生物化學(xué)糖酵解

1、重點(diǎn)：重點(diǎn)： 糖酵解的反應(yīng)途徑糖酵解的反應(yīng)途徑 糖酵解過程中的能量轉(zhuǎn)變糖酵解過程中的能量轉(zhuǎn)變 糖的分解代謝 生物體中提供能量的主要物質(zhì)是 ATP，而ATP 的形成主要有糖的分解代謝產(chǎn)生 葡萄糖 酵解 丙酮酸 OX 乙酰CoA 三羧酸循環(huán) CO2+H2O 無氧分解 （有氧、無氧） 有氧分解 （有氧） 一、糖酵解（glycolysis)概念 也稱EMP（Embden Meyerhof 途徑），指葡 萄糖在無氧條件下分解生成 2分子丙酮酸并釋放出 能量的過程。 ?總反應(yīng)式： Glc+2Pi+2ADP+2NAD + 2丙酮酸2ATP+2NADH+H +2H 2O 它是氧化磷酸化和三羧酸循環(huán)的前奏。 是

2、動(dòng)物、植物、微生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量 的共同代謝途徑。 二、糖酵解途徑的實(shí)驗(yàn)依據(jù) ?酵母抽提液的發(fā)酵速度比完整酵母慢，且逐漸緩 慢直至停頓 ?如果加入無機(jī)磷酸鹽，可以恢復(fù)發(fā)酵速度，但不 久又會(huì)再次緩慢，同時(shí)加入的磷酸鹽濃度逐漸下 降。 上述現(xiàn)象說明在發(fā)酵過程中需要磷酸，可能磷 酸與葡萄糖代謝中間產(chǎn)物生成了糖磷酸酯。完整 細(xì)胞可通過ATP水解提供磷酸。 ?將酵母液透析后就會(huì)失去發(fā)酵能力 ?將酵母液加熱到50也會(huì)失去發(fā)酵能力 ?將經(jīng)過透析失活的酵母液混合在一起后又恢復(fù)發(fā) 酵能力 由此推斷發(fā)酵需要兩類物質(zhì)：一是熱不穩(wěn)定的， 不可透析的組分即酶；二是熱穩(wěn)定的可透析的組 分，如輔酶、ATP、金屬離

3、子等。 ?碘乙酸對(duì)酵母生長(zhǎng)有抑制作用 ?將葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保溫，可以 分離出少量的磷酸丙糖（主要是 3-磷酸甘油醛和 磷酸二羥丙酮的平衡混合物） 因此推斷磷酸己糖可能裂解為兩分子三碳糖，而 碘乙酸對(duì)三碳糖進(jìn)一步分解的酶有抑制作用。 ?氟化鈉對(duì)酵母生長(zhǎng)也有抑制作用 ?將1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及 氟化鈉一起保溫有磷酸甘油酸積累（ 3-和2-磷酸 甘油酸的平衡混合物） 由此推斷3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化產(chǎn) 物，2-磷酸甘油酸又是前者變位后的產(chǎn)物，氟化 鈉對(duì)2-磷酸甘油酸進(jìn)一步反應(yīng)的酶有抑制作用 三、糖酵解途徑 場(chǎng)所:細(xì)胞質(zhì)(胞液)中氧氣:不需要 ?糖酵解過

4、程 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 果糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油酸磷酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 b 1 糖原 1 - 磷酸葡萄糖 ?糖酵解可分為兩個(gè)階段： 1分子葡萄糖分解為2分子丙酮酸需經(jīng)10步反應(yīng)， 前5步反應(yīng)為準(zhǔn)備階段，1Glc轉(zhuǎn)變?yōu)?三碳物：磷 酸二羥丙酮和3-磷酸甘油醛，消耗2ATP 。 第二階段是能量獲得階段（payoff phase) ， 3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔?生成4ATP 和 2NADH +H +。 葡萄糖的碳架分解產(chǎn)生丙酮酸、磷酸化 ADP 產(chǎn)生ATP 、產(chǎn)生的氫轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADH 。 （一）

5、葡萄糖的磷酸化 第一階段的反應(yīng) 催化這一反應(yīng)的酶有己糖激酶和葡萄糖激酶。己糖激 酶專一性弱，Km值小，存在所有的細(xì)胞內(nèi)；別構(gòu)調(diào)節(jié)酶, 受ADP和葡萄糖6-磷酸的變構(gòu)抑制。 葡萄糖激酶專一行強(qiáng)，Km值高，在肝臟中，當(dāng)肝糖濃 度較高時(shí)，催化葡萄糖6-磷酸的合成，維持血糖的穩(wěn)定. ?糖酵解過程中的中間產(chǎn)物都帶有磷酸基團(tuán)，它們 的意義在于： 1.磷酸化導(dǎo)致負(fù)離子，使分子產(chǎn)生極性，使產(chǎn)物不 致流失到膜外； 2.磷酸基團(tuán)起一種信號(hào)作用，易于被酶識(shí)別； 3.磷酸基團(tuán)最終形成ATP，保存了能量。 該酶有絕對(duì)的底物專一性和立體專一性。 6PG,E4P 和S7P等是該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。 （三）果糖6-磷酸生成果糖

6、1,6二磷酸 這是一個(gè)不可逆反應(yīng)。 催化該反應(yīng)的是一種變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，也是酵解過程中最重 要的限速酶。ATP有抑制作用，AMP可消除這種抑制作 用。H+對(duì)該酶也有一種抑制作用，這可防止乳酸中毒。 該反應(yīng)對(duì)下一步的裂解做好了準(zhǔn)備。 （四）果糖-1,6-二磷酸轉(zhuǎn)變成 三碳化合物 該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能表明該反應(yīng)是趨向與縮合，但 在細(xì)胞中由于底物濃度的驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)趨向于裂解。 兩個(gè)三碳糖相同的原子序號(hào)其來源不同。 （五）二羥丙酮轉(zhuǎn)變成甘油醛 3-磷酸 該反應(yīng)盡管平衡點(diǎn)處二羥丙酮的濃度要高，但由 于后續(xù)反應(yīng)對(duì)甘油醛的消耗，導(dǎo)致反應(yīng)趨向甘油 醛方向。 丙糖磷酸異構(gòu)酶丙糖磷酸異構(gòu)酶 第二階段的反應(yīng) 該反應(yīng)中產(chǎn)生第一

7、個(gè)還原型的輔酶 I(NADH H +),同時(shí)吸收1分子無機(jī)磷酸。碘乙酸是一種不可逆 抑制劑，它與-SH結(jié)合。砷酸使得其氧化作用與磷酸 化作用解偶聯(lián)，即反應(yīng)仍進(jìn)行，但未形成高能磷酸鍵。 砷酸的結(jié)構(gòu)和磷酸類似，故是該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。但產(chǎn)物為 1砷酸，3 -磷酸甘油酸，后者易水解成3 -磷酸甘油酸。 高能鍵 (二）由1,3-二磷酸甘油酸生成3磷酸甘油酸 這是酵解過程第一個(gè)產(chǎn)生ATP 的部位。 （三）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-磷酸甘油酸 該反應(yīng)通過一個(gè)中間產(chǎn)物:2,3-二磷酸甘油酸。當(dāng)3-磷 酸甘油酸與酶結(jié)合后，酶分子上的磷酸轉(zhuǎn)移到2位，生 成 2,3-二磷酸甘油酸，使酶分子的活性部位再結(jié)合1分 子的

8、磷酸，同時(shí)產(chǎn)生游離的2-磷酸甘油酸。 （四）2-磷酸甘油酸脫水生成烯醇式丙酮酸 這一步反應(yīng)的作用是為下一步將其高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變成 ATP作準(zhǔn)備。 氟化物是酶的強(qiáng)抑制劑。氟與鎂、磷酸形成復(fù)合物， 取代酶分子上鎂的位置使酶失活。 Mg2+ 高能磷酸化合物高能磷酸化合物 （五）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸并產(chǎn)生 ATP 這是第二個(gè)產(chǎn)生ATP的部位，生成的丙酮酸是共同途徑 的終產(chǎn)物，無氧發(fā)酵和有氧呼吸在此之后開始分支。 丙酮酸激酶是一個(gè)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，ATP、長(zhǎng)鏈脂肪酸、乙 酰CoA、丙氨酸為負(fù)調(diào)節(jié)物；果糖-1，6-二磷酸和磷酸烯 醇式丙酮酸為正調(diào)節(jié)物。 Mg2+ 四、酵解過程中能量的產(chǎn)生 以葡萄糖為起點(diǎn) 無

9、氧情況下: GG-6-P-1ATP F-6- PF-1 ，6-dip -1ATP 2 1,3- 二磷酸甘油酸2甘油酸-3-磷酸 +2ATP 2PEP2Py +2ATP 除2分子ATP外，還生成2分子NADH 凈增2ATP 葡萄糖2Pi+2ADP+2NAD + 2丙酮酸2ATP+2NADH+2H +2H 2 O 五、丙酮酸的去路 丙酮酸 無氧或 相對(duì)缺氧 有氧： 酒精發(fā)酵 乳酸發(fā)酵 乳酸脫氫酶 丙酮酸乳酸 丙酮酸 丙酮酸脫羧酶 乙醛乙醇 乙醇脫氫酶 丙酮酸CO2+H2O 氧化脫羧 CH3COSCoA TCA cycle 肌肉中： 酵母菌中： 五、丙酮酸的去路 六、NADH+H +的命運(yùn) 無氧條件

10、下: 通過乙醇發(fā)酵受氫，解決重氧化 通過乳酸發(fā)酵受氫，解決重氧化 有氧條件下: 通過呼吸鏈遞氫，最終生成 H 2O,并生成ATP 乳酸生成 (發(fā)酵) 動(dòng)物包括人在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)或供氧不足時(shí)： 丙酮酸 丙酮酸脫羧酶 乙醛乙醇 乙醇脫氫酶 酒精發(fā)酵 酵母在無氧條件下，進(jìn)行乙醇發(fā)酵。 CO2 NADHNAD 七、糖酵解作用的調(diào)節(jié) 糖酵解代謝途徑有三個(gè)關(guān)鍵酶： 己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶 三種酶催化的反應(yīng)均為不可逆的，因此，都具有 調(diào)節(jié)糖酵解的作用。 其中，磷酸果糖激酶所催化的反應(yīng)是糖酵解的 限 速步驟。 1.磷酸果糖激酶（PFK）的調(diào)節(jié) ATP：高濃度的ATP使酶與底物F-6-P的親和力 降 低

11、，從而抑制該酶活性。 檸檬酸：通過加強(qiáng)ATP的抑制效應(yīng)來抑制該酶的 活性。 H+抑制 果糖-2,6-二磷酸：是該酶的強(qiáng)激動(dòng)劑。能提高 果糖激酶與果糖6磷酸的親合力，并降 低ATP 的抑制效應(yīng)。別構(gòu)調(diào)控。 2.己糖激酶的調(diào)節(jié) 該酶受其催化產(chǎn)物G-6-P的抑制。 3.丙酮酸激酶的調(diào)節(jié) 果糖-1,6-二磷酸對(duì)該酶有激活作用； ATP是該酶的變構(gòu)抑制劑； 丙氨酸為該酶的變構(gòu)抑制劑； 共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：該酶的去磷酸化形式為活性形 式；磷酸化形式為非活性形式。 高濃度葡萄糖促進(jìn)該酶的去磷酸化； 八、其它糖進(jìn)入糖酵解的途徑 6-磷酸葡萄糖 葡萄糖 果糖 6-磷酸果糖 3-磷酸甘油醛 磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油酸磷酸 3-磷酸甘油酸 2-磷酸