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1、五碳糖磷酸途徑,王鳳英 副教授,五碳糖磷酸途徑,(pentose phosphate pathway)別名HMP pathway (hexose monophosphate pathway)；phosphogluconate pathway；Wahrburg-Dickens pathway,五碳糖磷酸途徑意義,(1)合成許多反應(yīng)所需之NADPH+H+，如：脂肪酸及膽固醇之合成。Glucose 6-phosphate + 12NA

2、DP+ +7H2O → 6CO2 + 12NADPH + 12H+ + H3PO4(2)生成核酸(嘌呤或嘧啶)合成所需之ribose 5-phosphateglucose 6-phosphate + 2NADP+ +H2O → ribose 5-phosphate + CO2 + 2NADPH + 2H+,細(xì)胞內(nèi)部位,(1)在肝臟、脂肪組織、腎上腺皮質(zhì)、甲狀腺、睪丸及乳腺中，磷酸己糖路徑非?；钴S。因?yàn)楣趋兰?duì)NADPH需求有限(脂肪

3、酸合成)，且肌肉對(duì)於葡萄糖能量代謝的依賴，所以磷酸己糖路徑在肌肉中的活性較低。(2) ribose合成路徑存在於需要ribose的所有細(xì)胞中。(3)細(xì)胞中之細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行。,反應(yīng)步驟,(1)由二個(gè)連續(xù)的脫氫酶反應(yīng)開始，由6-磷酸葡萄糖脫氫酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-phosphogluconatedehydrogenase) 催化。這二個(gè)反應(yīng)都需要NADP+做

4、為輔受質(zhì)，以合成NADPH做為還原反應(yīng)的產(chǎn)物。(中間反應(yīng)：Lactonase)(2) 6-磷酸葡萄糖酸(6-phosphogluconate)之脫羧基反應(yīng)(decarboxylation)，形成5-磷酸核酮糖(ribulose 5-phosphate)，再被異構(gòu)化為其醛糖同分異構(gòu)物，5-磷酸核糖(ribose 5-phosphate)。(3)可經(jīng)由轉(zhuǎn)酮酶(transketolase) 和轉(zhuǎn)醛醇縮酶transaldolase) 反應(yīng)，

5、再恢復(fù)為磷酸六碳糖。因此磷酸五碳糖再循環(huán)，不會(huì)耗費(fèi)五碳糖，但是當(dāng)重覆循環(huán)時(shí)，則產(chǎn)生NADPH。,,(4)代謝路徑中包括脫氫酶反應(yīng)，因此由NADP+產(chǎn)生NADPH，被視為此代謝路徑的氧化反應(yīng)(5)由轉(zhuǎn)酮酶、轉(zhuǎn)醛酶及磷酸六碳糖轉(zhuǎn)化酶(hexose phosphate isomerase) 催化磷酸五碳糖形成6-磷酸葡萄糖的過程，為代謝中的非氧化反應(yīng)。轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶反應(yīng)的可逆性，使磷酸六碳糖可不經(jīng)過氧化反應(yīng)，直接轉(zhuǎn)化為磷酸五碳糖。因此當(dāng)細(xì)胞

6、以較快速度進(jìn)行複製，而需要大量磷酸五碳糖以合成核酸時(shí)，可由此過程產(chǎn)生。,蠶豆癥：,與glucose 6-phosphate dehydrogenase(DHase) 缺乏有關(guān)。glucose 6-phosphate DHase是以NADP+作為輔酶，若此酵素缺乏，則NADPH製造發(fā)生困難，使得glutathione(GSH)無法還原，H2O2堆積，血紅蛋白處?kù)陡哐趸癄顟B(tài)之氧化壓力之下，容易引起紅血球細(xì)胞膜受損破裂，出現(xiàn)溶血現(xiàn)象(hemo

7、lysis)，導(dǎo)致溶血性貧血，又稱為蠶豆癥。,酒精在體內(nèi)之代謝,肝臟是酒精最主要的代謝場(chǎng)所，當(dāng)人體攝取酒精性飲料之後，酒精主要是經(jīng)由以下幾種酵素系統(tǒng)代謝：1. 酒精脫氫酶(alcohol dehydrogenase, ADH)(1)位於細(xì)胞質(zhì)中。(2)當(dāng)血液中酒精濃度較低時(shí)，酒精主要是經(jīng)由此酵素的作用進(jìn)行代謝。此外，此代謝速率受〔NAD＋〕影響，因此NAD＋為此反應(yīng)速率之限制因子。(3)代謝途徑如下：CH3CH2OH + N

8、AD＋ → CH3CHO + NADH + H＋,MEOS (micorsomal ethanol oxidizing system),細(xì)胞色素P450 2E1(cytochrome P450 2E1, CYP 2E1)(1)位於內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。(2)此酵素的活性會(huì)受到酒精所誘發(fā)。另外，此酵素亦參與許多藥物以及化學(xué)物質(zhì)之代謝反應(yīng)。(3)代謝途徑如下：CH3CH2OH + NADPH + H＋ + O2 → CH3CHO + NADP＋+

9、 2H2O,3. 過氧化氫酶(catalase),(1)位於過氧化小體(peroxisome)內(nèi)。(2)此酵素主要功能是催化過氧化氫(H2O2)代謝成水(H2O)的反應(yīng)。(3)代謝途徑如下：CH3CH2OH + 2H2O2 → CH3CHO + 2H2O + O2,4. 黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidase, XO),(1)存在細(xì)胞質(zhì)中。(2)參與嘌呤(purine)代謝之反應(yīng)，需要鐵、鉬作為輔因子。(3)代謝途徑如

10、下：CH3CH2OH + FAD + 2H2O + O2 → CH3CHO + FADH2 + 2H2O2,5. 乙醛脫氫酶(acetaldehyde dehydrogenase, ALDH),(1)存在粒線體中。(2)負(fù)責(zé)催化乙醛代謝成乙酸的反應(yīng)。(3)代謝途徑如下：CH3CHO + NAD＋+ OH－ → CH3COO－ + NADH + H＋,,長(zhǎng)期攝取酒精所導(dǎo)致的傷害,(1) 肝細(xì)胞中氧化還原─NADH／NAD+的比值增

11、加酒精代謝成乙醛及醋酸的過程當(dāng)中，需要NAD+當(dāng)成輔酵素，轉(zhuǎn)變成NADH。長(zhǎng)期酒精攝取之下會(huì)造成肝細(xì)胞中NADH／NAD+比值增加，進(jìn)而改變肝細(xì)胞中的氧化還原平衡，而使得肝細(xì)胞偏向還原狀態(tài)。此現(xiàn)象會(huì)對(duì)身體造成以下的影響：,脂質(zhì)代謝之改變─酒精性脂肪肝,長(zhǎng)期攝取酒精會(huì)促進(jìn)肝臟中脂質(zhì)合成以及抑制脂肪酸的代謝，進(jìn)而產(chǎn)生肝臟中脂質(zhì)堆積，而造成酒精性脂肪肝。因?yàn)镹ADH／NAD+的比值增加會(huì)造成三羧酸循環(huán)中脫氫酵素，如：isocitrate

12、dehydrogenase、?-ketoglutarate dehydrogenase等酵素之活性降低，造成整個(gè)循環(huán)之代謝活性降低。,酒精性脂肪肝,相反地，NADH／NAD+的比值增加會(huì)使acetyl CoA carboxylase活性增加，促進(jìn)Acetyl CoA轉(zhuǎn)變成malonyl CoA，進(jìn)而進(jìn)入脂肪酸合成的生化反應(yīng)。另外， NADH之增加亦會(huì)使得glycerophosphate dehydrogenase (GPDH)活性增加，

13、促進(jìn)dihydroxyacetone phosphate(DHAP)轉(zhuǎn)變成glycerol 3-phosphate(glycerol 3-P)，而 glycerol 3-P因?yàn)榭梢蕴峁┲|(zhì)合成所需的glycerol，其濃度升高 則會(huì)促進(jìn)脂質(zhì)生成。因此，長(zhǎng)期的酒精攝取會(huì)使得脂質(zhì)過度堆積於肝臟，造成酒精性脂肪肝。,乳酸及尿酸代謝異常,─高乳酸血癥、高尿酸血癥因長(zhǎng)期酒精攝取所造成的NADH增加亦會(huì)提高lactatedehydrohenase

14、活性，促進(jìn)乳酸形成，造成高乳酸血癥(hyperlactic acidemia)，進(jìn)而引起腎臟功能不全(kidneymalfunction)，間接影響到尿酸排泄，造成高尿酸血癥(hyperuricemia)。,維生素B群代謝異常,─維生素B群缺乏長(zhǎng)期攝取酒精會(huì)使得體內(nèi)大多數(shù)的維生素B群含量降低，尤其是B1。其作用機(jī)轉(zhuǎn)有些尚未確定，但是大多亦與身體代謝酒精的生化反應(yīng)有關(guān)。,,自由基之過度生成,由於肝臟是酒精最主要的代謝場(chǎng)所，因此，許多研究

15、均針對(duì)酒精對(duì)肝臟所造成的氧化傷害進(jìn)行研究。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，大白鼠長(zhǎng)期投予酒精後，會(huì)增加其肝臟微粒體(microsome)中活性氧類(reactive oxygen species)自由基的生成，如： O2˙、 - H2O2以及OH˙-等。研究指出，酒精造成活性氧自由基產(chǎn)生的機(jī)轉(zhuǎn)之一為長(zhǎng)期攝取酒精會(huì)使微粒體中NADPH cytochrome P450 reductase作用產(chǎn)生O2˙-，接著O2˙-可以經(jīng)由酵素SOD代謝成H2O2，而H2O

16、2則是會(huì)再經(jīng)由Haber-Weiss reaction而產(chǎn)生OH˙-，其作用機(jī)轉(zhuǎn)如下圖：,,,在大白鼠以及狒狒的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期攝取酒精會(huì)改變肝細(xì)胞中粒線體的微細(xì)構(gòu)造與功能，而在人體實(shí)驗(yàn)中也有觀察到同樣的情形。粒線體是細(xì)胞中重要的胞器之一，細(xì)胞內(nèi)許多能量代謝的反應(yīng)均在此胞器中進(jìn)行，故粒線體有細(xì)胞能量工廠之稱。在正常有氧的狀態(tài)下，肝細(xì)胞中80%的氧是被粒線體所利用，而其中約有2%的氧會(huì)導(dǎo)致ROS的生成，尤其O2˙-是和H2O2。,,因

17、此粒線體是生理上ROS產(chǎn)生的重要來源，而長(zhǎng)期攝取酒精則是會(huì)使自由基H2O2和OH˙-在粒線體中的生成量增加。長(zhǎng)期攝取酒精會(huì)使粒線體中cytochrome oxidase的活性降低，而cytochrome oxidase在粒線體呼吸電子傳遞鏈中，可以使一分子的氧(O2)轉(zhuǎn)變成二分子的水(2H2O)，反應(yīng)式如下：O2 + 4H+ + 4e－ → 2H2O,,因此， cytochrome oxidase的活性降低時(shí)，將使得電子流動(dòng)受阻，