生物化學(xué)第22章

1、第22章 糖酵解作用(Glycolysis)一、一、糖酵解作用的研究歷史糖酵解作用的研究歷史二、糖酵解過程概述二、糖酵解過程概述三、糖酵解和酒精發(fā)酵的全過程圖解三、糖酵解和酒精發(fā)酵的全過程圖解四、糖酵解第一階段的反應(yīng)機(jī)制四、糖酵解第一階段的反應(yīng)機(jī)制五、糖酵解第二階段五、糖酵解第二階段放能階段的反應(yīng)機(jī)制放能階段的反應(yīng)機(jī)制六、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算六、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算七、丙酮酸的去路七、丙酮酸的去路八、糖酵解作用的調(diào)節(jié)八、糖酵解作用的調(diào)節(jié)九、其他六碳糖進(jìn)入糖酵解途徑九、其他六碳糖進(jìn)入糖酵解途徑糖酵解作用 糖酵解是葡萄糖通過一系列的生化反應(yīng)，糖酵解是葡萄糖通

2、過一系列的生化反應(yīng)，逐步氧化成小分子化合物，并釋放出能量合成逐步氧化成小分子化合物，并釋放出能量合成ATP的過程。糖酵解途徑從葡萄糖開始，到生的過程。糖酵解途徑從葡萄糖開始，到生成成2分子丙酮酸為止，在途徑的前期消耗分子丙酮酸為止，在途徑的前期消耗2分子分子ATP，后期合成后期合成4分子分子ATP，所以途徑運(yùn)行的結(jié)所以途徑運(yùn)行的結(jié)果，果，1分子葡萄糖可以產(chǎn)生分子葡萄糖可以產(chǎn)生2分子分子ATP。 無氧呼吸 糖酵解途徑是呼吸途徑的一部分，其產(chǎn)物丙糖酵解途徑是呼吸途徑的一部分，其產(chǎn)物丙酮酸有多種去向，在酵母菌中，丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙酮酸有多種去向，在酵母菌中，丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙醇和醇和CO2；在肌肉中，丙酮酸

3、轉(zhuǎn)變成乳酸。從丙在肌肉中，丙酮酸轉(zhuǎn)變成乳酸。從丙酮酸到乙醇及從丙酮酸到乳酸的代謝途徑是在無酮酸到乙醇及從丙酮酸到乳酸的代謝途徑是在無氧條件下進(jìn)行的，所以把糖酵解途徑加上丙酮酸氧條件下進(jìn)行的，所以把糖酵解途徑加上丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙醇或乳酸稱為無氧呼吸。轉(zhuǎn)變成乙醇或乳酸稱為無氧呼吸。有氧呼吸 在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)途在有氧條件下，丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)途徑，在檸檬酸途徑中徹底氧化成徑，在檸檬酸途徑中徹底氧化成CO2。檸檬酸檸檬酸途徑中產(chǎn)生的途徑中產(chǎn)生的NADH進(jìn)入呼吸電子傳遞鏈，在進(jìn)入呼吸電子傳遞鏈，在呼吸電子傳遞鏈中產(chǎn)生大量的呼吸電子傳遞鏈中產(chǎn)生大量的ATP，最終將最終將NADH中的電子交

4、給中的電子交給O2，生成生成H2O。所以把糖所以把糖酵解途徑、檸檬酸循環(huán)加上呼吸電子傳遞鏈合酵解途徑、檸檬酸循環(huán)加上呼吸電子傳遞鏈合稱為有氧呼吸途徑。稱為有氧呼吸途徑。 呼吸途徑示意圖二、糖酵解過程概述 由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乳酸，稱為酵解由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乳酸，稱為酵解過程，其碳原子的變化可作如下概括：過程，其碳原子的變化可作如下概括： C CC CC CC CC CC C C CC CC + CC + CC CC C1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6葡萄糖（六碳糖）葡萄糖（六碳糖） 三碳糖三碳糖 三碳糖三碳糖 CHCH3

5、 3CH(OH)COOCH(OH)COO + CH + CH3 3CH(OH)COOCH(OH)COO 1 1 2 3 2 3 6 5 6 5 4 4 乳乳酸酸 乳酸乳酸（酵解過程酵解過程）發(fā)酵過程 由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乙醇，稱為發(fā)酵由葡萄糖經(jīng)歷丙酮酸最后生成乙醇，稱為發(fā)酵過程，其碳原子的變化可作如下概括：過程，其碳原子的變化可作如下概括： C CC CC CC CC CC C C CC CC + CC + CC CC C1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6葡萄糖（六碳糖）葡萄糖（六碳糖） 三碳糖三碳糖 三碳糖三碳糖 CHCH3 3

6、CHCH2 2OH + COOH + CO2 2 + CH + CH3 3CHCH2 2OH + COOH + CO2 2 1 1 2 3 2 3 6 6 5 5 4 4 乙醇乙醇 乙醇乙醇酵解途徑的能量代謝 從從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，可以將酵解過程劃分為兩能量的觀點(diǎn)出發(fā)，可以將酵解過程劃分為兩個(gè)方面，一方面從葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗崾俏镔|(zhì)的分解個(gè)方面，一方面從葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗崾俏镔|(zhì)的分解過程，伴有自由能的釋放。另一方面有過程，伴有自由能的釋放。另一方面有ATP的合成，的合成，這是吸收能量的過程。這是吸收能量的過程。葡萄糖葡萄糖 2乳酸乳酸 G10=196.7kj/mol2ADP + 2Pi 2ATP +

7、2H2O G20= 61.1kj/mol總能量變化為總能量變化為 G0=G10+ G20=135.6kj/mol其中由其中由ATP捕獲的能量的比例為捕獲的能量的比例為 61.1/196.7 100% = 31% 糖酵解途徑中磷酸化中間產(chǎn)物的意義 應(yīng)該引起注意的是，糖酵解過程中由葡萄糖應(yīng)該引起注意的是，糖酵解過程中由葡萄糖到所有的中間產(chǎn)物都是以磷酸化合物的形式反應(yīng)到所有的中間產(chǎn)物都是以磷酸化合物的形式反應(yīng)的。中間產(chǎn)物磷酸化至少有三種意義：的。中間產(chǎn)物磷酸化至少有三種意義：帶有負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)使中間產(chǎn)物具有極性，帶有負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)使中間產(chǎn)物具有極性，從而使這些產(chǎn)物不易透過脂膜而失散；從而使這些產(chǎn)

8、物不易透過脂膜而失散；磷酸基團(tuán)在各反應(yīng)步驟中，對(duì)酶來說，起到信磷酸基團(tuán)在各反應(yīng)步驟中，對(duì)酶來說，起到信號(hào)基團(tuán)的作用，有利于與酶結(jié)合而被催化；號(hào)基團(tuán)的作用，有利于與酶結(jié)合而被催化；磷酸基團(tuán)經(jīng)酵解作用后，最終形成磷酸基團(tuán)經(jīng)酵解作用后，最終形成ATP的末端的末端磷酸基團(tuán)，因此具有保存能量的作用。磷酸基團(tuán)，因此具有保存能量的作用。 三、糖酵解和酒精發(fā)酵的全過程圖解 四、糖酵解第一階段的反應(yīng)（一）葡萄糖的磷酸化己糖激酶己糖激酶Mg 2+葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸磷酸（二）葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)化形成果糖-6-磷酸 磷酸葡萄糖異構(gòu)酶磷酸葡萄糖異構(gòu)酶葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸 果糖果糖-6-6

9、-磷酸磷酸（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1,6-二磷酸 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶Mg 2+果糖果糖-6-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸（四）果糖-1,6-二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸 醛縮酶醛縮酶果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸 二羥丙酮磷酸二羥丙酮磷酸 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸（五）二羥丙酮磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸 丙糖磷酸丙糖磷酸異構(gòu)酶異構(gòu)酶五、酵解第二階段的反應(yīng)（一）甘油醛-3-磷酸氧化成1, 3-二磷酸甘油酸 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸脫氫酶脫氫酶 砷酸鹽是磷酸的類似物，可以代替磷酸結(jié)合砷酸鹽是磷酸的類似物，可以代替磷酸結(jié)合到甘油酸

10、的到甘油酸的1位，并很快水解，使得不能形成位，并很快水解，使得不能形成1,3-二磷酸甘油酸，不能產(chǎn)生二磷酸甘油酸，不能產(chǎn)生ATP，導(dǎo)致解偶聯(lián)。導(dǎo)致解偶聯(lián)。 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸 1,3- 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸（二）1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能磷酸基團(tuán)形成ATP 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶Mg 2+1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3- 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸（三）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸 3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶 （四）2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶烯醇化酶 2-

11、2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸Mg 2+ 或或 Mn2+（五）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸岵a(chǎn)生一個(gè)ATP分子 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶丙酮酸激酶Mg 2+ 或或 Mn2+六、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算 總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為：葡萄糖葡萄糖 + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O 糖酵解過程中各步反應(yīng)的能量變化反應(yīng)內(nèi)容反應(yīng)內(nèi)容酶酶G（kj/mol）1. GATP G-6-P + ADP己糖激酶己糖激酶33.472. G-6-P F-6-P磷酸葡糖異

12、構(gòu)酶磷酸葡糖異構(gòu)酶2.513. F-6-P + ATP F-1,6-2P + ADP磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶22.184. F-1,6-2P DHAP + GAP醛縮酶醛縮酶1.255. DHAP GAP丙糖磷酸異構(gòu)酶丙糖磷酸異構(gòu)酶2.516. GAP + Pi + NAD+ 1,3-BPG + NADH + H+甘油醛甘油醛-3-磷酸脫氫酶磷酸脫氫酶1.677. 1,3-BPG + ADP 3-PG + ATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶1.268. 3-PG 2-PG磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶0.849. 2-PG PEP + H2O烯醇化酶烯醇化酶3.3510. PEP + ADP

13、 pyruvate + ATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶16.74七、丙酮酸的去路 （一）生成乳酸 動(dòng)物包括人，在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，或由于呼吸、動(dòng)物包括人，在激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，或由于呼吸、循環(huán)系統(tǒng)障礙而供氧不足時(shí)，缺氧的細(xì)胞必需循環(huán)系統(tǒng)障礙而供氧不足時(shí)，缺氧的細(xì)胞必需用糖酵解產(chǎn)生的用糖酵解產(chǎn)生的ATP分子暫時(shí)滿足對(duì)能量的需分子暫時(shí)滿足對(duì)能量的需要。為了使甘油醛要。為了使甘油醛-3-磷酸繼續(xù)氧化，必須源源磷酸繼續(xù)氧化，必須源源不斷地提供氧化型的不斷地提供氧化型的NAD+，由乳酸脫氫酶催化由乳酸脫氫酶催化的丙酮酸還原，正好使的丙酮酸還原，正好使NADH氧化，丙酮酸還氧化，丙酮酸還原成乳酸。原成乳酸。 丙酮酸生成乳酸

14、的反應(yīng)乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸酵解的總反應(yīng)式 在無氧條件下，每分子葡萄糖代謝形成乳酸的總在無氧條件下，每分子葡萄糖代謝形成乳酸的總反應(yīng)方程式如下：反應(yīng)方程式如下：C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O（二）生成乙醇（二）生成乙醇丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶 丙酮酸丙酮酸 乙醛乙醛1.1.丙酮酸脫羧形成乙醛丙酮酸脫羧形成乙醛（二）生成乙醇（二）生成乙醇1.1.乙醛還原成乙醇乙醛還原成乙醇乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶 乙醛乙醛 乙醇乙醇發(fā)酵的總反應(yīng)式 在無氧條件下，每分子葡萄糖代謝形成乙醇的總在無氧條件下，每分子葡萄糖代謝形成乙醇的總反應(yīng)方程式

15、如下：反應(yīng)方程式如下：C6H12O6 + 2ADP + 2Pi 2C2H5O + 2ATP + 2H2O + 2CO2八、糖酵解作用的調(diào)節(jié) 在在代謝途徑中，催化基本上不可逆反應(yīng)的酶代謝途徑中，催化基本上不可逆反應(yīng)的酶所處的部位是控制代謝反應(yīng)的有力部位。在糖酵所處的部位是控制代謝反應(yīng)的有力部位。在糖酵解途徑中，由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸解途徑中，由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反應(yīng)實(shí)際上都是不可逆反應(yīng)，因此，激酶催化的反應(yīng)實(shí)際上都是不可逆反應(yīng)，因此，這三種酶都具有調(diào)節(jié)糖酵解途徑的作用。這三種酶都具有調(diào)節(jié)糖酵解途徑的作用。 磷酸果糖激酶是關(guān)鍵酶 磷酸果糖激酶受高濃度磷酸果糖激酶受高

16、濃度ATP的抑制，的抑制，ATP是是磷酸果糖激酶的別構(gòu)抑制劑。磷酸果糖激酶的別構(gòu)抑制劑。 檸檬酸抑制磷酸果糖激酶 糖酵解除了為生命活動(dòng)提供能量外，還有為糖酵解除了為生命活動(dòng)提供能量外，還有為合成各種物質(zhì)提供碳骨架的作用。檸檬酸含量高合成各種物質(zhì)提供碳骨架的作用。檸檬酸含量高時(shí)，意味著有豐富的生物合成前體存在。檸檬酸時(shí)，意味著有豐富的生物合成前體存在。檸檬酸通過加強(qiáng)通過加強(qiáng)ATP的抑制效應(yīng)來抑制磷酸果糖激酶的的抑制效應(yīng)來抑制磷酸果糖激酶的活性，從而使糖酵解過程減慢?；钚?，從而使糖酵解過程減慢。 果糖-2,6-二磷酸對(duì)酵解的調(diào)節(jié)作用 果糖果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶強(qiáng)有力的變二磷酸是磷酸果糖

17、激酶強(qiáng)有力的變構(gòu)激活劑。在肝臟中，果糖構(gòu)激活劑。在肝臟中，果糖-2,6-二磷酸提高磷酸二磷酸提高磷酸果糖激酶與果糖果糖激酶與果糖-6-磷酸的親和力，并降低磷酸的親和力，并降低ATP的的抑制效應(yīng)。抑制效應(yīng)。 果糖-2,6-二磷酸對(duì)磷酸果糖激酶的激活作用磷酸果糖激酶2和果糖二磷酸酶2 果糖果糖-2,6-2,6-二磷酸是由磷酸果糖激酶二磷酸是由磷酸果糖激酶2 2催化果糖催化果糖-6-6-磷酸在磷酸在2 2位磷酸化形成的。果糖位磷酸化形成的。果糖-2,6-2,6-二磷酸水二磷酸水解成果糖解成果糖-6-6-磷酸是由果糖二磷酸酶磷酸是由果糖二磷酸酶2 2催化的。這兩催化的。這兩種酶實(shí)際上是同一個(gè)單鏈蛋白，

18、這種蛋白稱為雙功種酶實(shí)際上是同一個(gè)單鏈蛋白，這種蛋白稱為雙功能酶。當(dāng)此蛋白被磷酸化后，果糖二磷酸酶能酶。當(dāng)此蛋白被磷酸化后，果糖二磷酸酶2 2活性激活性激活，而磷酸果糖激酶活，而磷酸果糖激酶2 2活性受到抑制；脫磷酸后則相活性受到抑制；脫磷酸后則相反。反。 當(dāng)葡萄糖缺乏時(shí)，血液中的胰高血糖素啟動(dòng)當(dāng)葡萄糖缺乏時(shí)，血液中的胰高血糖素啟動(dòng)cAMP的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，使此蛋白磷酸化，果糖的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，使此蛋白磷酸化，果糖-2,6-二二磷酸減少，導(dǎo)致糖酵解減慢。磷酸減少，導(dǎo)致糖酵解減慢。 己糖激酶對(duì)糖酵解的調(diào)節(jié)作用 己糖激酶受葡萄糖己糖激酶受葡萄糖-6-磷酸的抑制。當(dāng)磷酸磷酸的抑制。當(dāng)磷酸果糖激酶受抑制時(shí)，果糖果

19、糖激酶受抑制時(shí)，果糖-6-磷酸積累，使得葡磷酸積累，使得葡萄糖萄糖-6-磷酸也積累，從而抑制己糖激酶的活性。磷酸也積累，從而抑制己糖激酶的活性。但也不完全是這樣，因?yàn)槠咸烟堑膊煌耆沁@樣，因?yàn)槠咸烟?6-磷酸還可以磷酸還可以轉(zhuǎn)變成糖原，或經(jīng)五碳糖磷酸途徑氧化。當(dāng)磷轉(zhuǎn)變成糖原，或經(jīng)五碳糖磷酸途徑氧化。當(dāng)磷酸果糖激酶受抑制時(shí)，葡萄糖酸果糖激酶受抑制時(shí)，葡萄糖-6-磷酸不一定積磷酸不一定積累，己糖激酶也就不一定受抑制，所以己糖激累，己糖激酶也就不一定受抑制，所以己糖激酶不是糖酵解途徑的限制酶。酶不是糖酵解途徑的限制酶。 丙酮酸激酶對(duì)糖酵解的調(diào)節(jié)作用 九、其他六碳糖進(jìn)入糖酵解途徑四種六碳糖構(gòu)型比較 D-葡萄糖葡萄糖 D-甘露糖甘露糖 D