四、磷酸戊糖途径

四、磷酸戊糖途径

磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP）也是一条葡萄糖的分解代谢途径，其主要特点是葡萄糖直接脱氢和脱羧，有五碳糖形成，不必先通过三碳糖的阶段，它所产生的还原力形式为NADPH。这条途径在细胞液内进行，广泛存在于动植物细胞内。

（一）磷酸戊糖途径的反应过程

磷酸戊糖途径由一个循环式的反应体系构成。该反应体系的起始物为6-磷酸葡萄糖，经过氧化分解后产生五碳糖、CO2、无机磷酸和NADPH。磷酸戊糖途径的核心反应可概括为：6-磷酸葡萄糖+2NADP++H2O→5-磷酸核糖+2NADPH+2H++CO2

可将其全部反应划分为两个阶段：氧化阶段（oxidative phase）和非氧化阶段（nonoxidative phase）

1.氧化阶段

这个阶段包括六碳糖脱羧形成五碳糖（核酮糖ribulose），并使NADP+还原形成NADPH。氧化阶段共包括三步反应（图3-44）。

（1）6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶的作用下形成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯（6-phosphoglucono-δ-lactone）。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。酶的催化过程需要NADP+作为辅酶。

（2）6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯在一种专一内酯酶（lactonase）作用下水解，形成6-磷酸葡萄糖酸（6-phosphogluconate）。

（3）6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（6-phosphogluconate dehydrogenase）作用下，形成5-磷酸核酮糖（ribulose-5-phosphate）。该酶也是以NADP+为电子受体，催化的反应包括脱氢和脱羧步骤。

2.非氧化反应阶段

在磷酸戊糖途径中除上述三步反应外，其余都是非氧化反应阶段。包括：

（1）5-磷酸核酮糖异构化为5-磷酸核糖　在磷酸戊糖异构酶（phosphopentose isomerase）作用下，5-磷酸核酮糖通过形成烯二醇中间产物，异构化为5-磷酸核糖（ribose-5-phosphate）（图3-45）。

（2）5-磷酸核酮糖转变为5-磷酸木酮糖　在磷酸戊糖异构酶作用下，5-磷酸核酮糖转变成其差向异构体（epimer）5-磷酸木酮糖（xylulose-5-phosphate）（图3-46）。

（3）5-磷酸木酮糖与5-磷酸核糖作用，形成7-磷酸景天庚酮糖和3-磷酸甘油醛5-磷酸木酮糖不仅具有转酮酶所要求的结构，还将磷酸戊糖途径与糖酵解途径联成一体。5-磷酸木酮糖经转酮酶的作用，将两碳单位转移到5-磷酸核糖上，结果自身转变为3-磷酸甘油醛，同时形成另外一个七碳产物，即7-磷酸景天庚酮糖（sedoheptulose-7-phosphate）（图3-47）。(https://www.daowen.com)

（4）7-磷酸景天庚酮糖与3-磷酸甘油醛之间发生转醛基反应，生成6-磷酸果糖和4-磷酸赤藓糖在转醛酶（transaldolase）的催化下，7-磷酸景天庚酮糖转变为6-磷酸果糖，而3-磷酸甘油醛则转变为4-磷酸赤藓糖（erythrose-4-phosphate）。转醛酶催化的反应如图3-48。

（5）5-磷酸木酮糖和4-磷酸赤藓糖作用形成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖5-磷酸木酮糖和4-磷酸赤藓糖之间发生转酮基作用，生成糖酵解途径的两个中间产物：3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖。反应如图3-49。

6-磷酸果糖也可在磷酸葡萄糖异构酶催化下转变为6-磷酸葡萄糖。6分子6-磷酸葡萄糖通过磷酸戊糖途径后，每分子6-磷酸葡萄糖氧化脱羧失掉一分子CO2，最后又生成5分子6-磷酸葡萄糖。全部反应可用下式表示：

6（6-磷酸葡萄糖）+6H2O+12NADP+→6CO2+5（6-磷酸葡萄糖）+12NADPH+12H++Pi

由上式可看出通过磷酸戊糖途径可以使一分子6-磷酸葡萄糖全部氧化为6分子CO2，并产生12分子具有强还原力的NADPH。

在戊糖代谢的非氧化阶段中，全部反应都是可逆反应，这保证了细胞能以极大的灵活性满足自身对糖代谢中间产物以及大量还原力的需求。磷酸戊糖途径总览见图3-50。

（二）磷酸戊糖途径的调节

磷酸戊糖途径的第一步反应，即6-磷酸葡萄糖脱氢酶催化的6-磷酸葡萄糖的脱氢反应，实质上是不可逆的。在生理条件下属于限速反应（rate-limiting reaction），是一个重要的调节点。最重要的调节因子是NADP+的水平。因为NADP+在6-磷酸葡萄糖氧化生成6-磷酸葡萄糖酸-δ-内酯的反应中起电子受体的作用，形成的NADPH竞争性地抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。机体中[NAD+]/[NADH+H+]比[NADP+]/[NADPH+H+]高几个数量级，这使NADPH+H+可以进行有效的反馈抑制调节。只有NADPH+H+在脂肪生物合成中被消耗时才能解除抑制，再通过6-磷酸葡萄糖酸产生NADPH+H+。

转酮酶和转醛酶反应都是可逆反应。因此，根据细胞代谢的需要，磷酸戊糖途径和糖酵解途径可灵活地相互联系。

（三）磷酸戊糖途径的生理意义

由于磷酸戊糖途径在糖酵解受抑制的情况下仍能运行，故有磷酸己糖支路（hexose phosphate shunt）之称，它在动植物和微生物体内普遍存在，具有重要的生理意义。

磷酸戊糖途径的主要作用是产生NADPH用于生物合成；磷酸戊糖途径的直接产物是某些生物合成的原料，如磷酸戊糖途径的中间产物5-磷酸核糖是核酸合成的原料；磷酸戊糖途径与光合作用有密切关系；磷酸戊糖途径与糖的有氧、无氧分解是相联系的，如磷酸戊糖途径的中间产物3-磷酸甘油醛是3种代谢途径的枢纽。