糖酵解

第三节糖酵解Glycolysis第三节糖酵解Glycolysis一.糖酵解定义糖酵解是将葡萄糖降解为丙酮酸并伴随着ATP生成的一系列反应，是生物体内普遍存在的葡萄糖降解的途径。该途径也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称EMP途径。葡萄糖丙酮酸＋ATP反应部位：细胞质6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖1,6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮21,3-二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸22-磷酸甘油酸2磷酸烯醇丙酮酸2丙酮酸葡萄糖（一）葡萄糖的磷酸化（二）磷酸己糖的裂解（三）丙酮酸和ATP的生成二、糖酵解反应历程大体分三个阶段（一）葡萄糖磷酸化（3步反应）1.葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖（G-6-P)•消耗1分子ATP，反应不可逆。OHOHHOHHOHHOHCH2HHO葡萄糖GATPADPMg+OHOHHOHHOHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖G-6-P己糖激酶激酶：一类从高能供体分子（如ATP）转移磷酸基团到特定靶分子（底物）的酶；这一过程谓之磷酸化。激酶都需要Mg2+作为辅助因子。已糖激酶：催化从ATP转移磷酸基团至各种六碳糖上去的酶。葡萄糖的磷酸化使葡萄糖带上负电荷，不能自由逸出细胞；葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。2.6-磷酸葡萄糖异构化，生成6-磷酸果糖磷酸己糖异构酶反应可逆，反应方向由底物与产物含量水平来控制CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OPOHOHHOHHOHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖G-6-P6-磷酸果糖F-6-P磷酸己糖异构酶醛糖-酮糖同分异构化反应酶具有绝对的立体专一性3.6-磷酸果糖磷酸化，生成1,6-二磷酸果糖消耗1分子ATP，反应不可逆。CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OP6-磷酸果糖F-6-PATPADPMg2+CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPP1,6-二磷酸果糖F-1,6-2P磷酸果糖激酶PFK-Ⅰ磷酸果糖激酶关键反应步骤，决定酵解速度，限速酶，该步反应再消耗一分子ATP★4.F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮(DHAP）（二）磷酸己糖裂解（2步反应）醛缩酶产生二个三碳糖，即一个醛糖和一个酮糖，反应可逆。CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPPCH2OCOCH2OHCHOCOHHCH2OPP磷酸二羟丙酮DHAP3-磷酸甘油醛GAP醛缩酶5.磷酸丙糖的异构化磷酸丙糖异构酶磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛#CH2OCOCH2OHPCHOCOHHCH2OP磷酸丙糖异构酶磷酸二羟丙酮DHAP3-磷酸甘油醛GAP6.3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸•此步为糖酵解中唯一一步脱氢反应。（三）丙酮酸的生成（5步反应）CHOCHOHCH2OPCCHOHCH2OPO～PO3-磷酸甘油醛GAPNAD+NADH+H+Pi1,3-二磷酸甘油酸1,3-BPG3-磷酸甘油醛脱氢酶GAPDH3-甘油醛磷酸脱氢酶的辅酶是NAD+，该酶的活性部位有一个-SH，重金属离子和烷化剂如碘乙酸能抑制该酶活性。EE砷酸盐（AsO4）是无机磷酸的结构类似物，能破坏1,3-二磷酸甘油酸的形成。1-砷酸-3-磷酸甘油酸O=C—O—As—O–O=O-–水解O=C—OH3-磷酸甘油酸+–O—As—O–O=O—–7.1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。反应可逆CCHOHCH2OPO～POCOOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸3-PGADPATP磷酸甘油酸激酶1,3-二磷酸甘油酸1,3-BPG8.3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸COOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸3-PGCOOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸2-PG磷酸甘油酸变位酶EPSPSPPESPPE变位酶上结合一个磷酸基团，将之转移至底物形成二磷酸化合物，将底物上原有磷酸基团转移回变位酶。9.2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸分子内脱水形成双键，引起分子内能量重新分布，形成高能磷酸键。COOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸2-PGCOOHCCH2O～PH2OMg2+磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶10.PEP转变成丙酮酸（pyruvate)第二个底物水平磷酸化，反应不可逆。烯醇式立即自发转变为酮式。磷酸烯醇式丙酮酸+ADP烯醇式丙酮酸+ATP丙酮酸COOHCCH2O～P磷酸烯醇式丙酮酸PEPCOOHCOCH3丙酮酸PAADPATP丙酮酸激酶1.三步不可逆反应：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶2.两步耗能反应：①G—G-6-P;②F-6-P—F-1,6-二P3.两步产能反应：①1,3-二磷酸甘油酸—3-磷酸甘油酸；②PEP—丙酮酸4.一步脱氢反应：3-磷酸甘油醛—1,3-二磷酸甘油酸；5.净生成能量2分子ATP糖酵解的全过程总反应：葡萄糖+2ADP+2Pi+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2OATP的生成：糖酵解时，1分子葡萄糖共生成4分子ATP，净生成2分子ATP和2分子NADH+H+。能量支票≈4或6分子ATP其它单糖的酵解葡萄糖1,6-双磷酸果糖1-磷酸葡萄糖UDP-半乳糖UDP-葡萄糖磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛丙酮酸1-磷酸果糖果糖（脂肪组织）甘油醛1-磷酸果糖果糖（肝脏）果糖（肝脏）6-磷酸果糖1-磷酸半乳糖半乳糖6-磷酸葡萄糖三、糖酵解的调节细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。关键酶（keyenzyme）:在一条代谢途径的多酶系统中，通常存在一种或少数几种催化不可逆反应的酶，这些酶决定代谢途径反应方向。如己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶。限速酶（rate-limitingenzyme）:一条代谢途径中，催化活力最低，米氏常数最大，也就是催化反应速度最慢的酶，它决定整个代谢途径的速度。如磷酸果糖激酶。（一）6-磷酸果糖激酶-1（PFK-1）最重要(－)：ATP、柠檬酸(＋)：AMP、ADP、F-1,6-BP、F-2,6-BPOHCH2HCH2OHHHOHOOPOPOCH2OHHCH2OHHHOHOPOPF-2,6-BPF-1,6-BPCH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OP6-磷酸果糖β-F-6-PATPADPMg2+CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPP1,6-二磷酸果糖F-1,6-BP6-磷酸果糖激酶-ⅠPFK-Ⅰ别构抑制剂：ATP、柠檬酸酶分子有2个ATP的结合部位（催化部位和别构剂结合部位）F-6-PF-2,6-P2ATPADP6-磷酸果糖激酶-2H2OPi果糖二磷酸酶-2F-2,6-P2是6-磷酸果糖激酶-1最强的变构激活剂。(+)(-)柠檬酸AMP激活剂：AMP、ADP、F-1,6-二P、F-2,6-P2（二）丙酮酸激酶变构调节：F-1,6-P2和PEP是变构激活剂；ATP、柠檬酸和长链脂肪酸是变构抑制剂。共价修饰调节：胰高血糖素通过cAMP和PKA使其磷酸化而抑制其活性。丙酮酸激酶（活性）ATPADPH2OPi(+)丙酮酸激酶—P(无活性)胰高血糖素（三）己糖激酶己糖激酶是别构酶，有四种同工酶，存在于不同组织中，可催化多种己糖磷酸化，G-6-P可反馈抑制己糖激酶；葡萄糖激酶不是别构酶，为己糖激酶同工酶IV型，存在与肝细胞内，只催化葡萄糖磷酸化，胰岛素可诱导葡萄糖激酶的合成。四、丙酮酸的去路有氧条件下，进入线粒体变成乙酰CoA参加三羧酸循环，彻底氧化产生CO2和H2O。无氧条件下，加氢还原生成乳酸。在酵母等微生物中，丙酮酸脱羧生成乙醛，再加氢还原生成乙醇。COO-CCH3NAD+NADH+H+O丙酮酸CH3C丙酮酸脱氢酶复合体乙酰O~SCoACoA+HSCoA+CO2CO2+H2OCOO-CCH3NAD+NADH+H+O丙酮酸COO-CHOHCH3乳酸脱氢酶乳酸CH2OHCH3乙醇NADH+H+NAD+CO2乙醛CHOCH3COOHC==OCH3丙酮酸机体缺氧时的主要供能方式。红细胞没有线粒体，完全依赖糖酵解供能。神经、白细胞、骨髓等代谢极为活跃，也常由糖酵解提供部分能量。糖无氧分解不仅提供能量，还能提供碳源物质，参与Pr、脂肪酸的生物合成，如丙酮酸。五、糖酵解的生理意义