第二十二章 糖酵解
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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
糖酵解作用Glycolysis
（2）第二阶段：3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油酸：3步反应
O COPO3H2 CHOH CH2OPO3H2 1,3- 二磷酸甘油酸 NADH + H+ NAD
+
O 磷酸甘油酸激酶 ADP Mg A TP COH CHOH CH2OPO3H2 3- 磷酸甘油酸 O COH CHOPO3H2
甘油醛-3-P-脱氢酶 磷酸甘油酸变位酶
生 油成 醛 2 （分 第子 一 3 阶 段磷 ）酸 甘
-
丙 酮 （酸 第是 二酵 阶解 段的 ）终 产 物
（1）第一阶段：葡萄糖 1, 6-二 磷酸果糖：3步反应
CH OPO H • H H
2 3 2
H2O3PO 磷酸己糖异构酶
CH2 O H OH
CH2OH OH OH H ADP Mg 己糖激酶 HO ATP CH2OH OH OH OH H
抑制
柠檬酸
激活
F-2，6-BP对 磷酸果糖激酶的调节作用
磷 酸 果 糖 激 酶 1 的 活 力
ADP
果糖1,6-二磷 酸
-
大肠杆菌 PFK四亚基 中的两个
（3）丙酮酸激酶的调节作用
磷酸化
果糖-1，6-二磷酸对丙 酮酸激酶有激活作用
Байду номын сангаас
去磷酸化
六、其它六碳糖进入EMP
（一）果糖 A. 在肌肉中，通过己糖激酶 hexokinase 转变为F-6-P进入EMP。 B. 肝脏中只有葡萄糖激酶，其只催化葡萄 糖磷酸化。在肝脏中由果糖激酶 Fructokinase 催化Fru生成F-1-P，再由F-1-P 醛缩酶aldolase 催化裂解为磷酸二羟丙酮 DHAP和甘油醛，甘 油 醛 激 酶 催 化 甘 油 醛 生 成 3-P- 甘 油 醛 ( 消 耗 1ATP)进入EMP。
第22章糖酵解
COOH C CH3
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
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
2020年生物化学第22章参照模板
由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乙醇，称为发酵 过程，其碳原子的变化可作如下概括：
C－C－C－C－C－C → C－C－C + C－C－C
123456 123 456
葡萄糖（六碳糖）
三碳糖 三碳糖
→ CH3CH2OH + CO2 + CH3CH2OH + CO2
12
3 65
4
乙醇
乙醇
•
酵解途径的能量代谢
从能量的观点出发，可以将酵解过程划分为两
•
有氧呼吸
在有氧条件下，丙酮酸进入柠檬酸循环途
径
，在
柠檬
酸
途
径
中
彻
底氧
化成
C
O
。
2
柠檬
酸
途径中产生的NADH进入呼吸电子传递链，在
呼吸电子传递链中产生大量的ATP，最终将
NADH中
的电子交
给O
，生成
2
H2O。所以
把糖
酵解途径、柠檬酸循环加上呼吸电子传递链合
称为有氧呼吸途径。
•
呼吸途径示意图
•
二、糖酵解过程概述
－33.47
2. G-6-P → F-6-P
磷酸葡糖异构酶
－2.51
3. F-6-P + ATP → F-1,6-2P + ADP
磷酸果糖激酶
－22.18
4. F-1,6-2P → DHAP + GAP
醛缩酶
－1.25
5. DHAP → GAP
丙糖磷酸异构酶
＋2.51
6. GAP + Pi + NAD+ → 1,3-BPG + NADH + H+
C－C－C－C－C－C → C－C－C + C－C－C
123456 123 456
葡萄糖（六碳糖）
三碳糖 三碳糖
→ CH3CH2OH + CO2 + CH3CH2OH + CO2
12
3 65
4
乙醇
乙醇
•
酵解途径的能量代谢
从能量的观点出发，可以将酵解过程划分为两
•
有氧呼吸
在有氧条件下，丙酮酸进入柠檬酸循环途
径
，在
柠檬
酸
途
径
中
彻
底氧
化成
C
O
。
2
柠檬
酸
途径中产生的NADH进入呼吸电子传递链，在
呼吸电子传递链中产生大量的ATP，最终将
NADH中
的电子交
给O
，生成
2
H2O。所以
把糖
酵解途径、柠檬酸循环加上呼吸电子传递链合
称为有氧呼吸途径。
•
呼吸途径示意图
•
二、糖酵解过程概述
－33.47
2. G-6-P → F-6-P
磷酸葡糖异构酶
－2.51
3. F-6-P + ATP → F-1,6-2P + ADP
磷酸果糖激酶
－22.18
4. F-1,6-2P → DHAP + GAP
醛缩酶
－1.25
5. DHAP → GAP
丙糖磷酸异构酶
＋2.51
6. GAP + Pi + NAD+ → 1,3-BPG + NADH + H+
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。
第22章、糖酵解作用(下册P63).doc
第22章、糖酵解作用（下册P63）本章重点：糖酵解是代谢中的重中之重，要求全面掌握，尤其是：1、糖酵解的过程和步骤，2、调节步骤，3、调节酶，4、糖酵解的生物学意义和中心代谢途径，5、糖酵解中的脱氢作用，6、糖酵解途径有氧呼吸和无氧酵解的关系。
本章主要内容：糖类是细胞中非常重要一类物质，在几乎所有重要生理过程中都有举足轻重的作用。
（一）糖的生物学作用：C1）生物体的结构成分：动植物躯壳，如纤维素和甲壳素（昆虫和甲壳类动物的外骨骼）。
C2）能源物质：贮存能源的糖类，如淀粉、糖原和葡萄糖。
C3）转变为其他物质（碳源物质）：为合成其他生物分子如氨基酸、核昔酸和脂肪酸等提供碳骨架。
C4）作为细胞识别的信息分子：大多数蛋白质是糖蛋白，如免疫球蛋白、激素、毒素、凝集素、抗原以至酶和结构蛋白。
在糖蛋白中起信息分子作用的为糖链。
如B-型血外端的半乳糖用a-半乳糖昔酶（来自海南产的咖啡豆中）切除掉，则B-抗原活性丧失，呈现0-型血的典型特征。
糖在几乎所有重要生理过程中都有举足轻重的作用。
1.生命开始，卵细胞受精、细胞凝集、胚胎形成，细胞的运转和粘附。
2.细胞间的相互识别，通讯与相互作用。
3.免疫保护（抗原与抗体），代谢调控（激素与受体），形态发生、发育, 器官的移植。
4.癌症发生与转移，衰老、病变等过程。
糖是生物体内重要信息物质，在细胞识别、信号传递与传导、免疫过程、细胞通讯和代谢调控中都扮演重要作用。
糖生物学已发展成为生命科学研究的重要内谷。
（二）糖的结构特点：糖的分子结构比蛋白质和核酸复杂。
如葡萄糖有4个不对称碳原子，成环后G又形成a、B两个异头体结构，葡萄糖同分异构体有2、=32个。
结构复杂多样的糖分子成为携带生物信息的极好载体。
多肽与核酸携带信息仅依赖于其组成单体的种类、数量和连接顺序，而糖链携带信息除单体种类、数量和排列外还有分支结构和异头碳构型。
因此糖的聚合体单位重量携带的信息量比蛋白质和核酸大的多。
22糖酵解PPT课件
糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷酸葡
萄糖变位酶生成G-6-P进入酵解。其他单糖
可形成多个分支点的中间物进入酵解。
-
3
入糖 酵元 解、 的淀 准粉 备、 过二 程糖
、 己 糖 进
-
4
D-葡萄糖的代谢命运
D-Glc是多数生物的主要代谢燃料，在代谢中占有中心地 位。葡萄糖含有较高的能量，氧化生成H2O和CO2放出自 由能2840kJ/mol、变为大分子的淀粉或糖元贮存又可维 持相对低的摩尔渗透压浓度，而需要能量时又可分解成葡 萄糖氧化供能。
-
9
第一阶段的反应
-
10
.
催化这一反应的酶有己糖激酶和葡萄糖激酶。己 糖激酶专一性弱，Km值小；受ADP和葡萄糖-6-磷酸 的变构抑制。
葡萄糖激酶专一性强，Km值高，在肝糖浓度较 高时，催化葡萄糖6-磷酸的合成，促进糖原的合成。
-
11
糖酵解过程中的中间产物都带有磷酸基团， 它们的的意义在于：
1.磷酸化导致负离子，使分子产生极性，使 产物不致流失到膜外；
1.生成乳酸（发酵） 2.生成乙醇（发酵） 3.进入三羧酸循环（有氧呼吸）
-
33
乳酸生成(发酵)
-
34
-
35
乙 醇 生 成 发 酵
()
-
36
-
37
七、糖酵解作用的调节
1.磷酸果糖激酶的调节作用 2.果糖—2,6—二磷酸的调节作用 3.己糖激酶和丙酮酸激酶的调节作用
-
38
-Leabharlann 39-40前馈刺激作用 协同控制作用
肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵 解中生成的NADH用于还原丙酮酸生成乳酸，称为 乳酸发酵。
生物化学第22章糖酵解作用
丙酮酸生成乳酸的反应
丙酮酸
乳酸脱氢酶
乳酸
酵解的总反应式
在无氧条件下，每分子葡萄糖代谢形成乳酸的总 反应方程式如下： C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2C3H6O3 + 2ATP + 2H2O
（二）生成乙醇
1.丙酮酸脱羧形成乙醛
丙酮酸脱羧酶
丙酮酸
乙醛
（二）生成乙醇
2.乙醛还原成乙醇
合成糖原 磷酸戊糖途径
葡萄糖
己糖激酶
葡萄糖-6-磷酸（可能不积累）
磷酸葡萄糖异构酶
果糖-பைடு நூலகம்-磷酸（积累）
磷酸果糖激酶被抑制
果糖-1,6-二磷酸
Return
丙酮酸激酶对糖酵解 的调节作用
九、其他六碳糖进入糖酵解途径
四种六碳糖构型比较
D-葡萄糖
D-甘露糖
D-半乳糖
D-果糖
果糖进入糖酵解途径
（肌肉中）
己糖激酶
果糖
果糖-6-磷酸
果糖进入糖酵解途径
（肝脏中）
①
果糖激酶
果糖
果糖-1-磷酸
果糖进入糖酵解途径
（肝脏中）
②
果糖-1-磷酸醛缩酶
果糖-1-磷酸
③
甘油醛激酶
甘油醛 二羟丙酮磷酸
甘油醛
甘油醛-3-磷酸
甘油醛 甘油 甘油-3-磷酸
④
醇脱氢酶
⑤
甘油激酶
⑥
甘油磷酸脱氢酶
果
糖
甘油
进
入
糖
甘油-3-磷酸
酵
在代谢途径中，催化基本上不可逆反应的酶 所处的部位是控制代谢反应的有力部位。在糖酵 解途径中，由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸 激酶催化的反应实际上都是不可逆反应，因此， 这三种酶都具有调节糖酵解途径的作用。
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1. NADH的命运：NADH在呼吸链被彻底氧化成 H2O并产生更多的ATP。 2. 丙酮酸的命运：丙酮酸经过线粒体内膜上丙酮 酸运输体与质子一起进入线粒体基质，被基质 内的丙酮酸脱氢酶系氧化成乙酰-CoA
在缺氧状态或无氧状态下NADH和丙酮酸 的命运
1. 乳酸发酵 2. 酒精发酵
线粒体内膜上的3-甘油磷酸穿梭系统
磷酸丙糖异构酶（TIM） 反应机制涉及烯二醇中间体 活性中心的Glu充当广义碱催化剂 TIM是一种近乎完美的酶（为什么？）
磷酸丙糖异构酶催化的反应及其作用机理
TIM具有独特的防止副反应 发生的机制：在反应中形成 的磷酸烯二醇中间物若离开 酶分子，在溶液中很容易释 放出磷酸根生成丙二醛，而 能异构化生成3-磷酸甘油醛 的并不多。但在细胞内形成 丙二醛的可能性几乎为零， 这是因为当烯二醇中间物形 成以后，酶分子上一段由10 个氨基酸残基组成的环像一 个盖子堵住了活性中心，致 使烯二醇中间物无法离开酶 分子，只能异构化成3-磷酸 甘油醛。当3-磷酸甘油醛形 成以后，上述环消失，产物 得以释放。
磷酸葡糖的异构化
反应3: 磷酸果糖的磷酸化
是糖酵解的限速步骤!
是第二步不可逆反应 由磷酸果糖激酶-1（PFK-1）催化 糖酵解第二次引发反应 有大的自由能降低，受到高度的调控
磷酸果糖的磷酸化
反应4:
1,6-二磷酸果糖的裂解
C6 被切成 2 C3 由醛缩酶催化
1,6-二磷酸果糖的裂解
当ATP不足时，糖酵解被激活
糖酵解限速酶的别构调节
有两类醛缩酶: 第一类来源于古菌和真核生物，为共价 催化，在反应中，底物与活性中心的赖 氨酸残基形成共价的Schiff碱中间物； 第二类主要来源于真菌和细菌，其活性 中心含有二价的Zn2＋，为金属催化。
第一类醛缩酶
第二类醛缩酶
醛缩酶的催化机制
反应5: 磷酸丙糖的异构化 磷酸二羟丙酮转变成3-磷酸甘油醛
（二）柠檬酸的别构抑制
柠檬酸
离开线粒体 进入细胞质
抑制PFK-1
大量ATP
（三）质子的抑制
（四）AMP和ADP的别构激活
（五）F-2,6-BP的别构激活 F-2,6-BP被视为PFK-1最重要的正别构效应物。
PFK-2或F-2,6-BPase的结构
PFK-2和F-2,6-BPase的活性调节和相互转变
4ATP
丙酮酸 (2 - 3C) (PYR)
C-C-C C-C-C (PYR) (PYR)
糖酵解的全部反应
休要惊慌!
你所要记忆的是总反应、三步限 速步骤、三种特异性抑制剂、两 步底物磷酸化反应和主要的调控 机制。 你不需要记住任何代谢物的结构式
反应1：葡萄糖的磷酸化
葡萄糖的磷酸化
第一步不可逆反应
苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
丙酮酸的代谢去向
丙酮酸转变成乙酰-CoA 的四步反应
砒霜的毒性机理
糖酵解的能量学
调控的有力证据!
标准的 G 值分散分布：+和 细胞内多数G 接近0，10步反应中有3步 具有较大的自由能降低 G 为较大负值的反应是调控位点!
第四节 其他物质进入糖酵解
3-磷酸甘油醛脱氢酶催化的反应及其作用机理
碘代乙酸和甲基汞抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶的机理
反应7: 第一步底物水平的磷酸化 从高能磷酸化合物合成ATP
由磷酸甘油酸激酶催化 红细胞内存在生成2,3-BPG的支路
底物水平磷酸化：是指物质在脱氢或脱水过程中， 产生高能代谢物并直接将高能代谢物中能量转移到 ADP生成ATP的过程。
PEP的合成
反应10:第二步底物水平的磷酸化
PEP转化成丙酮酸，同时产生 ATP
是第三步不可逆反应 由丙酮酸激酶催化 产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的能 量回报。 ΔG为大的负值——受到调控!
第二次底物水平的磷酸化
NADH和丙酮酸的去向
取决于细胞有氧还是无氧？？
在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运
C-C-C-C-C-C
2ADP + P 3-磷酸甘油醛 (2 - 3C) (G3P 或GAP)
C-C-C
C-C-C
能量收获阶段
甘油醛-3-磷酸 (2 - 3C) (G3P 或 GAP) 4ADP + P
0 ATP - 消耗 4 ATP - 产生 2 NADH - 产生 GAP GAP
C-C-C C-C-C
（一）ATP的别构抑制
ATP浓度对PFK-1的活性影响
The Pasteur Effect
☺氧气对糖酵解的抑制效应即巴斯德效应（Pasteur effect）可以使用上面的理论加以解释：在氧气存在 的情况下，生物体利用有氧代谢（三羧酸循环和氧 化磷酸化）产生大量的ATP，高水平的ATP作为负 别构效应物通过抑制PFK-1而抑制了糖酵解。
甘油、果糖、甘露糖和半乳糖
甘油转变成DHAP 果糖和甘露糖通过比较常规的途径进入 糖酵解 半乳糖通过Leloir途径进入
甘油和其它单糖进入糖酵解的途径
半乳糖进入糖酵解的途径（Leloir途径）
第五节 糖酵解的生理意义
产生ATP 提供生物合成的原料 糖酵解与肿瘤：缺氧与缺氧诱导的转录 因子 参与糖酵解途径的一些酶的兼职功能
第一步底物水平的磷酸化
反应8: 磷酸甘油酸的变位
磷酸基团从 C-3转移到C-2
由磷酸甘油酸变位酶催化 不同来源的变位酶具有不同的催化机制，一类 需要2,3-BPG作为辅助因子，并需要活性中心 的一个His残基；另一类则不需要2,3-BPG，其 变位实际上是3-磷酸甘油酸分子内的磷酸基团 的转移。
磷酸甘油酸变位酶催化的反应及其作用机理
反应9:PEP的形成 甘油酸-2-磷酸转变成 PEP
由烯醇化酶催化 烯醇化酶的作用在于促进2-磷酸甘油酸上某些 原子的重排从而形成具有高能键的高能分子。 氟合物能够与Mg 2＋和磷酸基团形成络化物， 而干扰2-磷酸甘油酸与烯醇化的结合从而抑制 该酶的活性。
胰高血糖素对糖酵解的影响
F-2,6-BP对PFK-1活性的调节
四、丙酮酸激酶的调节
别构调节 ATP 丙氨酸 F-1,6-BP
共价修饰
调节方式
可逆的 蛋白质 磷酸化
丙酮酸激酶的活性调节
糖酵解活性与细胞的能量状态有关
当 ATP水平较高，糖酵解活性降低
1. 2. 3. 1. 2. 3. 己糖激酶受到过量6-磷酸葡糖的抑制 PFK-1受到ATP和柠檬酸抑制 丙酮酸激酶受到ATP抑制 ATP解除ATP对 PFK-1的抑制 F-2,6-BP解除ATP对PFK-1的抑制 F-1,6-BP激活丙酮酸激酶
TIM防止副反应发生的机制
糖酵解第二个阶段的反应
产生4 ATP
导致糖酵解净产生2ATP 涉及两个高能磷酸化合物 1. 二磷酸甘油酸（ 1,3- BPG ） 2. 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
反应6: 3-磷酸甘油醛的脱氢
3-磷酸甘油醛被氧化成1,3-二磷酸甘油酸
这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化 产生1,3-BPG和NADH 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能够抑 制此酶活性。 砷酸在化学结构和化学性质与Pi极为相似，因此可以 代替无机磷酸参加反应，形成1-砷酸-3-磷酸甘油酸， 但这样的产物很容易自发地水解成为3-磷酸甘油酸并 产生热，无法进入下一步底物水平磷酸化反应。
由己糖激酶或葡萄糖激酶催化 引发反应——ATP被消耗，以便后面得到
更多的ATP ATP的消耗使葡萄糖的磷酸化能够自发地 进行
己糖激酶和葡萄糖激酶的比较
葡萄糖的磷酸化至少有三个意义： 一有利于胞外的葡萄糖通过GLUT 进入胞内；
二带上负电荷葡萄糖很难再从细胞中“逃逸” 出去；
其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞
糖酵解某些中间物的代谢流向
第六节 糖酵解的调节
己糖激酶 控制葡萄糖的进入
磷酸果糖激酶 (PFK)
丙酮酸激酶
最关键的调控酶
可调节酵解途径代谢物的输出
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、葡萄糖的可得性
二、己糖激酶和葡萄糖激酶的调节
三、PFK-1的调节：别构调节
1 2
负别构调节 正别构调节
ATP、柠檬酸、质子
AMP、ADP、F-2,6-BP
第二十二章 糖酵解
杨荣武 生物化 学原理 第二版
提纲
一、糖酵解概述 二、糖酵解的全部反应 三、 NADH和丙酮酸的命运
1. 在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运 2. 在缺氧或无氧状态下NADH和丙酮酸的命运
四、其他物质进入糖酵解 五、糖酵解的生理功能 六、糖酵解的调节
1. 2. 3. 4. 葡萄糖的可得性 己糖激酶和葡糖激酶的调节 PFK-1的调节 丙酮酸激酶的调节
糖酵解概述
发生在所有的活细胞 位于细胞质基质 共有十步反应组成——在所有的细胞 都相同，但速率不同。 通过该途径：葡萄糖或其他单糖在没 有氧气的参与下被氧化成丙酮酸，并 产生NADH和少量的ATP。
糖酵解的两阶段反应
能量投资阶段
葡萄糖 (6C) 2ATP
2 ATP - 消化 0 ATP - 产生 0 NADH - 产生
内的进一步代谢。
葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞
反应2: 磷酸葡糖的异构化
6-磷酸葡糖-转变成6-磷酸果糖 由磷酸己糖异构酶催化 这是一步异构化反应，反应的机制牵涉 到不稳定的烯二醇中间体。通过此反应， 羰基从1号位变到2号，这既为下一步磷 酸化反应创造了条件，也有利于后面由 醛缩酶催化的C3和C4之间的断裂反应。
在缺氧状态或无氧状态下NADH和丙酮酸 的命运
1. 乳酸发酵 2. 酒精发酵
线粒体内膜上的3-甘油磷酸穿梭系统
磷酸丙糖异构酶（TIM） 反应机制涉及烯二醇中间体 活性中心的Glu充当广义碱催化剂 TIM是一种近乎完美的酶（为什么？）
磷酸丙糖异构酶催化的反应及其作用机理
TIM具有独特的防止副反应 发生的机制：在反应中形成 的磷酸烯二醇中间物若离开 酶分子，在溶液中很容易释 放出磷酸根生成丙二醛，而 能异构化生成3-磷酸甘油醛 的并不多。但在细胞内形成 丙二醛的可能性几乎为零， 这是因为当烯二醇中间物形 成以后，酶分子上一段由10 个氨基酸残基组成的环像一 个盖子堵住了活性中心，致 使烯二醇中间物无法离开酶 分子，只能异构化成3-磷酸 甘油醛。当3-磷酸甘油醛形 成以后，上述环消失，产物 得以释放。
磷酸葡糖的异构化
反应3: 磷酸果糖的磷酸化
是糖酵解的限速步骤!
是第二步不可逆反应 由磷酸果糖激酶-1（PFK-1）催化 糖酵解第二次引发反应 有大的自由能降低，受到高度的调控
磷酸果糖的磷酸化
反应4:
1,6-二磷酸果糖的裂解
C6 被切成 2 C3 由醛缩酶催化
1,6-二磷酸果糖的裂解
当ATP不足时，糖酵解被激活
糖酵解限速酶的别构调节
有两类醛缩酶: 第一类来源于古菌和真核生物，为共价 催化，在反应中，底物与活性中心的赖 氨酸残基形成共价的Schiff碱中间物； 第二类主要来源于真菌和细菌，其活性 中心含有二价的Zn2＋，为金属催化。
第一类醛缩酶
第二类醛缩酶
醛缩酶的催化机制
反应5: 磷酸丙糖的异构化 磷酸二羟丙酮转变成3-磷酸甘油醛
（二）柠檬酸的别构抑制
柠檬酸
离开线粒体 进入细胞质
抑制PFK-1
大量ATP
（三）质子的抑制
（四）AMP和ADP的别构激活
（五）F-2,6-BP的别构激活 F-2,6-BP被视为PFK-1最重要的正别构效应物。
PFK-2或F-2,6-BPase的结构
PFK-2和F-2,6-BPase的活性调节和相互转变
4ATP
丙酮酸 (2 - 3C) (PYR)
C-C-C C-C-C (PYR) (PYR)
糖酵解的全部反应
休要惊慌!
你所要记忆的是总反应、三步限 速步骤、三种特异性抑制剂、两 步底物磷酸化反应和主要的调控 机制。 你不需要记住任何代谢物的结构式
反应1：葡萄糖的磷酸化
葡萄糖的磷酸化
第一步不可逆反应
苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
丙酮酸的代谢去向
丙酮酸转变成乙酰-CoA 的四步反应
砒霜的毒性机理
糖酵解的能量学
调控的有力证据!
标准的 G 值分散分布：+和 细胞内多数G 接近0，10步反应中有3步 具有较大的自由能降低 G 为较大负值的反应是调控位点!
第四节 其他物质进入糖酵解
3-磷酸甘油醛脱氢酶催化的反应及其作用机理
碘代乙酸和甲基汞抑制3-磷酸甘油醛脱氢酶的机理
反应7: 第一步底物水平的磷酸化 从高能磷酸化合物合成ATP
由磷酸甘油酸激酶催化 红细胞内存在生成2,3-BPG的支路
底物水平磷酸化：是指物质在脱氢或脱水过程中， 产生高能代谢物并直接将高能代谢物中能量转移到 ADP生成ATP的过程。
PEP的合成
反应10:第二步底物水平的磷酸化
PEP转化成丙酮酸，同时产生 ATP
是第三步不可逆反应 由丙酮酸激酶催化 产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的能 量回报。 ΔG为大的负值——受到调控!
第二次底物水平的磷酸化
NADH和丙酮酸的去向
取决于细胞有氧还是无氧？？
在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运
C-C-C-C-C-C
2ADP + P 3-磷酸甘油醛 (2 - 3C) (G3P 或GAP)
C-C-C
C-C-C
能量收获阶段
甘油醛-3-磷酸 (2 - 3C) (G3P 或 GAP) 4ADP + P
0 ATP - 消耗 4 ATP - 产生 2 NADH - 产生 GAP GAP
C-C-C C-C-C
（一）ATP的别构抑制
ATP浓度对PFK-1的活性影响
The Pasteur Effect
☺氧气对糖酵解的抑制效应即巴斯德效应（Pasteur effect）可以使用上面的理论加以解释：在氧气存在 的情况下，生物体利用有氧代谢（三羧酸循环和氧 化磷酸化）产生大量的ATP，高水平的ATP作为负 别构效应物通过抑制PFK-1而抑制了糖酵解。
甘油、果糖、甘露糖和半乳糖
甘油转变成DHAP 果糖和甘露糖通过比较常规的途径进入 糖酵解 半乳糖通过Leloir途径进入
甘油和其它单糖进入糖酵解的途径
半乳糖进入糖酵解的途径（Leloir途径）
第五节 糖酵解的生理意义
产生ATP 提供生物合成的原料 糖酵解与肿瘤：缺氧与缺氧诱导的转录 因子 参与糖酵解途径的一些酶的兼职功能
第一步底物水平的磷酸化
反应8: 磷酸甘油酸的变位
磷酸基团从 C-3转移到C-2
由磷酸甘油酸变位酶催化 不同来源的变位酶具有不同的催化机制，一类 需要2,3-BPG作为辅助因子，并需要活性中心 的一个His残基；另一类则不需要2,3-BPG，其 变位实际上是3-磷酸甘油酸分子内的磷酸基团 的转移。
磷酸甘油酸变位酶催化的反应及其作用机理
反应9:PEP的形成 甘油酸-2-磷酸转变成 PEP
由烯醇化酶催化 烯醇化酶的作用在于促进2-磷酸甘油酸上某些 原子的重排从而形成具有高能键的高能分子。 氟合物能够与Mg 2＋和磷酸基团形成络化物， 而干扰2-磷酸甘油酸与烯醇化的结合从而抑制 该酶的活性。
胰高血糖素对糖酵解的影响
F-2,6-BP对PFK-1活性的调节
四、丙酮酸激酶的调节
别构调节 ATP 丙氨酸 F-1,6-BP
共价修饰
调节方式
可逆的 蛋白质 磷酸化
丙酮酸激酶的活性调节
糖酵解活性与细胞的能量状态有关
当 ATP水平较高，糖酵解活性降低
1. 2. 3. 1. 2. 3. 己糖激酶受到过量6-磷酸葡糖的抑制 PFK-1受到ATP和柠檬酸抑制 丙酮酸激酶受到ATP抑制 ATP解除ATP对 PFK-1的抑制 F-2,6-BP解除ATP对PFK-1的抑制 F-1,6-BP激活丙酮酸激酶
TIM防止副反应发生的机制
糖酵解第二个阶段的反应
产生4 ATP
导致糖酵解净产生2ATP 涉及两个高能磷酸化合物 1. 二磷酸甘油酸（ 1,3- BPG ） 2. 磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
反应6: 3-磷酸甘油醛的脱氢
3-磷酸甘油醛被氧化成1,3-二磷酸甘油酸
这是整个糖酵解途径唯一的一步氧化还原反应 由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化 产生1,3-BPG和NADH 为巯基酶，使用共价催化，碘代乙酸和有机汞能够抑 制此酶活性。 砷酸在化学结构和化学性质与Pi极为相似，因此可以 代替无机磷酸参加反应，形成1-砷酸-3-磷酸甘油酸， 但这样的产物很容易自发地水解成为3-磷酸甘油酸并 产生热，无法进入下一步底物水平磷酸化反应。
由己糖激酶或葡萄糖激酶催化 引发反应——ATP被消耗，以便后面得到
更多的ATP ATP的消耗使葡萄糖的磷酸化能够自发地 进行
己糖激酶和葡萄糖激酶的比较
葡萄糖的磷酸化至少有三个意义： 一有利于胞外的葡萄糖通过GLUT 进入胞内；
二带上负电荷葡萄糖很难再从细胞中“逃逸” 出去；
其次葡萄糖由此变得不稳定，有利于它在细胞
糖酵解某些中间物的代谢流向
第六节 糖酵解的调节
己糖激酶 控制葡萄糖的进入
磷酸果糖激酶 (PFK)
丙酮酸激酶
最关键的调控酶
可调节酵解途径代谢物的输出
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、葡萄糖的可得性
二、己糖激酶和葡萄糖激酶的调节
三、PFK-1的调节：别构调节
1 2
负别构调节 正别构调节
ATP、柠檬酸、质子
AMP、ADP、F-2,6-BP
第二十二章 糖酵解
杨荣武 生物化 学原理 第二版
提纲
一、糖酵解概述 二、糖酵解的全部反应 三、 NADH和丙酮酸的命运
1. 在有氧状态下NADH和丙酮酸的命运 2. 在缺氧或无氧状态下NADH和丙酮酸的命运
四、其他物质进入糖酵解 五、糖酵解的生理功能 六、糖酵解的调节
1. 2. 3. 4. 葡萄糖的可得性 己糖激酶和葡糖激酶的调节 PFK-1的调节 丙酮酸激酶的调节
糖酵解概述
发生在所有的活细胞 位于细胞质基质 共有十步反应组成——在所有的细胞 都相同，但速率不同。 通过该途径：葡萄糖或其他单糖在没 有氧气的参与下被氧化成丙酮酸，并 产生NADH和少量的ATP。
糖酵解的两阶段反应
能量投资阶段
葡萄糖 (6C) 2ATP
2 ATP - 消化 0 ATP - 产生 0 NADH - 产生
内的进一步代谢。
葡萄糖在细胞内磷酸化以后不能再离开细胞
反应2: 磷酸葡糖的异构化
6-磷酸葡糖-转变成6-磷酸果糖 由磷酸己糖异构酶催化 这是一步异构化反应，反应的机制牵涉 到不稳定的烯二醇中间体。通过此反应， 羰基从1号位变到2号，这既为下一步磷 酸化反应创造了条件，也有利于后面由 醛缩酶催化的C3和C4之间的断裂反应。