生物化学 糖酵解作用
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通过磷酸甘油酸激酶催化 底物水平磷酸化
=底物分子的高能键转移至ADP或GDP生成ATP或GTP的过程 =ATP生成的2种方式之一,另一种为线粒体内的氧化磷酸化
磷酸甘油酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
步骤6和7是一个能量偶联过程
➢ 3-磷酸甘油醛氧化为3-磷酸甘油酸 ➢ NAD+还原为NADH ➢ ADP磷酸化为ATP
0.1 mmol，专一性不强，可活化六碳糖
• 葡萄糖激酶主要存在于肝细胞，Km葡萄糖 = 5~10 mmol，专一性很强 • 一般情况下细胞内葡萄糖浓度=4 mmol，因此己糖激酶是一般情况下激活葡
萄糖的酶
• 当血糖浓度很高时，葡萄糖激酶在肝脏中活化葡萄糖，随后通过生成UDPG
而合成糖原
• 己糖激酶是变构酶，6-磷酸葡萄糖和ADP是它的变构抑制剂
糖酵解第二阶段
脱氢氧化 底物磷酸化
异构 脱水 底物磷酸化
3-磷酸 甘油醛
1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸 甘油酸
2-磷酸 甘油酸
磷酸烯醇 式丙酮酸
丙酮酸
糖酵解第二阶段
丙酮酸的去路
底物促进，产物抑制
① 3种产物：ATP、NADH、丙酮酸 ② ATP的去路？ ③ NADPH的去路？ ④ 丙酮酸的去路？
糖酵解第一阶段
细胞外液 葡萄糖
葡萄糖通过磷酸化为G6P 而保持在细胞内，因为 G6P不能穿越细胞膜
细胞质 葡萄糖
葡萄糖6-磷酸
糖酵解第一阶段
2. 葡萄糖6-磷酸异构为果糖6-磷酸
通过磷酸己糖异构酶催化 酮糖与醛糖的转化 可逆反应
葡萄糖6-磷酸
磷酸己糖异构酶
果糖6-磷酸
很小的自由能变化，因此 该反应是可逆的
糖酵解第一阶段
5.丙糖磷酸的异构
通过丙糖磷酸异构酶催化 可逆反应
丙糖磷酸异构酶
磷酸二羟丙酮
甘油醛3-磷酸
较低的自由能变化 可逆反应
糖酵解第一阶段
4.5.FBP的裂解和丙糖磷 酸的异构
醛缩酶 丙糖磷酸异构酶
果糖1,6-二磷酸
醛缩酶
磷酸二羟丙酮
甘油醛3-磷酸
丙糖磷酸异构酶
糖酵解第一阶段
葡萄糖 + 2NAD+ = 2丙酮酸 + 2NADH + 2H+ ΔG = -35 Kcal/mol
2ADP + 2Pi = 2ATP + 2H2O
ΔG = +14.6 Kcal/mol
总自由能变化 = -35 + 14.6 = -20.4 Kcal/mol 转化效率约40%
不过,多数能量依然贮存在丙酮酸分子中:
反应 可逆
磷酸基团转移势能 ΔG’0= 30.5kJ/mol
3-磷酸甘油醛 + ADP + Pi + NAD+ = 3-磷酸甘油酸 + ATP + NADPH + H+
1-砷酸-3-磷酸甘油酸 + H2O = 3-磷酸甘油酸 + 砷酸 无ATP产生！！！
糖酵解第二阶段
8. 3-磷酸甘油酸变位生成2-磷酸甘油酸
有氧氧化： 动物、植物、很多微生物细胞
其他六碳糖进入糖酵解
海藻糖 蔗糖
乳糖 糖原、淀粉
葡萄糖
葡萄糖1-磷酸
半乳糖
UDP-半乳糖 UDP-葡萄糖
果糖 果糖1-磷酸
葡萄糖6-磷酸 果糖6-磷酸
甘露糖 甘露糖6-磷酸
果糖1，6-二磷酸 甘油醛 磷酸二羟丙酮
详情参阅p85~89
3-磷酸甘油醛、磷酸二羟丙酮
糖酵解第一阶段
ATP是PFK的变构抑制剂 F-2,6-BP是PFK的变构激活剂
糖酵解第一阶段
4. 果糖1,6-二磷酸的裂解
通过醛缩酶(裂合酶)催化 可逆反应
醛缩酶
果糖1,6-二磷酸
箭头所指为裂解位置
磷酸二羟丙酮
甘油醛3-磷酸
该值意味着反应倾向于自右向左进行 但接下来的反应由于不断消耗3碳糖而促使FBP的裂解
乳酸脱氢酶
丙酮酸 乳酸
丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶
丙酮酸
形成乙酸
(醋酸发酵)
乙醛
乙醛脱氢酶
乙酸
醋酸杆菌 人肝细胞 等……
乙醇
丙酮酸的去路
葡萄糖
糖酵解 （连续的10步反应） 胞液 厌氧条件
乙醇
丙酮酸 有氧 条件
线粒体
酒精发酵：酵母菌
乙酰辅酶A
三羧酸循环 线粒体
胞液 厌氧条件
糖酵解产物丙 酮酸的去路
乳酸
乳酸发酵： 剧烈运动的肌肉 红细胞 其他细胞 某些微生物
通过磷酸甘油酸变位酶催化
磷酸甘油酸变位酶
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
9. 2-磷酸甘油酸脱水变位为磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
通过烯醇化酶催化
脱水反应使分子内能量重新分布
PEP水解
ΔG’0 = -14.8Kcal/mol
2-磷酸甘油酸水解 ΔG’0 = -4.2Kcal/mol
烯醇酶
高能键
2-磷酸甘油酸
葡萄糖完全氧化为 CO2和H2O: 而葡萄糖氧化分解为2分子丙酮酸:
ΔG = - 679 Kcal/mol ΔG = - 35 Kcal/mol
糖酵解释放的能量只占葡萄糖能完全释放能量的5.2%左右 随后的步骤将使丙酮酸完全氧化(有氧氧化)
糖酵解第一阶段
活化 异构 活化 裂解
葡萄糖 葡萄糖6-磷酸 果糖6-磷酸
糖酵解概述
糖原,淀粉,蔗糖
场所：胞液 贮 存
葡萄糖
葡萄糖在细胞内 的主要代谢去路
在氧化过程中, 一些自由能转存于 ATP和NADH中
核糖-5-磷酸
丙酮酸
(3碳化合物)
糖酵解概述
葡萄糖
糖酵解 （连续的10步反应） 胞液 厌氧条件
乙醇
丙酮酸 有氧 条件
线粒体
酒精发酵：酵母菌
乙酰辅酶A
三羧酸循环 线粒体
无机磷酸
1,3-二磷酸甘油酸 (高能化合物)
酰基磷酸酯具有很高的自由能 ( -11.8 Kcal/mol),可转移至ADP生成ATP 很多醛基氧化产生的高自由能通常在C-1位以酰基磷酸酯形式而贮存 砷酸可替代磷酸与3-磷酸甘油酸反应生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸（p75）
糖酵解第二阶段
7. 1,3-二磷酸甘油酸的磷酰基转移给ADP生成ATP
胞液 厌氧条件
糖酵解产物丙 酮酸的去路
乳酸
乳酸发酵： 剧烈运动的肌肉 红细胞 其他细胞 某些微生物
有氧氧化： 动物、植物、很多微生物细胞
糖酵解概述
糖酵解概述
糖酵解总反应式
葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi = 2丙酮酸 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 将上述反应分为2个过程来看
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
糖酵解第二阶段
10. PEP的磷酰基转移至ADP生成ATP
通过丙酮酸激酶催化 第2次底物磷酸化 反应不可逆
丙酮酸激酶
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
关键酶 丙酮酸
异构(非酶促反应)
反
应
不 ATP磷酸基转移势能
可
ΔG’0=30.5kJ/mol
逆
丙酮酸
(烯醇式)
丙酮酸
(酮式)
糖酵解第一阶段
3.第2步活化反应：果糖6-磷酸磷酸化
通过磷酸果糖激酶-1激活 第2个ATP消耗 可逆反应
磷酸果糖激酶-1
果糖6-磷酸
关键酶
较大磷的酸自己由糖能异变构化酶，因 此该反应是不可逆的
果糖1,6-二磷酸
磷酸果糖激酶(PFK)是变构酶, 该步反应是糖酵解关键步骤 ATP抑制, AMP解除抑制 柠檬酸也是一种变构抑制剂 果糖2,6-二磷酸是变构激活剂 低的能量状态(ATP浓度小)激活PFK 高的能量状态(ATP浓度高)抑制PFK
丙酮酸的去路
1. 必须从产物NADH中再生出NAD+才能使糖酵解继续进行下去…… 2. 在有氧情况下，NADH通过将电子和氢传递给 O2而氧化再生
丙酮酸彻底氧化为CO2和H2O而排出 3. 在无氧条件下，NADH通过还原丙酮酸而再生……
形成乳酸
(乳酸发酵，例如肌肉、乳酸菌)
形成酒精
(酒精发酵，例如酵母菌、果实)
葡萄糖通过2步磷酸 化而激活为活泼的 FBP
FBP裂解为2分子三 碳糖
2步磷酸化反应分别 由己糖激酶和磷酸果 糖激酶-1催化,为不可 逆反应
磷酸果糖激酶-1是糖 酵解的重要关键酶
糖酵解第一阶段
糖酵解第二阶段
脱氢氧化 底物磷酸化
异构 脱水 底物磷酸化
3-磷酸 甘油醛
1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸 甘油酸
糖酵解小结
2-磷酸 甘油酸
磷酸烯醇 式丙酮酸
丙酮酸
糖酵解第二阶段
6. 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸
通过3-磷酸甘油醛脱氢酶催化
糖酵解2步能量贮存的第1步
可逆反应
氢阴离子(H:)移除加载 于NAD+生成NADH
高能键 醛基脱氢与磷酸基 形成酰基磷酸酯
氢离子移除游 离于溶液中
3-磷酸甘油醛
3-磷酸甘油醛脱氢酶
果糖1,6-二磷酸 甘油醛3-磷酸
磷酸二羟丙酮
糖酵解第一阶段
己糖激酶
葡萄糖
关键酶
较大的自由能变化， 导致该反应不可逆
葡萄糖6-磷酸
1.葡萄糖的磷酸化激活
通过己糖激酶（或葡萄 糖激酶）活化
第一个ATP消耗 活化葡萄糖以进行后续
反应
• 已糖激酶主要分布在肝肾以外的不能合成糖原的组织中，它对葡萄糖的Km=
=底物分子的高能键转移至ADP或GDP生成ATP或GTP的过程 =ATP生成的2种方式之一,另一种为线粒体内的氧化磷酸化
磷酸甘油酸激酶
1,3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
步骤6和7是一个能量偶联过程
➢ 3-磷酸甘油醛氧化为3-磷酸甘油酸 ➢ NAD+还原为NADH ➢ ADP磷酸化为ATP
0.1 mmol，专一性不强，可活化六碳糖
• 葡萄糖激酶主要存在于肝细胞，Km葡萄糖 = 5~10 mmol，专一性很强 • 一般情况下细胞内葡萄糖浓度=4 mmol，因此己糖激酶是一般情况下激活葡
萄糖的酶
• 当血糖浓度很高时，葡萄糖激酶在肝脏中活化葡萄糖，随后通过生成UDPG
而合成糖原
• 己糖激酶是变构酶，6-磷酸葡萄糖和ADP是它的变构抑制剂
糖酵解第二阶段
脱氢氧化 底物磷酸化
异构 脱水 底物磷酸化
3-磷酸 甘油醛
1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸 甘油酸
2-磷酸 甘油酸
磷酸烯醇 式丙酮酸
丙酮酸
糖酵解第二阶段
丙酮酸的去路
底物促进，产物抑制
① 3种产物：ATP、NADH、丙酮酸 ② ATP的去路？ ③ NADPH的去路？ ④ 丙酮酸的去路？
糖酵解第一阶段
细胞外液 葡萄糖
葡萄糖通过磷酸化为G6P 而保持在细胞内，因为 G6P不能穿越细胞膜
细胞质 葡萄糖
葡萄糖6-磷酸
糖酵解第一阶段
2. 葡萄糖6-磷酸异构为果糖6-磷酸
通过磷酸己糖异构酶催化 酮糖与醛糖的转化 可逆反应
葡萄糖6-磷酸
磷酸己糖异构酶
果糖6-磷酸
很小的自由能变化，因此 该反应是可逆的
糖酵解第一阶段
5.丙糖磷酸的异构
通过丙糖磷酸异构酶催化 可逆反应
丙糖磷酸异构酶
磷酸二羟丙酮
甘油醛3-磷酸
较低的自由能变化 可逆反应
糖酵解第一阶段
4.5.FBP的裂解和丙糖磷 酸的异构
醛缩酶 丙糖磷酸异构酶
果糖1,6-二磷酸
醛缩酶
磷酸二羟丙酮
甘油醛3-磷酸
丙糖磷酸异构酶
糖酵解第一阶段
葡萄糖 + 2NAD+ = 2丙酮酸 + 2NADH + 2H+ ΔG = -35 Kcal/mol
2ADP + 2Pi = 2ATP + 2H2O
ΔG = +14.6 Kcal/mol
总自由能变化 = -35 + 14.6 = -20.4 Kcal/mol 转化效率约40%
不过,多数能量依然贮存在丙酮酸分子中:
反应 可逆
磷酸基团转移势能 ΔG’0= 30.5kJ/mol
3-磷酸甘油醛 + ADP + Pi + NAD+ = 3-磷酸甘油酸 + ATP + NADPH + H+
1-砷酸-3-磷酸甘油酸 + H2O = 3-磷酸甘油酸 + 砷酸 无ATP产生！！！
糖酵解第二阶段
8. 3-磷酸甘油酸变位生成2-磷酸甘油酸
有氧氧化： 动物、植物、很多微生物细胞
其他六碳糖进入糖酵解
海藻糖 蔗糖
乳糖 糖原、淀粉
葡萄糖
葡萄糖1-磷酸
半乳糖
UDP-半乳糖 UDP-葡萄糖
果糖 果糖1-磷酸
葡萄糖6-磷酸 果糖6-磷酸
甘露糖 甘露糖6-磷酸
果糖1，6-二磷酸 甘油醛 磷酸二羟丙酮
详情参阅p85~89
3-磷酸甘油醛、磷酸二羟丙酮
糖酵解第一阶段
ATP是PFK的变构抑制剂 F-2,6-BP是PFK的变构激活剂
糖酵解第一阶段
4. 果糖1,6-二磷酸的裂解
通过醛缩酶(裂合酶)催化 可逆反应
醛缩酶
果糖1,6-二磷酸
箭头所指为裂解位置
磷酸二羟丙酮
甘油醛3-磷酸
该值意味着反应倾向于自右向左进行 但接下来的反应由于不断消耗3碳糖而促使FBP的裂解
乳酸脱氢酶
丙酮酸 乳酸
丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶
丙酮酸
形成乙酸
(醋酸发酵)
乙醛
乙醛脱氢酶
乙酸
醋酸杆菌 人肝细胞 等……
乙醇
丙酮酸的去路
葡萄糖
糖酵解 （连续的10步反应） 胞液 厌氧条件
乙醇
丙酮酸 有氧 条件
线粒体
酒精发酵：酵母菌
乙酰辅酶A
三羧酸循环 线粒体
胞液 厌氧条件
糖酵解产物丙 酮酸的去路
乳酸
乳酸发酵： 剧烈运动的肌肉 红细胞 其他细胞 某些微生物
通过磷酸甘油酸变位酶催化
磷酸甘油酸变位酶
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
9. 2-磷酸甘油酸脱水变位为磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
通过烯醇化酶催化
脱水反应使分子内能量重新分布
PEP水解
ΔG’0 = -14.8Kcal/mol
2-磷酸甘油酸水解 ΔG’0 = -4.2Kcal/mol
烯醇酶
高能键
2-磷酸甘油酸
葡萄糖完全氧化为 CO2和H2O: 而葡萄糖氧化分解为2分子丙酮酸:
ΔG = - 679 Kcal/mol ΔG = - 35 Kcal/mol
糖酵解释放的能量只占葡萄糖能完全释放能量的5.2%左右 随后的步骤将使丙酮酸完全氧化(有氧氧化)
糖酵解第一阶段
活化 异构 活化 裂解
葡萄糖 葡萄糖6-磷酸 果糖6-磷酸
糖酵解概述
糖原,淀粉,蔗糖
场所：胞液 贮 存
葡萄糖
葡萄糖在细胞内 的主要代谢去路
在氧化过程中, 一些自由能转存于 ATP和NADH中
核糖-5-磷酸
丙酮酸
(3碳化合物)
糖酵解概述
葡萄糖
糖酵解 （连续的10步反应） 胞液 厌氧条件
乙醇
丙酮酸 有氧 条件
线粒体
酒精发酵：酵母菌
乙酰辅酶A
三羧酸循环 线粒体
无机磷酸
1,3-二磷酸甘油酸 (高能化合物)
酰基磷酸酯具有很高的自由能 ( -11.8 Kcal/mol),可转移至ADP生成ATP 很多醛基氧化产生的高自由能通常在C-1位以酰基磷酸酯形式而贮存 砷酸可替代磷酸与3-磷酸甘油酸反应生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸（p75）
糖酵解第二阶段
7. 1,3-二磷酸甘油酸的磷酰基转移给ADP生成ATP
胞液 厌氧条件
糖酵解产物丙 酮酸的去路
乳酸
乳酸发酵： 剧烈运动的肌肉 红细胞 其他细胞 某些微生物
有氧氧化： 动物、植物、很多微生物细胞
糖酵解概述
糖酵解概述
糖酵解总反应式
葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi = 2丙酮酸 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O 将上述反应分为2个过程来看
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
糖酵解第二阶段
10. PEP的磷酰基转移至ADP生成ATP
通过丙酮酸激酶催化 第2次底物磷酸化 反应不可逆
丙酮酸激酶
磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)
关键酶 丙酮酸
异构(非酶促反应)
反
应
不 ATP磷酸基转移势能
可
ΔG’0=30.5kJ/mol
逆
丙酮酸
(烯醇式)
丙酮酸
(酮式)
糖酵解第一阶段
3.第2步活化反应：果糖6-磷酸磷酸化
通过磷酸果糖激酶-1激活 第2个ATP消耗 可逆反应
磷酸果糖激酶-1
果糖6-磷酸
关键酶
较大磷的酸自己由糖能异变构化酶，因 此该反应是不可逆的
果糖1,6-二磷酸
磷酸果糖激酶(PFK)是变构酶, 该步反应是糖酵解关键步骤 ATP抑制, AMP解除抑制 柠檬酸也是一种变构抑制剂 果糖2,6-二磷酸是变构激活剂 低的能量状态(ATP浓度小)激活PFK 高的能量状态(ATP浓度高)抑制PFK
丙酮酸的去路
1. 必须从产物NADH中再生出NAD+才能使糖酵解继续进行下去…… 2. 在有氧情况下，NADH通过将电子和氢传递给 O2而氧化再生
丙酮酸彻底氧化为CO2和H2O而排出 3. 在无氧条件下，NADH通过还原丙酮酸而再生……
形成乳酸
(乳酸发酵，例如肌肉、乳酸菌)
形成酒精
(酒精发酵，例如酵母菌、果实)
葡萄糖通过2步磷酸 化而激活为活泼的 FBP
FBP裂解为2分子三 碳糖
2步磷酸化反应分别 由己糖激酶和磷酸果 糖激酶-1催化,为不可 逆反应
磷酸果糖激酶-1是糖 酵解的重要关键酶
糖酵解第一阶段
糖酵解第二阶段
脱氢氧化 底物磷酸化
异构 脱水 底物磷酸化
3-磷酸 甘油醛
1,3-二磷酸 甘油酸 3-磷酸 甘油酸
糖酵解小结
2-磷酸 甘油酸
磷酸烯醇 式丙酮酸
丙酮酸
糖酵解第二阶段
6. 3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸
通过3-磷酸甘油醛脱氢酶催化
糖酵解2步能量贮存的第1步
可逆反应
氢阴离子(H:)移除加载 于NAD+生成NADH
高能键 醛基脱氢与磷酸基 形成酰基磷酸酯
氢离子移除游 离于溶液中
3-磷酸甘油醛
3-磷酸甘油醛脱氢酶
果糖1,6-二磷酸 甘油醛3-磷酸
磷酸二羟丙酮
糖酵解第一阶段
己糖激酶
葡萄糖
关键酶
较大的自由能变化， 导致该反应不可逆
葡萄糖6-磷酸
1.葡萄糖的磷酸化激活
通过己糖激酶（或葡萄 糖激酶）活化
第一个ATP消耗 活化葡萄糖以进行后续
反应
• 已糖激酶主要分布在肝肾以外的不能合成糖原的组织中，它对葡萄糖的Km=