生物化学教程全套讲义-第22章糖酵解
生物化学第22章糖酵解作用
磷酸果糖激酶
果糖果糖-6-磷酸
果糖果糖-1,6-二磷酸
二磷酸转变为甘油醛（四）果糖-1,6-二磷酸转变为甘油醛 果糖 二磷酸转变为甘油醛 3-磷酸和二羟丙酮磷酸 磷酸和二羟丙酮磷酸
醛缩酶
果糖-1,6果糖-1,6-二磷酸
二羟丙酮磷酸
甘油醛甘油醛-3-磷酸
（五）二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸 二羟丙酮磷酸转变为甘油醛 磷酸
葡萄糖 → 2乳酸 乳酸 2ADP + 2Pi → 2ATP + 2H2O 总能量变化为 ∆G10’=－196.7kJ/mol － ∆G20’= ＋61.1kJ/mol ∆G0’=∆G10’+ ∆G20’=－135.6kJ/mol －
其中由ATP捕获的能量的比例为 捕获的能量的比例为 其中由 61.1/196.7 ×100% = 31%
丙糖磷酸异构酶
二羟丙酮磷酸
甘油醛甘油醛-3-磷酸
五、酵解第二阶段的反应
磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸 （一）甘油醛-3-磷酸氧化成 甘油醛 磷酸氧化成 二磷酸甘油酸
甘油醛甘油醛-3-磷酸 脱氢酶
甘油醛甘油醛-3-磷酸
1,3-二磷酸甘油酸
砷酸盐是磷酸的类似物， 砷酸盐是磷酸的类似物，可以代替磷酸结合 到甘油酸的1位 并很快水解， 到甘油酸的 位 ， 并很快水解 ， 使得不能形成 1,3-二磷酸甘油酸， 不能产生 二磷酸甘油酸， 二磷酸甘油酸 不能产生ATP， 导致解偶联 。 ， 导致解偶联。
第22章 糖酵解作用
(Glycolysis)
一、糖酵解作用的研究历史 二、糖酵解过程概述 三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解 四、糖酵解第一阶段的反应机制 五、糖酵解第二阶段——放能阶段的反应机制 糖酵解第二阶段 放能阶段的反应机制 六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算 七、丙酮酸的去路 八、糖酵解作用的调节 九、其他六碳糖进入糖酵解途径
糖酵解
• 已糖激酶是一种调节酶。它催化的反应 产物葡萄糖-6-磷酸和ADP是该酶的变构 抑制剂。无机磷酸可解除葡萄糖-6-磷酸 和ADP的抑制作用。
糖酵解第一阶段反应
葡萄糖的磷酸化 葡萄糖与已糖激酶结合时的构象变化
结合前
结合后
葡萄糖激酶
存在于动物肝细胞中，对D-葡萄糖 有专一性强，不被葡萄糖-6-磷酸所 抑制。肌肉已糖激酶对D-葡萄糖的 Km值为0.1mmol/L，肝葡萄糖激酶的 Km值约为10mmol/L。
第22章 糖的酵解
主要内容和要求：
在物质代谢和能量代谢的理解的基础 上，讨论糖的分解 ，本章重点掌握以葡萄 糖为代表的单糖在无氧条件下的分解途径
思考
目录
一 生物体内的主要糖类及生物功能
二பைடு நூலகம்糖的酵解作用
三 糖酵解的反应机制 四 糖酵解作用的调节
一 生物体内的主要糖类及生物功能
1、单糖的链状结构和环状结构 2、重要的单糖及衍生物 3、重要的寡糖 4、重要的多糖 5、糖类的生物学作用
磷酸
甘油
激酶
变
位
酶
H2O
Mg或Mn 烯醇化酶
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
GAP
1,3-BPG
NAD+是3-甘油醛磷酸脱氢酶的辅酶，该酶的活性部位
有一个-SH，重金属离3子+ 和烷化剂如碘乙酸能抑制该酶 活性。砷酸盐（AsO4）是无机磷酸的结构类似物，能 破坏1,3-二磷酸甘油酸的形成。
合成的前体 作为细胞识别的信息分子
单糖的分解代谢
一、生物体内单糖的主要分解代谢途径 二、糖酵解（EMP） 三、丙酮酸的去路：无氧降解和有氧降 解途径
第22章糖酵解
CO2
+ NADH + H
+ NAD
O丙酮酸脱羧酶 HC
+ TPP
O 乙醇脱氢酶
CH2OH CH3
乙醇
CH3
八、糖酵解作用的调节
限速反应/关键反应 在物质代谢整个反应链中，某一步反应速度决定 整个反应链的速度，这一步反应称~ 催化该反应的酶称限速酶/关键酶
CH2O
CH2O
6-磷酸果糖
F-6-P
1,6-二磷酸果糖
F-1,6-BP
磷酸果糖激酶—1 （1）ATP抑制
ATP既是底物又是变构抑制剂 怎么实现？ 结合部位不同
（2） AMP去除ATP抑制作用
实际上， AMP/ATP 比值调节酶活性
（3） [H+]过高抑制酶活性
避免酸中毒
葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖
磷酸果糖激酶 ADP
ATP CH2OH H O H OH H OH OH H OH 葡萄糖
H2O3PO CH2 O H OH
CH2OPO3H2 OH OH H
果糖
1,6- 二磷酸果糖
（四）F-1,6-BP裂解
Cleavage of Fructose-1,6-Bisphosphate
1
4
2
3
5 6
ketone
糖原（淀粉） ①活化 Δ G= -7.5kcal/mol 磷酸化酶 (不可逆) 磷酸 磷酸葡萄糖变位酶 ②异构 Δ G= -0.6kcal/mol (可逆) ③二次活化 Δ G= -5.0kcal/mol (不可逆) 1-磷酸葡萄糖
1
④裂解 Δ G= -0.3kcal/mol 磷酸二羟丙酮 (可逆)
Enzyme is named for the reverse reaction
生物化学糖酵解讲义
及其生理意义
丙酮酸氧化 三羧酸循环 氧化磷酸化
磷酸戊糖途径 糖酵解
糖酵解（EMP）
定位
如何定位一个生化反应？
糖酵解过程中所需的酶类都存在于MIT外的细胞质内，由 此可以确定糖酵解过程是在细胞质中进行。
糖酵解（EMP）
反应历程
糖酵解始于糖的活化（磷酸化），终于丙酮酸的形成。同时 放能，将糖分子中的部分化学能转变到ATP中。 EMP各步反应的基本轮廓（P109，图4-3）
戊糖磷酸途径（PPP或HMP）
生理意义
1.为物质的合成提供还原剂。参与脂肪和固醇的生物合成等。 2.为物质合成提供原料。如Ru5P和R5P是合成核苷酸的原料。E4P和 EMP中的PEP可合成莽草酸，经莽草酸途径可合成芳香族氨基酸，还可 合成与植物生长、抗病性有关的生长素、木质素、绿原酸、咖啡酸等。 同时提高了植物的抗病能力。 3.该途径分子重组阶段形成的丙糖、丁糖、戊糖、己糖和庚糖的磷酸酯 及酶类与卡尔文循环的中间产物和酶相同，因而戊糖磷酸途径和光合作 用可以联系起来。
糖酵解（EMP）
（1）葡萄糖的活化与异构化。 （2）己糖裂解为磷酸丙糖。 （3）甘油醛—3—磷酸的脱氢氧化 （4）贮能
糖酵解（EMP）
生理意义： （1）生成少量ATP，同时生成了还原力NADH，NADH可在线 粒体中被氧化生成ATP。 （2）转变为丙酮酸过程中产生一些中间产物，可参与其他代 谢。 （3）生成的丙酮酸可进一步氧化产生Fra bibliotekTP。
戊糖磷酸途径（PPP或HMP）
4. .PPP在许多植物中普遍存在，特别是在植物感病、受伤、干旱时，该 途径可占全部呼吸的50%以上。由于该途径和EMP-TCAC途径的酶系统 不同，因此当EMP-TCAC途径受阻时，PPP则可替代正常的有氧呼吸。 在糖的有氧降解中，EMP-TCAC途径与PPP所占的比例，随植物的种类、 器官、年龄和环境而发生变化，这也体现了植物呼吸代谢的多样性。 5. 根据报道，呼吸途径与植物的器官脱落有密切关系。在器官脱落方面 的研究中，人们早就知道，吲哚乙酸能推迟器官脱落，乙烯则是促脱落 剂。而HMP途径与吲哚乙酸的形成有关，因为它的中间产物可以进一步 转化形成色氨酸，而色氨酸是合成吲哚乙酸的前体。我们可以推论，植 物体中，当HMP途径占优势时，可能会推迟器官的脱落。
22 糖酵解作用2010-9
甘油醛-3-磷酸
无机磷酸
甘油醛-3-磷酸脱氢酶
～
1,3-二磷酸甘油酸
甘油醛-底3物-磷氧酸化时的，醛分基子氧化为羧基； 氧氧化化内成键与过能高（进能可磷程行化以酸产了学不化生重键是偶的新，磷联能分这酸布一键进量，高）行在形 能断；分子底 产内物 物重水 的新平 高是分磷 能指配酸 磷直化 酸，接:基形由团成一断个高裂代能并谢转磷中移酸间酯键； 甘油裂醛生成-3A-T磷P过酸程脱。氢酶催化，到由ADNPA分D子+和上无生成机A磷TP的酸过参程加。实现的。
甘油酸-2-磷酸
烯醇化酶
～9反应图 磷酸烯醇式丙酮酸
此反应为酵解途径中第二次底物水平磷酸化，但是， 此时只生成高能磷酸酯键，ATP还没有生成。
10、 磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸 并产生一个ATP分子
这是由葡萄糖形成丙酮酸的最后一步反应。催化此反应的 酶称பைடு நூலகம்丙酮酸激酶（Pyruvate kinase, PK）
葡萄糖的磷酸化
葡萄糖
己糖1激反酶 应图
葡萄糖-6-磷酸
2、葡萄糖-6-磷酸（ G-6-P ）异构化 形成果糖-6-磷酸（F-6-P）
催化这一反应的酶称为由磷酸葡萄糖异构
酶（phosphoglucose isomerase）又称磷酸己
糖异构，G-6-P经烯醇式异构转变为果糖-6-磷酸
（F-6-P）反应可逆。
2、葡萄糖-6-磷酸（ G-6-P ）异构化 形成果糖-6-磷酸（F-6-P）
2反应图
磷酸葡萄糖异构酶
葡萄糖-6-磷酸
果糖-6-磷酸
3、F-6-P磷酸化，生成 果糖-1，6-二磷酸（FDP）
这一步是糖酵解或酒精发酵过程中的第二个磷酸化反 应。也是糖酵解过程使用的第二个ATP分子的反应，果糖 –6 – 磷酸被ATP进一步磷酸化形成果糖 –1，6 – 二磷酸。 该反应不可逆。
生物化学下-第22章 糖酵解作用
第22章 糖酵解作用(Glycolysis)
糖酵解？
Ø 长期不跑步的人，快速跑步之后肌肉感到疼痛， 为什么？
Ø 酒、醋、酱油、酸奶都是如何生产的？
第22章 糖酵解作用(Glycolysis)
一、糖酵解作用的研究历史
Ø 1875年，法国科学家巴斯德(L. Pasteur)发现葡萄糖在无氧条件 下被酵母菌(微生物)分解生成乙醇的现象。
Ø 血糖主要在神经、激素的调节下维持恒定： 降低血糖的激素—— 胰岛素 升高血糖的激素—— 胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素
第22章 糖酵解作用(Glycolysis)
一、糖酵解作用的研究历史 二、糖酵解过程概述 三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解 四、糖酵解第一阶段的反应机制 五、糖酵解第二阶段——放能阶段 六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算 七、丙酮酸的去路 八、糖酵解作用的调节 九、其他六碳糖进入糖酵解途径
几丁质代谢酶：
p 几丁质合酶 p 几丁质内切酶 p 几丁质外切酶 p 几丁质去乙酰化酶
糖代谢—— 多糖（Polysaccharide）
多糖—— (4)几丁质 (chitin)
壳聚糖(chitosan)：别名： 壳多糖、脱乙酰甲壳素、几丁聚糖等 化学名称：聚葡萄糖胺、β(1→4)-2-氨基-β-D-葡萄糖 是由几丁质脱乙酰基的产物。
肝糖原
分解
脂肪等非糖物质 转化
合成
血糖
转化
肝糖原,肌糖原 其他单糖,糖衍生物
其他单糖
转化
转化
转化
空腹血糖：3.9 ~ 6.2 mmol/L (0.8~1.2 g/L) 8.96 ~ 10.08 mmol/L（1.6 ~ 1.8 g/L）时可由尿排出
生物化学 第22章 糖酵解
糖酵解途径实验依据
氟化钠对酵母生长也有抑制作用
将1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提 液以及氟化钠一起保温有磷酸甘油酸积累 （3-和2-磷酸甘油酸的平衡混合物）
由此推断1,6-二磷酸果糖分解为三碳糖 和3-磷酸甘油酸是3-磷酸甘油醛的氧化产 物，2-磷酸甘油酸又是前者变位后的产物， 氟化钠对2-磷酸甘油酸进一步反应的酶有 抑制作用
1.淀粉在口腔和小肠内转变为葡萄糖 2.双糖的水解-----膜消化 3.纤维素的水解 4.淀粉和糖原的磷酸解：1－p-G
•糖类的吸收
1. 主动转运 2. 被动转运
主动转运
小肠中葡萄糖 的吸收示意图
返回
被动转运
载体蛋白运 转的方向总 是从糖浓度 高处向低处， 因此不需耗 能
返回
糖酵解途径发现历史
为不可逆反应
糖酵解代谢总结：
一.三步不可逆反应
己糖激酶，6－p-果糖激酶，丙酮酸激酶所催化为
限速步骤；但磷酸甘油酸激酶为可逆反应。
二.一步氧化反应生成2NADH+H+,由3－p-甘 油醛
脱氢酶催化
三.反应过程中能量的消耗和生成
1.G------6-P-G
-1ATP
2.6-P-F-------1,6-2P-F
如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度， 但不久又会再次缓慢，同时加入的磷酸盐 浓度逐渐下降。
上述现象说明在发酵过程中需要磷酸，可 能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷 酸酯。完整细胞可通过ATP水解提供磷酸。
糖酵解途径实验依据
从体外发酵中分离到果糖-1,6二磷酸糖 碘乙酸对酵母生长有抑制作用 将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温， 可以造成果糖-1,6二磷酸糖积累。 果糖-1,6二磷酸糖加入发酵液中一样被酵 解。
22 糖酵解-王镜岩生物化学(全)
调控位点 己糖激酶
激活剂 ATP
抑制剂 G-6-P，ADP ATP， 柠檬酸, pH下降 ATP，Ala， 乙酰-CoA
6-磷酸葡萄糖 果糖6-磷酸
a
葡萄糖
磷酸果糖激 ADP ， 酶（限速酶） AMP, 果糖-2,6二磷酸 丙酮酸激酶 果糖-1,6二磷酸, 磷酸烯醇 丙酮酸
b
1，6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮
细胞壁
叶绿体
中心体
吞噬 分泌物
溶酶体 细胞膜
糖的酵解途径
糖的酵解途径（glycolysis)是指葡萄糖在
糖原（或淀粉）
第 一 阶 段 第 二 阶 段
EMP的化学历程
1-磷酸葡萄糖
葡萄糖
葡萄糖的磷酸化
6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖
磷酸己糖的裂解
3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮 21，3-二磷酸甘油酸
+ATP
CH20 P
1,3-二磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸
△G0/=-18.83kJ/mol
说明：第一次产生ATP，发生底物水平磷酸化。 （ATP的形成，直接由一个代谢中间产物上的磷酸基 团转移到ADP分子上。）
O
O
8、
C-OH HC-OH
磷酸甘油酸变位酶
C-OH HC-O P
CH20
P
CH20H
3-磷酸甘油酸
丙酮酸脱羧酶
TPP
H+ C -
4
其它单糖进入酵解的途径
D-果糖；D-半乳糖；；D-甘露糖
5
糖酵解的调控（83页）
糖酵解代谢途径的调节主要是通过各种 变构剂对三个关键酶进行变构调节。分 别为己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果 糖激酶、丙酮酸激酶。
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第二十二章糖酵解
第一节糖酵解作用的研究历史
一．糖酵解作用的研究历史
1897年Buchner兄弟发现糖转化为乙醇不需要活细胞。
1905年，Harden A和Yang W J发现糖分解过程中生成磷酸酯，随后发现这一过程有辅酶参与。
30年代，Embden和Meyerhof对糖的无氧分解进行深入研究，基本搞清了无氧分解的途径，故这一途
径也称作Embden - Meyerhof途径。
二．糖酵解过程概述
三．糖酵解第一阶段的反应机制
1．葡萄糖的磷酸化
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。
己糖激酶（哺乳动物为单体酶，酵母为二聚体）有4种同工酶，同工酶主要存在于脑和肾，葡萄糖-6-磷酸对该酶有抑制作用，少量的无机磷可解除葡萄糖-6-磷酸的抑制作用，同工酶Ⅱ主要存在于骨骼肌和心
肌，同工酶Ⅲ主要存在于肝脏和肾脏，同工酶Ⅳ（葡萄糖激酶）只存在于肝脏，其合成受胰岛素的诱导。
葡萄糖-6-磷酸的代谢途径：
2．葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸人类的磷酸葡萄糖异构酶为二聚体：
3．果糖-6-磷酸形成果糖-1、6-二磷酸
磷酸果糖激酶亚基的结构（四个亚基）：白色为ATP，红色为果糖-6-磷酸。
磷酸果糖激酶是关键的调控酶，有4个亚基、3种同工酶，同工酶A存在于骨骼肌和心肌，对磷酸肌酸、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。
磷酸果糖激酶催化的反应不可逆，A TP是别构抑制剂，F-2、6-BP是别构激活剂。
两次磷酸化使葡萄糖转化为反应活性很高的F-1、6-BP，有利于随后的分解反应。
4．果糖-1、6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸
醛缩酶有多种同工酶，Ⅰ型醛缩酶存在于高等动植物，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，3种同工酶均由4中不同的亚基组成。
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-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。
果糖-1、6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸的反应机制：5．二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸
丙糖磷酸异构酶为四聚体，图中所示为单体的结构，红色为二羟丙酮磷酸。
反应机制：
四．酵解第二阶段放能阶段的反应机制
1．甘油醛-3-磷酸氧化成1、3-二磷酸甘油酸
从兔的肌肉中分离的甘油醛-3-磷酸脱氢酶有4个相同的亚基：
砷酸化合物迅速分解，不能生成A TP：
2．1、3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP
3．3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶为二聚体：
酵母的反应机制：
麦芽的反应机制：
4．2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶为二聚体：
5．磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子
丙酮酸激酶为四聚体，反应可以看作2步。
A mechanism for the pyruvate kinase reaction: (a) a water on the Mg2+ ion coordinated to ADP is replaced by the phosphoryl group of PEP; (b) Mg2+ dissociates from the α-P of ADP; (c) the phosphoryl group is transferred;and (d) the enolate of pyruvate is protonated.
第二节由葡萄糖转变为两分子丙酮酸
能量转变的估算
ATP的生成数：
丙酮酸的去路和NAD+的再生：
其他六碳糖进入糖酵解途径：
缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶使晶状体半乳糖增高，引起白内障，严重时引起生长停滞，智力迟钝，甚至引起肝损伤导致死亡。
半乳糖的代谢途径：
反应的乒乓动力学机制：
甘油分解的途径：。