糖酵解

• 已糖激酶是一种调节酶。它催化的反应 产物葡萄糖-6-磷酸和ADP是该酶的变构 抑制剂。无机磷酸可解除葡萄糖-6-磷酸 和ADP的抑制作用。
糖酵解第一阶段反应
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
葡萄糖激酶
存在于动物肝细胞中，对D-葡萄糖 有专一性强，不被葡萄糖-6-磷酸所 抑制。肌肉已糖激酶对D-葡萄糖的 Km值为0.1mmol/L，肝葡萄糖激酶的 Km值约为10mmol/L。
第22章 糖的酵解
主要内容和要求：
在物质代谢和能量代谢的理解的基础 上，讨论糖的分解 ，本章重点掌握以葡萄 糖为代表的单糖在无氧条件下的分解途径
思考
目录
一 生物体内的主要糖类及生物功能
二பைடு நூலகம்糖的酵解作用
三 糖酵解的反应机制 四 糖酵解作用的调节
一 生物体内的主要糖类及生物功能
1、单糖的链状结构和环状结构 2、重要的单糖及衍生物 3、重要的寡糖 4、重要的多糖 5、糖类的生物学作用
磷酸
甘油
激酶
变
位
酶
H2O
Mg或Mn 烯醇化酶
甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸
生成1分子 NADH+H+
形成1个高能磷 酸键
3-甘油醛磷酸 脱氢酶
GAP
1,3-BPG
NAD+是3-甘油醛磷酸脱氢酶的辅酶，该酶的活性部位
有一个-SH，重金属离3子+ 和烷化剂如碘乙酸能抑制该酶 活性。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。
合成的前体 作为细胞识别的信息分子
单糖的分解代谢
一、生物体内单糖的主要分解代谢途径 二、糖酵解（EMP） 三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降 解途径
葡萄糖的主要分解代谢途径
葡萄糖
糖酵解
（无氧）
6-磷酸葡萄糖
（无氧） 丙酮酸
（有氧） 乙酰 CoA
乳酸 乙醇
磷酸戊 糖途径
三羧酸 循环
糖酵解（glycolysis） [glai'kɔlisis]
(allose) (altrose) (glucose) (mannose) (gulose) (idose)
(galactose) (talose)
D系酮糖的 立体结构
D(-)-赤藓酮糖
(erythrulose)
二羟丙酮
(dihytroasetone)
D(-)-核酮糖
(ribulose)
D(+)-核酮糖
OO-
O—
O= O=
O=
O=C—O—As—O–
–
水解
1-砷酸-3-磷酸甘油酸
O=C—O—As—O–
–
1-砷酸-3-磷酸甘油酸
O=C—OH
+ 3-磷酸甘油酸
–O—As—O–
–
在有砷酸盐存在的情况下，酵解过程可以 照样进行下去，但不能形成高能磷酸键， 即砷酸盐起着解偶联作用，解除了氧化和 磷酸化的偶联作用。
羟丙酮磷酸和甘油醛-3-磷酸总是处于平衡状态，但由
于甘油醛-3-磷酸在酵解途径中不断被消耗，因此，反
应得以向生成甘油醛-3-磷酸反向进行，实际最后生成
两分子甘油醛-3-磷酸。
第三阶段：磷酸烯醇式丙酮酸、丙酮酸和ATP的生成
NAD+ NADH+H+ Pi
脱氢酶
ATP ADP
丙酮酸
丙酮酸激酶
PEP
ADP ATP
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。
1940年被阐明, Embden, Meyerhof, Parnas等 人贡献最多，糖酵解过程也叫EmbdenMeyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。 发生部位：在细胞质中进行
• 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
葡萄糖
EMP
NADH+H+ NAD+
COOH C==O
COOH CH(OH)
CH3
乳酸
CH3
丙酮酸
CO2
CHO
CH3
乙醛
CH2OH
NADH+H+ NAD+ CH3
乙醇
葡萄糖的无氧分解
生醇发酵：葡萄糖在酵母细胞中经无 氧分解生成乙醇的作用。 乳酸发酵：以乳酸为终产物的厌氧发 酵
乳酸发酵
在无氧条件下，把糖酵解中生成的NADH中
D-甘油醛-3-磷酸
-D-葡萄糖-1-磷酸
-D-葡萄糖-6-磷酸
-D-果糖-6-磷酸
-D-果糖-1，6-二磷酸
重要的二糖
D-麦芽糖（ -型）
纤维二糖（ -型）
蔗糖
乳糖（ -型 ）
淀粉和糖原结构
1.4nm
NRE NRE
直链淀粉
(16)分支点
RE
RE
0.8nm
6个残基
直链淀粉的螺旋结构
乙醇+ NAD+
乙醇发酵
• 在无氧条件下，把糖酵解中生成的NADH中的H交给丙酮 酸脱羧产物乙醛生成乙醇的过程称为乙醇发酵。
在大多数植物和微 生物中，在有些可 以厌氧生长的生物 如酵母中.
乙醇发酵的意义
• 发面、制作面包、馒头以及酿酒工业中发挥 重要作用
• 酿醋工业中意义重大
甘油发酵（酵母的第Ⅱ型发酵）
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
21，3-二磷酸甘油酸
第
丙酮酸和 三 ATP的生成 阶
段
23-磷酸甘油酸 22-磷酸甘油酸
2磷酸烯醇丙酮酸
2丙酮酸
第一阶段：葡萄糖的磷酸化
ATP ADP
己糖激酶 Mg2+
异构酶
磷酸果 糖激酶
(PFK)M g2+
ATP ADP
生物学意义
★是葡萄糖在生物体内进行有氧或无氧分解的共同途径,通过糖 酵解，生物体获得生命活动所需要的能量；
★形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架； ★为糖异生提供基本途径。
七 丙酮酸的去路
糖酵解途径
（无氧）
葡萄糖
丙酮酸
（有氧）
乙酰 CoA
乳酸 乙醇
三羧酸 循环
丙酮酸的无氧降解及葡萄糖的无氧分解
重要的单糖—戊糖
-D-呋喃核糖
2-脱氧-D-呋喃核糖 -D-吡喃木糖
-D-芹菜糖
-L-呋喃阿拉伯糖 -D-呋喃阿拉伯糖
D-核酮糖
D-木酮糖
重要的单糖—己糖
-D-吡喃葡萄糖
-D-吡喃半乳糖
- L -吡喃半乳糖
-D-吡喃甘露糖
-D-呋喃果糖
-L-吡喃山梨糖
单糖磷酸酯
支链淀粉或糖原分子示意图
支链淀粉或糖原分支点的结构
纤维素一级结构
纤维素链
微纤维 细胞壁
纤维素片层结构
植物细胞中的 纤维素微纤维
植物细胞壁与纤维素的结构
糖类的生物学作用
糖类是细胞中非常重要的一类有机化合物，主要 的生物学作用如下：
作为生物体的结构成分 作为生物体内的主要能源物质 作为其它生物分子如氨基酸、核苷酸、脂等
NAD+
H2C-OH HC-OH
H2C-O-P
H2C-OH HC-OH
H2C-O-H
葡萄糖无氧分解代谢总反应式
• C6H12O6 + 2ADP + 2Pi = 2C3H6O3(乳酸) + 2ATP + 2H2O
• C6H12O6 + 2ADP + 2Pi = 2C2H6O (乙醇)+ 2CO2+2ATP+2H2O
八 糖酵解作用的调节
糖酵解途径的中三个不可逆反应分别为：
• 己糖激酶 • 磷酸果糖激酶 糖酵解途径的调节酶 • 丙酮酸激酶
糖酵解全过程
ATP ADP
ADP ATP
Phosphoglycerate kinase
糖酵解途径
ＥＭＰ途径化学计量和生物学意义
总反应式:
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi 2C3H4O3 +2NADH +2H++2ATP+2H2O
能量计算：氧化一分子葡萄糖净生成
2ATP 2NADH
的H交给丙酮酸生成乳酸的过程称为乳酸发酵。
• 剧烈活动的肌肉细胞、胡萝卜根、玉米、豌豆和 马铃薯在无氧条件下。
• 利用乳酸发酵还可以制造酸牛奶、泡菜等。
乳酸的生成
乳酸脱氢酶：使NADH重新氧化为NAD+促进糖 酵解的继续进行
乳酸脱氢酶
丙酮酸+ NADH+ H+
乳酸+ NAD+
C6H12O6+2ADP+2Pi
因此平时细胞内葡萄糖浓度为5mmol/L，已糖 激酶的酶促反应已达最大速度，葡萄糖激酶并 不活跃。只有当进食以后，血液和肝细胞内葡 萄糖浓度变高时才起作用，将葡萄糖转化成葡 萄糖-6-磷酸，再以糖原形式贮存于细胞中。葡 萄糖激酶是一个诱导酶，是由胰岛素促使合成。
磷酸果糖激酶
磷酸果糖激酶是分子量为340000的四聚体，是别构酶， ATP是变构抑制剂，有抑制效应，有柠檬酸、脂肪酸 时加强抑制效应。AMP或无机磷酸可消除抑制，增加 酶的活性。高H+浓度（即pH值低）抑制该酶活性（生 物学意义：阻止酵解途径继续进行，防止乳酸生成； 又可防止血液pH下降，避免酸中毒）。
(xylulose)
D(+)-阿洛酮糖
(psicose,allulose)
D(-)-果糖
(fructose)
D(+)-山梨糖
(sorbose)
D(-)-洛格酮糖
(tagalose)
吡喃
-D-吡喃葡萄糖
-D-呋喃葡萄糖
呋喃
-D-吡喃果糖
-D-呋喃果糖
吡喃型和呋喃型的D-葡萄糖和D-果糖（Haworth式）
第二阶段： 磷酸己糖的裂解
醛缩酶
异构酶
1
2
1
4
3 4
醛缩酶 2
3
5 6
5
6
FBP
DHAP
GAP
醛缩酶有两种不同的类型：高等动植物中的醛 缩酶为Ⅰ型，有三种同工酶A、B、C，细菌、酵 母、真菌以及藻类中为Ⅱ型。
二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸
丙糖磷酸 异构酶
DHAP
GAP
丙糖磷酸异构酶催化此反应的速度非常迅速，二
酵解过程
物质的分解阶段，释放自由能 ATP的形成阶段，吸收能量
糖酵解作用的意义
糖酵解作用是发生在细胞质溶胶中的一组反应 • 产生能量 • 为生物合成途径提供中间体。
糖酵解全过程
糖酵解全过程
第
葡萄糖的磷酸化 一
阶 段
第
磷酸己糖的裂解
二 阶
段
糖原（或淀粉）
EMP的化学历程
1-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸
烯醇化酶
催化此反应的酶是烯醇化酶，在结合底物前必须先结 合2价阳离子如Mg2+、Mn2+，形成复合物，才能表现出 活性。该酶的相对分子量为85000，氟化物是该酶强 烈的抑制剂，原因：氟与Mg2+和无机磷酸结合成复合 物，取代了酶分子上Mg2+的位置，从而使酶失活。
2C3H6O3+2ATP+2H2O
• 乳酸脱氢酶同工酶的比例是恒 定的，可以通过测定血液中的 该指标诊断心肌、肝脏等疾病
生成乙醇
在酵母和微生物细胞内，丙酮酸脱羧酶
（动物细胞内不存在）使NADH重新氧
化为NAD+促进糖酵解的继续进行
丙酮酸脱羧酶
丙酮酸+H+
乙醛+CO2
醇脱氢酶
乙醛+ NADH+ H+
磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子
高能磷酸键
丙酮酸激酶
丙酮酸激酶是由4个亚基构成的四聚体，是酵解途径中的一个重 要的变构酶，其催化活性需要2价阳离子参与，如Mg2+、Mn2+； 果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用；而 ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸对该酶有抑制作用。
糖酵解第一阶段反应
葡萄糖的磷酸化 葡萄糖与ATP反应机制：
已糖激酶
以六碳糖为底物，专一性不强，不仅可 以作用于葡萄糖，还可以作用于D-果糖、 D-甘露糖、氨基葡萄糖等。 激酶是指能够在ATP和任何一种底物之 间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。
已糖激酶像其他激酶一样，需要Mg2+或其 他二价金属离子作激活剂，正常生理情况 下起作用的多是Mg2+。实际上只有ATP与 Mg2+ 形成复合物后才能被酶所催化。没有 结合Mg2+的ATP对酶有很强的抑制作用。
D系醛糖的 立体结构
D(-)-赤鲜糖
(erythrose)
D(-)-核糖
(ribose)
D(-)-阿拉伯糖
(arabinose)
D(+)-甘油醛
(allose)
D(-)-苏糖
(threose)
D(+)-木糖
(xylose)
D(-)-米苏糖
(lysose)
D(+)-阿洛糖 D(+)-阿桌糖 D(+)-葡萄糖 D(+)-甘露糖 D(+)-古洛糖 D(-)-艾杜糖 D(+)-半乳糖 D(+)-塔罗糖
这一步反应是酵解中的关键反应步骤。酵解的 速度决定于此酶的活性，因此它是一个限速酶。
兔体内有三种同功酶：磷酸果糖激酶A——存在 于心肌和骨骼中，受磷酸肌酸、柠檬酸和无机 磷酸抑制；磷酸果糖激酶B——存在于肝脏和红 细胞中，受2,3-二磷酸甘油酸抑制；磷酸果糖 激酶C——存在于脑中，受腺嘌呤核苷酸的抑制。
1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸键基团形成ATP
高能磷酸键
Mg2+ 1,3-BPG
3-PG
催化该反应的酶为磷酸甘油酸激酶（PGK），其催化机制 类似己糖激酶，Mg2+需与ADP形成Mg2+-ADP复合物才能被 酶催化。
底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)—将底物的高能磷酸基直 接转移给ADP(或GDP)生成ATP(或GTP)。