上海交大 生物化学831 精品讲义：16 Glycolysis and Gluconeogenesis

葡萄糖来自每日饮食的碳水化合物 • 葡萄糖少部分来自糖元、大部分来自食物的淀 粉。但是复杂糖类必需转化成简单糖分子才能 被小肠吸收。 • 水解多糖的酶：唾液a-淀粉酶，胰脏a-淀粉 酶。 •水解寡糖的酶：蔗糖酶， a-葡糖苷酶， a-极 限糊精酶，乳糖酶。寡糖酶多位于小肠细胞表 面，将寡糖转化成单糖。单糖被运入小肠细胞 ，然后在血液运输。
图16.2 糖酵解的各个阶段 。糖酵解途径可以分成3 个阶段：（1）葡萄糖被 捕获并转化成不稳定状态 ；（2）六碳原子的果糖 被断裂成两个可以互相转 化的三碳化合物；（3） 产生ATP。
己糖激酶将葡萄糖限定在细胞内，启动糖酵解
经特定的转运蛋白，葡萄糖进入细胞。进入细胞 的葡萄糖被己糖激酶催化，转化成葡萄糖-6-磷酸。此 反应的意义在于：（1）因为磷酸化后的葡萄糖不再是 葡萄糖运输蛋白的底物，因此葡萄糖-6磷酸被限定在 细胞内；（2）磷酸基团的加入使葡萄糖稳定性降低， 有助于它进一步代谢。
磷酸转移是生物化学的基本反应。 激酶能催化ATP的磷酸向受体分子转移 。己糖激酶催化ATP的磷酸基团转移给 不同的六碳糖（如葡萄糖，甘露糖）。 与腺苷酸激酶及其他激酶一样，己糖激 酶的催化活性需要Mg2+（或其他二价金 属离子如Mn2+)。二价金属离子与ATP分 子形成复合物。
X-射线晶体衍射研究结 果：酵母己糖激酶与葡萄 糖结合诱导酶蛋白构型发 生显著变化。己糖激酶有 两个lobe结构。与葡萄糖 结合使两个叶片相互靠近 (图16.3)。与葡萄糖结合 ，一个叶片相对于另一叶 片旋转12o，导致多肽链 骨架移动8 A。两个叶片 之间的裂缝关闭，结合的 葡萄糖被蛋白质包裹(除 第六位碳原子外)。第六 位碳原子接受自ATP转移 的磷酸基团。己糖激酶两 个叶片靠近是酶促反应的 诱导匹配模型实例。
2. 随后，肌肉抽提液的研究显示，乳酸发酵的很 多反应与乙醇发酵的很多反应相同。这个发现 揭示生命的化学是统一的。主要是Gustav
Embden, Otta Meyerhof, Carl Neuberg, Jacob Parnas, Otto Warburg, Gerty Cori, 和CarlCori的 贡献，1940年完全阐明了糖酵解的全过程。糖 酵解也被称为Embdem-Meyerhof途径。
葡萄糖诱导的结构变化有两方面的意义。
（1）葡萄糖周围环境更疏水，有利于ATP末端磷 酸基团向葡萄糖转移。
（2）构像变化有助于酶选择性地将磷酸转移给底 物分子而不是水分子。关闭的裂缝使水分子 无法进入活性位点。如果己糖激酶是刚性分 子，则水分子占据本应结合葡萄糖CH2OH的 位点，使之能够攻击ATP的g-磷酸，产生 ADP和Pi（即刚性己糖激酶具有ATPase活性 ）。有趣的是，参与糖酵解途径的其他激酶（磷酸果糖激酶，磷酸
a-淀粉酶只能断裂淀粉的a-1,4-糖苷键， 不能断裂淀粉的a-1,6-糖苷键。a-淀粉酶降解 淀粉的产物分别是麦芽糖(maltose，二糖)、麦 芽三糖（maltotriose，三糖)、糊精（含有1,6糖苷键）。
蔗糖酶将蔗糖降解成葡萄糖。a-葡萄糖苷 酶（glucosidase）将麦芽糖和其它逃过a-淀粉 酶降解的寡糖降解成极限糊精（即a-1,6-糖苷 键没有降解的产物称为limit dextrin) 。
1. Hans Buchner和Eduard Buchner在1897年发现， 酵母抽提液迅速地将蔗糖降解成乙醇。首次证 实发酵可以在细胞外进行。否定了1860年Louis Pasteur宣称的发酵离不开活细胞的概念，开创 了生物化学的新时代。这是一个偶然的发现。 他们对酵母无细胞抽提液可能的治疗作用很感 兴趣。要求不用抗菌剂（如苯酚）保存这些抽 提液。他们决定用蔗糖(厨房常用的保存剂)。结 果是蔗糖被酵母抽提液迅速降解成乙醇。这个 发现鼓舞人们寻找蔗糖转化成乙醇的生物催化 剂。使代谢研究成为生物化学研究的内容。
a-极限糊精酶水解a-1,6-糖苷键，将极限 糊精转化成葡萄糖。
乳糖酶负责乳糖降解成半乳糖和葡萄糖。
葡萄糖是大多数生物重要的燃料 葡萄糖是普遍使用的重要燃料。非饥饿条件下
，哺乳动物的大脑以葡萄糖作为唯一燃料，也是红 细胞使用的唯一燃料。几乎所有生物都能利用葡萄 糖，而且大多数生物处理葡萄糖的方式相似。
在众多糖分子中，为什么只有葡萄糖成为最显 著的燃料分子？原因可能有： （1）葡萄糖可能是生命前世界能够从甲醛形成的 几种含单糖之一，在原始生命系统中就充当燃料。 （2）与其它单糖相比，葡萄糖在蛋白质的非酶促 糖基化方面倾向性低。多数葡萄糖分子呈环状结构 ，不是醛基。因此葡萄糖非特异性修饰蛋白质的几 率很低。不会损伤蛋化的途径之一 基本上所有细胞（包括原核细胞和真核细胞）都有糖酵解途
径。真核细胞的糖酵解在细胞质进行。 糖酵解途径分三个阶段：(1)葡萄糖转化成果糖1,6-二磷酸；
目的是将葡萄糖分子限定在细胞内，形成一种可被转化成磷酸化 三碳单位的化合物。（2）将果糖1,6-二磷酸裂解成两个可以相互 转化的三碳组分。（3）三碳组分氧化成丙酮酸，产生ATP。
Berg • Tymoczko • Stryer
Biochemistry
Sixth Edition
Chapter 16: Glycolysis and Gluconeogenesis
Copyright © 2007 by W. H. Freeman and Company
Micheal Johnson在奥林匹克200米短跑半决赛中创纪录 。葡萄糖代谢产生的ATP驱动肌肉收缩。在短跑过程中 ，如果ATP的需求超过氧气供应，则葡萄糖代谢成乳酸 （A）。如果氧气足量，葡萄糖被有效地代谢成二氧化 碳和水。
糖酵解是糖的第一个代谢途径，进化上属于一 个古老的代谢途径 (糖酵解是生物在地球出现足量 氧气之前建立的代谢途径)。此途径特点：(1) 将一 个葡萄糖分子代谢成两分子丙酮酸，同时产生两分 子ATP。(2)不需要氧气。因此丙酮酸能进一步加工 ，产生乳酸（乳酸发酵）或乙醇（乙醇发酵）。
糖酵解研究简史(与生物化学的建立密不可分)