第二十二章 糖酵解

C-C-C-C-C-C
2ADP + P 3-磷酸甘油醛 (2 - 3C) (G3P 或GAP)
C-C-C
C-C-C
能量收获阶段
甘油醛-3-磷酸 (2 - 3C) (G3P 或 GAP) 4ADP + P
0 ATP - 消耗 4 ATP - 产生 2 NADH - 产生 GAP GAP
C-C-C C-C-C
苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
丙酮酸的代谢去向
丙酮酸转变成乙酰-CoA 的四步反应
砒霜的毒性机理
糖酵解的能量学
调控的有力证据!
标准的 G 值分散分布：+和 细胞内多数G 接近0，10步反应中有3步 具有较大的自由能降低 G 为较大负值的反应是调控位点!
第四节 其他物质进入糖酵解
磷酸葡糖的异构化
反应3: 磷酸果糖的磷酸化
是糖酵解的限速步骤!
是第二步不可逆反应 由磷酸果糖激酶-1（PFK-1）催化 糖酵解第二次引发反应 有大的自由能降低，受到高度的调控

磷酸果糖的磷酸化
反应4:
1,6-二磷酸果糖的裂解
C6 被切成 2 C3 由醛缩酶催化
1,6-二磷酸果糖的裂解
糖酵解概述

发生在所有的活细胞 位于细胞质基质 共有十步反应组成——在所有的细胞 都相同，但速率不同。 通过该途径：葡萄糖或其他单糖在没 有氧气的参与下被氧化成丙酮酸，并 产生NADH和少量的ATP。
糖酵解的两阶段反应
能量投资阶段
葡萄糖 (6C) 2ATP
2 ATP - 消化 0 ATP - 产生 0 NADH - 产生
4ATP
丙酮酸 (2 - 3C) (PYR)
C-C-C C-C-C (PYR) (PYR)
糖酵解的全部反应
休要惊慌!
你所要记忆的是总反应、三步限 速步骤、三种特异性抑制剂、两 步底物磷酸化反应和主要的调控 机制。 你不需要记住任何代谢物的结构式
反应1：葡萄糖的磷酸化
葡萄糖的磷酸化
第一步不可逆反应
当ATP不足时，糖酵解被激活
糖酵解限速酶的别构调节
胰高血糖素对糖酵解的影响
F-2,6-BP对PFK-1活性的调节
四、丙酮酸激酶的调节
别构调节 ATP 丙氨酸 F-1,6-BP
共价修饰
调节方式
可逆的 蛋白质 磷酸化
丙酮酸激酶的活性调节
糖酵解活性与细胞的能量状态有关
当 ATP水平较高，糖酵解活性降低
1. 2. 3. 1. 2. 3. 己糖激酶受到过量6-磷酸葡糖的抑制 PFK-1受到ATP和柠檬酸抑制 丙酮酸激酶受到ATP抑制 ATP解除ATP对 PFK-1的抑制 F-2,6-BP解除ATP对PFK-1的抑制 F-1,6-BP激活丙酮酸激酶
PEP的合成
反应10:第二步底物水平的磷酸化
PEP转化成丙酮酸，同时产生 ATP
是第三步不可逆反应 由丙酮酸激酶催化 产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的能 量回报。 ΔG为大的负值——受到调控!
第二次底物水平的磷酸化
NADH和丙酮酸的去向
取决于细胞有氧还是无氧？？
在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运
有两类醛缩酶: 第一类来源于古菌和真核生物，为共价 催化，在反应中，底物与活性中心的赖 氨酸残基形成共价的Schiff碱中间物； 第二类主要来源于真菌和细菌，其活性 中心含有二价的Zn2＋，为金属催化。
第一类醛缩酶
第二类醛缩酶
醛缩酶的催化机制
反应5: 磷酸丙糖的异构化 磷酸二羟丙酮转变成3-磷酸甘油醛
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
反应2: 磷酸葡糖的异构化
6-磷酸葡糖-转变成6-磷酸果糖 由磷酸己糖异构酶催化 这是一步异构化反应，反应的机制牵涉 到不稳定的烯二醇中间体。通过此反应， 羰基从1号位变到2号，这既为下一步磷 酸化反应创造了条件，也有利于后面由 醛缩酶催化的C3和C4之间的断裂反应。
（一）ATP的别构抑制
ATP浓度对PFK-1的活性影响
The Pasteur Effect
☺氧气对糖酵解的抑制效应即巴斯德效应（Pasteur effect）可以使用上面的理论加以解释：在氧气存在 的情况下，生物体利用有氧代谢（三羧酸循环和氧 化磷酸化）产生大量的ATP，高水平的ATP作为负 别构效应物通过抑制PFK-1而抑制了糖酵解。
（二）柠檬酸的别构抑制
柠檬酸
离开线粒体 进入细胞质
抑制PFK-1
大量ATP
（三）质子的抑制
（四）AMP和ADP的别构激活
（五）F-2,6-BP的别构激活 F-2,6-BP被视为PFK-1最重要的正别构效应物。
PFK-2或F-2,6-BPase的结构
PFK-2和F-2,6-BPase的活性调节和相互转变
TIM防止副反应发生的机制
糖酵解第二个阶段的反应
产生4 ATP
导致糖酵解净产生2ATP 涉及两个高能磷酸化合物 1. 二磷酸甘油酸（ 1,3- BPG ） 2. 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
反应6: 3-磷酸甘油醛的脱氢
3-磷酸甘油醛被氧化成1,3-二磷酸甘油酸
这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化 产生1,3-BPG和NADH 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能够抑 制此酶活性。 砷酸在化学结构和化学性质与Pi极为相似，因此可以 代替无机磷酸参加反应，形成1-砷酸-3-磷酸甘油酸， 但这样的产物很容易自发地水解成为3-磷酸甘油酸并 产生热，无法进入下一步底物水平磷酸化反应。
甘油、果糖、甘露糖和半乳糖
甘油转变成DHAP 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
甘油和其它单糖进入糖酵解的途径
半乳糖进入糖酵解的途径（Leloir途径）
第五节 糖酵解的生理意义
产生ATP 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 参与糖酵解途径的一些酶的兼职功能
1. NADH的命运：NADH在呼吸链被彻底氧化成 H2O并产生更多的ATP。 2. 丙酮酸的命运：丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮 酸运输体与质子一起进入线粒体基质，被基质 内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰-CoA
在缺氧状态或无氧状态下NADH和丙酮酸 的命运
1. 乳酸发酵 2. 酒精发酵
线粒体内膜上的3-甘油磷酸穿梭系统
磷酸甘油酸变位酶催化的反应及其作用机理
反应9:PEP的形成 甘油酸-2-磷酸转变成 PEP
由烯醇化酶催化 烯醇化酶的作用在于促进2-磷酸甘油酸上某些 原子的重排从而形成具有高能键的高能分子。 氟合物能够与Mg 2＋和磷酸基团形成络化物， 而干扰2-磷酸甘油酸与烯醇化的结合从而抑制 该酶的活性。
由己糖激酶或葡萄糖激酶催化 引发反应——ATP被消耗，以便后面得到
更多的ATP ATP的消耗使葡萄糖的磷酸化能够自发地 进行
己糖激酶和葡萄糖激酶的比较
葡萄糖的磷酸化至少有三个意义： 一有利于胞外的葡萄糖通过GLUT 进入胞内；
二带上负电荷葡萄糖很难再从细胞中“逃逸” 出去；
其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞
第一步底物水平的磷酸化
反应8: 磷酸甘油酸的变位
磷酸基团从 C-3转移到C-2
由磷酸甘油酸变位酶催化 不同来源的变位酶具有不同的催化机制，一类 需要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3-磷酸甘油酸分子内的磷酸基团 的转移。
磷酸丙糖异构酶（TIM） 反应机制涉及烯二醇中间体 活性中心的Glu充当广义碱催化剂 TIM是一种近乎完美的酶（为什么？）
磷酸丙糖异构酶催化的反应及其作用机理
来自百度文库
TIM具有独特的防止副反应 发生的机制：在反应中形成 的磷酸烯二醇中间物若离开 酶分子，在溶液中很容易释 放出磷酸根生成丙二醛，而 能异构化生成3-磷酸甘油醛 的并不多。但在细胞内形成 丙二醛的可能性几乎为零， 这是因为当烯二醇中间物形 成以后，酶分子上一段由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，只能异构化成3-磷酸 甘油醛。当3-磷酸甘油醛形 成以后，上述环消失，产物 得以释放。
3-磷酸甘油醛脱氢酶催化的反应及其作用机理
碘代乙酸和甲基汞抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶的机理
反应7: 第一步底物水平的磷酸化 从高能磷酸化合物合成ATP
由磷酸甘油酸激酶催化 红细胞内存在生成2,3-BPG的支路
底物水平磷酸化：是指物质在脱氢或脱水过程中， 产生高能代谢物并直接将高能代谢物中能量转移到 ADP生成ATP的过程。
第二十二章 糖酵解
杨荣武 生物化 学原理 第二版
提纲
一、糖酵解概述 二、糖酵解的全部反应 三、 NADH和丙酮酸的命运
1. 在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运 2. 在缺氧或无氧状态下NADH和丙酮酸的命运
四、其他物质进入糖酵解 五、糖酵解的生理功能 六、糖酵解的调节
1. 2. 3. 4. 葡萄糖的可得性 己糖激酶和葡糖激酶的调节 PFK-1的调节 丙酮酸激酶的调节
糖酵解某些中间物的代谢流向
第六节 糖酵解的调节
己糖激酶 控制葡萄糖的进入
磷酸果糖激酶 (PFK)
丙酮酸激酶
最关键的调控酶
可调节酵解途径代谢物的输出
一、葡萄糖的可得性
二、己糖激酶和葡萄糖激酶的调节
三、PFK-1的调节：别构调节
1 2
负别构调节 正别构调节
ATP、柠檬酸、质子
AMP、ADP、F-2,6-BP