Chapter 25 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径
一、名词
1.戊糖磷酸途径
又称戊糖支路、己糖单磷酸途径、磷酸葡糖酸氧化途径及戊糖磷酸循环，主要强调的是从磷酸化的六碳糖形成磷酸化的五碳糖。 2.葡萄糖-6-磷酸脱氢酶
催化葡萄糖-6-磷酸形成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯反应的酶，分子内C1的羧基和C5的羟基之间发生酯化反应，需要NADP+作为辅酶。 3.6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
催化6-磷酸葡萄糖酸形成核酮糖-5-磷酸反应的酶，该酶以NADP+为电子受体，催化反应包括脱氢和脱羧步骤。 4.NADP+
三磷酸吡啶核苷酸 5.磷酸戊糖异构酶
催化核酮糖-5-磷酸转变为木酮糖-5-磷酸反应的酶。 6.转酮酶
木酮糖-5-磷酸与核酮糖-5-磷酸作用，在该酶催化下，转移两碳单位到核酮糖-5-磷酸上，形成景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸。 7.转醛酶
景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸在该酶作用下发生转醛基反应，形成果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸。 8.葡糖异生作用
即葡萄糖的异生作用，以非糖物质作为前体合成葡萄糖的作用。 9.丙酮酸羧化酶
催化丙酮酸生成草酰乙酸的酶。 10.磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
催化草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸的酶。 11.果糖-1,6-二磷酸酶
催化果糖-1,6-二磷酸的C1位磷酸酯键水解形成果糖-6-磷酸。 12.葡萄糖-6-磷酸酶
催化葡萄糖6磷酸水解为葡萄糖的酶。该酶是结合在光面内质网膜的一种酶，其活性需有一种与Ca2+结合的稳定蛋白协同作用。 13.可立氏循环
肌肉细胞内的乳酸扩散到血液病随着血流进入肝脏细胞，在肝细胞内通过葡糖异生途径转变为葡萄糖，又回到血液随血流供应肌肉和脑对葡萄糖的需要，这个循环过程称为可立氏循环。 14.乙醛酸途径
又称乙醛酸循环，主要指的是乙酰-CoA通过该循环转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环。 15.乳糖不耐症
乳糖在小肠腔内会产生很强的渗透效应导致流体向小肠内流；在大肠内，乳糖被细菌转变为有毒物质，因此出现腹胀、恶心、交通以及腹泻等症状，临床上称为乳糖不耐症。 16.β-半乳糖苷酶
一种可诱导酶，能够将乳糖催化水解为半乳糖和葡萄糖。 二、简答
1.戊糖磷酸途径的主要反应。
戊糖磷酸途径是糖代谢的第二条重要途径，它是葡萄糖分解的另外一种机制，这条途径在细胞溶胶内进行，广泛存在于动植物细胞内。 （1）核心反应式
葡萄糖?6?磷酸?2NADP??H20?核糖-5-磷酸?2NADPH?2H??CO2
（2）反应阶段 ①氧化阶段
A.葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸脱氢酶作用下形成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯，该反应是分子内C1的羧基和C5的羟基之间发生的酯化反应，需要NADP+作为辅酶。 B.6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯在一个专一内酯酶作用下水解，形成6-磷酸葡萄糖酸 C.6-磷酸葡萄糖酸在6-6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下，形成核酮糖-5-磷酸，该酶也是NADP+以为电子手提，催化的反应包括脱氢和脱羧步骤。 ②非氧化反应阶段
A.核酮糖-5-磷酸异构化为核糖-5-磷酸
核酮糖-5-磷酸在磷酸戊糖异构酶作用下，通过形成烯二醇中间产物，异构化为核糖-5-磷酸 B.核糖-5-磷酸转变为木酮糖-5-磷酸
核糖-5-磷酸在磷酸戊糖异构酶作用下转变为核酮糖-5-磷酸的差向异构体木酮糖-5-磷酸，酮糖作为转酮酶的底物只有当其C3位的羟基相当于木酮糖的位置时才起作用 C.木酮糖-5-磷酸与核糖-5-磷酸作用，形成景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸
木酮糖-5-磷酸与核酮糖-5-磷酸作用，在该酶催化下，转移两碳单位到核酮糖-5-磷酸上，形成景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸
D.景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸之间发生转醛基反应，形成果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸
景天庚酮糖-7-磷酸和甘油醛-3-磷酸在该酶作用下发生转醛基反应，形成果糖-6-磷酸和赤藓糖-4-磷酸，转醛酶催化转移的是三碳单位
E.木酮糖-5-磷酸和赤藓糖-4-磷酸作用形成甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷酸 （3）戊糖磷酸途径的总反应式
6葡萄糖?6?磷酸?7H2O?12NADP??6CO2?5葡萄糖-6-磷酸?12NADPH?12H??Pi
2.戊糖磷酸途径总览。
3.戊糖磷酸途径反应速度的调控。 （1）限速反应
葡萄糖-6-磷酸脱氢酶催化的葡萄糖-6-磷酸的脱氢反应实质上是不可逆的，在生理条件下属于限速反应，是一个重要的调控点，最重要的调控因子是NADP+的水平。 （2）调节的3种情况
①机体对核糖-5-磷酸的需要远远超过对NADPH的需要
可见于细胞分裂期，此时需要核糖-5-磷酸合成DNA的前提核苷酸。 反应式：5葡萄糖-6-磷酸?ATP?6核糖-5-磷酸?ADP?H? ②机体对NADPH的需要和对核糖-5-磷酸的需要处于平衡状态 此时戊糖磷酸途径的氧化阶段处于优势。
反应式：葡萄糖-6-磷酸?2NADP??H2O?核糖-5-磷酸?2NADPH?2H??CO2 ③机体需要的NADPH远远超过核糖-5-磷酸，于是葡萄糖-6-磷酸彻底氧化为CO2。 6葡萄糖?6?磷酸?7H2O?12NADP??6CO2?5葡萄糖-6-磷酸?12NADPH?12H??Pi
4.戊糖磷酸途径的生物学意义。
（1）戊糖磷酸途径是细胞产生还原力（NADPH）的主要途径
NADPH的主要作用是在还原性生物合成中起负氢离子供体的作用。
（2）戊糖磷酸途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源，并为各种单糖的相互转变提供条件
5.葡糖异生作用。
（1）葡糖异生作用的途径
①葡糖异生作用和糖酵解作用的关系
葡糖异生作用并不是糖酵解作用的直接逆反应，其中有3步反应不可逆。 A.由己糖激酶催化的葡萄糖和ATP形成葡萄糖-6-磷酸和ADP
B.由磷酸果糖激酶催化的果糖-6-磷酸和ATP形成果糖-1,6-二磷酸和ADP C.由丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸和ADP形成丙酮酸和ATP的反应 葡糖异生作用需对上述3个不可逆过程采取迂回措施。 ②葡糖异生对糖酵解的不可逆过程采取的迂回措施
A.迂回措施一：丙酮酸通过草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸。
a.丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下，消耗一个ATP分子的高能磷酸键形成草酰乙酸。 a.丙酮酸羧化酶在ATP参与下与CO2结合使其成为活化的形式。 ○
b.活化的羧基从羧化生物素转移到烯醇式丙酮酸上形成草酰乙酸。 ○
乙酰-CoA是该酶强有力的别构激活剂，如果该酶不与乙酰-CoA结合，则生物素不能羧化。 b.草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下，形成磷酸烯醇式丙酮酸。该反应需消耗一个GTP分子。 总反应式：
丙酮酸?ATP?GTP?H2O?磷酸烯醇式丙酮酸?ADP?GDP?Pi?2H?
B.迂回措施二：果糖-1,6-二磷酸在果糖-1,6-二磷酸酶催化下，其C1位的磷酸酯键水解形成果糖-6-磷酸。这一反应是放能反应。
-1,6-二磷酸酶果糖?1,6?二磷酸?H2O?果糖???????果糖-6-磷酸?Pi
C.迂回措施三：葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸酶催化下水解为葡萄糖。
-6-磷酸酶葡萄糖-6-磷酸?H2O?葡萄糖??????葡萄糖?Pi
葡萄糖-6-磷酸酶是结合在光面内质网膜的一种酶，它的活性需有一种与Ca2+结合的稳定蛋白协同作用。
（2）葡糖异生途径总览
6.由丙酮酸形成葡萄糖的能量消耗及意义。 （1）由两分子丙酮酸形成一分子葡萄糖
2丙酮酸?4ATP?2GTP?2NADH?6H2O?葡萄糖?4ADP?2GDP?Pi?2NAD??2H?
（2）若完全走糖酵解的逆反应过程
2丙酮酸?4ATP?2NADH?2H2O?葡萄糖?4ADP?2Pi?2NAD?
（3）总算起来，葡糖异生需消耗4个额外的高能见。 7.葡糖异生作用的调节。
（1）磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1,6-二磷酸酶的调节 ①AMP激活果糖激酶，ATP和柠檬酸抑制果糖激酶。
②柠檬酸刺激果糖-1,6-二磷酸酶，果糖-2,6-二磷酸抑制果糖-1,6-二磷酸酶。
（2）丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶之间的调节 ①丙酮酸激酶受到果糖-1,6-二磷酸的激活以及ATP和丙氨酸的抑制。 ②丙酮酸羧化酶受到乙酰-CoA的激活和ADP的抑制。 ③磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶受到ADP的抑制。 8.乳酸的再利用和可立氏循环。
肌肉细胞内的乳酸扩散到血液病随着血流进入肝脏细胞，在肝细胞内通过葡糖异生途径转变为葡萄糖，又回到血液随血流供应肌肉和脑对葡萄糖的需要，这个循环过程称为可立氏循环。 9.葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构及作用。 葡萄糖出入细胞不是简单的扩散作用，而是依靠葡萄糖的特殊运送机构，称为葡萄糖运载蛋白。运载蛋白对葡萄糖的转运速度是简单扩散的50,000倍。
（1）GLUT1和GLUT3几乎存在于所有哺乳类细胞，负责基本的葡萄糖摄取：Km约为1mmol/L。
（2）GLUT2存在于肝和胰腺的β细胞：Km可达15~20mmol/L。 （3）GLUT4主要存在于肌肉和脂肪细胞：Km为5mmol/L。
（4）GLUT5存在于小肠细胞：是钠离子和葡萄糖的共同运载蛋白。 （5）GLUT7位于内质网膜，运载葡萄糖-6-磷酸进入内质网内。 10.乙醛酸途径。
又称乙醛酸循环，使乙酰-CoA转变为草酰乙酸从而进入柠檬酸循环。 （1）反应式
?2乙酰-CoA?2NAD?FAD?草酰乙酸?2CoASH?2NADH?FADH2?2H?
（2）意义
在植物种子中有特别重要的意义，使萌发的种子将贮存的三酰甘油通过乙酰-CoA转变为葡萄糖。
11.乳糖的生物合成和分解。 （1）乳糖的生物合成
乳糖的生物合成需要活化的半乳糖作为前提，UDP-半乳糖就是其活化形式。在乳糖合酶作用下，UDP-半乳糖和D-葡萄糖可以缩合称D-乳糖。 （2）乳糖的分解代谢
由乳糖酶催化转变为D-半乳糖和D-葡萄糖。 12.糖蛋白糖链生物合成的特点。
（1）糖蛋白中N-糖链的合成是和肽链的生物合成同时进行的，O-糖链的合成是在肽链合成后，对肽链进行修饰加工时将糖基逐个接上去的。
（2）糖链的合成是由糖基作为供体和受体，在糖基转移酶催化下完成的。 （3）糖基转移酶对作为供体的糖基和受体都有严格的专一性。
（4）糖蛋白的肽链在糖基化过程中，作为第一个糖基受体的氨基酸残基一般是肽链中特定位点的氨基酸残基。
（5）糖链延伸时，糖基的受体则是新接上去的糖基。 13.糖蛋白寡糖部分与多肽链相连接的类型。 （1）N-连接类型寡糖的要点
①N-连接型寡糖是寡糖分子以β-N-糖苷键的形式与多肽链相连。 ②相连的部分是多肽链的天冬酰胺残基。
③与该残基相隔的氨基酸必须是丝氨酸或苏氨酸，与该残基相连的氨基酸是除脯氨酸和天冬氨酸以外的任何氨基酸。