第10,11章糖酵解和三羧酸循环

O CO H C H O PO CH
2 3
O 烯醇化酶 H
2
C O H
C O PO C H 2 磷酸烯醇式丙酮酸
3
H
2
O H
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸
O COH
O 丙酮酸激酶 COH
C O PO 3H 2
CH2 磷酸烯醇式丙酮酸
AD P
M g
2+
CHOH
ATP CH2 烯醇式丙酮酸
磷酸己糖旁路、HMS途径 （Hexose Monophosphate shunt）
糖酵解是机体内糖分解代谢的主要途径，但不是唯一 途径。实验研究也表明：在组织中添加酵解抑制剂如碘乙 酸或氟化物等，葡萄糖仍可以被消耗，这说明葡萄糖还有 其它的代谢途径。 许多组织细胞中都存在有另一种葡萄糖降解途径，即
磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway, PPP），也
称为磷酸己糖旁路（hexose monophosphate pathway/ shunt,HMP）。参与磷酸戊糖途径的酶类都分布在动物细胞
浆中，动物体中约有30%的葡萄糖通过此途径分解。
磷酸戊糖途径的两个阶段
1、氧化脱羧阶段 6 G-6-P 6H2O 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 NADP+ 6 NADPH+6H+ 6 葡萄糖酸-6-P 6CO2 6 核酮糖-５-P
第一节 糖酵解
糖酵解葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生 成ATP的酶促反应序列。
糖酵解途径发现历史
1.1875年法国科学家巴斯得(L.Pasteur) 就发现葡萄糖在无氧条件下被酵母菌 分解生成乙醇的现象。 2.1897年德国的汉斯· 巴克纳兄弟(Hans buchner和Edward buchner)发现发酵 作用可以在不含细胞的酵母抽提液中 进行。
氧气:不需要
请单击
c.第三阶段——丙酮酸的去向， 有氧和无氧条件下产物不同
（1） 乳酸发酵（同型乳酸发酵）lactic fermation 动物 乳酸菌（乳杆菌、乳链球菌）
G +2ADP+ 2Pi
2乳酸 ＋2ATP+2水
（2）酒精发酵（酵母的第Ⅰ型发酵） alcoholic fermation
糖酵解无氧途径的产能


若以糖原为起始物： 糖原先经磷酸化酶作用，磷酸解为1-磷酸葡萄糖，再 由磷酸葡萄糖变位酶催化转变为 6-磷酸葡萄糖，从而 进入共同分解途径。不需要ATP（能量）

（2）G-6-P的异构化 异构化反应是以开链形式进行，异构结束后又 转变成环状结构。 己醛糖变成己酮糖。

（3）F-6-P磷酸化反应

P OH2C H H HO
O OH
CH2OH
6-磷酸果糖（+）
P OH2C H H HO
磷酸果糖激酶-2 果糖二磷酸酶
O OH
CH2OH
H
OH
OP H
6-磷酸果糖（-）

b．己糖激酶的调节 己糖激酶—别构酶 骨骼肌己糖激酶受产物的反馈抑制调节 肝的葡萄糖激酶不受产物浓度调节， 保证Glucose在肝内转化(如糖原合成) c. 丙酮酸激酶的调节 别构酶 ATP是其别构抑制剂 1，6-二磷酸果糖是其别构激活剂， 有利于酵解的进行
磷酸甘油酸激酶 ADP M g
2 +
COH CHOH
A TP
C H 2O PO 3H 2 3-磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸
O COH CHOH 磷酸甘油酸变位酶
M g
2 +
O COH CHOPO 3 H 2 CH 2 OH 2-磷酸甘油酸
CH 2 OPO 3 H 2
3-磷酸甘油酸
2-二磷酸甘油酸 磷酸烯丙酮酸

糖酵解途径实验依据

碘乙酸对酵母生长有抑制作用 将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温， 可以分离出少量的磷酸丙糖（主要是3-磷 酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物） 因此推断磷酸己糖可能裂解为两分子三 碳糖，而碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶 有抑制作用
糖酵解途径实验依据

氟化钠对酵母生长也有抑制作用 将1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提 液以及氟化钠一起保温有磷酸甘油酸积累 （3-和2-磷酸甘油酸的平衡混合物） 由此推断3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛 的氧化产物，2-磷酸甘油酸又是前者变位 后的产物，氟化钠对2-磷酸甘油酸进一步 反应的酶有抑制作用
（1）葡萄糖的磷酸化

1. 2. 3.
反应机理：ATP的γ-磷酸基团在葡萄糖催化下，转移 到葡萄糖分子上。糖酵解中的限速酶 意义：
将葡萄糖分子磷酸化成了易参加代谢反应的活化形式； 磷酸化的葡萄糖分子带有很强的极性基团，不能透过细胞膜， 能够防止细胞内的葡萄糖分子向外渗出； 为以后底物水平磷酸化贮备了磷酸基。

利用糖酵解途径进行甘油发酵
酒精发酵之初：
C NADH +H
即：
（导致）
+
α-磷酸甘油
α-磷酸甘油脱氢酶
磷酸二羟丙酮+NADH+H+ α-磷酸甘油+H2O
α-磷酸甘油+NAD+
磷酯酶
甘油+Pi
当有了足够的乙醛作为受氢体，代谢途径的流向就不再
朝甘油方向了。将受氢体乙醛除去，则势必造成发酵液中甘 油的积累。
烯醇式丙酮酸 丙酮酸
O COH COOH C O CH3 丙酮酸
CHOH
CH2 烯醇式丙酮酸
糖酵解中的能量变化
糖酵解
伴随着生成ATP的反应序列。
——糖的共同分解途径
酵解（glycolysis)是酶将葡萄糖降解成丙酮酸并 场所:细胞质中
葡萄糖酵解的总反应式：
Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸＋2ATP+2NADH+H++2H2O
糖酵解途径实验依据

将酵母液透析后就会失去发酵能力 将酵母液加热到50℃也会失去发酵能力 由此推断发酵需要两类物质： 一是热不稳定的，不可透析的组分即酶； 二是热稳定的可透析的组分，如辅酶、 ATP、金属离子等。
糖酵解途径实验依据
酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且 逐渐缓慢直至停顿 如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度， 但不久又会再次缓慢，同时加入的磷酸盐 浓度逐渐下降。 上述现象说明在发酵过程中需要磷酸，可 能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷 酸酯。完整细胞可通过ATP水解提供磷酸。
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问题


人血浆中的葡萄糖大约维持在5mM。而在肌肉细胞中 的游离葡萄糖浓度要低得多。细胞内的葡萄糖浓度为 什么如此之低？临床上常用静脉注射葡萄糖来补充病 人食物来源，由于葡萄糖转换为葡萄糖-6-磷酸要消 耗ATP的，那么临床上却不能直接静脉注射葡萄糖-6磷酸呢？ <>答:因为进入肌肉细胞的葡萄糖常常被磷酸化，葡 萄糖一旦磷酸化就不能从细胞内逃掉。在pH7时，葡 萄糖-6-磷酸的磷酸基团解离，分子带净的负电荷。 由于膜通常对带电荷的分子是不通透的，所以葡萄糖 -6-磷酸就不能从血流中进入细胞，因此也就不能进 入酵解途径生成ATP。
Glc+2Pi+2ADP+2NAD+
——糖的共同分解途径
氧气:不需要
2丙酮酸＋2ATP+2NADH+H++2H2O
请单击
1、糖酵解 EMP途径
糖酵解的酶系 研究比较 透彻 部位：全部反 应在细胞 浆（细胞 胞液）中 进行 10步 糖酵解 Glucose ---→ 丙 酮酸 → 乳酸 可分为两个 阶段

（5） 1, 6-二磷酸果糖 两分子 3-磷酸甘
油醛
糖的裂解——EMP途径第一阶段是耗能的
Glucose
2*3磷酸-甘油醛
Glucose通过磷酸化作用为分解代谢作好准备，然后裂解为丙糖（3磷 酸-甘油醛）共5步第一阶段有两个调节酶，消耗两分子ATP
b.第二阶段—醛氧化成酸
3-磷酸甘油醛 1,3-二磷酸甘油酸
第十章

糖代谢
糖代谢包括分解代谢和合成代谢
植物和某些藻类能够利用太阳能，将二氧化 碳和水合成糖类化合物，即光合作用。是自 然界规模最大的一种能量转换过程。 动物和大多数微生物所需的能量，主要是由 糖的分解代谢提供的。另方面，糖分解的中 间产物，又为生物体合成其它类型的生物分 子，如氨基酸、核苷酸和脂肪酸等，提供碳 源或碳链骨架。
糖酵解的调节
a. 磷酸果糖激酶的调节 磷酸果糖激酶（6-磷酸果糖激酶-1）是糖酵解途径最重 要的调节酶（四聚体） ATP和柠檬酸（TCA循环）是其抑制剂 磷酸果糖激酶 2，6-二磷酸果糖、AMP是其激活剂 2，6-二磷酸果糖的作用在于增加6-磷酸果糖激酶对6磷酸果糖的亲和力和取消ATP的抑制作用。6-FP有促进2， 6-二磷酸果糖的合成并抑制其水解的作用。当F-6-P浓 度升高时，即可引起2，6-二磷酸果糖浓度加大，进而 激活F-6-P激酶，这种过程为正反馈激活作用。
两种方法:
亚硫酸盐法:
将亚硫酸氢钠 (NaHSO 3 ) 加入发酵液中，能与乙
醛发生加成反应，生成难溶的结晶状产物，使 乙醛不能再作为受氢体，迫使 NADH+H + 用于磷 酸二羟丙酮的还原，生成甘油。
碱法甘油发酵:
酵母酒精发酵的发酵液 pH 值调至碱性，保持在
pH7.6以上，则2分子乙醛之间发生歧化反应，1 分子被还原成乙醇，1分子被氧化成乙酸。乙醛 失去了作为受氢体的作用， NADH+H+ 只好用于 还原磷酸二羟丙酮，并生成甘油。
O
CHO 甘油醛3-磷酸脱氢酶 C O PO 3H 2 CHOH NAD + NADH + H + 1,3-二磷酸甘油酸 C H 2O PO 3H 2
CHOH
+
C H 2O PO 3H 2 3－磷酸甘油醛
1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸
O
O
C O PO 3H 2
CHOH C H 2O PO 3H 2 1,3-二磷酸甘油酸


磷酸果糖激酶（PFK）特性： 1）需要二价金属离子Mg2+或Mn2+作为辅助因子； 2）别构酶：ATP是其别构抑制剂，柠檬酸、脂肪酸可 增强其抑制作用，ADP、AMP、无机磷是其别构激活 剂； 3）限速酶：糖酵解中最重要的限速酶。

（4）裂解反应 1，6-二磷酸果糖在第 3与第四碳原子之 间裂解为两个三碳化合物。

糖的消化与吸收
人及哺乳动物：食物（淀粉，二糖如蔗糖，麦芽糖和乳糖） 口入 唾液 α-淀粉酶水解α-1，4糖苷链 (产物: 麦芽糖,麦芽三糖,α-糊精) 消化道 胰液
பைடு நூலகம்
肠（主要） α-糊精酶（水解α-1，4和α-1，6糖苷键）， 麦芽糖酶，蔗糖酶， 乳糖酶 单糖
肠粘膜细胞吸收
血液循环 单糖→肠粘膜细胞吸收→汇入肝 ---→ 各组织
1940年前德国的生物化学家恩伯顿， G(Gustar Embden)和迈耶霍夫， O(Otto Meyerhof)等人的努力完全 阐明了糖酵解的整个途径，揭示了 生物化学的普遍性。因此糖酵解途 径又称Embden- Meyerhof途径(简称 EMP)。
糖酵解
场所:细胞质中
葡萄糖酵解的总反应式：

Glucose +2H3PO4+2ADP
2乳酸+2ATP+2H2O （2乙醇）
氧化一个Glucose ，净得2个ATP 若从糖原开始氧化，净得3个ATP
糖酵解的作用



化学反应历程（10步反应） 糖酵解有二重作用：一是降解产生ATP，二是 产生含碳的中间物为合成反应提供原料。 在酵解过程中有三个不可逆反应，也就是说有 三个调控步骤，分别被三个酶多点调节：己糖 激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。己糖激酶 可以控制葡萄糖的进入，丙酮酸激酶调节酵解 的出口。
吸收率 D-葡萄糖，100； D-果糖43，
D-甘露糖19，L-阿拉伯糖9
单糖吸收与Na+同向协同运输，需ATP
吸收后其它糖在各种酶的催化下，主要有三个去向：
1. 以多糖或蔗糖的形式存储 2. 经糖酵解氧化成为丙酮酸 3. 氧化脱羧成为磷酸戊糖
葡萄糖的代谢

葡萄糖进入细胞后，葡萄糖的有氧分解代谢分 三步（两步）进行： （1）糖酵解：葡萄糖 丙酮酸。此反应 过程一般在无氧条件下进行，又称为无氧分解。 “（2）丙酮酸 乙酰CoA” （3）三羧酸循环：乙酰CoA CO2 + H2O 。 由于此氧化过程是通过柠檬酸等几种三元羧酸 的循环反应来完成的，通常称为三羧酸循环或 柠檬酸循环。由于分子氧是此系列反应的最终 受氢体，所以又称为有氧分解。
2、非氧化分子重排阶段 6 核酮糖-5-P 5 果糖-6-P 5 葡萄糖-6-P
磷酸戊糖途径的氧化脱羧阶段
NADP+ NADPH+H+
H2O
6-磷酸葡萄糖脱氢酶 内酯酶
6-磷酸葡萄糖
6-磷酸葡萄糖酸内酯
6-磷酸葡萄糖酸
6-磷酸葡萄 糖酸 脱氢酶
NADP+