25.戊糖磷酸途径和糖的其它代谢途径

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戊糖磷酸途径和糖的其它代谢途径

• 戊糖磷酸途径的发现
  • 向供研究糖酵解的组织匀浆中添加碘乙酸（甘油醛-3-磷酸脱氢酶抑制剂）和氟化物（烯醇化酶抑制剂），葡萄糖的利用仍在继续
  • 1931年，Otto Warburg和Fritz Lipman发现了G-6-P脱氢酶和G-6-P-A脱氢酶，这两种酶都促使葡萄糖分子代谢走向糖酵解之外的途径，并发现了NADP+为这两种酶的辅酶
  • Frank Dickens分离得到许多戊糖磷酸途径的中间产物，同时提出了C-6-P降解新途径的设想
  • 20世纪50年代及同位素标记研究的应用，明确了戊糖磷酸途径
• 磷酸戊糖途径
  • 指由葡萄糖生成磷酸戊糖及NADPH+H+，前者进一步转变为3-磷酸甘油醛核果糖-6-磷酸的反应过程其广泛存在动植物细胞中，在细胞溶胶中进行
  • 总化学方程式
    • 6 G-6-P + 7 H2O + 12 NADP+ ————> 6 CO2 + 5 G-6-P + 12 NADPH + Pi +12 Ｈ+
  • 磷酸戊糖途径两阶段
    • 氧化脱羧阶段（*）
      • G-6-p（G-6-P脱氢酶）——6-P 葡萄糖酸内酯（内酯酶）——6-磷酸葡萄糖酸
        • +NADPH、-H2O
      • 6-磷酸葡萄糖酸（6-P-葡萄糖酸脱氢酶）——5-P-核酮糖
        • +NADPH、+CO2
    • 非氧化分子重排阶段（与卡尔文循环很多反应相似）
      • p151 图25-2
        • 其中果糖-1，6-二磷酸转变为果糖-6-磷酸消耗H2O并产生Pi
          • -H2O、+Pi
  • 经过磷酸戊糖途径，（6个G-6-P进去，5个G-6-P出来）使1个G-6-P全部氧化成6CO2，并产生12NADPH
  • 意义
    • 产生的NADPH不用于能量消耗的需要，而作为细胞的还原力
      • 脂肪酸固醇类的合成需要还原力
      • 红细胞中可保证谷光甘肽处于还原状态
      • 由核糖核苷酸变成脱氧核糖核苷酸
    • 是细胞内不同结构糖分子的重要来源，为各种单糖的相互转变提供条件
    • 与光合作用联系，实现某些单糖间的转变
• 糖异生gluconeogenesis
  • 指以非糖物质（丙酮酸、草酰乙酸、乳酸、丙酸、甘油、氨基酸）转变为葡萄糖的过程
  • 场所：器官主要在肝、肾；亚细胞结构定位在胞浆、内质网、线粒体
  • 葡糖异生作用途径p157 图25-3
    • 与糖酵解的关系：非直接逆反应，其中三步糖酵解中的不可逆反应需要采取迂回措施
    • 迂回措施
      • 丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸
        • 1.丙酮酸在丙酮酸羧化酶（线粒体酶，其它酶均为细胞溶胶酶）的作用下，消耗1ATP形成草酰乙酸
          • 1.丙酮酸羧化酶活化（辅基生物素，为CO2载体）：生物素-酶+HCO3-+ATP—————N-1羧化生物素-酶+ADP+Pi（该反应需要乙酰-CoA与Mg2+催化）
            • -ATP
          • 2.活化羧基从羧化生物素转移到烯醇式丙酮酸形成草酰乙酸
          • 注：乙酰-CoA式该酶的别构激活剂，如果该酶不与乙酰-CoA结合，则生物素不能羧化
        • 2.草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）催化下，消耗1GTP，形成磷酸烯醇式丙酮酸
          • -GTP
        • 注：1形成的草酰乙酸通过苹果酸途径跨过线粒体膜才能进行下续反应p140 图24-29
      • 果糖-1，6-二磷酸在果糖-1，6-二磷酸酶的催化水解形成果糖-6-磷酸
      • G-6-P在葡萄糖=6-磷酸酶的催化下水解为葡萄糖
        • 葡萄糖-6-磷酸是光面内质网中的一种酶，它的活性需有1种与Ca2+结合的稳定蛋白的协同作用
  • 由丙酮酸形成葡萄糖的能量消耗
    • 2分子丙酮酸形成1葡萄糖要消耗4ATP、2GTP、2NADH；总体来说，需要额外消耗4个ATP
  • 糖异生的调节
    • 糖异生与糖酵解相互协调，一方活跃，另一方必受到限制，两个过程可同时进行
    • 磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1，6-二磷酸酶的调节
      • AMP水平高时，表明需要ATP，PFK激活，增加糖酵解；果糖-1，6-二磷酸酶受到抑制，糖异生收到抑制
      • ATP和柠檬酸水平高时，PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1，6-二磷酸酶活性，糖异生增加
      • 饱食时，血糖浓度升高，血中胰岛素水平增高，果糖-2，6-二磷酸水平增高，激活磷酸果糖激酶、糖酵解加速，糖异生收到抑制；饥饿时相反
    • 丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸之间的调节
      • 高水平ATP和Ala抑制丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由于该情况乙酰-CoA充裕，活化丙酮酸羧化酶，有助于糖异生
      • ADP水平较高时，则抑制丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶，关闭糖异生作用
  • 意义
    • 饥饿时保持血糖浓度稳定；补充糖原储备；利于乳酸的利用；植物油料种子的萌发（脂肪酸——糖异生）
• 乙醛酸途径
  • 指通过乙醛酸途径使乙酰-CoA转变为草酰乙酸从而进入到柠檬酸循环；在动物体内并不存在，只存在于植物和微生物中
  • 催化乙醛酸途径的酶亚细胞定位
    • 线粒体、乙醛酸循环体（植物特有）
      • 乙醛酸循环体中重要的两种酶：异柠檬酸裂合酶、苹果酸合酶
  • 整条途径p160 图25-6
• 寡糖类的生物合成和降解