生物化學(xué)第19章糖酵解

1、第第1919章章 糖酵解作用糖酵解作用Department of biological science and technology, USTB糖酵解全過程糖酵解全過程 在劇烈運動，肌肉局部血流不足，肌肉在劇烈運動，肌肉局部血流不足，肌肉收縮時相對缺氧，葡萄糖有氧氧化過程收縮時相對缺氧，葡萄糖有氧氧化過程較長，供能較慢，可由糖酵解迅速提供較長，供能較慢，可由糖酵解迅速提供能量。在缺氧、缺血性疾病時，機體供能量。在缺氧、缺血性疾病時，機體供氧不足，也需由糖酵解迅速供能；氧不足，也需由糖酵解迅速供能； 成熟紅細(xì)胞沒有線粒體，不能進行有氧成熟紅細(xì)胞沒有線粒體，不能進行有氧氧化，完全依賴糖酵解供應(yīng)能量

2、；氧化，完全依賴糖酵解供應(yīng)能量； 神經(jīng)、白細(xì)胞、骨髓等代謝活躍組織，神經(jīng)、白細(xì)胞、骨髓等代謝活躍組織，即使不缺氧也由糖酵解提供部分能量。即使不缺氧也由糖酵解提供部分能量。 糖酵解的生理意義主要內(nèi)容 糖酵解第一階段糖酵解第一階段 糖酵解第二階段糖酵解第二階段 丙酮酸的去路丙酮酸的去路 糖酵解的調(diào)節(jié)糖酵解的調(diào)節(jié) 其它其它C6糖進入糖酵解途徑糖進入糖酵解途徑糖酵解第一階段反應(yīng)1、葡萄糖的磷酸化、葡萄糖的磷酸化催化此反應(yīng)的酶為已糖激酶，該反應(yīng)必需有Mg2+參加，已糖激酶的底物除Glc外，還可以是其它六碳糖，如D-甘露糖、D-果糖、氨基葡萄糖等。在反應(yīng)過程中Mg2+與ATP形成復(fù)合物。糖酵解第一階段反應(yīng)

3、1、葡萄糖的磷酸化、葡萄糖的磷酸化 葡萄糖與葡萄糖與ATP反應(yīng)機制：反應(yīng)機制：糖酵解第一階段反應(yīng)1、葡萄糖的磷酸化、葡萄糖的磷酸化 葡萄糖與已糖激酶結(jié)合時的構(gòu)象變化葡萄糖與已糖激酶結(jié)合時的構(gòu)象變化結(jié)合前結(jié)合后糖酵解第一階段反應(yīng)1、葡萄糖的磷酸化、葡萄糖的磷酸化 已糖激酶是一種調(diào)節(jié)酶，它所催化的反應(yīng)產(chǎn)已糖激酶是一種調(diào)節(jié)酶，它所催化的反應(yīng)產(chǎn)物物G-6-P和和ADP能使該酶受到變構(gòu)抑制。這能使該酶受到變構(gòu)抑制。這一反應(yīng)也可由葡萄糖激酶催化，但此酶不受一反應(yīng)也可由葡萄糖激酶催化，但此酶不受產(chǎn)物產(chǎn)物G-6-P的抑制，且對的抑制，且對Glc的的Km比已糖激比已糖激酶要大得多，即親和力要小，因此要高濃度酶要

4、大得多，即親和力要小，因此要高濃度時才起作用。時才起作用。糖酵解第一階段反應(yīng)1、葡萄糖的磷酸化、葡萄糖的磷酸化 反應(yīng)的能量變化反應(yīng)的能量變化-D-Glu + ATP4- G6P2- + ADP3- + H+G = -16.7 KJ/mol胞內(nèi)條件下，胞內(nèi)條件下，G = -33.9 KJ/mol 生理意義：生理意義： 帶負(fù)電荷的磷酸基團使中間產(chǎn)物具有極帶負(fù)電荷的磷酸基團使中間產(chǎn)物具有極性，從而使這些產(chǎn)物不易透過脂膜而失性，從而使這些產(chǎn)物不易透過脂膜而失散。散。 磷酸基團在各反應(yīng)步驟中，對酶來說，磷酸基團在各反應(yīng)步驟中，對酶來說，起著信號基團的作用，有利于與酶結(jié)合起著信號基團的作用，有利于與酶結(jié)合

5、而被催化。而被催化。 葡萄糖向葡萄糖向G6PG6P的迅速轉(zhuǎn)化，便于保持胞內(nèi)的迅速轉(zhuǎn)化，便于保持胞內(nèi)低濃度，使葡萄糖易于向胞內(nèi)運輸。低濃度，使葡萄糖易于向胞內(nèi)運輸。糖酵解第一階段反應(yīng)糖酵解第一階段反應(yīng)2、G-6-P異構(gòu)成異構(gòu)成F-6-P葡萄糖磷酸異構(gòu)酶糖酵解第一階段反應(yīng)2、G-6-P異構(gòu)成異構(gòu)成F-6-P葡萄糖磷酸異構(gòu)酶催化該反應(yīng)的催化該反應(yīng)的PGIPGI具有絕對的底物專一性和立體專一性，具有絕對的底物專一性和立體專一性，一些一些C5C5磷酸代謝途徑的中間物如赤蘚糖磷酸代謝途徑的中間物如赤蘚糖-4-4-磷酸、景天庚酮磷酸、景天庚酮糖糖-7-7-磷酸等都是它的競爭性抑制劑。磷酸等都是它的競爭性抑制

6、劑。糖酵解第一階段反應(yīng)2、G-6-P異構(gòu)成異構(gòu)成F-6-P葡萄糖磷酸異構(gòu)酶催化機制糖酵解第一階段反應(yīng)3、F-6-P形成形成F-1,6-2P磷酸果糖激酶該反應(yīng)為不可逆反應(yīng)，PFK是一種變構(gòu)酶，它的催化效率很低，糖酵解的速率嚴(yán)格地依賴于該酶的活力水平，是哺乳動物糖酵解的關(guān)鍵調(diào)控酶，PFK是一四聚體蛋白。糖酵解第一階段反應(yīng)3、F-6-P形成形成F-1,6-2PATP可降低PFK對F-6-P的親和力，AMP、F-2,6-2P可解除ATP的別構(gòu)作用。另外，H+濃度上升對該酶有抑制作用。 Question： 細(xì)胞內(nèi)存在如下反應(yīng)： 已知在細(xì)胞中ATP的濃度是1850 uM，ADP的濃度是145 uM，AMP

7、濃度是5 uM，總的腺苷核苷酸濃度是2000，平衡常數(shù)K=0.44，計算當(dāng)ATP濃度下降8%時，AMP的濃度?糖酵解第一階段反應(yīng)腺苷酸激酶ATP + AMPADP + ADP糖酵解第一階段反應(yīng)4、F-1,6-2P形成甘油醛形成甘油醛- 3-P和二羥丙酮和二羥丙酮磷酸磷酸醛縮酶醛縮酶有2種不同類型： 醛縮酶I：高等動、植物，不需要2價金屬離子。 醛縮酶II ：細(xì)菌、酵母、真菌、藻類，需要2價金屬離子。 二者作用機制也不同。糖酵解第一階段反應(yīng)糖酵解第一階段反應(yīng)糖酵解第一階段反應(yīng)醛縮酶I經(jīng)歷西佛堿中間體的化學(xué)證據(jù)：糖酵解第一階段反應(yīng)5、二羥丙酮磷酸異構(gòu)成甘油醛、二羥丙酮磷酸異構(gòu)成甘油醛- 3-P丙糖

8、磷酸異構(gòu)酶糖酵解第一階段反應(yīng)5、二羥丙酮磷酸異構(gòu)成甘油醛、二羥丙酮磷酸異構(gòu)成甘油醛- 3-P丙糖磷酸異構(gòu)酶的活性部位是以谷氨酸的游離羧基與底物結(jié)合.糖酵解第一階段反應(yīng)5、二羥丙酮磷酸異構(gòu)成甘油醛、二羥丙酮磷酸異構(gòu)成甘油醛- 3-P糖酵解第二階段反應(yīng)6、甘油醛、甘油醛- 3-P氧化形成氧化形成1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸甘油醛-3-磷酸脫氫酶1,3-BPG是一高能?；姿峄衔?，催化該反應(yīng)的酶也是SH基酶。糖酵解第二階段反應(yīng)6、甘油醛、甘油醛- 3-P氧化形成氧化形成1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸催化機制糖酵解第二階段反應(yīng)6、甘油醛、甘油醛- 3-P氧化形成氧化形成1,3-二磷酸甘油酸二磷

9、酸甘油酸砷酸鹽可破壞1,3-BPG的形成。因為它可代替磷酸進攻硫酯中間物的高能鍵，產(chǎn)生1-砷酸-3-磷酸甘油酸，而該化合物不穩(wěn)定迅速水解生成3-磷酸甘油酸。砷酸鹽的加入使甘油酸-3-磷酸釋放的能量未能與磷酸化作用相偶聯(lián)而被貯藏。1-砷酸-3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸+ 砷酸水解糖酵解第二階段反應(yīng)7、1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能鍵形成二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能鍵形成ATP磷酸甘油酸激酶該反應(yīng)是糖酵解產(chǎn)生的第一個ATP。此步反應(yīng)也稱為底物水平磷酸化（ substrate-level phosphorylation, ADP或某些其它的核苷-5-二磷酸的磷酸化是通過來自一個非核苷酸底物的磷?；霓D(zhuǎn)移實現(xiàn)的

10、。 ）糖酵解第二階段反應(yīng)8、3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸動物及酵母細(xì)胞中，該反應(yīng)需要2，3-二磷酸甘油酸（2，3-BPG）作為引物（中間產(chǎn)物）。磷酸甘油酸變位酶糖酵解第二階段反應(yīng)2，3-二磷酸甘油酸（2，3-BPG）作為引物，啟動催化反應(yīng)。糖酵解第二階段反應(yīng)麥芽中的磷酸甘油酸變位酶催化分子內(nèi)磷酸轉(zhuǎn)移反應(yīng)糖酵解第二階段反應(yīng)8、3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶2,3-二磷酸甘油酸的合成和降解是糖酵解途徑中的一個短支路糖酵解第二階段反應(yīng)8、3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸

11、二磷酸甘油酸變位酶催化的磷酸基團轉(zhuǎn)移反應(yīng)糖酵解第二階段反應(yīng)9、2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸酮酸烯醇化酶糖酵解第二階段反應(yīng)10、磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酸酸、磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酸酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶是糖酵解中重要的變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，ATP、長鏈脂肪酸、乙酰CoA、丙氨酸等都對該酶有抑制作用；而果糖-1,6-二磷酸和PEP對它有激活作用；該酶是一四聚體蛋白，并至少有三種同工酶。糖酵解全過程ADPATPPhosphoglycerate kinaseADPATP丙酮酸的去路丙酸酸的三種去向丙酸酸的三種去向丙酮酸TCA ycle有氧條件乳酸乙醇無氧條件丙酮酸的去

12、路、生成乳酸、生成乳酸乳酸脫氫酶LDH有五種同工酶M4、M3H、M2H2、MH3、H4LDH具有絕對立體異構(gòu)專一性丙酮酸的去路、生成乙醇、生成乙醇先經(jīng)丙酮酸脫羧酶生成乙醛再氧化成乙醇。先經(jīng)丙酮酸脫羧酶生成乙醛再氧化成乙醇。乙醇脫氫酶丙酮酸脫羧酶TPP糖酵解作用的調(diào)節(jié)、磷酸果糖激酶是關(guān)鍵酶、磷酸果糖激酶是關(guān)鍵酶在糖酵解中由已糖激酶、磷酸果糖激酶和丙在糖酵解中由已糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反應(yīng)實際上是不可逆的，因酮酸激酶催化的反應(yīng)實際上是不可逆的，因此都有調(diào)節(jié)糖酵解途徑的作用。它們的活性此都有調(diào)節(jié)糖酵解途徑的作用。它們的活性受到變構(gòu)效應(yīng)物及酶共價修飾的調(diào)節(jié)。受到變構(gòu)效應(yīng)物及酶共價修飾的

13、調(diào)節(jié)。高濃度高濃度ATP對對PFK有有抑制作用；抑制作用；ADP和和AMP可消除可消除ATP對對PFK的別構(gòu)的別構(gòu)抑制；抑制；糖酵解作用的調(diào)節(jié)、磷酸果糖激酶是關(guān)鍵酶、磷酸果糖激酶是關(guān)鍵酶檸檬酸也是檸檬酸也是PFK的別構(gòu)抑制劑；的別構(gòu)抑制劑； 果糖果糖-2,6-二磷酸是二磷酸是PFK的激活劑；的激活劑；糖酵解作用的調(diào)節(jié)2、果糖、果糖-2,6-二磷酸對糖酵解的調(diào)節(jié)二磷酸對糖酵解的調(diào)節(jié)果糖果糖-2,6-二磷酸是二磷酸是PFK的變構(gòu)激活劑，它可的變構(gòu)激活劑，它可提高果糖激酶與果糖提高果糖激酶與果糖-6-磷酸的親和力并降低磷酸的親和力并降低ATP的抑制效應(yīng)。的抑制效應(yīng)。糖酵解作用的調(diào)節(jié)3、已糖激酶、已糖

14、激酶HK和丙酮酸激酶和丙酮酸激酶PVK對糖對糖酵解的調(diào)節(jié)酵解的調(diào)節(jié)G-6-P對對HK有別構(gòu)抑制作用。有別構(gòu)抑制作用。 丙酮酸激酶是糖酵解另一重要別構(gòu)酶。丙酮酸激酶是糖酵解另一重要別構(gòu)酶。 丙酮酸激酶通過磷酸化和去磷酸化來轉(zhuǎn)變其丙酮酸激酶通過磷酸化和去磷酸化來轉(zhuǎn)變其活性，其活性形式是去磷酸化形式。丙氨酸活性，其活性形式是去磷酸化形式。丙氨酸和和ATP是該酶的變構(gòu)抑制劑。是該酶的變構(gòu)抑制劑。糖酵解作用的調(diào)節(jié)3、已糖激酶、已糖激酶HK和丙酮酸激酶和丙酮酸激酶PVK對糖對糖酵解的調(diào)節(jié)酵解的調(diào)節(jié)不活躍的磷酸化的丙酮酸激酶活躍的去磷酸化的丙酮酸激酶葡萄糖濃度減少增加H2OPiATPADPF-1,6-BP激

15、活A(yù)TP丙氨酸抑制抑制其它六碳糖進入糖酵解途徑1、果糖、果糖果糖由己糖激酶催化磷酸化形成果糖由己糖激酶催化磷酸化形成F-6-P。 但是在肝臟中只含有葡萄糖激酶，不能直接催化果但是在肝臟中只含有葡萄糖激酶，不能直接催化果糖的磷酸化，需要經(jīng)過六種酶的轉(zhuǎn)化來完成，即先糖的磷酸化，需要經(jīng)過六種酶的轉(zhuǎn)化來完成，即先形成形成F-1-P，再裂解成二羥丙酮磷酸和甘油醛，甘，再裂解成二羥丙酮磷酸和甘油醛，甘油醛再磷酸化成甘油醛油醛再磷酸化成甘油醛-3-P，它也可再脫氫形成甘，它也可再脫氫形成甘油，甘油在激酶作用下形成甘油油，甘油在激酶作用下形成甘油-3-P，最后脫氫形，最后脫氫形成二羥丙酮磷酸，最后二羥丙酮磷酸

16、都轉(zhuǎn)變成甘油成二羥丙酮磷酸，最后二羥丙酮磷酸都轉(zhuǎn)變成甘油醛醛-3-P。HEXOKINASE己糖激酶己糖激酶其它六碳糖進入糖酵解途徑1、果糖、果糖 其它六碳糖進入糖酵解途徑2、半乳糖、半乳糖半乳糖與葡萄糖結(jié)構(gòu)極為相似，它進入糖酵半乳糖與葡萄糖結(jié)構(gòu)極為相似，它進入糖酵解途徑需要解途徑需要5步反應(yīng)，最后形成步反應(yīng)，最后形成G-6-P而進入。而進入。 其它六碳糖進入糖酵解途徑2、半乳糖、半乳糖其它六碳糖進入糖酵解途徑2、半乳糖血癥、半乳糖血癥這是一種遺傳病，不能將半乳糖轉(zhuǎn)變成葡萄這是一種遺傳病，不能將半乳糖轉(zhuǎn)變成葡萄糖。原因是缺乏半乳糖糖。原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶，磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶，不能使不能使Gal-1-P轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成UDP-Gal。結(jié)果造成血。結(jié)果造成血中中Gal升高，進一步造成眼睛晶狀體升高，進一步造成眼睛晶狀體Gal升高，升高，從而引起晶狀體混濁引起白內(nèi)障。從而引起晶狀體混濁引起白內(nèi)障。 其它六碳糖進入糖酵解途徑3、甘露糖、甘露糖甘露糖經(jīng)二步反應(yīng)形成甘露糖經(jīng)二步反應(yīng)形成F-6-P。先在