生物化学第19章 糖酵解

第19章糖酵解作用Departmentofbiologicalscienceandtechnology,USTB糖酵解全过程糖酵解全过程•在剧烈运动，肌肉局部血流不足，肌肉收缩时相对缺氧，葡萄糖有氧氧化过程较长，供能较慢，可由糖酵解迅速提供能量。在缺氧、缺血性疾病时，机体供氧不足，也需由糖酵解迅速供能；•成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化，完全依赖糖酵解供应能量；•神经、白细胞、骨髓等代谢活跃组织，即使不缺氧也由糖酵解提供部分能量。糖酵解的生理意义主要内容•糖酵解第一阶段•糖酵解第二阶段•丙酮酸的去路•糖酵解的调节•其它C6糖进入糖酵解途径糖酵解第一阶段反应1、葡萄糖的磷酸化催化此反应的酶为已糖激酶，该反应必需有Mg2+参加，已糖激酶的底物除Glc外，还可以是其它六碳糖，如D-甘露糖、D-果糖、氨基葡萄糖等。在反应过程中Mg2+与ATP形成复合物。糖酵解第一阶段反应1、葡萄糖的磷酸化葡萄糖与ATP反应机制：糖酵解第一阶段反应1、葡萄糖的磷酸化葡萄糖与已糖激酶结合时的构象变化结合前结合后糖酵解第一阶段反应1、葡萄糖的磷酸化已糖激酶是一种调节酶，它所催化的反应产物G-6-P和ADP能使该酶受到变构抑制。这一反应也可由葡萄糖激酶催化，但此酶不受产物G-6-P的抑制，且对Glc的Km比已糖激酶要大得多，即亲和力要小，因此要高浓度时才起作用。糖酵解第一阶段反应1、葡萄糖的磷酸化反应的能量变化α-D-Glu+ATP4-G6P2-+ADP3-+H+ΔGº´=-16.7KJ/mol胞内条件下，ΔG=-33.9KJ/mol•生理意义：•带负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性，从而使这些产物不易透过脂膜而失散。•磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起着信号基团的作用，有利于与酶结合而被催化。•葡萄糖向G6P的迅速转化，便于保持胞内低浓度，使葡萄糖易于向胞内运输。糖酵解第一阶段反应糖酵解第一阶段反应2、G-6-P异构成F-6-P葡萄糖磷酸异构酶糖酵解第一阶段反应2、G-6-P异构成F-6-P葡萄糖磷酸异构酶催化该反应的PGI具有绝对的底物专一性和立体专一性，一些C5磷酸代谢途径的中间物如赤藓糖-4-磷酸、景天庚酮糖-7-磷酸等都是它的竞争性抑制剂。糖酵解第一阶段反应2、G-6-P异构成F-6-P葡萄糖磷酸异构酶催化机制糖酵解第一阶段反应3、F-6-P形成F-1,6-2P磷酸果糖激酶该反应为不可逆反应，PFK是一种变构酶，它的催化效率很低，糖酵解的速率严格地依赖于该酶的活力水平，是哺乳动物糖酵解的关键调控酶，PFK是一四聚体蛋白。糖酵解第一阶段反应3、F-6-P形成F-1,6-2PATP可降低PFK对F-6-P的亲和力，AMP、F-2,6-2P可解除ATP的别构作用。另外，H+浓度上升对该酶有抑制作用。•Question：细胞内存在如下反应：已知在细胞中ATP的浓度是1850uM，ADP的浓度是145uM，AMP浓度是5uM，总的腺苷核苷酸浓度是2000，平衡常数K=0.44，计算当ATP浓度下降8%时，AMP的浓度?糖酵解第一阶段反应腺苷酸激酶ATP+AMPADP+ADP糖酵解第一阶段反应4、F-1,6-2P形成甘油醛-3-P和二羟丙酮磷酸醛缩酶醛缩酶有2种不同类型：•醛缩酶I：高等动、植物，不需要2价金属离子。•醛缩酶II：细菌、酵母、真菌、藻类，需要2价金属离子。•二者作用机制也不同。糖酵解第一阶段反应糖酵解第一阶段反应糖酵解第一阶段反应醛缩酶I经历西佛碱中间体的化学证据：糖酵解第一阶段反应5、二羟丙酮磷酸异构成甘油醛-3-P丙糖磷酸异构酶糖酵解第一阶段反应5、二羟丙酮磷酸异构成甘油醛-3-P丙糖磷酸异构酶的活性部位是以谷氨酸的游离羧基与底物结合.糖酵解第一阶段反应5、二羟丙酮磷酸异构成甘油醛-3-P糖酵解第二阶段反应6、甘油醛-3-P氧化形成1,3-二磷酸甘油酸甘油醛-3-磷酸脱氢酶1,3-BPG是一高能酰基磷酸化合物，催化该反应的酶也是SH基酶。糖酵解第二阶段反应6、甘油醛-3-P氧化形成1,3-二磷酸甘油酸催化机制糖酵解第二阶段反应6、甘油醛-3-P氧化形成1,3-二磷酸甘油酸砷酸盐可破坏1,3-BPG的形成。因为它可代替磷酸进攻硫酯中间物的高能键，产生1-砷酸-3-磷酸甘油酸，而该化合物不稳定迅速水解生成3-磷酸甘油酸。砷酸盐的加入使甘油酸-3-磷酸释放的能量未能与磷酸化作用相偶联而被贮藏。1-砷酸-3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸+砷酸水解糖酵解第二阶段反应7、1,3-二磷酸甘油酸转移高能键形成ATP磷酸甘油酸激酶该反应是糖酵解产生的第一个ATP。此步反应也称为底物水平磷酸化（substrate-levelphosphorylation,ADP或某些其它的核苷-5ˊ-二磷酸的磷酸化是通过来自一个非核苷酸底物的磷酰基的转移实现的。）糖酵解第二阶段反应8、3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸动物及酵母细胞中，该反应需要2，3-二磷酸甘油酸（2，3-BPG）作为引物（中间产物）。磷酸甘油酸变位酶糖酵解第二阶段反应2，3-二磷酸甘油酸（2，3-BPG）作为引物，启动催化反应。糖酵解第二阶段反应麦芽中的磷酸甘油酸变位酶催化分子内磷酸转移反应糖酵解第二阶段反应8、3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶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径中的一个短支路糖酵解第二阶段反应8、3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸二磷酸甘油酸变位酶催化的磷酸基团转移反应糖酵解第二阶段反应9、2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶糖酵解第二阶段反应10、磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酸酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶是糖酵解中重要的变构调节酶，ATP、长链脂肪酸、乙酰CoA、丙氨酸等都对该酶有抑制作用；而果糖-1,6-二磷酸和PEP对它有激活作用；该酶是一四聚体蛋白，并至少有三种同工酶。糖酵解全过程ADPATPPhosphoglyceratekinaseADPATP丙酮酸的去路丙酸酸的三种去向丙酮酸TCAＣycle有氧条件乳酸乙醇无氧条件丙酮酸的去路１、生成乳酸乳酸脱氢酶LDH有五种同工酶M4、M3H、M2H2、MH3、H4LDH具有绝对立体异构专一性丙酮酸的去路２、生成乙醇先经丙酮酸脱羧酶生成乙醛再氧化成乙醇。乙醇脱氢酶丙酮酸脱羧酶TPP糖酵解作用的调节１、磷酸果糖激酶是关键酶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应实际上是不可逆的，因此都有调节糖酵解途径的作用。它们的活性受到变构效应物及酶共价修饰的调节。�高浓度ATP对PFK有抑制作用；�ADP和AMP可消除ATP对PFK的别构抑制；糖酵解作用的调节１、磷酸果糖激酶是关键酶�柠檬酸也是PFK的别构抑制剂；�果糖-2,6-二磷酸是PFK的激活剂；糖酵解作用的调节2、果糖-2,6-二磷酸对糖酵解的调节果糖-2,6-二磷酸是PFK的变构激活剂，它可提高果糖激酶与果糖-6-磷酸的亲和力并降低ATP的抑制效应。糖酵解作用的调节3、已糖激酶HK和丙酮酸激酶PVK对糖酵解的调节G-6-P对HK有别构抑制作用。丙酮酸激酶是糖酵解另一重要别构酶。丙酮酸激酶通过磷酸化和去磷酸化来转变其活性，其活性形式是去磷酸化形式。丙氨酸和ATP是该酶的变构抑制剂。糖酵解作用的调节3、已糖激酶HK和丙酮酸激酶PVK对糖酵解的调节不活跃的磷酸化的丙酮酸激酶活跃的去磷酸化的丙酮酸激酶葡萄糖浓度减少增加H2OPiATPADPF-1,6-BP激活ATP丙氨酸抑制抑制其它六碳糖进入糖酵解途径1、果糖果糖由己糖激酶催化磷酸化形成F-6-P。但是在肝脏中只含有葡萄糖激酶，不能直接催化果糖的磷酸化，需要经过六种酶的转化来完成，即先形成F-1-P，再裂解成二羟丙酮磷酸和甘油醛，甘油醛再磷酸化成甘油醛-3-P，它也可再脱氢形成甘油，甘油在激酶作用下形成甘油-3-P，最后脱氢形成二羟丙酮磷酸，最后二羟丙酮磷酸都转变成甘油醛-3-P。HEXOKINASE己糖激酶其它六碳糖进入糖酵解途径1、果糖其它六碳糖进入糖酵解途径2、半乳糖半乳糖与葡萄糖结构极为相似，它进入糖酵解途径需要5步反应，最后形成G-6-P而进入。其它六碳糖进入糖酵解途径2、半乳糖其它六碳糖进入糖酵解途径2、半乳糖血症这是一种遗传病，不能将半乳糖转变成葡萄糖。原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶，不能使Gal-1-P转变成UDP-Gal。结果造成血中Gal升高，进一步造成眼睛晶状体Gal升高，从而引起晶状体混浊引起白内障。其它六碳糖进入糖酵解途径3、甘露糖甘露糖经二步反应形成F-6-P。先在己糖激酶下形成甘露糖-6-P，再经磷酸甘露糖异构酶催化形成F-6-P。Questions•葡萄糖酵解过程的第一步是葡萄糖磷酸化形成6-磷酸葡萄糖，催化这一步反应的有两种酶：己糖激酶和葡萄糖激酶。己糖激酶对葡萄糖的Km值远低于平时细胞内的葡萄糖浓度。此外，己糖激酶受6-磷酸葡萄糖的强烈抑制，而葡萄糖激酶不受6-磷酸葡萄糖的抑制。根据上述描述，请你说明这两种酶在调节上的特点是什么?•什么化学结构使得1，3-二磷酸甘油酸成为一个高能化合物?细胞是如何捕获这能量的?