pathway生物化學生物化學1糖酵解和三羧酸循環是機體內糖酵解和三羧酸循環是機體內糖分解代謝糖分解代謝的主要途徑，的主要途徑，但不是唯一途徑。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實驗研究也表明：在組織中添加酵解抑制劑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，說明葡萄糖還有等，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，即萄糖降解途徑，即磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑（pentose phosphate path

2、way, ppp），也稱為），也稱為磷酸己糖旁路磷酸己糖旁路（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，動物體中約有物體中約有30%的葡萄糖通過此途徑分解。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

3、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。在組織勻漿中加入在組織勻漿中加入碘乙酸或氟化物碘乙酸或氟化物等等emp的抑制劑，的抑制劑，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，同位素標，同位素標記表明，葡萄糖的氧化首先發生在記表明，葡萄糖的氧化首先發生在c1位，證明此過位，證明此過程不同于程不同于emp途徑。途徑。磷酸戊糖途徑是磷酸戊糖途徑是有有o2條件下，在條件下，在細胞質細胞質中將葡萄糖直中將葡萄糖直接氧化分解為接氧化分解為co2的過程。的過程。1. 研究歷史：研究歷史：研究糖酵解同時發現替代途徑研究糖酵解同時發現替代途徑 戊糖磷酸途徑

4、戊糖磷酸途徑 （pentose phosphate pathway） 磷酸己糖磷酸己糖支路支路 己糖單磷酸途徑己糖單磷酸途徑 戊糖戊糖支路支路 戊糖磷酸循環戊糖磷酸循環戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑磷酸戊糖為磷酸戊糖為代表性中間產物代表性中間產物糖酵解在磷酸己糖處糖酵解在磷酸己糖處分支分支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磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑nadph5-磷酸核糖磷酸核糖co22. 磷酸戊糖途徑的主要反應磷酸戊糖途徑的主要反應 磷酸戊糖途徑的代謝起始物是磷酸戊糖途徑的代謝起始物是g-6-p，返回的代謝，返回的代謝終

5、產物是終產物是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，其重要的中間代謝產物是間代謝產物是5-磷酸核糖磷酸核糖和和nadph。 磷酸戊糖途徑在細胞的磷酸戊糖途徑在細胞的胞液胞液(cytoplasm)中進行。中進行。關鍵酶是關鍵酶是6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)。2.1 葡萄糖的氧化脫羧階段葡萄糖的氧化脫羧階段1) 脫氫反應脫氫反應6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖在在6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖脫氫酶糖脫氫酶催催化下生成化下生成6-磷磷酸葡萄糖酸酸葡萄糖酸內酯內酯。2)水解反應水解反應在在6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸內

6、酯酶糖酸內酯酶催催化下，化下，6-磷酸磷酸葡萄糖酸內酯葡萄糖酸內酯水解為水解為6-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸。3)脫氫脫羧反應脫氫脫羧反應在在6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖酸脫氫酶酸脫氫酶催化下催化下6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸經氧化脫羧生成經氧化脫羧生成5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖、nadph和和co2。2.2 非氧化的分子重組合階段非氧化的分子重組合階段4)異構化反應異構化反應5-磷酸核酮糖異構化為磷酸核酮糖異構化為5-磷酸核糖；磷酸核糖；5-磷酸核酮糖差向異構化磷酸核酮糖差向異構化(異構化異構化)為為5-磷酸木酮糖。磷酸木酮糖。glucose-6-phosphate 2 nadp+ h2o ribo

7、se-5-phosphate 2 nadph + 2h+co2 核苷酸合成的前體核苷酸合成的前體5)轉酮醇反應轉酮醇反應(二碳單位轉移二碳單位轉移)tpp helps the two-carbon transferring in transketolase轉酮醇酶催化磷酸酮糖上的轉酮醇酶催化磷酸酮糖上的2c單位羥乙酰基轉移到磷酸醛單位羥乙酰基轉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。轉酮磷酸景天庚酮糖。轉酮醇酶轉移醇酶轉移1個個2c單位。單位。5c+5c=3c+7c6)轉醛醇反應轉醛醇反應(三碳單位轉移三碳單位轉移)7c+3c=4c+6c7)轉酮醇

8、反應轉酮醇反應5c+4c=3c+6c8)異構化反應異構化反應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-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖 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從從5c5c糖重新生成糖重新生成6c6c糖糖 磷酸戊糖途徑是通過磷酸戊糖途徑是通過glucose 6-phosphate直接直接脫氫脫羧脫氫脫羧將糖氧化分解的，將糖氧化分解的，脫氫酶的輔酶為脫氫酶的輔酶為nadp，無，無atp的產生與消耗。的產

9、生與消耗。3 磷酸戊糖途徑的調控磷酸戊糖途徑的調控在氧化脫羧階段，在氧化脫羧階段， 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脫氫磷酸脫氫酶酶是磷酸戊糖途徑的是磷酸戊糖途徑的限速酶限速酶，活性受，活性受nadp/nadph比比率的調節，率的調節，nadph競競爭性抑制爭性抑制葡萄糖葡萄糖-6-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶和和6-磷酸磷酸葡萄糖酸脫氫酶葡萄糖酸脫氫酶的活的活性性非氧化階段戊糖的轉變主要受控于底物濃度。非氧化階段戊糖的轉變主要受控于底物濃度。5-磷酸磷酸核糖核糖過多時，可轉化成過多時，可轉化成6-磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛進行酵解。進行酵解。轉酮醇酶轉酮醇酶是是ppp途徑非氧化階段的途徑非氧

10、化階段的重要酶重要酶，其輔因子，其輔因子是是tpp，某些遺傳缺陷的人體內的轉酮醇酶結合，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，其神經功能顯著紊亂，如不能辨認方向，記素時，其神經功能顯著紊亂，如不能辨認方向，記憶力減退，運動器官麻痹，在充分補充憶力減退，運動器官麻痹，在充分補充tpp后神經后神經癥狀可得到緩解。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與生物學意義磷酸戊糖途徑的化學計量磷酸戊糖途徑的化學計量 從從6g6p開始，經兩次脫氫氧化及脫羧后，放出開始，經兩次脫

11、氫氧化及脫羧后，放出6co2，生成，生成65-ru5p和和12nadph。 ppp是通過是通過g6p直接脫氫脫羧將糖氧化分解。直接脫氫脫羧將糖氧化分解。 脫氫酶的輔酶為脫氫酶的輔酶為nadp+，無，無atp的產生與消耗。的產生與消耗。 表明經表明經6次循環，次循環，1分子分子g6p被分解而產生被分解而產生6分子分子co2。 在非氧化階段，在非氧化階段，6ru5p(30個個c)經經c3、c4、c5、c7等等糖中間代謝物，最后轉化成糖中間代謝物，最后轉化成5g6p(30個個c)。產生大量的產生大量的nadph，為細胞的各種合成反應提供，為細胞的各種合成反應提供還原力還原力。 nadph作為主要作為

12、主要供氫體供氫體，為脂肪酸、固醇、四氫葉酸，為脂肪酸、固醇、四氫葉酸等的合成，非光合細胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的等的合成，非光合細胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原還原，以，以及氨的同化、丙酮酸羧化還原成蘋果酸等反應所必需。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磷酸戊糖途徑的生物學意義谷胱甘肽還可以保護谷胱甘肽還可以保護血紅蛋白血紅蛋白不受過氧化氫氧化、自由基等氧化從而使不受過氧化氫氧化、自由基等氧化從而使它持續正常發揮運輸氧的能力。它持續正常發揮運輸氧的能力。紅細胞中部分紅細胞中部分血紅蛋白血紅蛋白在過氧化氫等氧化劑的作用下，其中二價鐵氧化在過氧化氫等氧化劑的作用下，其

13、中二價鐵氧化為三價鐵，使血紅蛋白轉變為為三價鐵，使血紅蛋白轉變為高鐵血紅蛋白高鐵血紅蛋白，從而失去了帶氧能力。還，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，生成水和氧化型谷胱原型谷胱甘肽既能直接與過氧化氫等氧化劑結合，生成水和氧化型谷胱甘肽，也能夠將甘肽，也能夠將高鐵血紅蛋白高鐵血紅蛋白還原為血紅蛋白。人體紅細胞中谷胱甘肽還原為血紅蛋白。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，防止溶的含量很多，這對保護紅細胞膜上蛋白質的巰基處于還原狀態，防止溶血具有重要意義。血具有重要意義。谷胱甘肽保護酶分子中谷胱甘肽保護酶分子中-sh基，有利于酶活

14、性的發揮，并且能恢復已被基，有利于酶活性的發揮，并且能恢復已被破壞的酶分子中破壞的酶分子中-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生的脂肪肝。以抑制乙醇侵害肝臟所產生的脂肪肝。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結合，含有巰和甘氨酸結合，含有巰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。半胱氨酸上的巰基為谷胱甘肽。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活性基團（故谷胱甘肽常簡寫為g-sh）磷酸戊糖途徑的中間

15、產物為許多化合物的合磷酸戊糖途徑的中間產物為許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等的組分。等的組分。4-磷酸赤蘚糖與磷酸赤蘚糖與emp中的中的pep可合成可合成莽草酸莽草酸，經莽草酸途徑可合成芳香族氨基酸，經莽草酸途徑可合成芳香族氨基酸，以及與植物生長以及與植物生長(如生長素、木質素合成如生長素、木質素合成)和抗病性和抗病性(如酚類抗毒素等如酚類抗毒素等)有關的物質。有關的物質。非氧化重排階段非氧化重排階段的一系列中間產物及酶類與的一系列中間產物及酶類與光合作用中卡爾文循環的大多數中間產物和光合

16、作用中卡爾文循環的大多數中間產物和酶相同，因而磷酸戊糖途徑可與光合作用聯酶相同，因而磷酸戊糖途徑可與光合作用聯系起來，并實現某些系起來，并實現某些單糖間的互變單糖間的互變。糖的其他代謝途徑糖的其他代謝途徑糖異生糖異生乙醛酸循環乙醛酸循環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環（可立氏循環）乳酸循環（可立氏循環）腦和肌肉中無葡萄糖腦和肌肉中無葡萄糖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，必需經活化變成活化葡萄糖不能直接合成寡糖和多糖，

17、必需經活化變成活化葡萄糖葡萄糖( ( udpgudpg、 adpgadpg 、 gdpggdpg ) )才能參與反應。才能參與反應。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。其他糖同樣。其他糖同樣。udp-糖糖為糖的活化形式。為糖的活化形式。ndpndp（5二磷酸核苷）二磷酸核苷）糖焦磷酸化酶糖焦磷酸化酶釋放大量能量釋放大量能量糖的活化糖的活化高等植物合成蔗糖的途徑有兩條：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蔗糖合酶催化的合成途徑 udpg + udpg + 果糖果糖 蔗糖蔗糖 + udp+ udp2) 2) 蔗糖的生物合

18、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徑合成途徑 光合組織中磷酸蔗糖合光合組織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較大，平衡常數有利蔗糖合由于磷酸蔗糖合酶的活性較大，平衡常數有利蔗糖合成，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。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蔗糖磷酸化酶催化的途徑 ( (微生物中微生物中) )g-1-p + g-1-p + 果糖果糖 蔗糖蔗糖 +

19、 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-1-磷酸磷酸+adp半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸尿苷酰轉移酶尿苷酰轉移酶+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組織非乳腺組織中，在半乳糖基轉移酶的作用下，將中，在半乳糖基轉移酶的作用下，將udp-udp-半乳糖半乳糖轉給轉給n-n-乙酰乙酰-d-d葡萄糖胺葡萄糖胺在在乳腺組織乳腺組織中，中，半乳糖基轉移酶半乳糖基轉移酶與與-乳清蛋白乳清蛋白結合結合（乳糖合酶），（乳糖合酶），將將udp-半乳糖轉

20、給半乳糖轉給d-葡萄糖，形葡萄糖，形成成乳糖乳糖。葡萄糖出入動物細胞的特殊運載機構葡萄糖出入動物細胞的特殊運載機構葡萄糖運載蛋白葡萄糖運載蛋白(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、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。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況也可質共價連接，在低等動物以及植物中情況也可能如此。能如此。 糖蛋白是蛋白質通過

21、共價鍵與糖類結合的復合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，多則可達數百物，其中的糖基少則只有一個，多則可達數百個。個。 糖蛋白糖蛋白(glycoprotein)的生物合成的生物合成糖蛋白的結構糖蛋白的結構 在糖蛋白中發現的糖組分包在糖蛋白中發現的糖組分包括括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-巖藻糖、巖藻糖、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-半乳糖胺及神經氨酸的半乳糖胺及神經氨酸的n-n-或或o-o-乙酰與乙酰與n-n-羥乙酰的衍生物羥乙酰的衍生物。在有些粘液分泌物、卵白、

22、在有些粘液分泌物、卵白、腦及海膽卵的膠質膜等的糖腦及海膽卵的膠質膜等的糖蛋白中發現含有蛋白中發現含有o-o-硫酸基。硫酸基。 糖蛋白中糖鏈的化學組成糖蛋白中糖鏈的化學組成彈性蛋白酶的結構彈性蛋白酶的結構 糖蛋白中寡糖鏈和多肽鏈的連接糖蛋白中寡糖鏈和多肽鏈的連接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-連寡糖的生物合成

23、連寡糖的生物合成 合成以酯鍵相連的寡糖前體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，糖基必須活化為成，糖基必須活化為udp或或udp的衍生物。的衍生物。長醇長醇-載體，錨定作用載體，錨定作用5 5種不同的糖基轉移酶種不同的糖基轉移酶翻轉翻轉翻轉翻轉長醇磷酸衍生物提供活化糖基長醇磷酸衍生物提供活化糖基寡糖前體寡糖前體-長醇焦磷酸寡糖的合成途徑長醇焦磷酸寡糖的合成途