生物化学与分子生物学/磷酸戊糖途径

糖代谢 - 糖的摄取与利用 - 糖的无氧氧化 - 糖的有氧氧化 - 磷酸戊糖途径 - 糖原的合成与分解 - 糖异生 - 葡萄糖的其他代谢途径 - 血糖及其调节
葡萄糖在细胞内除通过有氧氧化和无氧氧化分解产能外，还存在其他不产能的分解代谢途径，如磷酸戊糖途径。磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)是指从糖酵解的中间产物葡糖-6-磷酸开始形成旁路，通过氧化、基团转移两个阶段生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛，从而返回糖酵解的代谢途径。磷酸戊糖途径不能产生ATP,但可生成NADPH和磷酸核糖两种重要产物。

磷酸戊糖途径分为两个阶段

葡糖-6-磷酸进入磷酸戊糖途径分解，其过程分为两个阶段：第一阶段是氧化反应，生成磷酸戊糖、NADPH和CO₂; 第二阶段是基团转移反应，最终生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛。全部反应在细胞质中进行。

氧化阶段生成NADPH和磷酸核糖

葡糖-6-磷酸进入第一阶段的反应包括：

• 在葡糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)催化下，葡糖-6-磷酸氧化成 6-磷酸葡糖酸内酯，脱下的氢由NADP⁺接受而生成NADPH,此反应需要Mg²⁺参与。
• 由内酯酶(lactonase)催化，6-磷酸葡糖酸内酯水解为 6-磷酸葡糖酸。
• 由 6-磷酸葡糖酸脱氢酶催化，6-磷酸葡糖酸氧化脱羧生成核酮糖-5-磷酸，同时生成NADPH及C0₂。
• 核酮糖-5-磷酸经异构酶催化，转变成核糖-5-磷酸；或者经差向异构酶催化，转变为木酮糖-5-磷酸。

这些磷酸戊糖之间的相互转变均为可逆反应。总之，第一阶段中，1分子葡糖-6-磷酸生成2分子NADPH和1分子核糖-5-磷酸，释出1分子C0₂。

基团转移阶段生成磷酸已糖和磷酸丙糖

第一阶段生成的NADPH和磷酸核糖，可用作体内诸多合成代谢的原料，但由于细胞对NADPH的需求量大得多，为避免磷酸核糖积累，多余的戊糖就会进入第二阶段，以便重新返回糖酵解途径而被再次利用。
需要3分子磷酸戊糖进入第二阶段，才能完成所有基团转移反应。一系列基团转移的接受体都是醋糖，反应分为两类：一类是转酮醇酶(transketolase)反应，转移含l个酮基、1个醇基的2碳基团；另一类是转醛醇酶(transaldolase)反应，转移3碳单位。这些基团转移均为可逆反应。简而言之，在第二阶段中，3分子磷酸戊糖最终转变成2分子果糖-6-磷酸和1分子3-磷酸甘油醛。此外，本阶段反应过程中，还可提供3C、4C、5C、6C、7C中间产物，这些含不同碳原子数量的碳骨架也是体内生物合成所需要的碳源。
综上，磷酸戊糖途径的总反应为：
3×葡糖-6-磷酸+6NADP⁺→2×果糖-6-磷酸+3-磷酸甘油醛+6NADPH+6H⁺+3C0₂

磷酸戊糖途径主要受NADPH/NADP⁺比值的调节

葡糖-6-磷酸可进入多条代谢途径。葡糖-6-磷酸脱氢酶是磷酸戊糖途径的关键酶，其活性决定葡糖-6-磷酸进入此途径的流量。从酶含量调节的角度来看，当摄取高碳水化合物饮食、尤其是饥饿后进食时，肝内此酶的含盘明显增加，以适应脂肪酸合成时对NADPH的需要。从酶活性快速调节的角度来看，NADPH对葡糖-6-磷酸脱氢酶有强烈的抑制作用，因此该酶活性主要受NADPH/NADP⁺比值的调节。比值升高，磷酸戊糖途径被抑制；比值降低时则被激活。总之，磷酸戊糖途径的流量取决于NADPH需求。

磷酸戊糖途径是NADPH和磷酸核糖的主要来源

磷酸戊糖途径产生的磷酸核糖和NADPH,可为体内多种合成代谢提供碳源和供氢体。对于脂质合成旺盛的组织（如肝、脂肪组织、哺乳期的乳腺）、增殖活跃的组织（如骨髓、肿瘤）、红细胞等，磷酸戊糖途径尤为活跃，可大量生成这两种产物，以满足这些组织细胞的代谢需求。

提供磷酸核糖参与核酸的生物合成

核糖是核苷酸的基本组分。体内的核糖并不依赖从食物摄入，而是通过磷酸戊糖途径生成。磷酸核糖的生成方式有两种：一是发生在氧化阶段，由葡糖-6-磷酸氧化脱羧生成；二是发生在基团转移阶段，由糖酵解的中间产物3-磷酸甘油醒和果糖-6-磷酸通过基团转移生成。这两种方式的相对重要性因物种而异，因器官而异。 例如，人体主要通过第一种方式生成磷酸核糖，但肌组织内因缺乏葡糖-6-磷酸脱氢酶故通过第二种方式生成磷酸核糖。

提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应

与NADH不同，NADPH携带的氢并不通过电子传递链氧化释出能量，而是参与许多代谢反应，发挥不同的功能。

• NADPH是许多合成代谢的供氢体
  • 参与脂质合成：从乙酰CoA合成脂肪酸和胆固醇，中间涉及多步还原反应，需要NADPH供氢；
  • 参与氨基酸合成：机体合成非必需氨基酸时，先由α-酮戊二酸、NH₃和NADPH生成谷氨酸，后者再与其他α-酮酸进行转氨基反应而生成相应的氨基酸。
• NADPH参与羟化反应，需要NADPH的羟化反应包括：
  • 与生物合成相关的羟化反应：从鲨烯合成胆固醇，从胆固醇合成胆汁酸、类固醇激素，从血红素合成胆红素等，均涉及NADPH参与的羟化步骤；
  • 与生物转化(biotransformation)相关的羟化反应：使某些药物、毒物发生羟化作用的细胞色素P450单加氧酶，也需要NADPH参与反应。
• NADPH用于维持谷胱甘肽的还原状态
  • 谷胱甘肽(glutathione, GSH)是 一个三肽，2分子GSH可以脱氢生成氧化型谷胱甘肽(GSSG), 而后者可在谷胱甘肽还原酶作用下，被NADPH重新还原成为还原型谷胱甘肽。
  • 还原型谷胱甘肽是体内重要的抗氧化剂，可保护一些含巯基的蛋白质或酶免受氧化剂（尤其是过氧化物）的损害。对于红细胞，还原型谷胱甘肽的意义更为重要，可保护红细胞膜的完整性。葡糖-6-磷酸脱氢酶缺陷者，其红细胞不能经磷酸戊糖途径获得充足的NADPH, 不足以使谷胱甘肽保持还原 状态，因而表现出红细胞（尤其是较老的红细胞）易于破裂，发生溶血性黄疽。这种溶血现象常在食用蚕豆（是强氧化剂）后诱发， 故称为蚕豆病。