生物化學(xué)ii（蘇維恒）糖酵解

1、糖糖 代代 謝謝Chapter11 糖酵解作用糖酵解作用(Glycolysis)一、糖類基礎(chǔ)知識(shí)回顧一、糖類基礎(chǔ)知識(shí)回顧二、糖酵解作用的研究歷史二、糖酵解作用的研究歷史三、糖酵解過程概述三、糖酵解過程概述四、糖酵解和酒精發(fā)酵的全過程圖解四、糖酵解和酒精發(fā)酵的全過程圖解五、糖酵解第一階段的反應(yīng)機(jī)制五、糖酵解第一階段的反應(yīng)機(jī)制六、糖酵解第二階段六、糖酵解第二階段放能階段的反應(yīng)機(jī)制放能階段的反應(yīng)機(jī)制七、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算七、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算八、丙酮酸的去路八、丙酮酸的去路九、糖酵解作用的調(diào)節(jié)九、糖酵解作用的調(diào)節(jié)十、其他六碳糖進(jìn)入糖酵解途徑十、其他六碳糖進(jìn)

2、入糖酵解途徑糖代謝總論糖代謝總論Glycolysis is a Ubiquitous pathwayv 糖代謝包括分解代謝分解代謝和合成代謝合成代謝。v 動(dòng)物和大多數(shù)微生物所需的能量，主要是由糖的分解代謝提供的。另一方面，糖分解的中間產(chǎn)物，又為生物體合成其它類型的生物分子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳源或碳鏈骨架碳源或碳鏈骨架。v 植物和某些藻類能夠利用太陽能，將二氧化碳和水合成糖類化合物，即光合作用光合作用。光合作用將太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能（主要是糖類化合物），是自然界規(guī)模最大的一種能量轉(zhuǎn)換過程。 新陳代謝與糖類的分解有密切的聯(lián)系，因?yàn)樘切玛惔x與糖類的分解有密切的聯(lián)

3、系，因?yàn)樘穷惖姆纸鈱?duì)生物體來講，具重要的意義類的分解對(duì)生物體來講，具重要的意義。糖類作為能源物質(zhì)糖類作為能源物質(zhì) Energy stores (e.g. starch, glycogen). 生物細(xì)胞的各種代謝活動(dòng)，包括物質(zhì)分解和合成都需要有足夠的能量，其中ATPATP是糖類降解時(shí)通過氧化磷酸化作用而形成的最重要的能量載體物質(zhì)能量載體物質(zhì)。生物細(xì)胞只能利用高能化合物（主要是ATP）水解時(shí)釋放的化學(xué)能來做功，以滿足生長發(fā)育等所需要的能量消耗。 2 2.作為合成生物體內(nèi)重要代謝物質(zhì)的碳架和前體作為合成生物體內(nèi)重要代謝物質(zhì)的碳架和前體 It provides precursors for the b

4、iosynthesis of glucose, amino acids, nucleotides, fatty acids, sterols, heme groups, etc. 葡萄糖、果糖等在降解過程中除了能提供大量能量外，其分解過程中還能形成許多中間產(chǎn)物或前體，生物細(xì)胞通過這些前體產(chǎn)物再去合成一系列其它重要的物質(zhì)，包括：(1) 乙酰輔酶乙酰輔酶A、氨基酸、核苷酸等，、氨基酸、核苷酸等，它們分別是合成脂肪、蛋白質(zhì)和核酸等大分子物質(zhì)的前體。(2) 生物體內(nèi)許多重要的次生代謝物、抗性物質(zhì)，如生物堿、黃酮類生物體內(nèi)許多重要的次生代謝物、抗性物質(zhì)，如生物堿、黃酮類等物質(zhì)，等物質(zhì)，它們對(duì)提高植物的抗

5、逆性（抗旱等）起著重要的作用。次生次生代謝物（代謝物（secondary metabolites）是指某些植物或微生物生長到穩(wěn)定期前后，以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、代謝途徑明確、產(chǎn)量較大的初生代謝物為前體，通過復(fù)雜的次生代謝途徑所合成的各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物。3. 細(xì)胞中結(jié)構(gòu)物質(zhì)細(xì)胞中結(jié)構(gòu)物質(zhì) Structural (e.g. Cellulose is the structural component of the primary cell wall of green plants, chitin in arthropod exoskeletons and fungal walls). 如：植物細(xì)胞壁等是由纖維

6、素、半纖維素、果膠質(zhì)等物質(zhì)組成；甲殼質(zhì)或幾丁質(zhì)為N-乙酰葡萄糖胺的同聚物，是組成蝦、蟹、昆蟲等外骨骼的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。這些物質(zhì)都是由糖類轉(zhuǎn)這些物質(zhì)都是由糖類轉(zhuǎn)化物聚合而成?；锞酆隙?。4. 4. 參與分子和細(xì)胞特異性識(shí)別參與分子和細(xì)胞特異性識(shí)別 Recognition of molecules outside a cell (e.g. attached to proteins or lipids on cell surface membrane). 由寡糖或多糖組成的糖鏈常存在于細(xì)胞表面，形成糖脂和由寡糖或多糖組成的糖鏈常存在于細(xì)胞表面，形成糖脂和糖蛋白，參與分子或細(xì)胞間的特異性識(shí)別和結(jié)合，糖蛋白

7、，參與分子或細(xì)胞間的特異性識(shí)別和結(jié)合，如抗體和抗如抗體和抗原、激素和受體、病原體和宿主細(xì)胞、蛋白質(zhì)和抑制劑等常通原、激素和受體、病原體和宿主細(xì)胞、蛋白質(zhì)和抑制劑等常通過糖鏈識(shí)別后再進(jìn)行結(jié)合。過糖鏈識(shí)別后再進(jìn)行結(jié)合。 糖與多糖糖與多糖v 糖類物質(zhì)糖類物質(zhì)是一類多羥基醛或多羥基酮類化合物或聚合物；v 糖類物質(zhì)可以根據(jù)其水解情況分為：?jiǎn)翁?、寡糖和多糖單糖、寡糖和多糖；v 在生物體內(nèi)，糖類物質(zhì)主要以均一多糖、雜多糖、糖蛋白和蛋白聚糖形式存在。 單糖單糖（monosaccharide）是指最簡(jiǎn)單的糖，即在溫和條件溫和條件下不能再分解成更小的單體糖，如葡萄糖、果糖等。按碳原子的數(shù)目單糖又可分為三碳（丙）糖

8、、四碳（丁）糖、五碳（戊）糖、六碳（已）糖、七碳（庚）糖等。 最簡(jiǎn)單的單糖是甘油醛和二羥基丙酮甘油醛和二羥基丙酮。單糖是構(gòu)成各種糖分子的基本單位。v All but one carbon atom have an alcohol (OH) group attached. The remaining carbon atom has an aldehyde or ketone group attached.v Trioses: (e.g. glyceraldehydes), intermediates in respiration and photosynthesis.v Tetroses: ra

9、re.v Pentoses: (e.g. ribose), used in the synthesis of nucleic acids (RNA and DNA), co-enzymes (NAD, NADP, FAD) and ATP.v Hexoses: (e.g. glucose, fructose), used as a source of energy in respiration and as building blocks for larger molecules.v 重要的己糖包括：葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖等。OOHHHHOHOHHOHHOHO

10、OHHHOHHOHHOHHOH -D-吡喃葡萄糖吡喃葡萄糖 -D-吡喃半乳糖吡喃半乳糖單糖的結(jié)構(gòu)單糖的結(jié)構(gòu)OOHOHHHOHOHHHHOHOOHHOHOHHHOHOH -D-吡喃甘露糖吡喃甘露糖 -D-呋喃果糖呋喃果糖Ring form: Due to the bond angles between the carbon atoms, it is possible for pentoses and hexoses to form stable ring structures. The carbon atoms are numbered 1 to 5 in pentoses and 1 to 6

11、 in hexoses.Depending on the orientation of the OH group on carbon 1, the monosaccharide can have either or configurations. 。 - 與與 - 的區(qū)別在于半縮醛羥基的方位，半縮羥基與的區(qū)別在于半縮醛羥基的方位，半縮羥基與 C-6 的的 CH2OH 在環(huán)的在環(huán)的平面同一方為平面同一方為 ，不在平面同一方為，不在平面同一方為 。v These are formed when two monosaccharides are condensed together. One mono

12、saccharide loses an H atom from carbon atom number 1 and the other loses an OH group from carbon 4 to form the bond.v The reaction, which is called a condensation reaction, involves the loss of water (H2O) and the formation of an 1,4-glycosidic bond. Depending on the monosaccharides used, this can b

13、e an -1,4-glycosidic bond or a -1,4-glycosidic bond.Disaccharide 麥芽糖麥芽糖-葡萄糖（葡萄糖（1414）葡萄糖苷）葡萄糖苷寡糖（二糖）寡糖（二糖）maltose is the first product of starch digestion and is further broken down to glucose before absorption in the human gut. 蔗蔗 糖糖OOOCH OH2CH OH2OHOHOHOHHOCH OH2HHHHHHH-葡萄糖葡萄糖（12）-果糖苷果糖苷Sucrose is

14、 used in many plants for transporting food reserves, often from the leaves to other parts of the plant. 乳乳 糖糖OOOCH OH2CH OH2OHOHOHOHOHHOHHHHHHHHHH乳糖（乳糖（ 半乳糖半乳糖-1, 4- -1, 4- 葡萄糖）葡萄糖） Lactose is the sugar found in the milk of mammals(1).(1).淀粉（分為淀粉（分為直鏈淀粉和支鏈淀粉直鏈淀粉和支鏈淀粉）v直鏈淀粉分子量約直鏈淀粉分子量約1萬萬-200萬，萬，250-

15、260個(gè)葡萄糖個(gè)葡萄糖分子，以分子，以 （14）糖苷鍵）糖苷鍵聚合而成。呈螺旋結(jié)聚合而成。呈螺旋結(jié)構(gòu)，遇碘顯紫藍(lán)色。構(gòu)，遇碘顯紫藍(lán)色。v支鏈淀粉中除了支鏈淀粉中除了 （14）糖苷鍵構(gòu)成糖鏈以外，）糖苷鍵構(gòu)成糖鏈以外，在支點(diǎn)處存在在支點(diǎn)處存在 （16）糖苷鍵，分子量較高。）糖苷鍵，分子量較高。遇碘顯紫紅色。遇碘顯紫紅色。多多 糖糖v 淀粉是白色無定形粉末，由直鏈淀粉（占淀粉是白色無定形粉末，由直鏈淀粉（占1030%1030%）和支）和支鏈淀粉（占鏈淀粉（占7090%7090%）組成。）組成。v 直鏈淀粉能溶于熱水而不呈糊狀，支鏈淀粉不溶于水，熱直鏈淀粉能溶于熱水而不呈糊狀，支鏈淀粉不溶于水，熱水

16、與之作用則膨脹而成糊狀。水與之作用則膨脹而成糊狀。v 溶于水的直鏈淀粉呈彎曲形式，并借分子內(nèi)氫鍵卷曲成螺溶于水的直鏈淀粉呈彎曲形式，并借分子內(nèi)氫鍵卷曲成螺旋狀。這時(shí)加入碘酒，其中碘分子便鉆入螺旋當(dāng)中空隙，旋狀。這時(shí)加入碘酒，其中碘分子便鉆入螺旋當(dāng)中空隙，并借助范得華力與直鏈淀粉聯(lián)系在一起，從而形成絡(luò)合物。并借助范得華力與直鏈淀粉聯(lián)系在一起，從而形成絡(luò)合物。這種絡(luò)合物能比較均勻地吸收除藍(lán)光以外的其它可見光這種絡(luò)合物能比較均勻地吸收除藍(lán)光以外的其它可見光（波長范圍為（波長范圍為400750nm400750nm），從而使淀粉變?yōu)樯钏{(lán)色。），從而使淀粉變?yōu)樯钏{(lán)色。 淀淀 粉粉直鏈：直鏈：a-1,4-a

17、-1,4-糖苷鍵糖苷鍵分支點(diǎn)：分支點(diǎn)：a-1,6-a-1,6-糖苷鍵糖苷鍵a-1,4-a-1,4-糖苷鍵糖苷鍵a-1,6-a-1,6-糖苷鍵糖苷鍵(2)纖維素由葡萄糖以由葡萄糖以 （1 14 4）糖苷鍵連接而成的直鏈，不溶于水。）糖苷鍵連接而成的直鏈，不溶于水。(3)幾丁質(zhì)（殼多糖）N-N-乙酰乙酰-D-D-葡萄糖胺，以葡萄糖胺，以 （1 14 4）糖苷鍵縮合而成的線性）糖苷鍵縮合而成的線性均一多糖。均一多糖。幾丁質(zhì)幾丁質(zhì)多糖和寡聚糖的酶促降解多糖和寡聚糖的酶促降解 多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸多糖和寡聚糖只有分解成小分子后才能被吸收利用，稱為收利用，稱為糖化糖化。 淀粉分解有兩條途

18、徑淀粉分解有兩條途徑： 水解水解 產(chǎn)生葡萄糖產(chǎn)生葡萄糖 磷酸解磷酸解 產(chǎn)生磷酸葡萄糖產(chǎn)生磷酸葡萄糖 以磷酸代替水使淀粉分解形成1-磷酸葡萄糖的過程稱淀粉的磷酸解，它是細(xì)胞內(nèi)多糖的主要降解方式。a-a-淀粉酶淀粉酶：（：（a-1,4-a-1,4-葡聚糖水解酶）葡聚糖水解酶） 可水解可水解a-1,4-a-1,4-糖苷鍵，所以又稱為糖苷鍵，所以又稱為內(nèi)切淀粉酶內(nèi)切淀粉酶。該。該酶對(duì)非還原末端的酶對(duì)非還原末端的5 5個(gè)葡萄糖基不發(fā)生作用，個(gè)葡萄糖基不發(fā)生作用，CaCa2+2+需要。需要。(1)(1)淀粉酶：淀粉酶：（amylase) ) 參與淀粉水解的酶主要有三種：參與淀粉水解的酶主要有三種：淀粉酶、

19、脫支酶、麥芽糖酶淀粉酶、脫支酶、麥芽糖酶 -淀粉酶淀粉酶： 也水解也水解a-1,4-a-1,4-糖苷鍵，但須從非還原末端開始切，糖苷鍵，但須從非還原末端開始切，每次切下兩個(gè)葡萄糖基每次切下兩個(gè)葡萄糖基。又稱為外切淀粉酶。又稱為外切淀粉酶。 (2)(2)脫支酶脫支酶(R-(R-酶酶) )：（a-1,6-a-1,6-葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶 Glucosidase） 水解水解a-1,6-a-1,6-糖苷鍵糖苷鍵，但只能作用于外圍的這種，但只能作用于外圍的這種鍵，而不能水解內(nèi)部的分支。鍵，而不能水解內(nèi)部的分支。 植物體內(nèi)的麥芽糖酶通常與淀粉酶同時(shí)存在，植物體內(nèi)的麥芽糖酶通常與淀粉酶同時(shí)存在，并配合使用，

20、從而使淀粉徹底水解成葡萄糖。并配合使用，從而使淀粉徹底水解成葡萄糖。(3)(3)麥芽糖酶：麥芽糖酶：maltaseHydrolysis of glycogen and starch by -amylase and -amylase小腸中各種糖類水解酶的作用小腸中各種糖類水解酶的作用麥芽糖麥芽糖2 2 葡萄糖葡萄糖麥芽糖酶麥芽糖酶蔗蔗 糖糖葡萄糖葡萄糖 + + 果糖果糖蔗蔗 糖糖 酶酶乳乳 糖糖葡萄糖葡萄糖 + + 半乳糖半乳糖乳糖酶乳糖酶線形寡糖線形寡糖- -葡萄糖苷酶葡萄糖苷酶葡萄糖葡萄糖異麥芽糖、異麥芽糖、 -極限糊精極限糊精糊精酶、糊精酶、脫支酶脫支酶葡萄糖葡萄糖StoragePento

21、se phosphate pathway GlycolysisGlycogen, Starch, SucrosePyruvateRibose 5-phosphate葡萄糖的主要代謝途徑葡萄糖的主要代謝途徑葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途徑途徑糖酵解糖酵解（有氧）（有氧）（無氧）（無氧）三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)（有氧或無氧）（有氧或無氧）糖異生糖異生葡萄糖的分解代謝葡萄糖的分解代謝生物體內(nèi)葡萄糖（糖原）的分解主要有三條途徑：生物體內(nèi)葡萄糖（糖原）的分解主要有三條途徑： 無無O2情況下，葡萄糖（情況下，葡萄糖（G）丙酮酸（丙酮酸（Pyr

22、）乳酸（乳酸（Lac） 有有O2情況下，情況下，G CO2 + H2O（經(jīng)三羧酸循環(huán)）（經(jīng)三羧酸循環(huán)） 有有O2情況下，情況下，G CO2 + H2O（經(jīng)磷酸戊糖途徑）（經(jīng)磷酸戊糖途徑）二、二、 糖酵解糖酵解（glycolysis）1 1、化學(xué)歷程和催化酶類、化學(xué)歷程和催化酶類2 2、化學(xué)計(jì)量和生物學(xué)意義、化學(xué)計(jì)量和生物學(xué)意義 糖酵解是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著糖酵解是將葡萄糖降解為丙酮酸并伴隨著ATPATP生成的一系生成的一系列反應(yīng)，是生物體內(nèi)普遍存在的葡萄糖降解的途徑。該途徑列反應(yīng)，是生物體內(nèi)普遍存在的葡萄糖降解的途徑。該途徑也稱作也稱作Embden-MeyethofEmbden-Mey

23、ethof途徑，以紀(jì)念途徑，以紀(jì)念E Embdenmbden和和M Mayerholf ayerholf 。糖酵解是最早闡明的酶促反應(yīng)系統(tǒng)，所有生物體共同經(jīng)糖酵解是最早闡明的酶促反應(yīng)系統(tǒng)，所有生物體共同經(jīng)歷的葡萄糖分解代謝前期途徑，也是有些生物在供氧不足歷的葡萄糖分解代謝前期途徑，也是有些生物在供氧不足的條件下為機(jī)體提供能量，供應(yīng)急需要。的條件下為機(jī)體提供能量，供應(yīng)急需要。Glycolysisv Glycolysis is an almost universal central pathway of glucose catabolism, the pathway with the larges

24、t flux of carbon in most cells.v In some mammalian tissues (erythrocytes 紅細(xì)胞紅細(xì)胞, renal medulla, brain, sperm), the glycolytic breakdown of glucose is the sole source of metabolic energy.v Some of the starch-storing tissues, like potato tubers, and some aquatic plants derive most of their energy from

25、 glycolysis.v Many anaerobic microorganisms are entirely dependent on glycolysis.The Development of Biochemistry and the Delineation of Glycolysis Went Hand by Handv 1854-1864 Louis Paster “microorganism”and “ferment”v 1897, Edward and Hans Buchner (Germany), accidental observation : sucrose (as a p

26、reservative) was rapidly fermented into alcohol by cell-free yeast extract. No live yeast！But low activity. Glucose Alcohol +CO2v The accepted view that fermentation is inextricably tied to living cells (i.e., the vitalistic dogma) was shaken and Biochemistry was born: Metabolism became chemistry!v

27、1900s, (Arthur Harden and William Young) Pi was needed for yeast juice to ferment glucose, a hexose diphosphate (fructose 1,6-bisphosphate) was isolated. then Fructose-6-P and Glucose-6-P was isolated.Louis PasteurLouis Pasteur was born in 1822 France. His discovery that most infectious diseases are

28、 caused by germs, known as the germ theory of disease, is one of the most important in medical history. His work became the foundation for the science of microbiology, and a cornerstone of modern medicine.Each discovery in the body of Pasteurs work represents a link in an uninterrupted chain, beginn

29、ing with molecular asymmetry and ending with his rabies prophylaxis, by way of his research in fermentation, silkworm, wine and beer diseases, asepsis and vaccines.In 1847 at the age of 26, Pasteur did his first work on molecular asymmetry. He formulated a fundamental law: asymmetry differentiates t

30、he organic world from the mineral world. In other words, asymmetric molecules are always the product of life forces. His work became the basis of a new science - stereochemistry.He soon demonstrated that each sort of fermentation is linked to the existence of a specific microorganism or ferment - a

31、living being that one can study by cultivation in an appropriate, sterile medium. This insight is the basis of microbiology. he discovered the existence of life without oxygen: “Fermentation is the consequence of life without air”. The discovery of anaerobic life paved the way for the study of germs

32、 that cause septicemia（?。〝⊙Y）血癥） and gangrene（壞疽）（壞疽）, among other infections. Thanks to Pasteur, it became possible to devise techniques to kill microbes and to control contamination.each disease is caused by a specific microbe and that these microbes are foreign elements. With this knowledge, Past

33、eur was able to establish the basic rules of sterilization or asepsis. Preventing contagion and infection, his method of sterilization revolutionized surgery and obstetrics.4. From 1877 to 1887, Pasteur employed these fundamentals of microbiology in the battle against infectious diseases. He went on

34、 to discover three bacteria responsible for human illnesses : staphylococcus, streptococcus and pneumococcus.5. Louis Pasteur discovered the method for the attenuation of virulent microorganisms that is the basis of vaccination. After mastering his method of vaccination, he applied this concept to r

35、abies. On July 6, 1885, Pasteur tested his pioneering rabies treatment on man for the first time : the young Joseph Meister was saved. 6.On March 1, 1886, Pasteur presented the results of his rabies treatment to the Academy of Sciences and called for the creation of a rabies vaccine center. An exten

36、sive, international public drive for funds financed the construction of the Pasteur Institute, a private, state-approved institute recognized by the President of France in 1887 . v 1900s, Arthur Harden and William Young (Great Britain) separated the yeast juice into two fractions: one heat-labile, n

37、ondialyzable zymase (enzymes) and the other heat-stable, dialyzable cozymase (metal ions, ATP, ADP, NAD+).v 1910s-1930s, Gustav Embden and Otto Meyerhof (Germany), studied muscle and its extracts: Reconstructed all the transformation steps from glycogen to lactic acid in vitro; revealed that many re

38、actions of lactic acid (muscle) and alcohol (yeast) fermentations were the same! Discovered that lactic acid is reconverted to carbohydrate in the presence of O2 (gluconeogenesis); observed that some phosphorylated compounds are energy-rich. The whole pathway of glycolysis (Glucose to pyruvate) was

39、elucidated by the 1940s葡萄糖的主要代謝途徑葡萄糖的主要代謝途徑葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇乙酰乙酰 CoA6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途徑途徑糖酵解糖酵解（有氧）（有氧）（無氧）（無氧）三羧酸三羧酸循環(huán)循環(huán)（有氧或無氧）（有氧或無氧）糖異生糖異生糖酵解作用糖酵解作用 糖酵解是葡萄糖通過一系列的生化反應(yīng)，糖酵解是葡萄糖通過一系列的生化反應(yīng)，逐步氧化成小分子化合物，并釋放出能量合成逐步氧化成小分子化合物，并釋放出能量合成ATPATP的過程。糖酵解途徑從葡萄糖開始，到生成的過程。糖酵解途徑從葡萄糖開始，到生成2 2分子丙酮酸為止，在途徑的前期消耗分子丙

40、酮酸為止，在途徑的前期消耗2 2分子分子ATPATP，后期合成后期合成4 4分子分子ATPATP，所以途徑運(yùn)行的結(jié)果，所以途徑運(yùn)行的結(jié)果，1 1分分子葡萄糖可以產(chǎn)生子葡萄糖可以產(chǎn)生2 2分子分子ATPATP。 無氧呼吸無氧呼吸 糖酵解途徑是呼吸途徑的一部分，其產(chǎn)物糖酵解途徑是呼吸途徑的一部分，其產(chǎn)物丙酮酸有多種去向，在酵母菌中，丙酮酸轉(zhuǎn)變丙酮酸有多種去向，在酵母菌中，丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙醇和成乙醇和CO2CO2；在肌肉中，丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。；在肌肉中，丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。從丙酮酸到乙醇及從丙酮酸到乳酸的代謝途徑從丙酮酸到乙醇及從丙酮酸到乳酸的代謝途徑是在無氧條件下進(jìn)行的，所以把糖酵解途徑加是在無氧條件

41、下進(jìn)行的，所以把糖酵解途徑加上丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙醇或乳酸稱為上丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙醇或乳酸稱為無氧呼吸。無氧呼吸。C6H12O6-2（2H）2CH3COCOOH（ Pyr ） 2CH3CH(OH)COOH+2(2H)-2CO2酵解酵解 Glycolysis2CH3CHO2CH3CH2OH生醇發(fā)酵生醇發(fā)酵Fermentation有氧呼吸有氧呼吸 在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)途徑，在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)途徑，在檸檬酸途徑中徹底氧化成在檸檬酸途徑中徹底氧化成CO2。檸檬酸途徑中產(chǎn)。檸檬酸途徑中產(chǎn)生的生的NADH進(jìn)入呼吸電子傳遞鏈，在呼吸電子傳遞進(jìn)入呼吸電子傳遞鏈，在呼吸電子傳遞鏈中產(chǎn)生大量的

42、鏈中產(chǎn)生大量的ATP，最終將，最終將NADH中的電子交給中的電子交給O2，生成，生成H2O。所以把糖酵解途徑、檸檬酸循環(huán)加。所以把糖酵解途徑、檸檬酸循環(huán)加上呼吸電子傳遞鏈合稱為上呼吸電子傳遞鏈合稱為有氧呼吸途徑。有氧呼吸途徑。三、糖酵解過程概述三、糖酵解過程概述 由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乳酸，稱為酵解由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乳酸，稱為酵解過程，其碳原子的變化可作如下概括：過程，其碳原子的變化可作如下概括： C CC CC CC CC CC CC CC CC + CC + CC CC C1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6葡萄糖（六碳糖

43、）葡萄糖（六碳糖） 三碳糖三碳糖 三碳糖三碳糖 CHCH3 3CH(OH)COOCH(OH)COO + CH+ CH3 3CH(OH)COOCH(OH)COO 1 1 2 3 2 3 6 5 6 5 4 4 乳酸乳酸 乳酸乳酸（酵解過程）酵解過程）發(fā)酵過程發(fā)酵過程 由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乙醇，稱為發(fā)酵由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乙醇，稱為發(fā)酵過程，其碳原子的變化可作如下概括：過程，其碳原子的變化可作如下概括： C CC CC CC CC CC CC CC CC + CC + CC CC C1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6葡萄糖（六碳

44、糖）葡萄糖（六碳糖） 三碳糖三碳糖 三碳糖三碳糖 CHCH3 3CHCH2 2OH + COOH + CO2 2 + CH + CH3 3CHCH2 2OH + COOH + CO2 2 1 1 2 3 2 3 6 6 5 5 4 4 乙醇乙醇 乙醇乙醇酵解途徑的能量代謝酵解途徑的能量代謝 從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，可以將酵解過程劃分為兩個(gè)方面，從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，可以將酵解過程劃分為兩個(gè)方面，一方面從葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗崾俏镔|(zhì)的分解過程，伴有自由能的一方面從葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗崾俏镔|(zhì)的分解過程，伴有自由能的釋放。另一方面有釋放。另一方面有ATPATP的合成，這是吸收能量的過程。的合成，這是吸收能量的過程。 葡

45、萄糖葡萄糖 2乳酸乳酸 G10=2ADP + 2Pi 2ATP + 2H2O G20= 總能量變化為總能量變化為 G0=G10+ G20=其中由其中由ATP捕獲的能量的比例為捕獲的能量的比例為 61.1/196.7 100% = 31% 四、糖酵解全過程圖解四、糖酵解全過程圖解 糖酵解途徑中磷酸化中間產(chǎn)物的意義糖酵解途徑中磷酸化中間產(chǎn)物的意義 應(yīng)該引起注意的是，糖酵解過程中由葡萄糖到所有的應(yīng)該引起注意的是，糖酵解過程中由葡萄糖到所有的中間產(chǎn)物都是以磷酸化合物的形式反應(yīng)的。中間產(chǎn)物磷酸中間產(chǎn)物都是以磷酸化合物的形式反應(yīng)的。中間產(chǎn)物磷酸化至少有三種意義：化至少有三種意義：帶有負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)使中間

46、產(chǎn)物具有極性，從而使這帶有負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)使中間產(chǎn)物具有極性，從而使這些產(chǎn)物不易透過脂膜而失散；些產(chǎn)物不易透過脂膜而失散；磷酸基團(tuán)在各反應(yīng)步驟中，對(duì)酶來說，起到信號(hào)基團(tuán)的磷酸基團(tuán)在各反應(yīng)步驟中，對(duì)酶來說，起到信號(hào)基團(tuán)的作用，有利于與酶結(jié)合而被催化；作用，有利于與酶結(jié)合而被催化；磷酸基團(tuán)經(jīng)酵解作用后，最終形成磷酸基團(tuán)經(jīng)酵解作用后，最終形成ATPATP的末端磷酸基團(tuán)，的末端磷酸基團(tuán)，因此具有保存能量的作用。因此具有保存能量的作用。 The overall glycolysis can be divided into two phasesv The hexose is first phophoryl

47、ated (thus activated) and then cleaved to produce two three-carbon intermediates at the preparatory phase, consuming ATP.v The three-carbon intermediates are then oxidized during the payoff phase, generating ATP and NADH.EMPEMP的化學(xué)歷程的化學(xué)歷程6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-3-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羥丙

48、酮磷酸二羥丙酮2 2 1 1，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 2 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 2 丙酮酸丙酮酸第第一一階階段段第第二二階階段段葡萄糖葡萄糖準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段丙酮酸和丙酮酸和ATPATP生成的生成的過程過程GrouptransferIsomerizationGrouptransfercleavageIsomerization DehydrogenationGrouptransferGroup shift DehydrationGrouptransfer五、糖酵解第一階段的反應(yīng)五、糖酵解第一階段的反應(yīng)1.

49、 phosphorylation of glucoseHexokinase (also glucokinase in liver) catalyzes the first phosphorylation reaction on the pathway.這是酵解過程中的這是酵解過程中的第一個(gè)調(diào)節(jié)酶第一個(gè)調(diào)節(jié)酶輔因子：鎂離子輔因子：鎂離子Mg2+ 糖酵解準(zhǔn)備階段的第一個(gè)步驟是將葡萄糖磷酸化，糖酵解準(zhǔn)備階段的第一個(gè)步驟是將葡萄糖磷酸化，利用存利用存在在于大部分動(dòng)植物及微生物細(xì)胞內(nèi)的于大部分動(dòng)植物及微生物細(xì)胞內(nèi)的己糖激酶己糖激酶所所催化反應(yīng)，此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化催化反應(yīng)，此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化為為G

50、0=-4千卡千卡/ /摩摩爾，故這在胞內(nèi)情況是不可逆的反應(yīng)，將爾，故這在胞內(nèi)情況是不可逆的反應(yīng)，將葡萄糖葡萄糖在在6 6號(hào)號(hào)C C處被處被ATPATP磷酸化，產(chǎn)生磷酸化，產(chǎn)生葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸。作用機(jī)制作用機(jī)制v 這是一個(gè)這是一個(gè)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，即，即ATPATP的的r r磷酸基團(tuán)在己糖磷酸基團(tuán)在己糖激酶的催化下，轉(zhuǎn)移到葡萄糖分子上。激酶的催化下，轉(zhuǎn)移到葡萄糖分子上。v 葡萄糖葡萄糖C6C6上的羥基上的羥基O O上的一對(duì)孤電子向上的一對(duì)孤電子向Mg-ATPMg-ATP的的r-Pr-P進(jìn)攻，進(jìn)攻，r-Pr-P具有親電子是由于具有親電子是由于MgMg吸引了吸引了ATP

51、ATP上磷酸基團(tuán)的兩個(gè)上磷酸基團(tuán)的兩個(gè)O O的負(fù)的負(fù)電荷，結(jié)果是促使電荷，結(jié)果是促使r-Pr-P與與b-Pb-P之間氧橋所共有的電子對(duì)向之間氧橋所共有的電子對(duì)向O O轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移，移，ATPATP上上r-Pr-P與氧橋斷鍵，并與葡萄糖結(jié)合成與氧橋斷鍵，并與葡萄糖結(jié)合成G-6-PG-6-P。v 激酶激酶：能夠在：能夠在ATPATP和任何一種底物之間起催化作用，轉(zhuǎn)移磷和任何一種底物之間起催化作用，轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)的一類酶。酸基團(tuán)的一類酶。v 肝臟中存在一種專一性強(qiáng)的肝臟中存在一種專一性強(qiáng)的葡萄糖激酶葡萄糖激酶，對(duì)于維持血糖的，對(duì)于維持血糖的恒定起作用。恒定起作用。己糖激酶和葡萄糖激酶己糖激酶和葡萄糖激酶催化

52、這個(gè)反應(yīng)的酶有催化這個(gè)反應(yīng)的酶有己糖激酶己糖激酶和和葡萄糖激酶葡萄糖激酶。a)己糖激酶以六碳糖為底物，其專一性不強(qiáng)，不僅可以作用于葡萄糖，還可以作用于D-果糖和D-甘露糖。v 己糖激酶像其他激酶一樣，需要Mg2+或其他二價(jià)金屬離子活化。實(shí)際上Mg2+與ATP形成的復(fù)合物才是酶的真正底物。b)葡萄糖激酶：存在于肝細(xì)胞中。它對(duì)D-葡萄糖有特異活性。v 肌肉己糖激酶對(duì)D-葡萄糖的Km值為，肝葡萄糖激酶的Km約為10mM。細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度通常為5mM，此時(shí)己糖激酶的酶促反應(yīng)已達(dá)最大速度，而葡萄糖激酶仍不活躍。只有當(dāng)進(jìn)食后，肝細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度高時(shí)葡萄糖激酶才起作用，將葡萄糖轉(zhuǎn)化為G-6-P，再以糖原形式

53、貯存于細(xì)胞中。v 葡萄糖激酶是一個(gè)誘導(dǎo)酶，由胰島素促使其合成。HKHK與與G G結(jié)合的誘導(dǎo)契合作用：結(jié)合的誘導(dǎo)契合作用： The conformation of hexokinase changes markedly on binding glucose (shown in red). The two lobes of the enzyme come together and surround the substrate.X-X-晶體衍射研究表明，在己糖激酶催化晶體衍射研究表明，在己糖激酶催化反應(yīng)時(shí)有構(gòu)象變化，其變化大致是，酶反應(yīng)時(shí)有構(gòu)象變化，其變化大致是，酶與葡萄糖結(jié)合時(shí)，與葡萄糖結(jié)合時(shí)，結(jié)

54、合裂縫兩側(cè)結(jié)合裂縫兩側(cè)的酶葉的酶葉關(guān)緊，糖被酶蛋白環(huán)繞造成關(guān)緊，糖被酶蛋白環(huán)繞造成非極性非極性環(huán)境，環(huán)境，從而促使從而促使ATPATP的磷酰基轉(zhuǎn)移，防止水作的磷?；D(zhuǎn)移，防止水作為底物攻擊為底物攻擊ATPATP。這種底物誘導(dǎo)的裂縫。這種底物誘導(dǎo)的裂縫關(guān)閉現(xiàn)象是激酶的共同特性。關(guān)閉現(xiàn)象是激酶的共同特性。酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖酶的別構(gòu)（變構(gòu)）效應(yīng)示意圖效應(yīng)劑效應(yīng)劑別別構(gòu)構(gòu)中中心心活性活性中心中心己糖激酶是一個(gè)己糖激酶是一個(gè)別構(gòu)酶別構(gòu)酶，被其產(chǎn)物被其產(chǎn)物G-6-PG-6-P強(qiáng)烈抑制強(qiáng)烈抑制。它。它催化的反應(yīng)是酵解中第一個(gè)調(diào)節(jié)步驟。催化的反應(yīng)是酵解中第一個(gè)調(diào)節(jié)步驟。2. Isomerization

55、 of glucose 6-phosphatev Phosphohexose isomerase (also called phosphoglucose isomerase) catalyzes the isomerization from glucose 6-P to fructose 6-P, converting an aldose to a ketose.這個(gè)同分異構(gòu)化反應(yīng)由葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖異構(gòu)酶催化催化。v 葡萄糖葡萄糖C1C1上的羰基，不像上的羰基，不像C6C6上羥基那樣容易磷酸化，上羥基那樣容易磷酸化，將羰基從將羰基從C1C1轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到C2C2，是葡萄糖分子由，是葡萄糖分子由

56、醛式變?yōu)橥饺┦阶優(yōu)橥剑珻1C1形成了自由羥基形成了自由羥基, ,更容易在下一個(gè)反應(yīng)中磷酸化。v 由于此反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化很小，反應(yīng)是可逆的。反應(yīng)方向由底物和產(chǎn)物的量來控制。v 該酶的活性部位的催化殘基為賴氨酸和組氨酸，催化該酶的活性部位的催化殘基為賴氨酸和組氨酸，催化的實(shí)質(zhì)為的實(shí)質(zhì)為酸堿催化機(jī)制酸堿催化機(jī)制。反應(yīng)需要Mg+，形成一個(gè)烯醇中間物。v 磷酸葡萄糖異構(gòu)酶有絕對(duì)的專一性和立體專一性，磷酸葡萄糖異構(gòu)酶有絕對(duì)的專一性和立體專一性，6-6-磷酸葡糖酸等都是它的抑制劑。磷酸葡糖酸等都是它的抑制劑。 3. Phosphorylation of fructose 6-phosphate: th

57、e first committed step in glycolysis vPhosphofructokinase-1 (PFK-1, 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1) then catalyzes the second phosphorylation step, converting fructose 6-P to fructose 1,6-bisphosphate; the overall rate of glycolysis is mainly controlled at this step; PFK-1 is a highly regulatory enzyme; the plant P

58、FK-1 makes use of Pi, instead of ATP at this step.（三）果糖（三）果糖-6-磷酸形成果糖磷酸形成果糖-1,6-二磷酸二磷酸 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶Mg 2+果糖果糖-6-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 這一步反應(yīng)是酵解中的關(guān)鍵反應(yīng)步驟，反應(yīng)是放能的，在體內(nèi)是這一步反應(yīng)是酵解中的關(guān)鍵反應(yīng)步驟，反應(yīng)是放能的，在體內(nèi)是不可逆的。不可逆的。磷酸果糖激酶是酵解限速酶磷酸果糖激酶是酵解限速酶。 磷酸果糖激酶是分子量為磷酸果糖激酶是分子量為360000360000的四聚體。它是一個(gè)別構(gòu)酶，的四聚體。它是一個(gè)別構(gòu)酶，ATPATP，檸檬酸

59、，脂肪酸對(duì)此酶有抑制效應(yīng)。檸檬酸，脂肪酸對(duì)此酶有抑制效應(yīng)。AMPAMP，ADPADP或無機(jī)磷可消除抑制，或無機(jī)磷可消除抑制，增加酶的活性。增加酶的活性。 糖酵解過程的第二個(gè)調(diào)節(jié)酶糖酵解過程的第二個(gè)調(diào)節(jié)酶也是酵解中的限速酶也是酵解中的限速酶限速酶限速酶 / / 關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶(rate-limiting enzyme / key enzyme)1.催化非可逆反應(yīng)特特點(diǎn)點(diǎn)2.催化效率低3.受激素或代謝物的調(diào)節(jié)4.常是在整條途徑中催化初始反應(yīng)的酶5.活性的改變可影響整個(gè)反應(yīng)體系的速度和方向EMEM途徑的限速酶：磷酸果糖激酶途徑的限速酶：磷酸果糖激酶v 磷酸果糖激酶是一種磷酸果糖激酶是一種變構(gòu)酶變構(gòu)酶，

60、受很多因素的控制：，受很多因素的控制：v 如：肝中的磷酸果糖激酶受如：肝中的磷酸果糖激酶受高濃度高濃度ATPATP的抑制，的抑制，ATPATP可降低該可降低該酶對(duì)酶對(duì)F-6-PF-6-P的親和力，是由于的親和力，是由于ATPATP結(jié)合到酶的一個(gè)特殊的調(diào)控結(jié)合到酶的一個(gè)特殊的調(diào)控部位上，調(diào)節(jié)部位不同于催化部位。但是部位上，調(diào)節(jié)部位不同于催化部位。但是ATPATP對(duì)該酶的變構(gòu)對(duì)該酶的變構(gòu)抑制作用可被抑制作用可被AMPAMP解除，因此解除，因此ATP/AMPATP/AMP的比例對(duì)該酶有明顯的的比例對(duì)該酶有明顯的調(diào)節(jié)作用；調(diào)節(jié)作用；v H H+ +濃度濃度對(duì)酶活性的影響，當(dāng)對(duì)酶活性的影響，當(dāng)pHpH下