生物化学---第八章--糖的无氧氧化(2)

第二节糖酵解2021/3/212无氧酵解途径（EMP）有氧氧化途径（TAC）磷酸戊糖途径(PPP/HMS)单糖的异生多糖的异生分解代谢合成代谢2021/3/213糖原的细胞内酶促磷酸解糖原的结构及其连接方式磷酸化酶a（催化1.4-糖苷键磷酸解断裂）三种酶协同作用：转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）脱支酶（催化1.6-糖苷键水解断裂）-1，4-糖苷键-1，6糖苷键非还原性末端2021/3/214糖原磷酸解的步骤非还原端糖原核心磷酸化酶a转移酶脱枝酶（释放1个葡萄糖）G-1-P90%G10%G-6-PG2021/3/215葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖磷酸戊糖途径乙酰CoA（有氧）三羧酸循环丙酮酸乳酸乙醇6-磷酸葡萄糖糖酵解（无氧）(无氧）糖异生2021/3/2162021/3/217第二节糖的分解代谢2021/3/218（一）概念（二）过程（三）能量计算（四）生理意义（五）丙酮酸的去路（六）无氧酵解的调节（七）其他已糖进入EMP途径一、无氧酵解途径（EMP）2021/3/219（一）糖酵解概念：体内组织在无氧或缺氧情况下，葡萄糖或糖原在胞浆中分解产生乳酸和少量ATP的过程，也称糖酵解途径Embden-Meyethof-Parnas(EMP)途径。1、化学历程和催化酶类2、化学计量和生物学意义3、糖酵解的调控2021/3/2110准备(耗能）阶段放能阶段（二）过程2021/3/2111（1）葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖ATPglucose(G)HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHglucose-6-phosphate(G-6-P）HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOH已糖激酶Mg2+ADP1.耗能阶段O-POOHOH2021/3/2112Mg2+2021/3/2113葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖的意义：1.葡萄糖磷酸化后容易参与后续的反应2.磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透过细胞质膜，因此是细胞的一种保糖机制2021/3/2114（2）6-磷酸葡萄糖异构化转变为6-磷酸果糖fructose-6-phosphate(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH磷酸已糖异构酶glucose-6phosphate(G-6-P）HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHPOOHOHO-POOHOHO-POOHOH2021/3/2115（3）6-磷酸果糖再磷酸化生成1,6-二磷酸果糖1,6-二磷酸果糖(fructose-1,6-diphosphate)O-CH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHATPO-POOHOH磷酸果糖激酶Mg2+(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHADPO-POOHOHO-POOHOH2021/3/2116（4）磷酸丙糖的生成3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮OHCH2COCH2OPOOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOHfructose-1,6-diphosphate(F-1,6-2P）CCCCCH2OOOHHHOHHOHCH2OPOOHOHPOOHOH醛缩酶2021/3/2117（5）磷酸丙糖的互变磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetonephosphate)OHCH2COCH2OPOOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)磷酸丙糖异构酶1,6-二磷酸果糖2×3-磷酸甘油醛2021/3/2118（6）3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde3-phosphate)OHHOCCHCH2OPOOHOHOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-二磷酸甘油酸1,3-diphospho--glycerae(1,3-DPG)NAD＋＋H3PO4NADH+H+2.能量释放阶段O-POOHOHO-POOHOHO-POOHOH2021/3/2119（7）1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸激酶HOHOOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)ADPATPOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate)(1,3-DPG)O-POOHOHO-POOHOHO-POOHOH2021/3/2120•底物水平磷酸化：•在底物分子发生脱氢或脱水时，能量重新分配时形成某种高能状态或高能中间产物，再通过酶的作用将能量传递给ADP生成ATP的过程2021/3/2121（8）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油(3-phosphoglycerate)HOHOOCCHCH2OPOOHOH磷酸甘油酸变位酶2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)OHHO-OOCCHCH2O-POOHOH2021/3/2122（9）2-磷酸甘油酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate)O-HOOCCCH2P+OOHOHHOHHOOOCCCH2POOHOH烯醇化酶Mg2+或Mn2+H2O2021/3/2123（10）磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸ADPATP丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate)O-HOOCCCH2P+OOHOHMg2+或Mn2+丙酮酸(pyruvate)CH3OCCOOH2021/3/21242021/3/2125•无氧酵解的全部反应过程在胞液(cytoplasm)中进行，共11步，•无氧酵解代谢的终产物是乳酸（lactate），一分子葡萄糖经无氧酵解可净生成2分子ATP。二、糖酵解的反应过程2021/3/2126•无氧酵解的反应过程可分为活化、裂解、放能和还原四个阶段。•其中，活化、裂解、放能三个阶段又可合称为糖酵解途径（glycolyticpathway)。2021/3/2127EMP的化学历程糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖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丙酮酸第一阶段第二阶段第三阶段葡萄糖葡萄糖的磷酸化(活化）磷酸己糖的裂解丙酮酸和ATP的生成（放能）2021/3/21281.活化(activation)——己糖磷酸酯的生成：•活化阶段是指葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP，FDP）的反应过程。•活化阶段由3步化学反应组成。2021/3/2129⑴葡萄糖(glucose)磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)；⑵G-6-P异构为6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate,F-6-P）；⑶F-6-P再磷酸化为1,6-双磷酸果糖（fructose-1,6-bisphosphate,F-1,6-BP）。2021/3/2130无氧酵解的活化阶段glucoseOCH2HOHHOOHHOHHOHHH(1)己糖激酶/葡萄糖激酶ATPADP*PPOCH2OHHOOHHOHHOHHHglucose-6-phosphate磷酸己糖异构酶(2)fructose-6-phosphate磷酸果糖激酶-1ATPADP*(3)fructose-1,6-bisphosphate2021/3/21312.裂解（lysis)——磷酸丙糖的生成：•一分子F-1,6-BP裂解为两分子可以互变的磷酸丙糖（triosephosphate)，包括两步反应：⑷F-1,6-BP裂解为3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3-phosphate)和磷酸二羟丙酮(dihydroxy-acetonephosphate)；⑸磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛。2021/3/2132fructose-1,6-bisphosphate无氧酵解的裂解阶段磷酸丙糖异构酶(5)醛缩酶(4)CH2OHCOCH2POCH2PPOCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPOdihydroxyacetonephosphateglyceraldehyde-3-phosphate2021/3/21333.放能(releasingenergy)——丙酮酸的生成：•3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应。⑹3-磷酸甘油醛脱氢并磷酸化生成1,3-二磷酸甘油酸（glycerate-1,3-diphosphate)；⑺1,3-二磷酸甘油酸脱磷酸，将其交给ADP生成ATP；2021/3/2134⑻3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸；⑼2-磷酸甘油酸(glycerate-2-phosphate)脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate,PEP)；⑽磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）将高能磷酸基交给ADP生成ATP。2021/3/2135CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2PPOglyceraldehyde-3-phosphate(6)3-磷酸甘油醛脱氢酶NAD++PiNADH+H+O=CCOHCH2POPPOPPOglycerate-1,3-diphosphate(7)ATPADP磷酸甘油酸激酶COOHCOHCH2POPPOglycerate-3-phosphate(8)磷酸甘油酸变位酶COOHCCH2POPPOOHOHglycerate-2-phosphate无氧酵解的放能阶段2021/3/2136COOHCCH2POPPOOHOHglycerate-2-phosphate烯醇化酶⑼H2OCOOHCCH2PPOphosphoenolpyruvate丙酮酸激酶⑽*ATPADPCOOHC=OCH3pyruvate2021/3/21374．还原(reduction)——乳酸的生成：•利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使NADH重新氧化为NAD+，以确保反应的继续进行。2021/3/2138无氧酵解的还原阶段乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+⑾COOHC=OCH3pyruvatelactateCOOHCHOHCH32021/3/2139糖酵解途径2021/3/2140糖的无氧酵解途径2021/3/2141ＧＧ-6-PＦ-6-P1,6-FBP磷酸二羟丙酮3-P-GATPATP1,3-B-P-G3-P甘油酸ATPATP2H+2-P甘油酸PEP丙酮酸ATPATPEMP能量变化简图2021/3/2142糖原(Gn)H3PO4磷酸化酶OHOHOPOHOCH2OHOHOHO糖原(Gn-1)1-磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)POOHOHOOCH2OHOHOHOH磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)2021/3/2143（三）糖酵解过程中ATP的生成+2×1葡萄糖→6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖→1,6-二磷酸果糖1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸反应ATP-11mol葡萄糖→2mol乳酸+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→2mol乳酸+？molATP+2×1-12021/3/2144糖酵解中能量利用的效率：从葡萄糖开始：2×30.5/196=61/196=31(%)从糖原开始：2×51.6/196=103.2/196=52.6(%)1mol葡萄糖2mol乳酸+能量△G0’=-196kJATP储存能量:△G0’=-30.5kJ/mol(体外标准状态下)△G0’=-51.6kJ/mol(体内生理状态下)糖酵解中能量的利用率：2021/3/2145乙醇发酵中能量利用的效率：2×30.5/217.6=28(%)1mol葡萄糖2mol乙醇+能量△G0’=-217.6kJATP储存能量:△G0’=-30.5kJ/mol乙醇发酵中能量的利用率：2021/3/2146（四）丙酮酸的去路NADH+H+NAD+乳酸COOHC