19章 糖酵解

甘油醛-3-磷酸脱氢酶是巯基酶，它可被碘乙酸
(ICH2COOH)不可逆地抑制。碘乙酸能抑制糖酵解。
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
砷酸盐(AsO4 3-)在结构与反应方面都和磷酸盐(PO4 3-)相似,都是此 酶的有效底物，能代替磷酸进攻硫酯中间产物的高能键，形成1砷酸-3-磷酸甘油酸。该化合物迅速水解，生成 3-磷酸甘油酸与砷 酸， 3-磷酸甘油酸是糖酵解第7步反应的产物。砷酸盐的存在， 糖酵解可继续进行，但不能生成ATP 。这种不稳定性有效的解离 了氧化与磷酸化偶联。
ADP
3-磷酸甘油酸
丙酮酸
ATP
Glu
ATP ADP
(3) 果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸
G-6-P F-6-P
ATP ADP
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
6-磷酸果糖激酶-1
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
两次磷酸化使葡萄糖转化为反应活性很高
2-磷酸甘油酸 的F-1,6-BP，有利于随后的分解反应。 磷酸烯醇式丙酮酸 糖酵解过程的第二个限速酶
ADP ATP
丙酮酸
磷酸果糖激酶催化的反应不可逆. 磷酸果糖激酶是EMP途径关键的调控酶，其活性大小控制 着整个途径的进程。由4个亚基组成，3种同工酶: 同工酶A存在于骨骼肌和心肌，对ATP 、磷酸肌酸、柠 檬酸、无机磷酸的抑制作用最敏感； 同工酶B存在于肝脏和红细胞，对2,3-二磷酸甘油酸 (BPG) 的抑制作用最敏感； 同工酶C存在于脑中，对腺嘌呤核苷酸的作用最敏感。
己糖激酶(哺乳动物为单体酶，酵母为二聚体)有4种同工酶，分 别称为Ⅰ至Ⅳ型。其中同工酶Ⅳ 只存在于肝脏，其合成受胰岛素 的诱导，称为葡萄糖激酶 (glucokinase) 。 已糖激酶 I、II、III 别名 分布 底物 对G的亲和力 抑制 用途 已糖激酶 不同组织 G、F、M等 Km低，亲和力高 受G-6-P抑制 主要用于糖的分解
甘油醛-3-磷酸的醛基碳原子标为C-1。
3、酵解第二阶 段放能阶段的反 应机制
Glu
ATP ADP
G-6-P F-6-P
(6 ) 甘油醛-3-磷酸氧化成1，3-二磷酸甘油酸
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
1,3-二磷酸甘油酸
高浓度ATP是磷酸果糖激酶（PFK）的别构抑制剂， 高浓度的ATP能降低PFK与果糖-6-磷酸的结合力。
At high [ATP], phosphofructokinase (PFK) behaves cooperatively, and the plot of enzyme activity versus [fructose-6-phosphate] is sigmoid. High [ATP] thus inhibits PFK, decreasing the enzyme’s affinity for fructose- 6-phosphate.
果糖-1，6-二磷酸浓度较 低时，容易转变为甘油醛3-磷酸和二羟丙酮磷酸。
红细胞内糖代 谢中间产物的 实际浓度
Glu
ATP ADP
(5) 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸
G-6-P F-6-P
ATP ADP 磷酸丙糖异构酶
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
二）糖酵解过程 The glycolytic pathway
* 糖酵解分为两个阶段 第一阶段 由葡萄糖分解成形成2分子甘油醛-3-磷酸的 过程。消耗2分子ATP。
第二阶段 将2分子甘油醛-3-磷酸转化为2分子丙酮酸 (pyruvate) 。共产生4分子ATP。
1、糖酵解过程 The glycolytic pathway.
在缺氧情况下，葡萄糖生成乳酸(lactate)的过程称 之为糖酵解。
*
是不需要氧参与的条件下提供能量的一种方式。
* 糖酵解的反应部位：胞浆
糖酵解途径的发现
20世纪30年代 Embden 和 Meyerhof对糖的无氧分解进 行深入研究，基本搞清了无氧分解的途径，故这一途 径也称作Embden-Meyerhof途径，或 EMP途径。
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸
放能反应：醛基被NAD+氧化成羧酸 吸能反应：GAP与Pi形成高能酰基磷酸
磷酸烯醇式丙酮酸 ADP糖酵解过程中第一次产生高能磷酸键，并且产生了还原剂 NADH。 丙酮酸
ATP
NAD+
甘油醛-3-磷酸脱氢 酶催化反应的机制
此酶是巯基酶，有4 个亚基，每个亚基的活 性部位有一带-SH的半 胱氨酸。巯基与羰基形 成半缩醛（S代O），脱 下一分子H给NAD+ 后 形成硫酯化合物。硫酯 磷酸解形成 1，3-二磷 酸甘油酸。
在以上反应中，底物分子内部能量重新分布， 生成高能键，使ADP磷酸化生成ATP的过程，称为 磷酸烯醇式丙酮酸 底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。 ADP
丙酮酸
ATP
※ 2-磷酸甘油酸
第6步反应 与第7步反应 一起构成能 量偶联反应
Glu
ATP ADP
（动物）
该酶其催化作用之前，要 求其组氨酸残基先被磷酸 化，提供磷酸基团的是 2,3-二磷酸甘油( 2,3-BPG )。 磷酸化的酶将其磷酸基团 转给3-磷酸甘油酸形成2,3BPG，后者又将C3上的磷 酸基团转给酶的组氨酸残 基，本身成为 2-磷酸甘油 酸，并使酶被磷酸化。
磷酸甘油酸变位酶催化反应的机制（植物）：
磷酸果糖激酶（PFK）是一个别构酶， 受许多效应剂的影响：
果糖-2,6-二磷酸 AMP、ADP或H3PO4 ATP 柠檬酸
磷酸果糖激酶催化的反应不 可逆，果糖-2,6-二磷酸是别构 激活剂，能增加磷酸果糖激酶 与果糖-6-磷酸的结合力。
Fructose-2,6-bisphosphate activates phosphofructokinase, increasing the affinity of the enzyme for fructose-6phosphate and restoring the hyperbolic dependence of enzyme activity on substrate.
第19章 糖酵解作用
基本要求： 1. 掌握糖酵解过程的概况。（重点） 2. 熟悉糖酵解作用的反应过程。（难点） 3. 掌握糖酵解过程的能量计算。（重点） 4. 掌握丙酮酸的去路。（重点） 5. 掌握糖酵解作用的调节。（重点） 6. 熟悉其他六碳糖进入糖酵解的途径。
一、糖酵解作用
一）糖酵解(glycolysis)的定义
丙酮酸
ATP
2、糖酵解第一 阶段的反应机制
包括这个过程的 前5步反应，1分 子葡萄糖转变为 2分子甘油醛-3磷酸。 消耗2分子ATP.
Glu
ATP ADP
（1） 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖
G-6-P F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
Glu
1、糖酵解过程 The glycolytic pathway.
ATP ADP
G-6-P F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
第 一 阶 段
3-磷酸 甘油醛
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
第 二 阶 段
G-6-P F-6-P
(8) 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
磷酸甘油酸变位酶
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
磷酸甘油酸变位酶为二聚体
丙酮酸
ATP
磷酸甘油酸变位酶催化反应的机制
催化分子内的磷酰基转移。
Glu
ATP ADP
G-6-P F-6-P
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
1分子二磷酸已糖裂解成2分子 甘油醛-3-磷酸。
丙酮酸
ATP
磷酸丙糖异构酶催化反应机制
单烯二羟负离子 中间体
Fate of the glucose carbons in the formation of glyceraldehyde 3-phosphate
Glu
ATP ADP
（2）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸
G-6-P F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
磷酸葡萄糖异构酶 磷酸葡萄糖异构酶
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
反应的△Go′变化很小，反应可逆。 磷酸葡萄糖异构酶将葡萄糖的羰基C由C1移至C2 ， 2-磷酸甘油酸 为C1磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在。 磷酸烯醇式丙酮酸
水解
+
砷酸
3-磷酸甘油酸
Glu
ATP ADP
G-6-P F-6-P
(7) 1，3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
磷酸甘油酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
糖酵解过程中第一次产生 ATP。
这个反应的平衡常数大约为 10-4, 相应的 ΔGo′为 +23.9 kJ/mol。这个表明这个反应 从左向右进行是不利的。但 是该反应由1分子变成2分 子，它们的浓度差异将大大 影响反应平衡。 在红细胞中 的 ΔG 实际值为0.23 kJ/mol。 在生理浓度下此反应处于平 衡状态。
ΔGo′=-RTlnK 23970 = -8.314×310lnK K = 10-4 FBP DHAP + G3P a-X X X 若FBP为: 1mol/L 10-4 = X2 / (1 - X) （1%） X = 10-2 若FBP为: 10-5mol/L 10-4 = X2 / (10-5 - X) X = 0.92 × 10-5 （92%）
己糖激酶
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
糖酵解过程的第一个限速酶
丙酮酸
ATP
己糖激酶是调控酶，受葡萄糖-6-磷酸的抑制。该酶催化的 反应释放大量能量，为不可逆反应。
激酶：催化ATP分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，激酶 一般需要Mg2+ 或Mn2+ 作为辅因子。Mg2+ 可以掩盖ATP/ADP分子 中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖C6/C1位的羟基易于对ATP 的γ–位磷原子进行亲核攻击，使ATP的γ–磷酸基团转移到其他 亲核受体上的酶，属于转移酶类的一个亚类. 机理：葡萄糖C6/C1位的羟基对ATP的γ–位磷原子的亲核进攻击。
果糖-2,6-二磷酸能够 减少ATP对磷酸果糖 激酶（PFK）的抑制。
Fructose-2,6-bisphosphate decreases the inhibition of phosphofructokinase due to ATP.
Glu
ATP ADP
G-6-P F-6-P
(4) 果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸 和二羟丙酮磷酸
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
醛缩酶
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
* 1个己糖分裂成2个丙糖 —— 丙酮糖和丙醛糖， 它们为同分异构体。
丙酮酸
ATP
醛缩酶有多种同工酶： Ⅰ型醛缩酶存在于高等动植物，相对分子量为 160000，由4个不同的亚基组成，为四聚体。有 3种同工酶，A主要存在于肌肉中，B主要存在 于肝脏，C主要存在于脑组织。 Ⅱ型醛缩酶存在于微生物，相对分子质量只 有Ⅰ型醛缩酶的一半，含有二价金属离子。
已糖激酶IV 葡萄糖激酶 肝脏 G Km高，亲和力低 不受G-6-P抑制 主要用于糖的合成 维持血糖水平
葡萄糖被磷酸化以后，使得中性的葡萄糖带有负电荷，从 而避免了葡萄糖通过自由扩散穿过细胞膜。
葡萄糖-6-磷酸 的代谢途径
戊糖磷酸途径
Glucose-6-phosphate is the branch point for several metabolic pathways.