19章 糖酵解

第19章 糖酵解作用
基本要求： 1. 掌握糖酵解过程的概况。（重点） 2. 熟悉糖酵解作用的反应过程。（难点） 3. 掌握糖酵解过程的能量计算。（重点） 4. 掌握丙酮酸的去路。（重点） 5. 掌握糖酵解作用的调节。（重点） 6. 熟悉其他六碳糖进入糖酵解的途径。
一、糖酵解作用
一）糖酵解(glycolysis)的定义
（动物）
该酶其催化作用之前，要 求其组氨酸残基先被磷酸 化，提供磷酸基团的是 2,3-二磷酸甘油( 2,3-BPG )。 磷酸化的酶将其磷酸基团 转给3-磷酸甘油酸形成2,3BPG，后者又将C3上的磷 酸基团转给酶的组氨酸残 基，本身成为 2-磷酸甘油 酸，并使酶被磷酸化。
磷酸甘油酸变位酶催化反应的机制（植物）：
2-磷酸甘油酸 的F-1,6-BP，有利于随后的分解反应。 磷酸烯醇式丙酮酸 糖酵解过程的第二个限速酶
ADP ATP
丙酮酸
磷酸果糖激酶催化的反应不可逆. 磷酸果糖激酶是EMP途径关键的调控酶，其活性大小控制 着整个途径的进程。由4个亚基组成，3种同工酶: 同工酶A存在于骨骼肌和心肌，对ATP 、磷酸肌酸、柠 檬酸、无机磷酸的抑制作用最敏感； 同工酶B存在于肝脏和红细胞，对2,3-二磷酸甘油酸 (BPG) 的抑制作用最敏感； 同工酶C存在于脑中，对腺嘌呤核苷酸的作用最敏感。
这个反应的平衡常数大约为 10-4, 相应的 ΔGo′为 +23.9 kJ/mol。这个表明这个反应 从左向右进行是不利的。但 是该反应由1分子变成2分 子，它们的浓度差异将大大 影响反应平衡。 在红细胞中 的 ΔG 实际值为0.23 kJ/mol。 在生理浓度下此反应处于平 衡状态。
ΔGo′=-RTlnK 23970 = -8.314×310lnK K = 10-4 FBP DHAP + G3P a-X X X 若FBP为: 1mol/L 10-4 = X2 / (1 - X) （1%） X = 10-2 若FBP为: 10-5mol/L 10-4 = X2 / (10-5 - X) X = 0.92 × 10-5 （92%）
甘油醛-3-磷酸的醛基碳原子标为C-1。
3、酵解第二阶 段放能阶段的反 应机制
Glu
ATP ADP
G-6-P F-6-P
(6 ) 甘油醛-3-磷酸氧化成1，3-二磷酸甘油酸
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
1,3-二磷酸甘油酸
磷酸果糖激酶（PFK）是一个别构酶， 受许多效应剂的影响：
果糖-2,6-二磷酸 AMP、ADP或H3PO4 ATP 柠檬酸
磷酸果糖激酶催化的反应不 可逆，果糖-2,6-二磷酸是别构 激活剂，能增加磷酸果糖激酶 与果糖-6-磷酸的结合力。
Fructose-2,6-bisphosphate activates phosphofructokinase, increasing the affinity of the enzyme for fructose-6phosphate and restoring the hyperbolic dependence of enzyme activity on substrate.
高浓度ATP是磷酸果糖激酶（PFK）的别构抑制剂， 高浓度的ATP能降低PFK与果糖-6-磷酸的结合力。
At high [ATP], phosphofructokinase (PFK) behaves cooperatively, and the plot of enzyme activity versus [fructose-6-phosphate] is sigmoid. High [ATP] thus inhibits PFK, decreasing the enzyme’s affinity for fructose- 6-phosphate.
已糖激酶IV 葡萄糖激酶 肝脏 G Km高，亲和力低 不受G-6-P抑制 主要用于糖的合成 维持血糖水平
葡萄糖被磷酸化以后，使得中性的葡萄糖带有负电荷，从 而避免了葡萄糖通过自由扩散穿过细胞膜。
葡萄糖-6-磷酸 的代谢途径
戊糖磷酸途径
Glucose-6-phosphate is the branch point for several metabolic pathways.
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
醛缩酶
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
* 1个己糖分裂成2个丙糖 —— 丙酮糖和丙醛糖， 它们为同分异构体。
丙酮酸
ATP
醛缩酶有多种同工酶： Ⅰ型醛缩酶存在于高等动植物，相对分子量为 160000，由4个不同的亚基组成，为四聚体。有 3种同工酶，A主要存在于肌肉中，B主要存在 于肝脏，C主要存在于脑组织。 Ⅱ型醛缩酶存在于微生物，相对分子质量只 有Ⅰ型醛缩酶的一半，含有二价金属离子。
果糖-2,6-二磷酸能够 减少ATP对磷酸果糖 激酶（PFK）的抑制。
Fructose-2,6-bisphosphate decreases the inhibition of phosphofructokinase due to ATP.
Glu
ATP ADP
G-6-P F-6-P
(4) 果糖-1，6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸 和二羟丙酮磷酸
己糖激酶(哺乳动物为单体酶，酵母为二聚体)有4种同工酶，分 别称为Ⅰ至Ⅳ型。其中同工酶Ⅳ 只存在于肝脏，其合成受胰岛素 的诱导，称为葡萄糖激酶 (glucokinase) 。 已糖激酶 I、II、III 别名 分布 底物 对G的亲和力 抑制 用途 已糖激酶 不同组织 G、F、M等 Km低，亲和力高 受G-6-P抑制 主要用于糖的分解
二）糖酵解过程 The glycolytic pathway
* 糖酵解分为两个阶段 第一阶段 由葡萄糖分解成形成2分子甘油醛-3-磷酸的 过程。消耗2分子ATP。
第二阶段 将2分子甘油醛-3-磷酸转化为2分子丙酮酸 (pyruvate) 。共产生4分子ATP。
1、糖酵解过程 The glycolytic pathway.
Glu
1、糖酵解过程 The glycolytic pathway.
ATP ADP
G-6-P F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
第 一 阶 段
3-磷酸 甘油醛
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
第 二 阶 段
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
1分子二磷酸已糖裂解成2分子 甘油醛-3-磷酸。
丙酮酸
ATP
磷酸丙糖异构酶催化反应机制
单烯二羟负离子 中间体来自Fate of the glucose carbons in the formation of glyceraldehyde 3-phosphate
甘油醛-3-磷酸脱氢酶是巯基酶，它可被碘乙酸
(ICH2COOH)不可逆地抑制。碘乙酸能抑制糖酵解。
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
砷酸盐(AsO4 3-)在结构与反应方面都和磷酸盐(PO4 3-)相似,都是此 酶的有效底物，能代替磷酸进攻硫酯中间产物的高能键，形成1砷酸-3-磷酸甘油酸。该化合物迅速水解，生成 3-磷酸甘油酸与砷 酸， 3-磷酸甘油酸是糖酵解第7步反应的产物。砷酸盐的存在， 糖酵解可继续进行，但不能生成ATP 。这种不稳定性有效的解离 了氧化与磷酸化偶联。
己糖激酶
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
糖酵解过程的第一个限速酶
丙酮酸
ATP
己糖激酶是调控酶，受葡萄糖-6-磷酸的抑制。该酶催化的 反应释放大量能量，为不可逆反应。
激酶：催化ATP分子与底物之间的磷酸基转移的酶称激酶，激酶 一般需要Mg2+ 或Mn2+ 作为辅因子。Mg2+ 可以掩盖ATP/ADP分子 中磷酸基氧原子的负电荷，使葡萄糖C6/C1位的羟基易于对ATP 的γ–位磷原子进行亲核攻击，使ATP的γ–磷酸基团转移到其他 亲核受体上的酶，属于转移酶类的一个亚类. 机理：葡萄糖C6/C1位的羟基对ATP的γ–位磷原子的亲核进攻击。
丙酮酸
ATP
2、糖酵解第一 阶段的反应机制
包括这个过程的 前5步反应，1分 子葡萄糖转变为 2分子甘油醛-3磷酸。 消耗2分子ATP.
Glu
ATP ADP
（1） 葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖
G-6-P F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
催化分子内的磷酰基转移。
Glu
ATP ADP
G-6-P F-6-P
果糖-1，6-二磷酸浓度较 低时，容易转变为甘油醛3-磷酸和二羟丙酮磷酸。
红细胞内糖代 谢中间产物的 实际浓度
Glu
ATP ADP
(5) 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸
G-6-P F-6-P
ATP ADP 磷酸丙糖异构酶
F-1,6-2P 磷酸二 羟丙酮
NAD+ NADH+H+
3-磷酸 甘油醛
ADP
3-磷酸甘油酸
丙酮酸
ATP
Glu
ATP ADP
(3) 果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸