生物化学课件：磷酸戊糖途径　糖异生及糖原合成

1、2021-10-261第五节磷酸戊糖途径第五节磷酸戊糖途径 (pentose phosphate pathway）概 念过 程生理意义调 节2021-10-262一、磷酸戊糖途径的概念一、磷酸戊糖途径的概念 以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代谢生成磷酸戊糖为中间代谢物的过程，称为磷酸戊糖途径。2021-10-263 磷酸戊糖途径(phosphopentose pathway)又称磷酸已糖旁路(hexose monophosphate shunt,HMS)或Warburg-Dikens途径。2021-10-264二、磷酸戊糖途径的过程6 6磷酸葡萄糖经

2、脱氢、水合、氧化脱磷酸葡萄糖经脱氢、水合、氧化脱羧生成羧生成5 5磷酸核酮糖、磷酸核酮糖、NADPHNADPH和和COCO2 25 5磷酸核酮糖经一系列基团转移反应磷酸核酮糖经一系列基团转移反应, ,异构成异构成6 6磷酸葡萄糖回到下一个循环。磷酸葡萄糖回到下一个循环。 第一阶段（第一阶段（氧化阶段）氧化阶段）第二阶段（异构阶段）：第二阶段（异构阶段）：2021-10-265 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，返回的代谢终产物是回的代谢终产物是3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸磷酸果糖果糖，其重要的中间代谢产物是，其重要的中间代谢产物是5-磷酸磷酸核糖核糖和

3、和NADPH。2021-10-266CO2+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2021-10-267 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)中中进行。关键酶是进行。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)。2021-10-268（1 1） 6-6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯NADP+NADPH+H+CCCCCCH2OP

4、O3H2HOHHOHOHHHHOHO6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸glucose 6-phosphateglucose 6-phosphateCCCCCCH2OPO3H2HOHHOHOHHHOO6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-phosphoglucono-lactone6-phosphoglucono-lactone6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶glucose 6-phosphate glucose 6-phosphate dehydrogenase(dehydrogenase(G6PDG6PD) )限速酶，对限速酶，对NADP+有高度特异性有高度特异性2021-10-

5、269(2) 6-(2) 6-磷酸葡萄糖酸内酯转变为磷酸葡萄糖酸内酯转变为6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸CCCCCCH2OPO3H2HOHHOHOHHHOO6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-phosphoglucono-lactone6-phosphoglucono-lactoneOHOHCCCCCCH2OPO3H2HOHHOHOHHHO6 6- -磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate6-phosphogluconateH H2 2O O内酯酶内酯酶lactonaselactonase2021-10-2610(3) 6-(3) 6-磷酸葡萄糖酸转变为磷酸葡萄

6、糖酸转变为5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖COCO2 2OHOHCCCCCCH2OPO3H2HOHHOHOHHHO6 6- -磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸6-phosphogluconate6-phosphogluconateOHOHCCCCCCH2OPO3H2HOHHOHOHHHOOHCH2OHCCCCH2OPO3H2OHOHHNADP+NADPH+H+OHCH2OHCCCCH2OPO3H2OHOHH5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖ribuloseribulose 5-phosphate 5-phosphate6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶磷酸葡萄糖酸脱氢酶6-phosphogluconate dehydr

7、ogenase6-phosphogluconate dehydrogenase2021-10-2611(4) (4) 三种五碳糖的互换三种五碳糖的互换OHCH2OHCCCCH2OPO3H2OHOHH5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖ribuloseribulose 5-phosphate 5-phosphateHOHOHCHOCCCCH2OPO3H2HOHH5-5-磷酸核糖磷酸核糖ribose 5-phosphateribose 5-phosphate异构酶异构酶OHCH2OHCCCCH2OPO3H2OHOHH5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖xylulosexylulose 5-phosphate 5-

8、phosphate差向酶差向酶2021-10-2612（5) 5) 二分子五碳糖的基团转移反应二分子五碳糖的基团转移反应OHCH2OHCCCCH2OPO3H2OHOHH5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖ribuloseribulose 5-phosphate 5-phosphateHOHOHCHOCCCCH2OPO3H2HOHH5-5-磷酸核糖磷酸核糖ribose 5-phosphateribose 5-phosphateOHCHOCCH2OPO3H2H3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphateHOHHOHOHCCCCCH2OPO3H2HOHHCH2OHCO7-

9、7-磷酸景天糖磷酸景天糖sedoheptulose 7-phosphate转酮酶转酮酶(TPP)(TPP)2021-10-2613(6)(6)七碳糖与三碳糖的基团转移反应七碳糖与三碳糖的基团转移反应HOHHOHOHCCCCCH2OPO3H2HOHHCH2OHCO7 7- -磷酸景天糖磷酸景天糖sedoheptulose 7-phosphateOHCHOCCH2OPO3H2H3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphate转醛酶转醛酶OHCHOCCCH2OPO3H2HOHH4 4- -磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphateHOHOHCCCH

10、2OPO3H2HHOHCH2OHCCO6-6-磷酸果糖磷酸果糖fructose 6-phosphateMg2+或或Mn2+2021-10-2614转酮酶与转醛酶转酮酶与转醛酶HOHCH2OHCCOCH2OHCO 转酮酶转酮酶(transketolase(transketolase) )就是催就是催化含有一个酮基、一个醇基的二碳化含有一个酮基、一个醇基的二碳基团转移的酶。其接受体是醛，辅基团转移的酶。其接受体是醛，辅酶是酶是TPPTPP。 转醛酶转醛酶(transaldolase(transaldolase) )是催化是催化含有一个酮基、二个醇基的三碳含有一个酮基、二个醇基的三碳基团转移的酶。其

11、接受体是亦是基团转移的酶。其接受体是亦是醛，但不需要醛，但不需要TPPTPP。2021-10-2615(7)(7)四碳糖与五碳糖的基团转移反应四碳糖与五碳糖的基团转移反应OHCHOCCCH2OPO3H2HOHH4-4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖erythrose 4-phosphateOHCH2OHCCCCH2OPO3H2OHOHH5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖ribuloseribulose 5-phosphate 5-phosphateOHCHOCCH2OPO3H2H3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛glyceraldehyde 3-phosphateHOHOHCCCH2OPO3H2HHOHCH2OHC

12、CO6-6-磷酸果糖磷酸果糖Fructose 6-phosphate转酮酶转酮酶(TPP)(TPP)2021-10-2616三、磷酸戊糖途径的反应过程三、磷酸戊糖途径的反应过程 磷酸戊糖途径的总反应式：磷酸戊糖途径的总反应式： G-6-P + 12NADP+ + 7H2O 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + H3PO4 即即6分子分子G-6-P可生成可生成6分子分子CO2，4分子分子F-6-P，2分子分子3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和12分子分子NADPH。 2021-10-2617 四全部代谢过程可分为两个阶段：四全部代谢过程可分为两个阶段：1.G-6-P氧化分解生成氧化分解生成5

13、-磷酸核酮糖：磷酸核酮糖： G-6-P脱氢氧化生成脱氢氧化生成6-磷酸葡萄糖酸内酯：磷酸葡萄糖酸内酯：* *6-磷酸葡萄糖脱氢磷酸葡萄糖脱氢酶酶G-6-PNADP+6-磷酸葡萄糖酸内磷酸葡萄糖酸内酯酯NADPH + H+2021-10-2618 6-磷酸葡萄糖酸内酯水解生成磷酸葡萄糖酸内酯水解生成6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖酸：糖酸：内酯酶内酯酶6-6-磷酸葡萄糖酸内酯磷酸葡萄糖酸内酯6-6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸H2O2021-10-2619 6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧生成5-磷酸核磷酸核酮糖：酮糖：6-磷磷酸葡萄糖酸脱氢酶酸葡萄糖酸脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸5

14、-磷酸核酮磷酸核酮糖糖NADPH + H+ +CO2NADP+2021-10-2620 5-磷酸核酮糖经一系列基团转移及差向磷酸核酮糖经一系列基团转移及差向异构反应生成异构反应生成3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛和和6-磷酸果糖磷酸果糖。 此阶段的所有反应均为可逆反应。此阶段的所有反应均为可逆反应。 在此阶段，经由在此阶段，经由5-磷酸核酮糖的异构可磷酸核酮糖的异构可生成生成5-磷酸核糖磷酸核糖。 2.2.5-5-磷酸核酮糖的基团转移反应过程：磷酸核酮糖的基团转移反应过程：2021-10-26215-磷酸核酮糖磷酸核酮糖(C5)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

15、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-磷酸甘磷酸甘油醛油醛 C32021-10-2622磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶段H2OPi6 5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2 5-磷酸核糖磷酸核糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 7-磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖2 4-磷酸赤藓丁糖磷酸赤藓丁糖2 6-磷酸果糖磷酸果糖2 5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2 6-磷酸果糖磷酸果糖1， 6-二磷酸果糖二磷酸果糖1 6-

16、磷酸果糖磷酸果糖转醛酶转醛酶异构酶异构酶转酮酶转酮酶转酮酶转酮酶醛缩酶醛缩酶阶阶段段之之一一阶阶段段之之二二阶阶段段之之三三2021-10-2623磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一磷酸戊糖途径的非氧化阶段之一（5-磷酸核酮糖异构化）磷酸核酮糖异构化）差向异构酶差向异构酶异构酶异构酶5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖5-磷酸核糖磷酸核糖5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖2021-10-2624磷酸戊糖途径的磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二非氧化阶段之二（基团转移）（基团转移）+24-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+25-磷酸核糖磷酸核糖23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛转酮酶转酮酶转醛酶转醛酶26-磷酸果糖磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖磷酸

17、景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2021-10-2625基团转移（续前）基团转移（续前）+24-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛26-磷酸果糖磷酸果糖转酮酶转酮酶25-磷酸木酮糖磷酸木酮糖2021-10-2626H2O Pi1,6-二二 磷酸果糖磷酸果糖23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛6-磷酸果糖磷酸果糖醛缩酶醛缩酶二磷酸果糖酯酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三 （3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）磷酸甘油醛异构、缩合与水解）异异构构酶酶2021-10-2627 磷酸戊糖途径的小结：磷酸戊糖途径的小结：反 应 式总反应图特 点2021-10

18、-2628 磷酸戊糖途径总反应式磷酸戊糖途径总反应式6 G-6-P + 12NADP+ +7 H2O 5 G-6-P + 6CO2 + 12NADPH +12H+ + + H H3 3POPO4 42021-10-2629磷酸戊糖途径图磷酸戊糖途径图糖酵解途径糖酵解途径6 66 6- -磷磷酸葡萄糖酸葡萄糖2 2 5- 5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖2 25-5-磷酸磷酸核糖核糖2 25-5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖2 27-7-磷酸磷酸景天糖景天糖2 23-3-磷磷酸甘油醛酸甘油醛2 24-4-磷酸磷酸赤藓糖赤藓糖2 2 6 6- -磷磷酸果糖酸果糖2 2 3- 3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛 2 2 6

19、6- -磷磷酸果糖酸果糖6 66-6-磷酸葡磷酸葡萄糖酸内酯萄糖酸内酯6NADPH6NADPH6 66-6-磷酸磷酸葡萄糖酸葡萄糖酸6H6H2 2O O6 65-5-磷磷酸核酮糖酸核酮糖6NADPH6NADPH6CO6CO2 2葡萄糖葡萄糖2021-10-2630 HMS HMS示意图：示意图：2C62C52C62C62CO22CO22CO22C52C52C32C62C72C32C42C65C6回到下回到下一循环一循环2021-10-2631磷酸戊糖途径特点磷酸戊糖途径特点 ：反应部位：反应部位： 胞浆胞浆反应底物：反应底物： 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖重要反应产物：重要反应产物： NADP

20、HNADPH、5-5-磷酸核糖磷酸核糖限速酶：限速酶： 6-6-磷酸葡萄糖脱氢酶磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD)(G-6-PD) 2021-10-2632（三）磷酸戊糖途径的意义（三）磷酸戊糖途径的意义1 1、产生、产生5-5-磷酸核糖磷酸核糖2 2、产生、产生NADPHNADPH2021-10-2633 1 1、5-5-磷酸核糖作用磷酸核糖作用DNADNA、RNARNA合成原料合成原料(1)NAD(P)(1)NAD(P)+ +(2)FAD(2)FAD(3)HSCoA(3)HSCoA各种核苷酸辅酶各种核苷酸辅酶(1) NTP(1) NTP(2)dNTP (2)dNTP 核苷酸核苷酸(3)cAM

21、P/cGMP(3)cAMP/cGMP第二信使第二信使合合成成原原料料2021-10-2634 2 2、NADPHNADPH的主要功能的主要功能1 1）、作为供氢体）、作为供氢体 -参与体内多种生物合成反应参与体内多种生物合成反应2 2）、是谷胱甘肽还原酶的辅酶）、是谷胱甘肽还原酶的辅酶 -对维持细胞中还原型谷胱甘肽的对维持细胞中还原型谷胱甘肽的正常含量起重要作用正常含量起重要作用3 3）、作为加单氧酶的辅酶）、作为加单氧酶的辅酶 -参与肝脏对激素、药物和毒物的生参与肝脏对激素、药物和毒物的生物转化作用物转化作用4 4）、清除自由基的作用）、清除自由基的作用 2021-10-2635NADPHN

22、ADPH作为体内的供氢体作为体内的供氢体 脂肪酸脂肪酸、胆固醇胆固醇和和类固醇化合物类固醇化合物的生物合的生物合成，成，均需要大量的均需要大量的NADPHNADPH。NADPNADPH H + H H+ +R-C=C-RR-C=C-R R-CR-CH H2 2-C-CH H2 2-R-RH HH HR-CHR-CH2 2-C-R-C-R R-CHR-CH2 2-C-CH H-R-R0=0=O OH HNADPNADP+ +2021-10-2636 谷胱甘肽的功能：(1) 解毒功能解毒功能(2) 保护巯基酶保护巯基酶/蛋白质蛋白质(3) 可消除自由基可消除自由基(4) 协肋氨基酸的吸收协肋氨基酸的吸收谷谷胱胱甘甘肽肽的的抗抗氧氧化化作作用用