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磷酸戊糖途径(pentosephosphatepathway)是在动物、植物和微生物中普遍存在的一条糖降解代谢途径，并且起着非常重要的作用。其中主要有1)合成NADPH，NADPH是很多生物合成过程的还原剂，并且对缓解生物体内的氧化压力起着重要作用。2）生成5-磷酸核糖，5-磷酸核糖是核酸和核苷酸的必要组成成分，而生物体中的5-磷酸核糖都来自磷酸戊糖途径。由于磷酸戊糖途径的重要性及其在生物体中的普遍性，磷酸戊糖途径的酶与很多疾病相关，并且是潜在的药物靶点。本文阐述了对来自人源磷酸戊糖途径的3个关键酶:磷酸戊糖差向异构酶hRPE，6-磷酸葡萄糖酸内酯酶hPGLS和转酮酶hTKT结构和功能的研究。
磷酸戊糖差向异构酶在磷酸戊糖途径中起着将5-磷酸核酮糖异构化为5-磷酸核酮糖的作用，并且是细胞应对氧化压力的一个关键酶。为了研究其生化功能及在缓解氧化压力中所起得作用，我们用结构生物学和生物化学的方法对hRPE的结构和功能进行了系统研究。结果证实hRPE结合Fe2+作为其催化反应的辅基，由于Fe2+在芬顿反应中的重要作用，我们推测hRPE通过结合Fe2+抑制了芬顿反应的发生，从而减缓了氧化压力。hRPE与其底物5-磷酸核酮糖和5-磷酸木酮糖的二元复合物晶体结构的解析使我们首次在分子水平获得了hRPE与其底物结合的精细三维结构模型。hRPE是典型的(β/α)8桶状结构，有一段柔性区域在其活性中心的入口控制着底物的进出。正如之前的研究所示，两个天冬氨酸在活性中心起着传递质子的作用，不同的是复合物结构显示Ser10可能参与了质子传递的过程，而突变和功能试验证实了我们的发现，hRPE的Ser10A突变体丧失了几乎所有活性。
6-磷酸葡萄糖酸内酯酶来自磷酸戊糖途径的氧化阶段，在很多寄生虫中起着特殊作用。我们解析了人源6-磷酸葡萄糖酸内酯酶hPGLS的1.5(A)分辨率的晶体结构，为PGLS作为靶点设计药物治疗寄生虫病提供了良好的模型。
转酮酶是磷酸戊糖途径非氧化阶段的关键酶。癌变细胞中合成核酸和核苷酸所使用的5-磷酸核糖大多数来自于转酮酶的反应。我们解析了人源转酮酶hTKT的2.75(A)分辨率的晶体结构，并且通过热漂移检测(ThermoShiftAssay)在中药库中筛选到了能与hTKT紧密结合的小分子配体。对于hTKT的中药小分子配体的深入研究可能会最终得到一种全新的治疗癌症的药物。