15[1].糖酵解

葡萄糖酵解的总反应式：
Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+H++2H2O
NADH+H+的命运
有氧条件下: 通过呼吸链传递氢，最终生成H2O，并生成ATP 无氧条件下: 通过乙醇发酵供氢，解决重氧化 通过乳酸发酵供氢，解决重氧化
4.还原阶段
（1）乳酸发酵（动物肌肉、乳酸菌） NADH+H+ NAD+
P
磷酸二羟丙酮
1
H2C O
2
P
C
3
O
பைடு நூலகம்
H2COH
4
HC
5 6
O
HCOH H2C O
P
6 CH2O- P 果糖-1,6-二磷酸
磷酸甘油醛
磷酸丙糖异构酶
βαβ
3.放能阶段——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。 ⑹ 3-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)； ⑺ 1,3-二磷酸甘油酸脱磷酸，将其交给ADP生成ATP ； ⑻ 3-磷酸甘油酸异构为2-磷酸甘油酸； ⑼ 2-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
1 CH2 O 2C
O
P
6 5 4
1
3CH2OH dihydroxyacetone phosphate DHAP
(4)
2 3
(5) 醛缩酶
4 CHO 5 CH
磷酸丙糖 异构酶
F-1,6-P
OH
链式
6 CH2 O
P
glyceraldehyde-3-phosphate GAP
醛缩酶以逆反应命名
1 CH2OC=O HO-C-H H-C-OH H-C-OH
粉 淀 α
酶
-淀 粉酶
α-淀粉酶 • 不耐酸，pH3时失活 • 耐高温，70C时15分钟 仍保持活性 • 广泛分布于动植物和微 生物中。
-淀粉酶 • 耐酸，pH3时仍保持活性 • 不耐高温，70C15分钟失 活 • 主要存在植物体中
糖原的磷酸解
1．水解：包括三步反应，循环交替进行，产物为G-1-P 磷酸葡萄糖变位酶 2．异构： G-1-P G-6-P
葡萄糖
丙酮酸
乳酸
（乳酸发酵）
1. 活化阶段——磷酸己糖的生成
活化阶段是指葡萄糖经磷酸反应和异构反应生成1,6-双磷 酸果糖（F-1,6-BP，FBP）的反应过程。 活化阶段由3步反应：
⑴ 葡萄糖(glucose)磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(glucose-6phosphate, G-6-P) ⑵ G-6-P异构为6-磷酸果糖（fructose-6-phosphate, F-6-P） ⑶ F-6-P再磷酸化为 1,6-二磷酸果糖（fructose-1,6bisphosphate, F-1,6-BP，FBP）
ATP既是底物又是变 结合部位不同 构抑制剂怎么实现？
变构激活剂：AMP、ADP、2,6-二磷酸果糖（最强）
PFK-2 催化生成F-2,6-P
Allosteric regulation of phosphofructokinase-1
2,6-二磷酸果糖：治疗糖尿病新途径
Lange实验室博士后Chaodong Wu以及其它科 研人员利用小鼠模型增加了2,6-二磷酸果糖的浓度 后发现小鼠的血糖降低了。 Lange负责人Alex Lange认为，如果可以发现 一种适当调节体内2,6-二磷酸果糖水平的方法，也 许可以为治疗糖尿病和肥胖症提供一条新的途径。 研究结果刊登在2005年8月16号Cell Metabiolism上
葡萄糖磷酸化反应的意义
（1）保证了葡萄糖分子一旦进入细胞就有效地被捕获， 不会再透出细胞（是细胞的保糖机制） （2）为葡萄糖随后的裂解提供了活化形式。
磷酸果糖激酶-1( phosphofructokinase-1,PFK-1)
第二个调节酶 磷酸果糖激酶-1是糖酵解三个限速酶中催化效率 最低的酶,因此被认为是糖酵解作用最重要的限 速酶。 变构抑制剂：ATP、柠檬酸、长链脂肪酸
COOH
丙酮酸
丙酮酸激酶
第三个调节酶 1,6-二磷酸果糖 ATP +
丙酮酸激酶 pyruvate kinase
糖酵解途径总结 糖酵解途径总结
2分子ATP
2分子NADH
丙酮酸的去路
有氧情况
“三羧酸循环” “乙醛酸循环”
转化为脂肪酸或酮体 CO2 + H2O
丙酮酸
“乳酸发酵”/“乙醇发酵” 乳酸或乙醇 缺氧情况
第二节 糖代谢
糖的分解代谢
糖酵解——糖的共同分解途径 柠檬酸循环——最终氧化途径 磷酸戊糖途径——各种糖的相互转化 乙醛酸途径等
糖原的合成——葡萄糖储备 糖的异生作用——非糖物质合成糖
糖的合成代谢
寡糖、多糖的生物合成等 光合作用 ——葡萄糖合成
糖原/淀粉 贮存 葡萄糖
戊糖磷酸途径 核糖-5-磷酸
*
F-6-P
ADP
F-1,6-P (FBP)
(3)
ATP
第二个限速酶
限速酶 / 关键酶 特点 1、常是在整条途径中催化初始反应的酶 2、催化不可逆反应 3、催化效率低 4、受激素或代谢物的调节 5、活性的改变可影响整个反应体系的速度
己糖激酶（hexokinase） 第一个限速酶
专一性不强，可催化Glc、 Fru磷酸化，反应不可逆 受产物葡萄糖-6-磷酸和ADP 抑制（变构抑制剂）
脱枝酶
转移酶活性
在脱支酶的肽链上，有2个 起不同催化作用的活性部 位，即同一个肽链上有2种 酶存在，为双功能酶
α-1,6糖苷酶活性
2．二糖的酶水解
• 二糖在酶作用下，能水解成单糖。主要的二糖酶为蔗糖 酶、半乳糖酶和麦芽糖酶，这三种酶广泛存在于人及动 物的小肠液和微生物中。 • 麦芽糖酶：将麦芽糖水解成D-葡萄糖。
第一个限速酶
HO CH2 H HO O H OH H H H OH
己糖激酶/葡萄糖激酶
*
P O CH2
H HO O H OH H H H OH
OH
ATP
(1)
ADP
OH
Glucose
G-6-P
己糖激酶 Km=0.1 mmol/L 葡萄糖激酶 Km=10 mmol/L
磷酸己糖异构酶
(2)
磷酸果糖激酶-1
乙醛
O
乙醇脱氢酶
CH2OH CH3
乙醇
丙酮酸
应用：酿酒等
米酒的酿造
1. 用清水把糯米洗净。 2. 把米放入锅中用猛火蒸一个小时左右，等到它熟透了才 可以取出来。 3. 把蒸好的糯米倒入一盘温开水（至少大于40℃）中，然 后进行搓洗再捞起滤干。 4.拌酒曲， 待温度降到40℃左右，把酒饼研细，将80％的 酒饼粉倒入糯米中，仔细拌匀。 5.封盖， 将拌匀后的糯米倒入盆中或罐中，再将余下的20 ％的粉均匀地撒在上面。取35℃的温开水，慢慢倒入盆 中加盖封好放在坑或锅中，要求温度要保持在30℃左右。 6. 两天之后，打开盖，闻到有酒味。
2.裂解阶段——磷酸丙糖的生成
• 一分子FBP裂解为两分子可以互变的磷酸丙糖（triose phosphate)，包括两步反应： ⑷ F-1,6-P 裂解为3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3phosphate)和磷酸二羟丙酮(dihydroxy-acetone phosphate)； ⑸ 磷酸二羟丙酮异构为3-磷酸甘油醛。
——糖的共同分解途径 糖酵解（glycolysis）：在无氧条件下，葡萄糖经酶促 作用降解成丙酮酸，并伴随ATP生成的过程。 （动物、植物、微生物细胞中普遍存在，也是葡萄糖分 解代谢所经历的共同途径） 发酵：厌氧有机体（酵母和其他微生物）通过厌氧呼 吸将葡萄糖降解为酒精（酒精发酵）或乳酸（乳酸发 酵）的过程。 酵解与发酵均不需氧的参加，故统称为糖的无氧分解。 糖酵解在细胞质中进行。
• 蔗糖酶（转化酶）：将蔗糖水解得到等量的葡萄糖 和果糖（转化糖）。
• 半乳糖酶：将乳糖水解为D-葡萄糖和D-半乳糖。
转化糖注射液
果糖代谢绕过糖酵解的限速酶———磷酸果糖激酶，代谢 速度较葡萄糖快，快速供能 葡萄糖代谢速度较慢，可持续供能
转化糖比葡萄糖更能被人体所利用，可作为非胃肠道营养 剂替代葡萄糖.
COOH
(9)
C O CH2
H2O
COOH C O
P
OH
P
2-磷酸甘油酸
CH2 烯醇化酶 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
ADP
烯醇化酶 需要Mg2+/ Mn2+等 二价阳离子激活。 氟化物中的F-可与Mg2+、 Pi形成络合物并结合在酶上而 产生强烈抑制。
(10) ATP
C=O CH3
丙酮酸激酶
*
底物水平磷酸化
COOH C=O CH3
COOH CHOH
乳酸脱氢酶
CH3
丙酮酸
乳酸
生物意义： 使NADH重新氧化为NAD+， 消耗糖酵解脱下的 H+ ， 保持细胞内的pH稳定。
（2）乙醇发酵（根霉菌、酵母的Ⅰ型发酵）
COOH C CH3 O
CO2
+ NADH + H
+ NAD
丙酮酸脱羧酶 + TPP
HC CH3
糖酵解是第一个发现的，也是最清楚的代谢途径 1940年德国的生物化学家 恩伯顿(G. Embden)、迈 尔霍夫(O. Meyerhof)和帕 那斯(J.K. Parnas)等的努 力完全阐明了糖酵解的整 个途径。因此糖酵解途径 又称Embden-MeyerhofParnas pathway (简称 EMP途径)
Hexokinase exhibits induced fit property
葡萄糖激酶（ glucokinase ）（肝脏）： （1）只作用于葡萄糖，对葡萄糖的Km较大，葡萄糖浓
度较高时作用 （2）葡萄糖激酶是肝调节葡萄糖吸收的关键酶 （3）不受产物G-6-P的抑制，但受长链脂酰CoA抑制
作用：糖原合成，维持血糖水平
磷酸甘油酸 激酶
CH2 O
P
3-磷酸甘油酸
。
CHO CH OH
NAD++Pi
P
(6)
NADH+H+
O=C O C
P
OH
CH2 O
3-磷酸甘油醛
3-磷酸甘油醛 脱氢酶,GAPDH
CH2 O
P
1,3-二磷酸甘油酸 ADP 磷酸甘油酸 激酶
COOH C OH
底物水平磷酸化 (7) ATP
COOH C O CH2
生物化学
第15章 糖酵解
第一节 多糖和寡聚糖的酶促降解
1. 淀粉（糖原）的降解
α-淀粉酶 β-淀粉酶 脱支酶 麦芽糖酶 磷酸化酶 转移酶 脱支酶
内切，α-1,4 糖苷键 外切，α-1,4 糖苷键 α-1,6 糖苷键
淀粉的水解
糖原的磷酸解
淀粉酶
食物中的淀粉和糖原可被唾液和肠液中的淀粉酶降解 • -淀粉酶：内切酶，作用于淀粉分子内部的任意的 α-1,4 糖苷键 • -淀粉酶：外切酶，从淀粉分子非还原端开始水解 α-1,4 糖苷键， ，每间隔一个糖苷键进行水解， 其产物为麦芽糖。 • 异淀粉酶（脱支酶）：切-1,6糖苷键。
3．脱磷酸： 由葡萄糖-6-磷酸酶催化，生成葡萄糖，该酶只 存在于肝及肾中，肌肉和脑中不存在。 葡萄糖-6-磷酸酶 G-6-P + H2O G + Pi
糖原磷酸化酶：催化对-1,4-糖苷键磷 酸解，生成G-1-P 转移酶：当糖原被水解到离分支点四个 葡萄糖残基时，由葡聚糖转移酶催化， 将分支链上的三个葡萄糖残基转移到直 链的非还原端，使分支点暴露。 脱枝酶：将-1,6-糖苷键水解，生成一 分子葡萄糖
(8)
P
OH
磷酸甘油酸变位酶
CH2 O
P
2-磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
3-P-甘油醛脱氢酶的作用机制
半缩硫醛 硫缩醛
碘乙酸是3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂
碘乙酸与脱氢酶活性位点的-SH共价结合，使酶失活。
底物水平磷酸化
分解代谢过程中，底物因脱氢、脱水等氧化作用而使能 量在分子内部重新分布，形成高能磷酸化合物，并将高 能磷酸基团转移到ADP形成ATP的过程。涉及可溶性的 酶和代谢中间物，不涉及跨膜质子梯度和电子传递。
2,3-BPG
。
CHO CH OH
NAD++Pi
P
(6)
NADH+H+
O=C O C
P
OH
CH2 O
3-磷酸甘油醛
3-磷酸甘油醛 脱氢酶,GAPDH
CH2 O
P
1,3-二磷酸甘油酸 ADP (7) ATP
COOH C OH
砷酸（AsO43-）与磷酸（PO43-） 结构相似，替代磷酸形成1-砷酸3-磷酸甘油酸，但其不稳定易水 解为3-磷酸甘油酸，这样导致无 法形成高能磷酸键，不能生产 ATP，但并不影响酵解反应。 解偶联剂：解除氧化和磷酸化的 偶联作用
无氧分解的反应过程可分为四个阶段： ① 活化： 3步反应 ② 裂解： 2步反应 ③ 放能： 5步反应 ④ 还原： 2丙酮酸＋2ATP+2NADH+H++2H2O 还原 从葡萄糖开始，共涉及 十步反应，每一步都由 一个特定的酶催化，大 多需Mg2+
糖酵解
Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 糖酵解
10步反应
糖酵解 丙酮酸
高等植物和动物细胞内葡萄糖的主要代谢途径
葡萄糖分解代谢
有氧情况 好氧 生物 “糖酵解” 不需氧 丙酮酸 缺氧情况
“三羧酸循环” CO2 + H2O “乙醛酸循环”
“乳酸发酵”
乳酸
葡 萄 糖
厌氧 “乳酸发酵”、“乙醇发酵” 乳酸或乙醇 生物
“磷酸戊糖途径” 需氧
CO2 + H2O
重点
糖的无氧分解（糖酵解）