磷酸戊糖途径的基本过程（磷酸戊糖途径与细胞氧化还原平衡）

葡萄糖通过酵解和三羧酸循环氧化分解，可以提供大量能量。除此以外，细胞中还有磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等代谢通路，各有不同功能。

磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway，PPP）在细胞质中进行，将葡萄糖转变成5-磷酸核糖，同时生成NADPH。核糖用于核酸及一些辅酶的合成，NADPH称为还原力，用于生物合成和抗氧化。

磷酸戊糖途径分为两个阶段，第一阶段是不可逆的氧化阶段，由葡萄糖-6-磷酸生成核酮糖-5-磷酸，并产生NADPH。第二阶段是可逆的分子重排阶段，将5-磷酸核酮糖转变为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，以进入糖酵解。因为此途径不含二磷酸己糖中间物，所以又称为己糖单磷酸途径（hexose monophosphate pathway， HMP）。相应地，糖酵解又称为己糖二磷酸途径（hexose diphosphate pathway）。

PPP产物可进入糖酵解。引自Protein Cell. 2014;5(8):592-602.

氧化阶段首先是葡萄糖-6-磷酸生成6-磷酸葡萄糖酸内酯，并产生NADPH。这是一个不可逆反应，由葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH，此途径的限速酶）催化反应，受NADPH反馈抑制。之后内酯水解，生成的6-磷酸葡萄糖酸再脱氢脱羧，生成5-磷酸核酮糖，并产生第二个NADPH。

分子重排阶段先由5-磷酸核酮糖依次异构成5-磷酸核糖和5-磷酸木酮糖。然后经过转酮-转醛-转酮过程，生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。重排的总反应是：

3 核糖-5-磷酸=2 果糖-6-磷酸 甘油醛-3-磷酸

转酮反应

催化转酮反应的转酮醇酶需TPP和镁离子，转醛酶则不需要辅酶。转酮反应转移2个碳原子，产物为L-构型；转醛转3个碳原子，产物为D-构型。分子重排是可逆过程，如果细胞中核糖过多，可以由此进入酵解；如果核糖不足，也可以通过逆反应进行合成。另外，其中间产物赤藓糖4-磷酸、景天庚酮糖7-磷酸是芳香族氨基酸合成的前体。

转醛反应

如果从葡萄糖开始，磷酸戊糖途径其实可以看作糖酵解的一个支路。所以糖酵解的限速酶是PFK而不是HK，这样可以避免细胞能量充足时抑制磷酸戊糖途径，造成还原力缺乏而无法进行合成代谢。

酵解的第二步反应是可逆的，反应方向由两侧的相对浓度控制。磷酸葡萄糖异构酶受6-磷酸葡萄糖酸竞争性抑制，而且pH降低使抑制加强。所以乳酸积累时PPP以此抑制酵解，以免组织过酸。

NADPH用于生物分子合成过程中的还原反应，如脂肪酸、胆固醇、脱氧核糖、四氢叶酸等物质的合成。NADPH还用于氧化型谷胱甘肽的还原，维持细胞的氧化还原平衡。PPP的通量主要由还原力的多少决定。

对于肿瘤细胞，PPP非常很重要。肿瘤细胞不仅DNA合成活跃，需要大量还原力，而且较高的ROS水平也需要更多NADPH来维持氧化还原平衡。所以肿瘤细胞PPP通量更高，其限速酶G6PDH表达也更多。目前有许多研究试图通过抑制PPP来治疗肿瘤，G6PDH是主要靶标（Biomol Ther (Seoul). 2018 Jan; 26(1): 29–38.）。

活性氧调控酵解与PPP。引自Innovative Medicine: Basic Research

氧化剂处理会导致GAPDH失活。这会抑制酵解，增加磷酸戊糖途径流量，以增加NADPH产量，提高细胞抗氧化能力。活性氧（ROS）通过抑制PFK1、GAPDH和PKM2抑制糖酵解，促进PPP（Innovative Medicine: Basic Research and Development [Internet]. Tokyo: Springer; 2015.）。

活性氧调控酵解与磷酸戊糖途径。引自Innovative Medicine: Basic Resear

NADPH与NADH可以通过线粒体的转氢酶（nicotinamide nucleotide transhydrogenase，NNT）互相转化。有研究认为NNT也在一些癌症中其重要作用（Redox Biol. 2018 Sep; 18: 246–255.）