生物-碳水化合物的其他代谢途径

这是一篇关于碳水化合物的其他代谢途径的思维导图，包含磷酸戊糖途径、糖异生、糖酵解和糖异生的协调调控、动物糖原代谢等。

• 磷酸戊糖途径(PPP)
  • 名称：phosphogluconate (磷酸葡萄糖酸) pathway or hexose mono-phosphate (单磷酸己糖) pathway
  • 发生地点：细胞质 cytosol
  • 氧化阶段
    • • 酶：G6P脱氢酶
        • 受底物NADP+的有效性调节，并受NADPH的抑制
        • 蚕豆病-G6PD缺乏
      • 产物：NADPH、6-磷酸葡萄糖酸内酯
      • 不可逆、the committed step
    • • 酶：6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
        • 氧化脱羧
      • 产物：CO2、NADPH
      • 不可逆
    • • 酶：磷酸戊糖异构酶
      • 5-磷酸核糖：核苷酸的前体
    • G6P + 2NADP+ + H2O → ribose 5-phospate + CO2 + 2NADPH + 2H+
  • 非氧化阶段(相互转化阶段)
    • 
      • 3个戊糖→3个己糖
      • 酶
        • Transketolase (转酮酶)
          • 催化2C片段由酮糖供体转化为醛糖受体
        • Transaldolase (转醛酶)
          • 催化3C片段在磷酸糖之间的转移
  • PPP途径和糖酵解的区别
    • [NADP+]↑，刺激G6PD，更多的G6P用于PPP途径
    • [NADPH]↑，抑制G6PD，更多G6P用于糖酵解
  • 主要功能
    • ①提供NADPH ②提供5-磷酸核糖用于核苷酸和氨基酸的合成 ③调节饮食中的戊糖 ④单糖间的互变异构
• Gluconeogenesis (糖异生)
  • 概括：将丙酮酸和相关的3-C和4-C化合物转化为葡萄糖。
  • 发生地点
    • 所有组织和物种的反应本质上都是一样的
    • 主要发生在哺乳动物肝脏，部分在肾上腺皮质，在细胞质和线粒体中
  • • 酶：丙酮酸羧化酶
    • 辅因子：生物素
    • 不可逆
    • 产物：草酰乙酸
  • • 酶：PEP羧激酶
    • 产物：磷酸烯醇式丙酮酸
      • 前体：丙酮酸
        • 从胞质中转移到线粒体
      • 前体：丙氨酸
        • 由线粒体内的转胺反应生成丙酮酸
      • 线粒体内：丙酮酸→草酰乙酸→苹果酸；细胞质：苹果酸→草酰乙酸→PEP
        • 线粒体膜上没有草酰乙酸的转运体，有苹果酸的转运体
        • PEP羧激酶在细胞质中作用
        • 苹果酸→草酰乙酸=产生胞质NADH
      • 前体：乳酸
        • 肝细胞胞浆：乳酸→丙酮酸，产生NADH（乳酸脱氢酶）
          • 线粒体：丙酮酸→草酰乙酸→PEP（PEP羧激酶的线粒体同工酶）
    • 不可逆
  • Pyruvate+ATP+GTP+HCO3- → PEP+ADP+GDP+Pi+CO2 ∆G’o = 0.9 kJ/mol
  • 六步糖酵解的逆反应
    • PEP→2-磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→1,3-二磷酸甘油酸（2ATP→2ADP）→3-磷酸甘油醛（2NADH+2H+→2NAD+、生成2Pi）→二羟丙酮磷酸→果糖1.6-二磷酸
  • • 不可逆
    • 酶：FBPase-1
      • 受AMP和果糖2,6-二磷酸(F26BP)别构抑制作用
    • 产物：果糖-6-磷酸
  • • 酶：葡萄糖6-磷酸酶
      • 仅存在于肝细胞和肾细胞的内质网腔
    • 产物：葡萄糖
      • 糖异生、饮食摄入→血液循环到大脑和肌肉
    • 不可逆
      • 磷酸酯代谢
  • 
    • 2Pyruvate+4ATP+2GTP+2NADH+2H++4H2O → Glucose+4ADP+2GDP+6Pi+2NAD+ ∆G’o = -16 kJ/mol
• 糖酵解和糖异生的协调调控
  • 变构调节催化不可逆反应的酶
    • 己糖激酶(步骤1)
      • 肌肉
        • 消耗葡萄糖，产生能量
        • hexokinase I-III (muscle type)
          • 生产抑制：G6P增加会抑制酶I-III的活性
          • 底物非特异性：葡萄糖、甘露糖、果糖...
          • 机体中普遍存在，主要在肌肉中
        • 葡萄糖高亲和力
      • 肝脏
        • 保持血糖动态平衡，产生或消耗
        • hexokinase IV/glucokinase (liver type)
          • Km值高→肝脏中低[glucose]
            • Glu→G6P
          • 转录调控：大量葡萄糖消耗促进己糖激酶IV基因转录增加
          • 核内调节蛋白可逆结合抑制作用
            • 低血糖
              • 肝脏中的Glu变为F6P促进酶IV入核与调节蛋白结合，从而活性被抑制
            • 高血糖
              • 葡萄糖入核与F6P竞争，促进酶IV与调节蛋白分离，出核磷酸化Glu
        • 葡萄糖低亲和力
    • PFK-1(步骤3)
      • • 别构抑制剂
          • ATP
            • PFK-1
              • 催化ATP结合位点
                • 对ATP高亲和，[ATP]低时就可结合
              • 别构ATP结合位点
                • 对ATP低亲和，只有[ATP]很高时才会结合ATP并且被抑制催化F6P
          • 柠檬酸
        • 别构激活剂
          • AMP、ADP
          • F26BP
            • 结合PFK-1的别构结合位点增加其对F6P的亲和力，降低对ATP和柠檬酸的亲和力，抑制FBPase-1活性
    • 丙酮酸激酶(步骤10)
      • 同工酶：同聚四聚体
        • PKM1
          • 高分解代谢的组织中：大脑、肌肉...
        • PKM2
          • 胚胎亚型、正常增殖的细胞、癌细胞中
        • PKL
          • 肝脏中
            • 也受到激素的调节
        • PKR
          • 红细胞
        • • 别构调节：（PP）去磷酸化激活，使PEP→丙酮酸
• 动物糖原代谢
  • 糖原分解
    • glycogen→G6P
      • Glycogen phosphorylase (糖原磷酸化酶)
        • 使糖原的非还原末端脱离生成G6P
          • G6P的Pi来自无机磷酸根（不同与其他的来自ATP）
      • Glycogen debranching enzyme (糖原去分支酶)
        • 磷酸化酶将糖原分枝的葡萄糖残基一个个磷酸化直至分枝上剩余4个葡萄糖残基
        • 将（α1→6）连接的分枝末端的3个葡萄糖残基转移到附近的非还原端(α 1→4)连接
        • 分枝上仅剩1个葡萄糖残基，（α1→6）葡萄糖苷酶活性使其被释放
      • Phosphoglucomutase (磷酸葡萄糖变位酶 )
        • G1P→G16BP→G6P
  • 糖原合成
    • 葡萄糖供体：UDP-glucose尿苷二磷酸葡萄糖
      • 糖核苷酸
        • 单糖聚合成双糖、糖原、淀粉、纤维素和更复杂的胞外多糖的底物
        • 一些多糖生产氨基己糖和脱氧己糖 & 维生素C的生成的关键中间体
    • 引物
      • Glycogenin (糖原蛋白)
        • 二聚体，其两个副本相互糖化
        • 引导和催化装配新链
        • 
          • UDP-glucose的葡萄糖残基→糖原蛋白的Tyr194的-OH上
          • 连续添加UDP-glucose的葡萄糖残基直至8个(α1→4)连接，形成新糖原分子，然后由糖原合酶催化添加UDP-glucose的葡萄糖残基
    • 酶
      • Glycogen synthase
        • 催化α(1→4)糖苷键的形成
      • Branching enzyme
        • 增加α(1→6)连接
          • 催化6或7个葡萄糖残基的末端片段从一个有11个以上残基的分支的非还原端转移到同一条或另一条链上的葡萄糖残基的C-6 -OH基团上，形成一个新的分支
    • • 糖原颗粒的结构
        • 糖原蛋白仍然埋藏在颗粒中，共价连接在糖原分子的单一还原端
  • 糖原合成和分解的协调调节
• G6P的命运
  • 磷酸戊糖途径
    • 产物：2NADPH, ribose-5-phosphate
  • 进入糖酵解，并作为能量来源支持肌肉收缩和其他细胞活动。
    • 产物：2ATP, 2丙酮酸，2NADH
  • 在肝脏和肾脏中被葡萄糖-6-磷酸酶水解
    • 糖异生：G6P→葡萄糖（G6P从内质网膜上的T1载体进入内质网腔，由G6Pase去磷酸化）
      • G6Pase或T1基因缺陷会导致糖原储集病（肝增大、肾衰竭）
  • 肌肉和肝脏中的糖原合成
• 
  • PFK-2和FBPase-2是一个单一的双功能蛋白的两种不同的酶活性
  • 可逆磷酸化：磷酸化抑制PFK-2但激活FPBPase-2
• 细胞质中的[NADH]/[NAD+]比值比线粒体低~105倍，胞质NADH在糖异生作用中被消耗，除非有NADH，否则不能进行，糖异生过程中，苹果酸盐在细胞质中转化为草酰乙酸盐，为细胞质中NADH的产生和消耗提供了重要的平衡。
• • • 生物素将CO2从位点1转移到位点2，供丙酮酸使用
• NADPH
  • 还原性生物合成
    • 前体→脂肪酸、胆固醇 etc.
  • 细胞内活动的氧化还原调控
    • GSH/GSSG
      • 
      • GSSG + NADPH + H+ → 2 GSH + NADP+
      • Glutathione Reductase (谷胱甘肽还原酶)
      • GSH功能
        • 对血红蛋白和其他蛋白质的硫化氢基团的维护
        • 保持Fe2 +还原态
        • 与过氧化物反应
        • 保护细胞免受氧化衍生物的伤害
• 
• 碳水化合物的其他代谢途径