基础医学理论综合指导：糖酵解的基本途径和关键酶
糖酵解途径
糖酵解途径(glycolytic pathway)是指细胞在胞浆中分解葡萄糖生成丙酮酸(pyruvate)的过程,此过程中伴有少量ATP的生成.在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸(lactate)称为糖酵解.有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环,生成CO2和H2O.葡萄糖不能直接扩散进入细胞内,其通过两种方式转运入细胞：一种是在前一节提到的与Na+共转运方式,它是一个耗能逆浓度梯度转运,主要发生在小肠粘膜细胞、肾小管上皮细胞等部位；另一种方式是通过细胞膜上特定转运载体将葡萄糖转运入细胞内(图4－1),它是一个不耗能顺浓度梯度的转运过程.目前已知转运载体有5种,其具有组织特异性如转运载体-1(GLUT-1)主要存在于红细胞,而转运载体-4(GLUT-4)主要存在于脂肪组织和肌肉组织.糖酵解过程糖酵解分为两个阶段共10个反应,每个分子葡萄糖经第一阶段共5个反应,消耗2个分子ATP为耗能过程,第二阶段5个反应生成4个分子ATP为释能过程.1.第一阶段(1)葡萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose)进入细胞内的葡萄糖首先在第6位碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖(glucose 6 phophate,G－6－P),磷酸根由ATP供给,这一过程不仅活化了葡萄糖,有利于它进一步参与合成与分解代谢,同时还能使进入细胞的葡萄糖不再逸出细胞.催化此反应的酶是己糖激酶(hexokinase,HK).己糖激酶催化的反应不可逆,反应需要消耗能量ATP,Mg2+是反应的激活剂,它能催化葡萄糖、甘露糖、氨基葡萄糖、果糖进行不可逆的磷酸化反应,生成相应的6-磷酸酯,6－磷酸葡萄糖是HK的反馈抑制物,此酶是糖氧化反应过程的限速酶(rate limiting enzyme)或称关键酶(key enzyme)它有同工酶Ⅰ-Ⅳ型,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型主要存在于肝外组织,其对葡萄糖Km值为10-5～10-6MⅣ型主要存在于肝脏,特称葡萄糖激酶(glucokinase,GK),对葡萄糖的Km值1～10-2M,正常血糖浓度为5mmol/L,当血糖浓度升高时,GK 活性增加,葡萄糖和胰岛素能诱导肝脏合成GK,GK能催化葡萄糖、甘露糖生成其6-磷酸酯,6-磷酸葡萄糖对此酶无抑制作用.(2)6-磷酸葡萄糖的异构反应(isomerization of glucose-6-phosphate)这是由磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomerase)催化6-磷酸葡萄糖(醛糖aldose sugar)转变为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)的过程,此反应是可逆的.(3)6-磷酸果糖的磷酸化(phosphorylation of fructose－6－phosphate)此反应是6磷酸果糖第一位上的C进一步磷酸化生成1,6－二磷酸果糖,磷酸根由ATP供给,催化此反应的酶是磷酸果糖激酶1(phosphofructokinase l,PFK1).PFK1催化的反应是不可逆反应,它是糖的有氧氧化过程中最重要的限速酶,它也是变构酶,柠檬酸、ATP等是变构抑制剂,ADP、AMP、Pi、1,6-二磷酸果糖等是变构激活剂,胰岛素可诱导它的生成.(4)1.6 二磷酸果糖裂解反应(cleavage of fructose 1,6 di/bis phosphate)醛缩酶(aldolase)催化1.6-二磷酸果糖生成磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛,此反应是可逆的.(5)磷酸二羟丙酮的异构反应(isomerization of dihydroxyacetonephosphate)磷酸丙糖异构酶(triose phosphate isomerase)催化磷酸二羟丙酮转变为3－磷酸甘油醛,此反应也是可逆的.到此1分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛,通过两次磷酸化作用消耗2分子ATP.2.第二阶段：(6)3-磷酸甘油醛氧化反应(oxidation of glyceraldehyde-3-phosphate此反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3－phosphatedehydrogenase)催化3-磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有1个高能磷酸键的1,3－二磷酸甘油酸,本反应脱下的氢和电子转给脱氢酶的辅酶NAD+生成NADH+H+,磷酸根来自无机磷酸.(7)1.3－二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应在磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK)催化下,1.3－二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸,同时其C1上的高能磷酸根转移给ADP 生成ATP,这种底物氧化过程中产生的能量直接将ADP磷酸化生成ATP的过程,称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation).此激酶催化的反应是可逆的.(8)3-磷酸甘油酸的变位反应在磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催化下3-磷酸甘油酸C3－位上的磷酸基转变到C2位上生成2－磷酸甘油酸.此反应是可逆的.(9)2-磷酸甘油酸的脱水反应由烯醇化酶(enolase)催化,2-磷酸甘油酸脱水的同时,能量重新分配,生成含高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate PEP).本反应也是可逆的.(10)磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移在丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)催化下,磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成ATP,这是又一次底物水平上的磷酸化过程.但此反应是不可逆的.丙酮酸激酶是糖的有氧氧化过程中的限速酶,具有变构酶性质,ATP是变构抑制剂,ADP是变构激活剂,Mg2+或K+可激活丙酮酸激酶的活性,胰岛素可诱导PK的生成,烯醇式丙酮酸又可自动转变成丙酮酸.总结糖的无氧酵解在细胞液阶段的过程中,一个分子的葡萄糖或糖原中的一个葡萄糖单位,可氧化分解产生2个分子的丙酮酸,丙酮酸将进入线粒体继续氧化分解,此过程中产生的两对NADH+H+,由递氢体α-磷酸甘油(肌肉和神经组织细胞)或苹果酸(心肌或肝脏细胞)传递进入线粒体,再经线粒体内氧化呼吸链的传递,最后氢与氧结合生成水,在氢的传递过程释放能量,其中一部分以ATP形式贮存.。
糖酵解特点
1.是体内生成NADPH的主要代谢途径：
NADPH在体内可用于：
⑴作为供氢体，参与体内的合成代谢：如参与合成脂肪酸、胆固醇，一些氨基酸。
⑵参与羟化反应：作为加单氧酶的辅酶，参与对代谢物的羟化。
⑶使氧化型谷胱甘肽还原。⑷维持巯基酶的活性。
⑸维持红细胞膜的完整性：由于6-磷酸葡萄糖脱氢酶遗传性缺陷可导致蚕豆病，表现为溶血性贫血。
第三个调节点是α-酮戊二酸脱氢酶复合体，该酶调节与丙酮酸脱氢酶复合体类似。
三磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)是指从G-6-P脱氢反应开始，经一系列代谢反应生成磷酸戊糖等中间代谢物，然后再重新进入糖氧化分解代谢途径的一条旁路代谢途径。
该旁路途径的起始物是G-6-P，返回的代谢产物是3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖，其重要的中间代谢产物是5-磷酸核糖和NADPH。
整个代谢途径在胞液中进行。关键酶是6-磷酸葡萄糖脱氢酶.
（一）、磷酸戊糖途径的反应过程
磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)的总反应式：
G-6-P + 12NADP+ + 6H2O=6CO2 + 12(NADPH+H+) + H3PO4
即六分子G-6-P可生成6分子CO2，4分子F-6-P，2分子3-磷酸甘油醛和12分子NADPH。
（一）有氧氧化的反应过程
糖的有氧氧化代谢途径可分为：葡萄糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环三个阶段。
1、葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：
有氧氧化第一阶段的特点：此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进行，一分子葡萄糖(glucose)分解后净生成2分子丙酮酸(pyruvate)，2分子ATP，和2分子（NADH +H+）。2分子（NADH +H+）在有氧条件下可进入线粒体(mitochondrion)产能，共可得到2×2或者2×3分子ATP。故第一阶段可净生成6或8分子ATP
糖类代谢—糖酵解
产生能量
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五、糖酵解的调节
（一）磷酸果糖激酶-I (PFK-I)： 变构酶
1. 抑制剂： ATP、柠檬酸、H+
2. 激活剂： AMP 、 ADP、 F-6-P, F-2,6-BP
F-6-P
F-2,6-BP
PFK2
PFK2被磷酸化修饰 胰高血糖素 低血糖
(3) G-6-P被限制在细胞内（细胞膜上无G-6-P 的转运载体)：是细 胞的保糖机制
6
（二）G-6-P F-6-P 1.酶：葡萄糖-6-磷酸异构酶
7
（三）F-6-P F-1，6-BP 1.磷酸果糖激酶-1（PFK-1）：主要的关键酶和
调节点 2.消耗1ATP，Mg2+参与 3.不可逆
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五、巴斯德效应
巴斯德（Pasteur）效应： 在有氧的条件下，糖的有氧氧化抑制无氧酵解的现 象。
Discovered in 1857 by Louis Pasteur 反Pasteur效应（Warburg effect ）： 在某些代
谢旺盛的正常组织或肿瘤细胞中，即使在有氧的条 件下，仍然以糖的无氧酵解为产生ATP的主要方式 的现象。
第二节 糖酵解
一 概述 (一)概念：糖酵解（glycolysis）是通过一系列酶促反应将
葡萄糖降解为丙酮酸的过程。 Glycolysis is the metabolic pathway that converts
glucose into pyruvate。 （二）部位：胞浆 （三）产物：丙酮酸
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丙酮酸还原为乳酸的意义：使NADH+H+ 重新氧化为NAD +，保证 无氧条件下，糖酵解可以继续进行。
糖酵解
（八）、丙酮酸的去路
1、无氧条件下，生成乳酸
1）乳酸脱氢酶
2）辅酶 NADH+H+——来自甘油醛3-磷酸脱氢
CH3
乳酸脱氢酶（LDH）
CH3
CHOH
C O
COOH
丙酮酸
（12）
NADH+H+ NAD+
COOH
乳酸
1,3-二磷酸 甘油酸
（ 7）
3-磷酸甘油醛脱氢酶
3-磷酸 甘油醛
2、无氧条件下，生成乙醇 1）丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶 2）NADH+H+——来自甘油醛3-磷酸脱氢
如从糖原开始酵解：
糖原（或淀粉）
磷酸化酶+H3PO4
葡糖磷酸变位酶 催化的变位机制
酶- P
+ 葡糖位酶
酶 +
葡糖-6-磷酸
磷酸己糖异构酶
葡糖-1,6-二磷酸
果糖-6-磷酸
酶- P
+
葡糖-6-磷酸
2. 丙糖磷酸的生成：第四、五步－－果糖-1,6二磷酸分裂为两个丙糖磷酸 CH2-O- P CH2O- P C O C=O HO-C-H H-C-OH H-C-OH CH2O- P
D-甘油醛-3-磷酸
糖酵解的后续反应
3. 丙酮酸和ATP的生成—生成2个NADH, 4个ATP
NAD+ Pi NADH+H+
ADP ATP
脱氢酶
激酶
变 位 酶
ATP ADP H2O
丙酮酸激酶 丙酮酸
Mg或Mn 烯醇化酶
PEP
第六步：甘油酸-1,3-二磷酸的生成（氧化作用）
高 能 磷 酸 键
⑥
甘油醛-3-磷酸 脱氢酶
糖酵解途径简介
三、糖酵解过程
• 以葡萄糖为例，糖酵解可以分为10步酶促反应 以葡萄糖为例，糖酵解可以分为 步酶促反应
• 前五步为准备阶段，此阶段中，葡萄糖通过磷酸 前五步为准备阶段，此阶段中， 化分解成三碳糖 每分解一个己糖分子消耗2分子 三碳糖， 化分解成三碳糖，每分解一个己糖分子消耗 分子 。 的ATP。
• 第1步：葡萄糖磷酸化 步
①活化
G
HO
葡萄糖
CH2O P O
②异构
P OCH2 O
HO OH
CH2OH
③活化 6-磷酸果糖 磷酸果糖
P OCH2O CH2O P
HO OH
1，6-二磷 ， 二磷 酸果糖
6-磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖
1 6 1
④裂解
P OCH2O CH2O P 5 HO 2 4 3
OH
⑥脱氢
H2C O
P
⑤异构
4
HC H O
CH2
磷酸烯醇 式丙酮酸
1，3-二磷酸 ， 二磷酸 甘油酸
五、糖酵解中关键酶的调节
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主要为磷酸果糖激酶、另外己糖激酶、 主要为磷酸果糖激酶、另外己糖激酶、丙酮酸激 酶也有所调节
1.磷酸果糖激酶 磷酸果糖激酶
最重要的调节酶（变构酶） 最重要的调节酶（变构酶） 抑制剂： 抑制剂：ATP、柠檬酸（碳骨架） 、柠檬酸（碳骨架） 激活剂： 激活剂：AMP、ADP 、 2，6-二磷酸果糖 ， 二磷酸果糖 • 它的作用就是通过抑制剂和激活剂的减少或增加 它的作用就是通过抑制剂和激活剂的减少或增加 来调控反应速度
小结
• 1.不需氧的条件下，完成的一条代谢途径。 不需氧的条件下，完成的一条代谢途径。 不需氧的条件下 • 2.以NAD＋作为递 体 以 作为递H体 • 3.放能过程（能量少、获能效率很高） 放能过程（能量少、获能效率很高） 放能过程 • 4.控制酵解过程的三个关键点 控制酵解过程的三个关键点 • 5.酵解的部位（细胞质） 酵解的部位（细胞质） 酵解的部位 • 6.所有的中间物都以磷酸酯形式存在 所有的中间物都以磷酸酯形式存在 所有的中间物都以磷酸酯
糖代谢的概况 (一)分解代谢：主要途径：1 糖酵解(糖的
不活跃的磷酸化的丙酮酸激酶
H2 O
和甘油醛-3-磷酸总是处于平衡状态，但由于甘油醛-3-磷酸在
酵解途径中不断被消耗，因此，反应得以向生成甘油醛-3-磷酸
反向202进1/5/行14 ，实际最后生成两分子甘油醛-3-磷酸。
（六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸
生成1分子 NADH+H+
形成1个高能磷 酸键
3-甘油醛磷酸 脱氢酶
O=C—O—As—O–
–
水解
1-砷酸-3-磷酸甘油酸
O=C—OH
+ 3-磷酸甘油酸
–O—As—O–
–
在有砷酸盐存在的情况下，酵解过程可以照样进行下去，但不能形成高能磷酸 键，即20砷21/酸5/14盐起着解偶联作用，解除了氧化和磷酸化的偶联作用。
（七）1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸键基团 形成ATP
2021/5/14
三、糖酵解的意义
1、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍 途径。
2、通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP，为生命活 动提供部分能量，尤其对厌氧生物是获得能量 的主要方式。
3、糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物 质的原料（提供碳骨架），如磷酸二羟丙酮 甘油。
4、是糖有氧分解的准备阶段。 5、由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过
• 1940年被阐明。(研究历史) Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多， 故糖酵解过程一也叫Embdem-MeyerhofParnas途径，简称EMP途径。
• 在细胞质中进行
2021/5/14
糖酵解的研究历史：
• 应追溯到4000年前的制酒工业。（发酵过程）
• 1854-1864年，Louis Paster的观点占统治地位：认
临床执业医师考试辅导：糖的分解代谢
临床执业医师考试辅导：糖的分解代谢糖是自然界存在的一大类有机化合物，其化学本质为多羟基醛，或多羟基酮及其衍生物或多聚物。
在糖代谢中，葡萄糖代谢居主要地位。
人体内所有组织细胞都可利用葡萄糖，人体50％～70％的能量由糖代谢提供。
葡萄糖可转变为多种非糖物质，某些非糖物质亦可转变为葡萄糖。
糖的生理功能是为机体生命活动提供能量、参与组成人体组织结构，例如糖蛋白和糖脂是细胞膜的童要组成成分等。
糖还可以构成体内多种重要的生物活性物质。
糖的分解代谢糖酵解的基本途径、关键酶和生理意义在缺氧状态下，葡萄糖生成乳酸的过程称为糖的无氧酵解（简称糖酵解）。
糖酵解的代谢过程可分为三个阶段：第一阶段包括葡萄糖转变成3一磷酸甘油醛，此阶段需要ATP；第二阶段为3一磷酸甘油醛转变为丙酮酸，在此阶段中有ATP的生成；第三阶段为丙酮酸还原为乳酸。
糖酵解的全部反应过程均在胞浆中进行。
第一阶段：磷酸丙糖的生成。
1.葡萄糖磷酸化为6一磷酸葡萄糖，催化此反应的酶是己糖激酶（肝内为葡萄糖激酶），由ATP提供磷酸基和能量，这一步是不可逆反应。
2.6一磷酸葡萄糖转变为6一磷酸果糖，反应可逆。
3.6一磷酸果糖转变为1，6一双磷酸果糖，是第二个磷酸化反应，由6一磷酸果糖激酶一1催化，为不可逆反应。
4.6碳的1，6一双磷酸果糖裂解为2分子可以互变的磷酸二羟丙酮和3一磷酸甘油醛，反应可逆。
第二阶段：丙酮酸的生成。
5.3一磷酸甘油醛氧化为l，3一二磷酸甘油酸，生成1分子NADH+H+和含有一个高能磷酸键的1，3一二磷酸甘油酸。
6.1，3一二磷酸甘油酸转变为3—磷酸甘油酸，生成1分子ATP。
这种底物上的高能磷酸键转移给ADP成为ATP的过程称为底物水平的磷酸化作用。
7.3一磷酸甘油酸转变为2一磷酸甘油酸，反应可逆。
8.2一磷酸甘油酸转变为含有高能磷酸键的磷酸烯醇式丙酮酸，反应可逆。
9.磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸，由丙酮酸激酶催化，有ATP 生成。
反应不可逆。
7.1.1 糖酵解
糖脂氨基多糖及其与蛋白质的结合物核糖及脱氧核糖糖蛋白淀粉α - 淀粉酶胃小肠胰a- 淀粉酶a- 糊精酶糖淀粉酶麦芽糖酶主动吸收或易化扩散葡萄糖无氧酵解有氧氧化糖原合成糖原分解磷酸戊糖途径糖异生血糖部分自由能在糖酵解途径中以ATP & NADH形式被保存丙酮酸GlucoseGlycogen, starch,sucrosePyruvate Ribose 5-phosphate核糖-5-磷酸StorageOxidation via pentose phosphate pathwayOxidation via glycolysisGlucose（10 successive reactions)2 Pyruvate2 Acetyl-CoA4 CO 2 + 4H 2O2 Ethanol + CO 22 Lactate Anaerobic conditions Anaerobic conditions Anaerobic conditions Fermentation to alcohol in yeast Fermentation to lactate in vigorously contracting muscle,erythrocytes,some other cells,and in some microorganisms 2CO 2 Citric acid cycleAnimal,plant,and many概述：准备阶段消耗 ATP 糖酵解分为两大阶段收益阶段获得 ATP 和 NADH （糖）酵解发 酵准备阶段收益阶段关键酶：Glu G-6-P ATPADP- Keeping some energyfrom ATP’s breakdown- Keeping Glc in cell葡萄糖-６-磷酸葡萄糖己糖激酶G-6-P F-6-P ATPADPATPADP葡萄糖-６-磷酸果糖-６-磷酸已糖磷酸异构酶吡喃葡糖开环C 2的H +移除促进顺-烯二醇中间物的形成C 2-OH的H +移除导致形成C=O双键呋喃果糖闭环人的磷酸葡糖异构酶对G6P高度专一，且活性需要Mg 2+C 1形成可攻击磷酰基的–OH 自学G-6-PF-6-P F-1,6-2P ATP ADP二羟丙酮磷酸甘油醛3-磷酸果糖-６-磷酸果糖-１,６-二磷酸磷酸果糖激酶-1激活剂抑制剂醛缩酶C 3–C 4连键裂解F-1,6-2PATPADP二羟丙酮磷酸甘油醛3-磷酸NAD +NADH+H +二羟丙酮磷酸甘油醛3-磷酸NAD+NADH+H+二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸异构酶aldolase Derived from Glucose carbon 123Glyceraldehyde 3-phosphate Fructose 1,6-bisphosphateDihydroxyacetone phosphate Derived fromGlucose carbon456Derived from Glucose carbon4 or 35 or 26 or 1D-Glyceraldehyde3-phosphate Subsequent reactions of glycolysisF-1,6-2P 1,3-二磷酸甘油酸二羟丙酮磷酸甘油醛3-磷酸NAD +NADH+H +ADPATP甘油醛-3-磷酸无机磷酸１,3磷酸甘油酸甘油醛3磷酸脱氢酶以:H –形式移除并加载于NAD +以H +形式游离于溶液中G3P氧化放能：∆G ’°= -43 kJ/mol 磷酸酐键形成吸能： ∆G ’°= 49.3kJ/mol = 醛脱氢成 混合酸酐1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸NAD +NADH+H +ADP ATP底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation) 。