第22章 糖酵解EMP

己糖激酶的“诱导契合”
己糖激酶：
（1）专一性不强 (mannose/fructose)
（2）受产物葡萄糖-6-磷酸和ADP抑制(变构抑制剂)
葡萄糖激酶（肝脏）：
（1）只作用于葡萄糖
（2）对葡萄糖的Km较大(与己糖激酶相比)
[葡萄糖] 较高时作用，G6P促进糖原合成
（3）不受产物葡萄糖-6-磷酸的抑制
G G6P 意义：活化葡萄糖；
磷酸化后葡萄糖无法出细胞， ——是细胞的保糖机制。
+ HN 3
- Lys
-OH C=O
His -
• G0’ = 1.67kJ/mol = 0.4 kcal/mol，反应可逆。 • 磷酸葡萄糖异构酶：绝对底物专一性，立体专一性 • 机理：酸碱催化
可 逆
磷酸葡萄糖异构酶 磷酸果糖异构酶 异构时，开环
2. 乙醇发酵:
(1) 丙酮酸脱羧生成乙醛:
COOH C=O CH3
丙酮酸脱羧酶，TPP
为葡萄糖 的C3或C4 CO2 CH3 - CHO
(乙醛，acetaldehyde)
(pyryvate decarboxylase)
(丙酮酸，pyruvate)
(2) 乙醛氧化NADH生成乙醇:
CH3-CHO + NADH + H+
C 3-P-甘油醛脱氢酶 HC-OH （glyceraldehyde 3-P dehydrogenase） CH2OPO32（GAP ）
C HC-OH CH2OPO32-
（1, 3 - BPG）
G’= 6.27kJ/mol = 1.5kcal/mol • EMP中唯一的一个产生NADH的步骤。 • 砷酸盐(arsenate, AsO43-)做为Pi类似物抑制反应。
(2) 果糖 – 1 –P
果糖-1-P醛缩酶(B型) (frucose-phosphate aldolase)
CH=O CH-OH + CH2 -OH (甘油醛)
CH2 -OH C=O CH2 -OPO32(DHAP)
(3)
CH=O ATP ADP CH=O 甘油醛激酶 CH -OH CH -OH (glyceraldehyde kinase) CH2 -OH CH2 -OPO32(甘油醛) （3-P-甘油醛） NADH +H+ 醇脱氢酶 NAD+ CH2 –OH ATP ADP CH2 –OH NAD+ NADH+H+ 甘油激酶 甘油磷酸脱氢酶 3-P-甘油醛 CH –OH CH –OH (glyceraldehyde kinase) CH2 –OH CH2 -OPO32-
F - 6 –P
磷酸果糖激酶2 果糖二磷酸酶2
F - 2,6 – 2P(+)
3 丙酮酸激酶： 乙酰CoA、ATP和Ala (-)； 果糖1,6-二磷酸 (+) 血液中葡萄糖水平
6-磷酸果糖激酶-2 （激酶活性）
6PF
PFK2 果糖二磷酸酶2
6-磷酸果糖激酶-2
P (磷酸酶活性)
2，6-二磷酸果糖
位于一条多肽链上 Ser-OH磷酸化：水解活性激活，激酶活性抑制
（DHAP） （GAP） G’= 7.7kJ/mol =1.83kcal/mol • DHAP与GAP的互变十分迅速，两者浓度常处 于平衡状态。此时，DHAP的浓度需要大大高 于GAP。
6 甘油醛-3-磷酸氧化（脱氢） 1, 3-2P-甘油酸
H
O
NAD+,Pi
NADH+H+ O - O ~ PO32-
(1)放能反应(氧化反应)
3-磷酸甘油醛+H20+NAD+
3- 磷酸甘油酸+NADH+H+
△G0’=- 43.8kJ.mol.-1 (2)吸能反应(磷酸化反应) 3- 磷酸甘油酸+H3PO4 1 ,3-二 磷酸甘油酸+H20 △G0’= 50.2kJ.mol.-1
碘乙酸是糖酵解的一种强抑制剂 甘油醛-3-磷酸脱氢酶的抑制剂作用机理
胰高血糖素
G过剩，则去磷酸化，协同控制
五 其他己糖进入酵解的途径
1. 果糖(frucose)
ATP • 在肌肉中: 果糖
己糖激酶 ( hexokinase )
ADP 果糖 – 6 -P
• 在肝脏中: 没有己糖激酶。转变过程复杂：
ATP （1） 果糖
ADP
果糖激酶
果糖 – 1 -P
( frucokinase )
乙醇脱氢酶，Zn2+ (alcohol dehydrogenase)
CH3-CHOH + NAD+
(乙醇，alcohol)
四. 糖酵作用的调节：
EMP的三个调节酶:
1 己糖激酶：G-6-P (-)、 ADP (-) 2 磷酸果糖激酶：限速酶。 高浓度ATP(-)、柠檬酸、脂肪酸加强 (-)； AMP、ADP或无机磷消除(+)
意义：使羰基从1位C上转移到2位C上， 1位C上-OH游离 ——为第二次磷酸化打基础
• G0’ = -14.23kJ/mol = - 3.4 kcal/mol，反应不可逆。
• 磷酸果糖激酶：EMP限速酶。 • 磷酸果糖激酶为四聚体别构酶： ATP(-), ADP、AMP、Pi(+) • 有多种同工酶： A：心肌、骨骼，对磷酸肌酸、柠檬酸、Pi的抑制最敏感 B：肝、红细胞，被2, 3 – 2P- 甘油酸（BPG）敏感激活 C：脑，对腺嘌呤核苷酸作用敏感
二 糖酵解途径总结:
1. EMP从葡萄糖到丙酮酸：10步反应。 2. 最重要的生物学意义：是在不需氧的条件下 （缺氧或不缺氧），产生ATP的供能方式。 3. 能量代谢总结： 1个葡萄糖经历EMP分解为2个分子的丙酮酸: 产生2个NADH 底物磷酸化: 产生4 ATP 两步磷酸化: 消耗2 ATP 共计: 产生2个ATP + 2个NADH
7 1, 3-2P-甘油酸 3 - P-甘油酸
O O ~PO32- ADP
ATP O
O-
C 磷酸甘油酸激酶 HC-OH （phosphoglycerate CH2OPO32kinase），Mg2（1, 3 - BPG）
C C=O CH2OPO32（3 - PG）
G’= - 18.83 kJ/mol = -4.50 kcal/mol • EMP中的第一个产生ATP的步骤。高度放能 • 底物水平磷酸化：代谢中间产物转化过程中伴 随的ATP合成。
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
• 葡萄糖激酶(glucokinase): 肝脏中由此酶催化, 是诱导酶。Km高。 • 己糖激酶(hexokinase): 催化G、F磷酸化 需要Mg2+或Mn2+等 Mg2+与ATP形成复合物 催化反应基本不可逆 是别构调节酶、同工酶
砷酸盐与磷酸结构相似 ——替代磷酸形成1-砷酸-3-磷酸甘油酸 水解为3-磷酸甘油酸
无法形成形成高能磷酸键
解偶联剂
这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 ☻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无机磷酸极为相 似，因此可以代替无机磷酸参加反应，形成甘 油酸-1-砷酸-3-磷酸，但这样的产物很不稳定， 很快就自发地水解成为甘油酸-3-磷酸并产生热 ，无法进入下一步底物水平磷酸化反应。由于 甘油酸-1-砷酸-3-磷酸的自发水解，将导致ATP 合成受阻，影响细胞的正常代谢，这就是砷酸 有毒性的原因。
9 2 - P-甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸：
O OO OC C-O ~PO32- +H2O CH2
（PEP）
C 烯醇化酶, Mg2+ HC - OPO32- （enolase） CH2 –OH
（2 - PG）
G’= 1.84 kJ/mol = 0.44 kcal/mol • （消除反应）中间产物：负碳离子中间物。 • 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。
8 3 - P-甘油酸 2-P-甘油酸：
O
O-
O
O-
C 磷酸甘油酸变位酶 HC-OH （bisphosphoglycerate CH2OPO32mutase）
（3 - PG）
C HC-OPO32CH2 -OH
（2 - PG）
G’= 4.45 kJ/mol = 1.06 kcal/mol • 变位酶：催化分子内基团移位的酶（磷酸基）。 • 转变过程的中间产物： 2, 3- 二磷酸甘油酸 ( 2, 3-BPG)。变位酶抑制剂
10 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸：
O OADP ATP
O
3C4
O2C5=O 1C6H 3
C Mg2+ C-O~PO32丙酮酸激酶 CH2 （pyruvate kinase）
（PEP）
（pyruvate）
G’= - 31.38 kJ/mol = -7.5 kcal/mol
• PEP转移高能磷酸键并合成EMP的第二个ATP。 • 丙酮酸激酶是一个四亚基别构酶，至少有三种同 工酶。是EMP的第三个重要调节部位。 • 糖酵解途径中的第二次底物水平磷酸化
第二十二章 糖酵解
• 发酵（fermentation）——葡萄糖转化为乙醇、乙酸 • 糖酵解（glycolysis）——无氧条件下葡萄糖分解为两 个分子的丙酮酸，并产生ATP的过程。 • 糖酵解（Embden-Meyerhof path，EM途径） （Embden-Meyerhof-Parmas途径，EMP途径）
一 糖酵解途径（EMP）
糖酵解在细胞质中进行。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+。
1、碳骨架的变化： 6C糖 2个3C糖 葡萄糖 2 乳酸 或 葡萄糖 2 乙醇 + 2 CO2
2、能量的变化
酵解（产生乳酸） 发酵 （产生酒精）
物质代谢 放能过程
2ATP 2ATP
• 醛缩酶（aldolase）： G0’ = 24kJ/mol = 5.73kcal/mol
A — 肌肉 I型：高等植物、动物。有三种同工酶： B — 肝脏 C—脑 II型：细菌、真菌、藻类。与I型不同：含二价金属离子。
5 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸
H H O H- 3C-OH 丙糖磷酸异构酶 C 2C=O （triose phosphate HC-OH 1CH OPO 21C6H OPO 2isomerase） 2 3 2 3
三 无氧条件下丙酮酸的去路
1. 丙酮酸生成乳酸:
COOH C=O + NADH +H+ CH3 (丙酮酸)
为葡萄糖 的C3或C4
COOH 乳酸脱氢酶(LDH) HC - OH + NAD + (lactate dehydrogenase) CH3 (乳酸)
无氧条件下，葡萄糖生成乳酸的总反应式: C6H12O6+2ADP+2Pi 2C3H6O3+2ATP+2H2O
ADP+Pi ATP
吸能过程
3、糖酵解中间产物都是磷酸化合物 意义： （1）带有极性，不易随便出入细胞 （2）被酶识别，与酶结合 （3）传递能量
Байду номын сангаас
糖酵解过程
Glucose + 2 ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 pyruvate + 2ATP + 2H2O + 2NADH + 2H+
两个阶段： 1、准备阶段：消耗ATP 2、放能阶段：产生ATP 和NADH
（甘油）
（3 –P-甘油）
2. 半乳糖(galactose)
NAD+
苷