糖代謝中的其它途徑

1、11 糖代謝中的其它途徑,11.1 戊糖磷酸途徑能提供核糖-5-磷酸和NADPH11.2 葡萄糖醛酸途徑可以生成糖醛酸和抗壞血酸11.3 飲食中的其它糖可以經(jīng)酵解途徑降解 1 . 果糖可以轉(zhuǎn)換為甘油醛-3-磷酸 2 . 半乳糖可被轉(zhuǎn)換為葡萄糖-1-磷酸 3 . 甘露糖可轉(zhuǎn)換為果糖-6-磷酸11.4 糖原的降解需要磷酸化酶、轉(zhuǎn)移酶和去分支酶11.5 糖原合成的底物是UDP-葡萄糖1

2、1.6 葡萄糖可以通過糖異生途徑由非糖物質(zhì)合成,戊糖磷酸途徑也稱為己糖磷酸支路，提供核糖-5-磷酸和NADPH+H+。核糖-5-磷酸用于核酸的生物合成；而NADPH+H+主要用于需要還原力的生物合成中。 磷酸戊糖途徑可以分為氧化階段和非氧化階段，在氧化反應(yīng)階段中，當(dāng)葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)換為五碳核酮糖-5-磷酸時，生成NADPH+H+ 。葡萄糖-6-磷酸＋2 NADP+＋H2O 核酮糖-5

3、-磷酸＋2NADPH＋2H＋＋CO2 如果細(xì)胞需要大量的NADPH+H+和核苷酸，則所有的核酮糖-5-磷酸都可異構(gòu)化形成核糖-5-磷酸，戊糖磷酸途徑就會終止于氧化階段。通常需要的NADPH+H+要比核糖-5-磷酸多，所以大多數(shù)核糖-5-磷酸都轉(zhuǎn)換為糖酵解的中間產(chǎn)物。,,11.1 戊糖磷酸途徑能提供核糖-5-磷酸和NADPH+H+,戊糖磷酸途徑,磷酸戊糖途徑氧化階段的第一個反應(yīng)是葡萄糖-6-磷酸脫氫轉(zhuǎn)化成6-磷酸葡萄糖酸

4、內(nèi)酯的反應(yīng)，反應(yīng)由葡萄糖-6-磷酸脫氫酶催化，反應(yīng)中NADP＋被還原生成NADPH+H+。這步反應(yīng)是整個戊糖磷酸途徑的主要調(diào)節(jié)部位，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶受NADPH的別構(gòu)抑制，通過這一簡單調(diào)節(jié)，戊糖磷酸途徑可以自我限制NADPH+H+的生產(chǎn)。 氧化階段的第二個酶是葡萄糖酸內(nèi)酯酶，它催化6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸，最后6-磷酸葡萄糖酸在第三個酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的作用下氧化脫羧生成核酮糖-5-磷酸、CO2和另

5、一分子的NADPH+H+ 。氧化階段的最重要的功能是提供NADPH。,磷酸戊糖途徑氧化階段反應(yīng),氧化階段生成NADPH+H+反應(yīng),非氧化階段是一條轉(zhuǎn)換途徑，通過氧化階段產(chǎn)生的核酮糖-5-磷酸轉(zhuǎn)換為糖酵解的中間產(chǎn)物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。如果所有的戊糖磷酸都轉(zhuǎn)換為酵解的中間產(chǎn)物，3分子的戊糖分子可以轉(zhuǎn)換為2分子的己糖和1分子的丙糖。3核酮糖-5-磷酸 2果糖-6-磷酸＋甘油醛-3-磷酸

6、 在差向異構(gòu)酶和異構(gòu)酶的催化下，核酮糖-5-磷酸轉(zhuǎn)換為木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸； 木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸經(jīng)轉(zhuǎn)酮酶催化形成7碳產(chǎn)物景天庚酮糖-7- 磷酸和3碳產(chǎn)物甘油醛-3-磷酸； 景天庚酮糖-7-磷酸和3碳產(chǎn)物甘油醛-3-磷酸再經(jīng)轉(zhuǎn)醛酶催化轉(zhuǎn)換為果糖-6-磷酸和赤蘚糖-4-磷酸， 赤蘚糖-4-磷酸再與另一分子的木酮糖-5-磷酸經(jīng)轉(zhuǎn)酮酶催化生成果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。,,磷酸戊糖途徑非氧化階段反應(yīng),,非氧

7、化階段反應(yīng),,,轉(zhuǎn)酮反應(yīng),轉(zhuǎn)醛反應(yīng),葡萄糖醛酸途徑是葡萄糖氧化的另一條次要途徑，葡萄糖可以轉(zhuǎn)換為兩個特殊的產(chǎn)物：D-糖醛酸和L-抗壞血酸。 葡萄糖-1-磷酸首先與UTP反應(yīng)生成UDP-葡萄糖， UDP-葡萄糖脫氫形成UDP-葡萄糖醛酸。 UDP-葡萄糖醛酸水解生成D-葡萄糖醛酸并釋放出UDP。 D-葡萄糖醛酸經(jīng)NADPH還原生成L-古洛糖酸，L-古洛糖酸在內(nèi)酯酶的作用下形成L-古洛糖酸內(nèi)酯，L-古洛糖酸內(nèi)酯經(jīng)古洛糖酸內(nèi)酯氧化酶催

8、化脫氫生成L-抗壞血酸。 包括人在內(nèi)的某些動物，如豚鼠、猴、一些鳥和一些魚等由于缺少古洛糖酸內(nèi)酯氧化酶，不能生物合成抗壞血酸，所以必須從食物中攝取。人如果不能獲得足夠的維生素C，將發(fā)展為壞血病。,11.2葡萄糖醛酸途徑可以生成糖醛酸和抗壞血酸,1 . 果糖可以轉(zhuǎn)換為甘油醛-3-磷酸 在肝臟中，果糖激酶催化果糖磷酸化生成果糖-1-磷酸，反應(yīng)需要ATP。 果糖-1-磷酸醛縮酶催化果糖-1-磷酸裂解生成甘油醛和磷酸二羥丙酮

9、，后者經(jīng)丙糖磷酸異構(gòu)酶催化轉(zhuǎn)換為甘油醛-3-磷酸， 甘油醛則是在丙糖激酶的作用下，消耗一分子ATP后生成甘油醛-3-磷酸。 總的轉(zhuǎn)化結(jié)果是一分子果糖轉(zhuǎn)化為二分子甘油醛-3-磷酸，同時消耗了兩分子ATP。富含果糖或蔗糖的飲食由于丙酮酸的過量生成可能會導(dǎo)致脂肪肝，丙酮酸是脂肪和膽固醇生物合成的前體。,11.3 飲食中的其它糖可以經(jīng)酵解途徑降解,一分子果糖轉(zhuǎn)化為二分子甘油醛-3-磷酸的過程,2 .半乳糖可被轉(zhuǎn)換為葡萄糖-1-磷

10、酸 乳糖酶催化乳糖水解為葡萄糖和半乳糖，半乳糖是葡萄糖的C-4差向異構(gòu)體，可以通過尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-葡萄糖）再循環(huán)途徑轉(zhuǎn)化為葡萄糖-1-磷酸。,喂食奶制品的嬰幼兒依賴于半乳糖代謝途徑?；加邪肴樘茄Y（不能正常代謝半乳糖）的嬰幼兒都是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷?；D(zhuǎn)移酶。缺少這種酶會造成細(xì)胞內(nèi)半乳糖-1-磷酸的堆積，有可能損害肝的功能，這可通過使皮膚發(fā)黃的黃疸的出現(xiàn)來確認(rèn)。 另外還可能損傷中樞神經(jīng)

11、系統(tǒng)。在嬰兒出生時，通過檢測臍帶紅細(xì)胞中的半乳糖-1-磷酸尿苷?；D(zhuǎn)移酶可以確定是否患有半乳糖血癥。如果在飲食中去掉乳糖可以避免這種遺傳病帶來的嚴(yán)重后果。,作業(yè)：設(shè)計一條技術(shù)路線，解決亞洲人乳糖不耐癥的問題，以實現(xiàn)國民素質(zhì)的提高！,2 .甘露糖可被轉(zhuǎn)換為果糖-6-磷酸,甘露糖主要來自糖蛋白和某些多糖。甘露糖中己糖激酶催化下，轉(zhuǎn)化為甘露糖-6-磷酸，然后在甘露糖異構(gòu)酶催化下轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸。,糖原磷酸化酶可以從糖原的非還原端連續(xù)地進行

12、磷酸解，磷酸解直至距 ?-1,6 糖苷鍵的分支點還剩下4個葡萄糖單位的部位停止，剩下的底物稱為極限糊精，極限糊精可以通過糖原去分支酶作用進一步降解。去分支酶具有葡聚糖轉(zhuǎn)移酶和淀粉-1,6-葡糖苷酶兩種催化活性。 葡聚糖轉(zhuǎn)移酶催化支鏈上的3個葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到糖原分子的一個游離的4′端上，形成一個新的 ?-1,4 糖苷鍵，而淀粉-1,6-葡糖苷酶催化轉(zhuǎn)移后剩下的通過 ?-1,6 糖苷鍵連接的葡萄糖殘基的水解，釋放出一分子的葡

13、萄糖。因此對于原來糖原聚合物中的每個分支點都可釋放出一分子葡萄糖。,11.4 糖原的降解需要磷酸化酶、轉(zhuǎn)移酶和去分支酶,,磷酸解,葡萄糖-1-磷酸在磷酸葡萄糖變位酶的作用下可以轉(zhuǎn)換為葡萄糖-6-磷酸,糖原磷酸化酶可以從糖原的非還原端連續(xù)地進行磷酸解,變位反應(yīng),糖原中大約90％的葡萄糖殘基通過糖酵解卻可以獲得三分子ATP。 很顯然糖原中葡萄糖殘基生成的能量高，這是因為糖原磷酸化酶催化糖原磷酸解，而不是水解，即在葡萄糖磷酸化

14、中沒有消耗ATP。,分支酶的葡聚糖轉(zhuǎn)移酶活性,分支酶的淀粉-1,6-葡糖苷酶活性,葡萄糖在己糖激酶催化下磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸。將一個葡萄糖-6-磷酸中的葡萄糖基結(jié)合到糖原上（糖原的延伸）都需要進行3步酶促反應(yīng)。,11.5 糖原合成的底物 是UDP-葡萄糖,P183,1、 磷酸葡萄糖變位酶將葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)換為葡萄糖-

15、1-磷酸; 2、葡萄糖-1-磷酸在UDP-葡萄糖焦磷酸化酶作用下被UTP活化，生成UDP-葡萄糖和無機焦磷酸（PPi）；3、在糖原合酶(Synthase)催化下UDP-葡萄糖中的葡萄糖基通過?-（1→4）糖苷鍵結(jié)在已合成的糖原（相當(dāng)于合成的引物）的非還原端。 植物和某些細(xì)菌合成淀粉或糖原時，使用的底物是ADP-葡萄糖，而不是UDP-葡萄糖。 合

16、成糖原或淀粉還需要另一種淀粉-(1,4→1,6)-轉(zhuǎn)葡糖苷酶，催化糖原支鏈的形成，所以該酶又稱為糖原分支酶，它從延伸的葡萄糖鏈的非還原端除去至少含有6個葡萄糖基的寡糖，然后通過?-(1→6)連接酶再把該寡糖連接到離最近的?-(1→6)分支點至少有4個葡萄糖基的位置。,糖原合酶,大多數(shù)生物都有一個生物合成葡萄糖的途徑。哺乳動物的某些組織，主要是肝臟、腎臟可以由非糖前體物質(zhì)，例如乳酸和丙氨酸從頭合成葡萄糖，由非糖前體物質(zhì)合成糖的過程稱為糖異

17、生。下圖比較了由丙酮酸生成葡萄糖的糖異生過程與葡萄糖的酵解過程。 從圖中可以看出，糖異生和酵解兩個過程中的許多中間代謝物是相同的，一些反應(yīng)以及催化反應(yīng)的酶也是一樣的。酵解途徑的七步可逆反應(yīng)只要改變反應(yīng)的方向就變成了糖異生中的反應(yīng)了。 但糖異生并非是糖酵解的逆轉(zhuǎn)，其中由丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的三個高放能反應(yīng)就是不可逆轉(zhuǎn)的，需要消耗能量走另外途徑，或由其它的酶催化，來克服這三個不可逆反應(yīng)帶來的

18、能障。,11.6 葡萄糖可以通過糖異生途徑由非糖物質(zhì)合成,1、丙酮酸羧化生成草酰乙酸 在丙酮酸羧化酶（生物素作為輔基）的催化下，丙酮酸羧化生成草酰乙酸，反應(yīng)消耗一分子的ATP。丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，反應(yīng)受乙酰CoA別構(gòu)抑制。,2、草酰乙酸轉(zhuǎn)化為磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸羧化生成的草酰乙酸經(jīng)磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。在體內(nèi)該反應(yīng)是不可逆的，但在體外，分離的磷酸烯醇式

19、丙酮酸羧激酶卻可以催化該反應(yīng)的逆反應(yīng)。,磷酸烯醇式丙酮酸和果糖-1,6-二磷酸之間的糖異生反應(yīng)都是糖酵解途徑中的逆反應(yīng)。 但在糖異生途徑中果糖-1,6-二磷酸不能通過酵解逆反應(yīng)生成果糖-6-磷酸，而是使用另一個果糖-1,6-二磷酸酶催化果糖-1,6-二磷酸水解生成果糖-6-磷酸，反應(yīng)釋放出大量的自由能，反應(yīng)也是不可逆的。,3、果糖-1,6-二磷酸水解生成果糖-6-磷酸,4、葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖

20、 果糖-6-磷酸沿酵解的逆反應(yīng)異構(gòu)化生成葡萄糖-6-磷酸，但在糖異生途徑中，葡萄糖-6-磷酸水解為葡萄糖和無機磷酸則需要另一個葡萄糖-6-磷酸酶，葡萄糖-6-磷酸水解反應(yīng)是不可逆的。,從以上過程可以看出，糖異生是個需能過程，由兩分子丙酮酸合成一分子葡萄糖需要2分子ATP和4分子GTP，同時還需要兩分子NADH，糖異生總反應(yīng)方程式為：2丙酮酸＋4ATP＋2GTP＋2NADH＋2H+＋6H2O→葡萄糖＋4ADP＋2GDP＋6Pi＋2

21、NAD+ 糖異生等于用了4分子ATP克服由2分子丙酮酸形成2分子高能磷酸烯醇式丙酮酸的能障，用了2分子ATP進行磷酸甘油激酶催化反應(yīng)的可逆反應(yīng)。葡萄糖經(jīng)糖酵解轉(zhuǎn)化為兩分子丙酮酸凈生成2分子ATP，而由兩分子丙酮酸經(jīng)糖異生途徑合成一分子葡萄糖卻消耗了6個ATP，糖異生比酵解凈生成的ATP多用了4分子ATP。,許多哺乳動物組織含有的糖異生途徑的酶不完全，例如肌肉就是這樣的組織，不能進行糖異生，但一些肌肉細(xì)胞含有高活性的果糖

22、-1,6-二磷酸酶，卻可以進行一種所謂的“無效循環(huán)”（也稱為底物循環(huán)）反應(yīng)。從下圖中可以看出，磷酸果糖激酶和果糖-1,6-二磷酸酶同時作用的反應(yīng)結(jié)果是ATP水解為ADP和Pi。 果糖-6-磷酸＋ATP―――→果糖-1,6-二磷酸＋ADP +) 果糖-1,6-二磷酸＋H2O―――→果糖-6-磷酸＋Pi ___________________________

23、__________________________ ATP ＋ H2O―――→ADP＋Pi,1. 所有生物中都存在戊糖磷酸途徑，在細(xì)胞質(zhì)中戊糖磷酸途徑產(chǎn)生NADPH和核糖-5-磷酸，NADPH用于還原性生物合成，而核糖-5-磷酸用于RNA、DNA和核苷酸輔酶的合成中。2. 戊糖磷酸途徑開始于葡萄糖-6-磷酸脫氫形成6-磷酸葡糖酸內(nèi)酯，內(nèi)酯水解形成6-磷酸葡糖酸，然后氧化脫羧生成核酮糖-5-磷酸，在上述2步氧化反應(yīng)中

24、NADP＋為電子受體，被還原為NADPH。在接下來的反應(yīng)中核酮糖-5-磷酸（酮糖）異構(gòu)化形成核糖-5-磷酸（醛糖）。當(dāng)細(xì)胞需要的NADPH比核糖-5-磷酸更多時，核糖-5-磷酸通過轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶作用轉(zhuǎn)換為甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷酸。轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶將戊糖磷酸途徑和酵解聯(lián)系起來。,要點歸納,3. 糖原分子在糖原磷酸化酶催化下每次從糖原的非還原端磷酸解生成一分子葡萄糖-1-磷酸，非還原端降解生成的葡萄糖-1-磷酸經(jīng)葡萄糖變位酶作用轉(zhuǎn)換為

25、葡萄糖-6-磷酸，在肌肉組織中葡萄糖-6-磷酸經(jīng)酵解和檸檬酸循環(huán)進一步代謝，完全氧化為CO2和H2O，而在肝臟中，葡萄糖-6-磷酸水解生成葡萄糖，葡萄糖可進入血液補充血糖。而糖原分支點降解涉及到分支酶的葡聚糖糖轉(zhuǎn)移酶和α-1,6-糖苷酶活性。4. 在糖原合成中，首先在葡萄糖焦磷酸化酶催化下由葡萄糖-1-磷酸和GTP形成激活中間產(chǎn)物UDP-葡萄糖。然后糖原合酶催化UDP-葡萄糖中的葡萄糖基轉(zhuǎn)移至生長著的糖原分子的末端葡萄糖殘基的C-4羥

26、基。分支酶將一些α-1,4-糖苷鍵轉(zhuǎn)為α-1,6-糖苷鍵增加非還原末端數(shù)目，以便合成多分支的糖原。多分支有利于糖原的快速降解。,5. 糖異生是一個由非糖物質(zhì)，例如乳酸、氨基酸和甘油合成葡萄糖的途徑。糖異生中的許多反應(yīng)都是糖酵解反應(yīng)的逆反應(yīng)，但酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸、果糖-6-磷酸→果糖-1,6-二磷酸和葡萄糖→葡萄糖-6-磷酸三步不可逆反應(yīng)是不能利用的。糖異生途徑是通過另外四個反應(yīng)克服這三個高能障不可逆反應(yīng)的。 在線