第 25章 戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径
(Pentose phosphate pathway
and other metabolism pathway of carbohydrates)
一、戊糖磷酸途径
二、糖的其他代谢途径
三、葡萄糖出入动物细胞的特殊
运载机构
四、乙醛酸途径
五、寡糖类的生物合成和分解
一、戊糖磷酸途径
戊糖磷酸途径 （ pentose phosphate
pathway, PPP ） 又 称 己 糖 单 磷 酸 途 径
（ hexose monophosphate pathway,HMP）,
这些名称强调的是从磷酸化己糖形成磷酸化
戊糖的过程 。
戊糖磷酸途径的发现
向供研究糖酵解使用的组织匀浆中添加碘
乙酸 （ 甘油醛 -3-磷酸脱氢酶的抑制剂 ） 和氟
化钠 （ 烯醇化酶的抑制剂 ） 等糖酵解途径的抑
制剂, 发现葡萄糖的利用仍在继续 。 这个结果
说明葡萄糖的利用除了经过糖酵解途径外, 还
有其他途径 。
戊糖磷酸途径的发现
1931年, Otto Warburg及其同事, 还有 Fritz
Lipman,发现了葡萄糖 -6-磷酸脱氢酶和 6-磷酸
葡糖酸脱氢酶, 这两种酶催化的反应都可以利用
葡萄糖, 他们还发现 NADP+是这两种酶的辅酶 。
通过对这条途径的详细研究, 发现葡萄糖转变成
了多种五碳糖, 七碳糖, 四碳糖, 三碳糖, 六碳
糖的磷酸酯 。 在这条途径中, 有 CO2的释放和
NADPH的合成, 但没有 ATP的合成 。
戊糖磷酸途径概貌 Ⅰ
戊糖磷酸途径概貌 Ⅱ
戊糖磷酸途径概貌 Ⅲ
戊
糖
磷
酸
途
径
的
氧
化
阶
段
6-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖
葡萄糖 -6-磷酸 6-磷酸葡萄糖酸 -δ-内酯
葡萄糖 -6-磷酸
脱氢酶
内酯酶
6-磷酸葡萄糖酸
脱氢酶
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅰ
核酮糖 -5-磷酸
异构酶
核酮糖 -5-磷酸 烯二醇中间物 核糖 -5-磷酸
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅱ
核酮糖 -5-磷酸 木酮糖 -5-磷酸
核酮糖 -5-磷酸
差向异构酶
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅲ
转酮酶
木酮糖 -5-磷酸 核糖 -5-磷酸 甘油醛 -3-磷酸 景天庚酮
糖 -7-磷酸
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅳ
景天庚酮
糖 -7-磷酸
甘油醛 -3-磷酸 赤藓糖 -4-磷酸 果糖 -6-磷酸
转醛酶
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅴ
转酮酶
赤藓糖 -4-磷酸 甘油醛 -3-磷酸 果糖 -6-磷酸 木酮糖 -5-
磷酸
戊糖磷酸途径的总反应式
6葡萄糖 -6-磷酸＋ 7H2O＋ 12NADP+ →
5葡萄糖 -6-磷酸＋ 6CO2＋ 12NADPH＋ 12H+＋ Pi
葡萄糖 -6-磷酸＋ 7H2O＋ 12NADP+ →
6CO2＋ 12NADPH＋ 12H+＋ Pi
戊糖磷酸途径的调控
戊糖磷酸途径主要是为其他代谢途径提供
NADPH和核糖 。 细胞中 NADP+/NADPH的比
值是决定戊糖磷酸途径运行强度的重要因素,
当 NADPH浓度很高时, 抑制葡萄糖 -6-磷酸脱
氢酶及 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性, 使该途
径的氧化阶段无法进行 。
对 NADPH和核糖 -5-磷酸的需求决定戊糖磷酸途径的运行
1, 当 机体 对 核糖 -5- 磷 酸 的 需 要远 远 超过 对
NADPH的需要时, 大量的葡萄糖 -6-磷酸通过糖酵
解途径转变为果糖 -6-磷酸和甘油醛 -3-磷酸, 这两
种物质进入戊糖磷酸途径, 以逆反应的途径生成核
糖 -5-磷酸 。
2,当机体对 NADPH和核糖 -5-磷酸的需要处于平
衡状态时, 戊糖磷酸途径的前半部分正常进行, 后
半部分由于核糖 -5-磷酸的离去而运行很弱 。
3,当机体对 NADPH的需要远远超过对核糖 -5-磷
酸的需要时, 戊糖磷酸途径正常运行, 核糖 -5-磷
酸转变成葡萄糖 -6-磷酸重新进入氧化阶段 。
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的主要
途径
葡萄糖氧化释放的能量可以以 ATP的形式提
供给各种需能反应的需要, 也可以以 NADH或
NADPH的形式提供给一些还原反应的需要,
NADH可以进入呼吸电子传递链产生 ATP,而
NADPH不能进入呼吸电子传递链, 只能以还原
力的形式用于合成代谢途径中的还原反应 。
戊糖磷酸途径对红细胞的
重要作用
在脊椎动物的红细胞中戊糖磷酸途径的酶类
活性也很高 。 因为该途径提供的 NADPH可保证
红细胞中的谷胱甘肽处于还原状态, 而还原型谷
胱甘肽可维持蛋白质结构的完整性, 还可以防止
膜脂被过氧化物等氧化, 保持血红素中的 Fe处
于＋ 2价 。 有些人因遗传缺陷缺乏葡萄糖 -6-磷酸
脱氢酶, 容易产生溶血性贫血症 。
戊糖磷酸途径的生物学意义
2,戊糖磷酸途径是细胞内不同糖分子
的重要来源
许多不同碳链长度的糖都可以戊糖磷酸途
径中获得, 它们可以进一步转变成各种单糖和
多糖 。 合成各种核苷酸和各种含核糖的辅酶所
需的核糖都来源于戊糖磷酸途径 。
二、糖的其他代谢途径
葡糖异生作用
葡糖异生作用指的是以非糖物质作为前体合
成葡萄糖的作用 。 常见的可用于合成葡萄糖的物
质有：乳酸, 丙酮酸, 丙酸, 甘油, 氨基酸等 。
葡糖异生的意义
人脑以葡萄糖作为主要能量来源, 对葡萄糖有
高度依赖性 。 成人脑每日大约需要 120g葡萄糖, 占
人体对葡萄糖每日需要量 160g的绝大部分 。 已知体
液中的葡萄糖含量约为 20g,从糖原可随时提供的葡
萄糖约为 190g,因此机体在一般情况下, 体内的葡
萄糖量只够维持一天多的需要 。 如果机体处于饥饿
状态, 则必须由非糖物质转化成葡萄糖提供急需 。
当机体处于剧烈运动时, 也需要由非糖物质及时转
变成葡萄糖以供产能 。
葡糖异生途径
从丙酮酸开始, 葡糖异生的反应步骤很多都
是糖酵解的逆反应, 但糖酵解中的 3步不可逆反
应必须绕道而行 。 这 3步是
丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸
果糖 -1,6-二磷酸 → 果糖 -6-磷酸
葡萄糖 -6-磷酸 → 葡萄糖 。
丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸是先由
丙酮酸羧化酶 催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸,
再由 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 催化反应生成
磷酸烯醇式丙酮酸 。
丙酮酸羧化成草酰乙酸
N-1 羧化生物素 -酶
丙酮酸
草酰乙酸
草酰乙酸转变成磷酸
烯醇式丙酮酸
草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式
丙酮酸羧激酶
丙酮酸 → 磷酸烯醇式
丙酮酸总反应式
丙酮 酸 + ATP + GTP + H2O →
磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP + GDP + Pi
果糖 -1,6-二磷酸 → 果糖 -6-磷酸
果糖 -1,6-二磷酸酶 果糖 -1,6-二磷酸 + H
2O ———————— →
果糖 -6-磷酸 + Pi
葡萄糖 -6-磷酸 → 葡萄糖
葡萄糖 -6-磷酸酶 葡萄糖 -6-磷酸 + H
2O ——————— → 葡萄糖 ＋ Pi
葡
糖
异
生
途
径
概
貌Ⅰ
葡
糖
异
生
途
径
概
貌Ⅱ
2分子丙酮酸生成 1分子
葡萄糖总反应式
2丙酮酸 + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 6H2O →
葡萄糖 + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+
上述反应 的 ΔG0’ = － 37.66 kJ/mol
葡糖异生作用的调节 Ⅰ
葡糖异生作用的调节 Ⅱ
乳酸的可立氏循环
乙
醛
酸
循
环
此途径只存在于
植物和微生物中
③ 异柠檬酸裂解酶和④
苹果酸合酶是乙醛酸循
环体中特有的两种酶。
乙醛酸体与其它细胞器
在代谢上的联系 将脂肪酸降
解产生的乙
酰 CoA 转变
成葡萄糖 。
乙醛酸循环体
线粒体
高尔基体
(Pentose phosphate pathway
and other metabolism pathway of carbohydrates)
一、戊糖磷酸途径
二、糖的其他代谢途径
三、葡萄糖出入动物细胞的特殊
运载机构
四、乙醛酸途径
五、寡糖类的生物合成和分解
一、戊糖磷酸途径
戊糖磷酸途径 （ pentose phosphate
pathway, PPP ） 又 称 己 糖 单 磷 酸 途 径
（ hexose monophosphate pathway,HMP）,
这些名称强调的是从磷酸化己糖形成磷酸化
戊糖的过程 。
戊糖磷酸途径的发现
向供研究糖酵解使用的组织匀浆中添加碘
乙酸 （ 甘油醛 -3-磷酸脱氢酶的抑制剂 ） 和氟
化钠 （ 烯醇化酶的抑制剂 ） 等糖酵解途径的抑
制剂, 发现葡萄糖的利用仍在继续 。 这个结果
说明葡萄糖的利用除了经过糖酵解途径外, 还
有其他途径 。
戊糖磷酸途径的发现
1931年, Otto Warburg及其同事, 还有 Fritz
Lipman,发现了葡萄糖 -6-磷酸脱氢酶和 6-磷酸
葡糖酸脱氢酶, 这两种酶催化的反应都可以利用
葡萄糖, 他们还发现 NADP+是这两种酶的辅酶 。
通过对这条途径的详细研究, 发现葡萄糖转变成
了多种五碳糖, 七碳糖, 四碳糖, 三碳糖, 六碳
糖的磷酸酯 。 在这条途径中, 有 CO2的释放和
NADPH的合成, 但没有 ATP的合成 。
戊糖磷酸途径概貌 Ⅰ
戊糖磷酸途径概貌 Ⅱ
戊糖磷酸途径概貌 Ⅲ
戊
糖
磷
酸
途
径
的
氧
化
阶
段
6-磷酸葡萄糖酸 5-磷酸核酮糖
葡萄糖 -6-磷酸 6-磷酸葡萄糖酸 -δ-内酯
葡萄糖 -6-磷酸
脱氢酶
内酯酶
6-磷酸葡萄糖酸
脱氢酶
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅰ
核酮糖 -5-磷酸
异构酶
核酮糖 -5-磷酸 烯二醇中间物 核糖 -5-磷酸
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅱ
核酮糖 -5-磷酸 木酮糖 -5-磷酸
核酮糖 -5-磷酸
差向异构酶
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅲ
转酮酶
木酮糖 -5-磷酸 核糖 -5-磷酸 甘油醛 -3-磷酸 景天庚酮
糖 -7-磷酸
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅳ
景天庚酮
糖 -7-磷酸
甘油醛 -3-磷酸 赤藓糖 -4-磷酸 果糖 -6-磷酸
转醛酶
戊糖磷酸途径的
非氧化阶段 Ⅴ
转酮酶
赤藓糖 -4-磷酸 甘油醛 -3-磷酸 果糖 -6-磷酸 木酮糖 -5-
磷酸
戊糖磷酸途径的总反应式
6葡萄糖 -6-磷酸＋ 7H2O＋ 12NADP+ →
5葡萄糖 -6-磷酸＋ 6CO2＋ 12NADPH＋ 12H+＋ Pi
葡萄糖 -6-磷酸＋ 7H2O＋ 12NADP+ →
6CO2＋ 12NADPH＋ 12H+＋ Pi
戊糖磷酸途径的调控
戊糖磷酸途径主要是为其他代谢途径提供
NADPH和核糖 。 细胞中 NADP+/NADPH的比
值是决定戊糖磷酸途径运行强度的重要因素,
当 NADPH浓度很高时, 抑制葡萄糖 -6-磷酸脱
氢酶及 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性, 使该途
径的氧化阶段无法进行 。
对 NADPH和核糖 -5-磷酸的需求决定戊糖磷酸途径的运行
1, 当 机体 对 核糖 -5- 磷 酸 的 需 要远 远 超过 对
NADPH的需要时, 大量的葡萄糖 -6-磷酸通过糖酵
解途径转变为果糖 -6-磷酸和甘油醛 -3-磷酸, 这两
种物质进入戊糖磷酸途径, 以逆反应的途径生成核
糖 -5-磷酸 。
2,当机体对 NADPH和核糖 -5-磷酸的需要处于平
衡状态时, 戊糖磷酸途径的前半部分正常进行, 后
半部分由于核糖 -5-磷酸的离去而运行很弱 。
3,当机体对 NADPH的需要远远超过对核糖 -5-磷
酸的需要时, 戊糖磷酸途径正常运行, 核糖 -5-磷
酸转变成葡萄糖 -6-磷酸重新进入氧化阶段 。
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的主要
途径
葡萄糖氧化释放的能量可以以 ATP的形式提
供给各种需能反应的需要, 也可以以 NADH或
NADPH的形式提供给一些还原反应的需要,
NADH可以进入呼吸电子传递链产生 ATP,而
NADPH不能进入呼吸电子传递链, 只能以还原
力的形式用于合成代谢途径中的还原反应 。
戊糖磷酸途径对红细胞的
重要作用
在脊椎动物的红细胞中戊糖磷酸途径的酶类
活性也很高 。 因为该途径提供的 NADPH可保证
红细胞中的谷胱甘肽处于还原状态, 而还原型谷
胱甘肽可维持蛋白质结构的完整性, 还可以防止
膜脂被过氧化物等氧化, 保持血红素中的 Fe处
于＋ 2价 。 有些人因遗传缺陷缺乏葡萄糖 -6-磷酸
脱氢酶, 容易产生溶血性贫血症 。
戊糖磷酸途径的生物学意义
2,戊糖磷酸途径是细胞内不同糖分子
的重要来源
许多不同碳链长度的糖都可以戊糖磷酸途
径中获得, 它们可以进一步转变成各种单糖和
多糖 。 合成各种核苷酸和各种含核糖的辅酶所
需的核糖都来源于戊糖磷酸途径 。
二、糖的其他代谢途径
葡糖异生作用
葡糖异生作用指的是以非糖物质作为前体合
成葡萄糖的作用 。 常见的可用于合成葡萄糖的物
质有：乳酸, 丙酮酸, 丙酸, 甘油, 氨基酸等 。
葡糖异生的意义
人脑以葡萄糖作为主要能量来源, 对葡萄糖有
高度依赖性 。 成人脑每日大约需要 120g葡萄糖, 占
人体对葡萄糖每日需要量 160g的绝大部分 。 已知体
液中的葡萄糖含量约为 20g,从糖原可随时提供的葡
萄糖约为 190g,因此机体在一般情况下, 体内的葡
萄糖量只够维持一天多的需要 。 如果机体处于饥饿
状态, 则必须由非糖物质转化成葡萄糖提供急需 。
当机体处于剧烈运动时, 也需要由非糖物质及时转
变成葡萄糖以供产能 。
葡糖异生途径
从丙酮酸开始, 葡糖异生的反应步骤很多都
是糖酵解的逆反应, 但糖酵解中的 3步不可逆反
应必须绕道而行 。 这 3步是
丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸
果糖 -1,6-二磷酸 → 果糖 -6-磷酸
葡萄糖 -6-磷酸 → 葡萄糖 。
丙酮酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸是先由
丙酮酸羧化酶 催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸,
再由 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 催化反应生成
磷酸烯醇式丙酮酸 。
丙酮酸羧化成草酰乙酸
N-1 羧化生物素 -酶
丙酮酸
草酰乙酸
草酰乙酸转变成磷酸
烯醇式丙酮酸
草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式
丙酮酸羧激酶
丙酮酸 → 磷酸烯醇式
丙酮酸总反应式
丙酮 酸 + ATP + GTP + H2O →
磷酸烯醇式丙酮酸 + ADP + GDP + Pi
果糖 -1,6-二磷酸 → 果糖 -6-磷酸
果糖 -1,6-二磷酸酶 果糖 -1,6-二磷酸 + H
2O ———————— →
果糖 -6-磷酸 + Pi
葡萄糖 -6-磷酸 → 葡萄糖
葡萄糖 -6-磷酸酶 葡萄糖 -6-磷酸 + H
2O ——————— → 葡萄糖 ＋ Pi
葡
糖
异
生
途
径
概
貌Ⅰ
葡
糖
异
生
途
径
概
貌Ⅱ
2分子丙酮酸生成 1分子
葡萄糖总反应式
2丙酮酸 + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 6H2O →
葡萄糖 + 4ADP + 2GDP + 6Pi + 2NAD+
上述反应 的 ΔG0’ = － 37.66 kJ/mol
葡糖异生作用的调节 Ⅰ
葡糖异生作用的调节 Ⅱ
乳酸的可立氏循环
乙
醛
酸
循
环
此途径只存在于
植物和微生物中
③ 异柠檬酸裂解酶和④
苹果酸合酶是乙醛酸循
环体中特有的两种酶。
乙醛酸体与其它细胞器
在代谢上的联系 将脂肪酸降
解产生的乙
酰 CoA 转变
成葡萄糖 。
乙醛酸循环体
线粒体
高尔基体
