杨荣武生物化学原理-南京大学-糖酵解

概述
发生在所有的活细胞 位于细胞液 共有十步反应组成——在所有的细胞都相同，但 在所有的细胞都相同， 共有十步反应组成 在所有的细胞都相同 速率不同。 速率不同。 两个阶段： 两个阶段： i) 第一个阶段——引发阶段 引发阶段: 第一个阶段 引发阶段 葡萄糖 →F-1,6-2P →2G-3-P -2ATP i) 第二个阶段——产能阶段： 产能阶段： 第二个阶段 产能阶段 产生2丙酮酸 产生 丙酮酸 + 4ATP + 2NADH
新陈代谢的主要过程
糖代谢： 糖代谢：
合成： 合成： 分解： 分解：多糖 单糖 单糖 多糖
脂代谢： 脂代谢：
合成： 甘油、 合成： 甘油、脂肪酸 分解： 甘油、脂肪酸 分解：脂肪 甘油、 脂肪
蛋白质代谢：
合成： 合成： 氨基酸 蛋白质 分解： 分解：蛋白质 氨基酸
核酸代谢： 核酸代谢：
合成： 合成： 核苷酸 核酸 分解： 分解：核酸 核苷酸
2 、磷酸果糖激酶-1 、磷酸果糖激酶-
别构调节
ATP 柠檬酸 柠檬酸 质子 质子 AMP 和ADP + F-2,6BP +
ATP：既是抑制剂，又是底物 PFK-1：两个结合ATP的部位 酶的活性中心：亲和力高 别构中心：亲和力低
ATP浓度低，只与活性中心结合，PFK-1有活性，EMP正常进行； ATP浓度较高，可与别构中心结合，PFK-1与F6P亲和力降低，EMP抑制。
柠檬酸： 三羧酸循环的中间物 细胞能荷丰富的“指示剂” 负别构抑制剂
质子： 乳酸重新回到肝细胞重新氧化成Py，质子伴随 释放到血液中。 AMP、ADP： 细胞能荷匮乏的“指示剂”，正别构激活剂 AMP效果更显著
F-2,6-BP
PFK-1最重要的激活剂 F2,6-BP 是由PFK-2 催化 F6P磷酸化合成的
NADH的命运：进入线粒体，氧化磷酸化 的命运：进入线粒体，
线粒体内膜的两个穿梭系统： 线粒体内膜的两个穿梭系统： 甘油-3-磷酸 甘油 磷酸 苹果酸-天冬氨酸穿梭系统 苹果酸 天冬氨酸穿梭系统
甘油-3-磷酸穿梭系统 甘油 磷酸-天冬氨酸穿梭系统
丙酮酸的代谢去向
乳酸发酵
分支酶
糖原磷酸化酶 非还原断逐一切断α－1，4
糖原脱支酶（糖基转移酶） 非还原断逐一转移至α－1，4； 切断α－1，6
二糖的酶水解
蔗糖+H 蔗糖 2O
蔗糖酶
葡萄糖+果糖 葡萄糖 果糖
麦芽糖+H 麦芽糖 2O
麦芽糖酶
2 葡萄糖
-乳糖 +H2O
β-半乳糖苷酶 半乳糖苷酶
葡萄糖+半乳糖 葡萄糖 半乳糖
EMP pathway
物质变化： 物质变化：
起始物： 终产物： 共 步反应 不可逆反应： 限速步骤是：
能量变化： 能量变化：
净产生 个ATP 和 消耗ATP的步骤： 产生ATP的步骤： 产生NADH的步骤： 底物水平的磷酸化： 个NADH
结局： 结局：
准备阶段
消耗ATP 消耗ATP
GAP
产能阶段
酵母、微生物、高等动物细胞
乙醇发酵
微生物
1分子Glucose经过EMP途径：
有氧：2分子Py 5、6or7个ATP 无氧：2分子乳酸or乙醇 2个ATP
四、 糖酵解的其他底物
甘油、果糖、甘露糖和半乳糖 甘油、果糖、
甘油转变成DHAP 甘油转变成 果糖和甘露糖通过比较常规的途径进入糖酵解 半乳糖通过Leloir途径进入 途径进入 半乳糖通过
β-D-Fructose 2,6-bisphosphate
F2,6-BP的形成和水解：由胰岛素/胰高血糖素决定 的形成和水解 由胰岛素/
果糖-2，6-二磷酸磷酸酶 -2 6-
双功能酶： 去磷酸化形式：PFK-2 磷酸化形式：果糖-2，6-二磷酸磷酸酶 调控磷酸化过程：胰高血糖素、胰岛素
3 、丙酮酸激酶
遗传信息的传递 和表达（分子生物学） 和表达（分子生物学）
糖
分解代谢 多糖降解 糖酵解
代
谢
柠檬酸循环 合成代谢 光合作用 多糖合成 糖异生
糖的消化、 糖的消化、吸收和转运
糖的消化
淀粉的酶水解
α,β-淀粉酶：都能水解α-1、4苷键，但不能水解 、6苷键。 淀粉酶：都能水解 、 苷键 但不能水解α-1、 苷键 苷键， 苷键。 淀粉酶 α-1、6葡萄糖苷酶：水解 、6苷键 、 葡萄糖苷酶 水解α-1、 苷键 葡萄糖苷酶：
2PG
不同来源的磷酸甘油酸变位酶具有不同的催化机制， 一类需要微量的甘油酸-2,3-二磷酸（2,3-BPG）作为辅 助因子，并需要活性中心的一个His残基；另一类则不 需要2,3-BPG，其变位实际上是甘油酸-3-磷酸分子内的 磷酸基团的转移，
2，3-BPG
来源于2，3-BPG
依赖于甘油酸-2,3-二磷酸的磷酸甘油酸变位酶的作用机制 依赖于甘油酸 二磷酸的磷酸甘油酸变位酶的作用机制 二磷酸的磷酸甘油酸变位酶的作用机
第三步反应: 第三步反应: 磷酸果糖的激活
FDP
糖酵解途径的限速步骤!！
糖酵解第二次引发反应 G 是一个大的负值，不可逆反应 是一个大的负值， 受到高度的调控
第四步反应: 果糖-1，6-二磷酸的裂解
DHAP
GAP
两类醛缩酶
动物
其它生物
第五步反应: 磷酸丙糖的异构化
磷酸丙糖异构酶
TIM具有独特的防止副反应发 生的机制： 在反应中形成了磷酸烯二 醇中间物，酶的构象发生变 化，其分子上一段由10个氨 基酸残基组成的环像一个盖 子堵住了活性中心，致使烯 二醇中间物无法离开酶分子 ，形成丙二醛的可能性几乎 为零，而是异构化生成甘油 醛-3-磷酸。
三、NADH和丙酮酸的命运 三、NADH和丙酮酸的命运
有氧还是无氧？？ 有氧还是无氧？？ 有氧状态
（1）NADH的命运 ） 的命运 进入呼吸链，彻底氧化成H2O，产生更多的ATP。 （2）丙酮酸的命运 ） 进入线粒体基质，被基质内被氧化成乙酰-CoA，开始三羧酸循环。
缺氧状态或无氧状态
（1）乳酸发酵 （2）酒精发酵
ATP、丙氨酸：- （别构） 、丙氨酸： 别构） F-1,6-BP：+ （别构） ： 别构） 胰高血糖素： 共价修饰） 胰高血糖素：- （共价修饰）
糖酵解的两阶段反应
糖酵解的全部反应
糖酵解的化学反应途径： 糖酵解的化学反应途径：共10步
第一步反应——葡萄糖的磷酸化
G6P
己糖激酶或葡萄糖激酶 G 是一个大的负值，不可逆反应 是一个大的负值， 引发反应——ATP被消耗，以便后面得到更多的 被消耗， 引发反应 被消耗 以便后面得到更多的ATP
第九步反应: 甘油酸第九步反应: 甘油酸-2-磷酸的烯醇化
PEP
甘油酸-2-磷酸上原子重排，形成具有较高的磷酸转移 势能的高能分子。 氟合物能够与Mg 2＋和磷酸基团形成络化物，而干扰甘 油酸-2-磷酸与烯醇化酶的结合从而抑制该酶的活性。
第十步反应: 烯醇式丙酮酸的底物水平磷酸化
Py
第二步底物水平磷酸化，第三步不可逆反应。 产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的能量回报。 G为大的负值——受到调控!
葡萄糖的磷酸化至少有两个意义： 葡萄糖的磷酸化至少有两个意义：
首先葡萄糖因此带上负电荷，极性猛增， 首先葡萄糖因此带上负电荷，极性猛增，很难再 从细胞中“逃逸”出去； 从细胞中“逃逸”出去；其次葡萄糖由此变得不 稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。 稳定，有利于它在细胞内的进一步代谢。
葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞
乳糖 海藻糖
蔗糖
半乳糖
甘露糖 甘油
甘油、其他六碳糖进入 EMP途径
半乳糖进入糖酵解的途径（Leloir途径） 半乳糖进入糖酵解的途径（Leloir途径） 途径
五、糖酵解的生理意义
产生ATP 产生 提供生物合成的原料 糖酵解与肿瘤 缺氧与缺氧诱导的转录因子 为糖的彻底降解作了准备 不仅是葡萄糖的降解途径， 不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它一些单糖的分解代谢途径
B. 能量收获阶段： 能量收获阶段： 甘油醛-3-磷酸 甘油醛 磷酸 (2 - 3C)
(G3P 或 GAP) 4ADP + P 4ATP
0 ATP 4 ATP 2 NADH 消耗 产生 产生
GAP
GAP
C-C-C C-C-C
丙酮酸 (2 - 3C) (Py)
C-C-C C-C-C (Py) (Py)
已糖激酶 I、II、III 、 、 别名 分布 底物 对G的亲和力 的亲和力 抑制 用途 已糖激酶 不同组织 G、F、M等 、 、 等 Km低，亲和力高 低 受G-6-P抑制 抑制 主要用于糖的分解
已糖激酶IV 已糖激酶 葡糖激酶 肝脏 G Km高，亲和力低 高 不受G-6-P抑制 抑制 不受 主要用于糖的合成
六、糖 酵 解 的 调 节
三个关键酶的调控 调节手段：酶的别构效应、共价修饰 调节手段：酶的别构效应、 调节物多为本途径的中间物或与本途径有关 的代谢产物
7步可逆反应为EMP和糖异生共有
Step 1
Step 3
Step 10
1 、己糖激酶
G6P 抑制己糖激酶，但不抑制葡糖激酶，葡糖激酶是诱导酶。 抑制己糖激酶，但不抑制葡糖激酶，葡糖激酶是诱导酶。
二、酵解过程中能量的产生
以葡萄糖为起点， 以葡萄糖为起点，无氧情况
葡萄糖 (6C) A. 能量投资阶段: 能量投资阶段: 2ATP
2 ATP - 消化 0 ATP - 产生 0 NADH - 产生
C-C-C-C-C-C
2ADP + P 甘油醛-3磷酸 甘油醛 磷酸 (2 - 3C) (G3P 或GAP) C-C-C C-C-C
己糖激酶----“诱导契合”学说的典型例子 诱导契合”