•葡萄糖在細胞內除通過有氧氧化和無氧氧化分解產能外,還存在其他不產能的分解代謝途徑,如磷酸戊糖途徑。
•磷酸戊糖途徑是指從糖酵解的中間產物葡糖-6-磷酸開始形成旁路,通過氧化、基團轉移兩個階段,生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛,從而返回糖酵解的代謝途徑。
•磷酸戊糖途徑不能產生ATP,但可生成NADPH和磷酸核糖兩種重要產物。
一、磷酸戊糖途徑分為兩個階段
第一階段是氧化反應,生成磷酸戊糖、NADPH和CO2;第二階段是基團轉移反應,最終生成果糖-6-磷酸和3-磷酸甘油醛。全部反應在細胞質中進行。
(一)氧化階段生成NADPH和磷酸核糖
第一階段中,1分子葡糖-6-磷酸生成2分子NADPH和1分子核糖-5-磷酸,釋出1分子CO2。
(二)基團轉移階段生成磷酸己糖和磷酸丙糖
第一階段生成的NADPH和磷酸核糖,可用作體內諸多合成代謝的原料,但由於細胞對NADPH的需求量大得多,為避免磷酸核糖積累,多餘的戊糖就會進入第二階段,以便重新返回糖酵解途徑而被再次利用。
需要3分子磷酸戊糖進入第二階段,才能完成所有基團轉移反應。所以,在第二階段中,3分子磷酸戊糖最終轉變成2分子果糖-6-磷酸和1分子3-磷酸甘油醛。此外, 本階段反應過程中,還可提供3C、4C、5C、6C、7C中間產物,這些含不同碳原子數量的碳骨架也是體內生物合成所需要的碳源。
二、磷酸戊糖途徑的調節
葡糖-6-磷酸脫氫酶是磷酸戊糖途徑的關鍵酶,其活性決定葡糖-6-磷酸進入此途徑的流量。從酶含量調節的角度來看,當攝取高碳水化合物飲食、尤其是飢餓後進食時,肝內此酶的含量明顯增加,以適應脂肪酸合成時對NADPH的需要。
從酶活性快速調節的角度來看,NADPH對葡糖-6-磷酸脫氫酶有強烈的抑制作用,因此該酶活性主要受NADPH/NADP+比值的調節。比值升高,磷酸戊糖途徑被抑制;比值降低時則被激活。總之,磷酸戊糖途徑的流量取決於NADPH需求。
三、磷酸戊糖途徑是NADPH和磷酸核糖的主要來源
磷酸戊糖途徑產生的磷酸核糖和NADPH,可為體內多種合成代謝提供碳源和供氫體。對於脂質合成旺盛的組織、增殖活躍的組織、紅細胞等,磷酸戊糖途徑尤為活躍,可大量生成這兩種產物,以滿足這些組織細胞的代謝需求。
(一)提供磷酸核糖參與核酸的生物合成
體內的核糖並不依賴從食物攝入,而是通過磷酸戊糖途徑生成。磷酸核糖的生成方式有兩種:一是發生在氧化階段,由葡糖-6-磷酸氧化脫羧生成;二是發生在基團轉移階段,由糖酵解的中間產物3-磷酸甘油醛和果糖-6-磷酸通過基團轉移生成。
(二)提供NADPH作為供氫體參與多種代謝反應
與NADH不同,NADPH攜帶的氫並不通過電子傳遞鏈氧化釋出能量,而是參與許多代謝反應,發揮不同的功能。
1.NADPH是許多合成代謝的供氫體
2.NADPH參與羥化反應
3. NADPH用於維持穀胱甘肽的還原狀態
還原型穀胱甘肽是體內重要的抗氧化劑,可保護一些含巰基的蛋白質或酶免受氧化劑的損害。對於紅細胞,還原型穀胱甘肽的意義更為重要,可保護紅細胞膜的完整性。
葡糖-6-磷酸脫氫酶缺陷者,其紅細胞不能經磷酸戊糖途徑獲得充足的NADPH,不足以使穀胱甘肽保持還原狀態,因而表現出紅細胞易於破裂,發生溶血性黃疸。這種溶血現象常在食用蠶豆(是強氧化劑)後誘發,故稱為蠶豆病。