第八章第八章 糖酵解糖酵解重点：重点：糖酵解的糖酵解的反应途径反应途径糖酵解过程中的糖酵解过程中的能量转变能量转变糖酵解的糖酵解的调节调节糖的分解代谢糖的分解代谢 生物体中提供能量的主要物质是生物体中提供能量的主要物质是ATPATP，而，而ATPATP的形成主要有的形成主要有糖的分解糖的分解代谢产生代谢产生葡萄糖葡萄糖酵解酵解丙酮酸丙酮酸OX乙酰乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环CO2+H2O无氧分解无氧分解 （有氧、无氧）（有氧、无氧）有氧分解有氧分解 （有氧）（有氧） 一、糖酵解一、糖酵解（glycolysis)glycolysis)概念概念也称也称EMPEMP（EmbdenEmbdenMeyerhofMeyerhof途径），途径），指葡萄糖在指葡萄糖在无氧条件下分解生成无氧条件下分解生成2 2分子丙酮酸并释放出能量的分子丙酮酸并释放出能量的过程。过程。 总反应式：总反应式： Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+H+2H2O它是它是氧化磷酸化氧化磷酸化和和三羧酸循环三羧酸循环的前奏。的前奏。是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。量的共同代谢途径。二、糖酵解途径的实验依据二、糖酵解途径的实验依据酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且逐渐缓酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且逐渐缓慢直至停顿慢直至停顿如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度，但不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久又会再次缓慢，同时加入的磷酸盐浓度逐渐下降。降。上述现象说明在发酵过程中需要磷酸，可能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。完整细胞可通过整细胞可通过ATPATP水解提供磷酸。水解提供磷酸。将酵母液透析后就会失去发酵能力将酵母液透析后就会失去发酵能力将酵母液加热到将酵母液加热到5050也会失去发酵能力也会失去发酵能力将经过透析失活的酵母液混合在一起后又恢复发将经过透析失活的酵母液混合在一起后又恢复发酵能力酵能力由此推断发酵需要两类物质：一是热不稳定的，由此推断发酵需要两类物质：一是热不稳定的，不可透析的组分即酶；二是热稳定的可透析的组不可透析的组分即酶；二是热稳定的可透析的组分，如辅酶、分，如辅酶、ATPATP、金属离子等。、金属离子等。碘乙酸对酵母生长有抑制作用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，可以将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温，可以分离出少量的磷酸丙糖（主要是分离出少量的磷酸丙糖（主要是3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物）磷酸二羟丙酮的平衡混合物）因此推断磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖，因此推断磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖，而碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用。而碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用。氟化钠对酵母生长也有抑制作用氟化钠对酵母生长也有抑制作用将将1,6-1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及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（氟化钠一起保温有磷酸甘油酸积累（3-3-和和2-2-磷酸磷酸甘油酸的平衡混合物）甘油酸的平衡混合物）由此推断由此推断3-3-磷酸甘油酸是磷酸甘油酸是3-3-磷酸甘油醛的氧化磷酸甘油醛的氧化产物，产物，2-2-磷酸甘油酸又是前者变位后的产物，氟磷酸甘油酸又是前者变位后的产物，氟化钠对化钠对2-2-磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用三、糖酵解途径三、糖酵解途径场所场所: :细胞质细胞质( (胞液胞液) )中中氧气氧气: :不需要不需要糖酵解过程糖酵解过程b1糖酵解可分为两个阶段：糖酵解可分为两个阶段：11分子葡萄糖分解为分子葡萄糖分解为2 2分子丙酮酸需经分子丙酮酸需经1010步反步反应应，前，前5 5步反应为步反应为准备阶段准备阶段，1Glc1Glc转变为转变为2 2三碳物：三碳物：磷酸二羟丙酮和磷酸二羟丙酮和3-3-磷酸甘油醛，磷酸甘油醛，消耗消耗2ATP2ATP。第二阶段是第二阶段是能量获得阶段能量获得阶段（payoffphase)payoffphase)，3-3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸，磷酸甘油醛转变为丙酮酸，生成生成4ATP4ATP和和2NADH2NADH+H+H+ +。葡萄糖的碳架分解产生丙酮酸、磷酸化葡萄糖的碳架分解产生丙酮酸、磷酸化ADPADP产产生生ATPATP、产生的氢转变为、产生的氢转变为NADHNADH。（一）葡萄糖的磷酸化（一）葡萄糖的磷酸化第一阶段的反应第一阶段的反应 催化这一反应的酶有催化这一反应的酶有己糖激酶己糖激酶和和葡萄糖激酶葡萄糖激酶。己糖激己糖激酶酶专一性弱，专一性弱，KmKm值小，存在所有的细胞内；值小，存在所有的细胞内；别构调节酶别构调节酶, ,受受ADPADP和葡萄糖和葡萄糖6-6-磷酸的变构抑制磷酸的变构抑制。葡萄糖激酶葡萄糖激酶专一行强，专一行强，KmKm值高，值高，在肝脏中在肝脏中，当肝糖浓，当肝糖浓度较高时，催化葡萄糖度较高时，催化葡萄糖6-6-磷酸的合成，维持血糖的稳定磷酸的合成，维持血糖的稳定. . n糖酵解过程中的中间产物都带有磷酸基团，它们糖酵解过程中的中间产物都带有磷酸基团，它们的意义在于：的意义在于：1.1.磷酸化导致负离子，使分子产生极性，使产物不磷酸化导致负离子，使分子产生极性，使产物不致流失到膜外；致流失到膜外；2.2.磷酸基团起一种信号作用，易于被酶识别；磷酸基团起一种信号作用，易于被酶识别；3.3.磷酸基团最终形成磷酸基团最终形成ATPATP，保存了能量。，保存了能量。该酶有绝对的底物专一性和立体专一性。该酶有绝对的底物专一性和立体专一性。6PG,E4P6PG,E4P和和S7PS7P等是该酶的竞争性抑制剂。等是该酶的竞争性抑制剂。（三）果糖（三）果糖6-6-磷酸生成果糖磷酸生成果糖1,61,6二磷酸二磷酸 这是一个不可逆反应。这是一个不可逆反应。催化该反应的是一种催化该反应的是一种变构调节酶变构调节酶，也是酵解过程中，也是酵解过程中最最重要重要的限速酶。的限速酶。ATPATP有抑制作用，有抑制作用，AMPAMP可消除这种抑制作可消除这种抑制作用。用。H H+ +对该酶也有一种抑制作用，这可防止乳酸中毒。对该酶也有一种抑制作用，这可防止乳酸中毒。该反应对下一步的裂解做好了准备。该反应对下一步的裂解做好了准备。（四）果糖（四）果糖-1,6-1,6-二磷酸转变成二磷酸转变成 三碳化合物三碳化合物 该反应的标准自由能表明该反应是趋向与缩合，但该反应的标准自由能表明该反应是趋向与缩合，但在细胞中由于底物浓度的驱动，反应趋向于裂解。在细胞中由于底物浓度的驱动，反应趋向于裂解。 两个三碳糖相同的原子序号其来源不同。两个三碳糖相同的原子序号其来源不同。（五）二羟丙酮转变成甘油醛（五）二羟丙酮转变成甘油醛3-3-磷酸磷酸该反应尽管平衡点处二羟丙酮的浓度要高，但由该反应尽管平衡点处二羟丙酮的浓度要高，但由于后续反应对甘油醛的消耗，导致反应趋向甘油于后续反应对甘油醛的消耗，导致反应趋向甘油醛方向。醛方向。丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶第二阶段的反应第二阶段的反应 该反应中该反应中产生第一个还原型的辅酶产生第一个还原型的辅酶I(NADHI(NADHH H+ +),),同时吸收同时吸收1 1分子无机磷酸。分子无机磷酸。碘乙酸是一种不可逆抑制碘乙酸是一种不可逆抑制剂剂，它与，它与-SH-SH结合。结合。砷酸砷酸使得其氧化作用与磷酸化作使得其氧化作用与磷酸化作用解偶联，即反应仍进行，但未形成高能磷酸键。用解偶联，即反应仍进行，但未形成高能磷酸键。砷酸的结构和磷酸类似，故是该酶的竞争性抑制剂。但产物为砷酸的结构和磷酸类似，故是该酶的竞争性抑制剂。但产物为1 1砷酸，砷酸，3-3-磷酸甘油酸，后者易水解成磷酸甘油酸，后者易水解成3-3-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。高能键高能键( (二）由二）由1,3-1,3-二磷酸甘油酸生成二磷酸甘油酸生成3 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸这是酵解过程这是酵解过程第一个产生第一个产生ATPATP的部位的部位。（三）（三）3-3-磷酸甘油酸转变成磷酸甘油酸转变成2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸该反应通过一个中间产物该反应通过一个中间产物:2,3-:2,3-二磷酸甘油酸。当二磷酸甘油酸。当3-3-磷酸甘油酸与酶结合后，酶分子上的磷酸转移到磷酸甘油酸与酶结合后，酶分子上的磷酸转移到2 2位，位，生成生成2,3-2,3-二磷酸甘油酸，使酶分子的活性部位再结合二磷酸甘油酸，使酶分子的活性部位再结合1 1分子的磷酸，同时产生游离的分子的磷酸，同时产生游离的2-2-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。（四）（四）2-2-磷酸甘油酸脱水生成烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸脱水生成烯醇式丙酮酸 这一步反应的作用是为下一步将其高能状态转变成这一步反应的作用是为下一步将其高能状态转变成ATPATP作准备。作准备。氟化物氟化物是酶的强抑制剂。氟与镁、磷酸形成复合物，是酶的强抑制剂。氟与镁、磷酸形成复合物，取代酶分子上镁的位置使酶失活。取代酶分子上镁的位置使酶失活。Mg2+高能磷酸化合物高能磷酸化合物（五）磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸并产生（五）磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸并产生ATPATP这是第二个产生这是第二个产生ATPATP的部位，生成的丙酮酸是共同途径的部位，生成的丙酮酸是共同途径的终产物，无氧发酵和有氧呼吸在此之后开始分支。的终产物，无氧发酵和有氧呼吸在此之后开始分支。丙酮酸激酶是一个变构调节酶，丙酮酸激酶是一个变构调节酶，ATPATP、长链脂肪酸、乙、长链脂肪酸、乙酰酰CoACoA、丙氨酸为负调节物；果糖、丙氨酸为负调节物；果糖-1-1，6-6-二磷酸和磷酸烯醇二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸为正调节物。式丙酮酸为正调节物。Mg2+四、酵解过程中能量的产生四、酵解过程中能量的产生 以葡萄糖为起点以葡萄糖为起点 无氧情况下无氧情况下: GG-6-P -1ATP F-6-PF-1，6-dip -1ATP 2 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸 +2ATP 2PEP2Py +2ATP 除除2分子分子ATP外，还生成外，还生成2分子分子NADH 净增净增2ATP葡萄糖葡萄糖2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+2H+2H2O 五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路丙酮酸丙酮酸 无氧或无氧或 相对缺氧相对缺氧 有氧：有氧： 酒精发酵酒精发酵 乳酸发酵乳酸发酵乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶乙醛乙醛乙醇乙醇乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶丙酮酸丙酮酸 CO2+H2O 氧化脱羧氧化脱羧CH3COSCoATCA cycle肌肉中：肌肉中： 酵母菌中：酵母菌中： 五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路 六、六、NADH+HNADH+H+ +的命运的命运无氧条件下无氧条件下: :通过乙醇发酵受氢，解决重氧化通过乙醇发酵受氢，解决重氧化通过乳酸发酵受氢，解决重氧化通过乳酸发酵受氢，解决重氧化有氧条件下有氧条件下: :通过呼吸链递氢，最终生成通过呼吸链递氢，最终生成H H2 2O,O,并生成并生成ATPATP乳酸生成乳酸生成(发酵发酵) )动物包括人在剧烈运动时或供氧不足时：动物包括人在剧烈运动时或供氧不足时：丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶乙醛乙醛乙醇乙醇乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶酒精发酵酒精发酵 酵母在无氧条件下，进行乙醇发酵。酵母在无氧条件下，进行乙醇发酵。CO2NADHNAD七、糖酵解作用的调节七、糖酵解作用的调节糖酵解代谢途径有三个关键酶：糖酵解代谢途径有三个关键酶：己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶三种酶催化的反应均为不可逆的，因此，都具三种酶催化的反应均为不可逆的，因此，都具有调节糖酵解的作用。有调节糖酵解的作用。其中，其中，磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶所催化的反应是糖酵解的所催化的反应是糖酵解的限速步骤限速步骤。1.1.磷酸果糖激酶（磷酸果糖激酶（PFKPFK）的调节）的调节ATPATP：高浓度的：高浓度的ATPATP使酶与底物使酶与底物F-6-PF-6-P的亲和力降的亲和力降低，从而抑制该酶活性。低，从而抑制该酶活性。柠檬酸：通过加强柠檬酸：通过加强ATPATP的抑制效应来抑制该酶的的抑制效应来抑制该酶的 活性。活性。H+H+抑制抑制果糖果糖-2,6-2,6-二磷酸二磷酸：是该酶的：是该酶的强激动剂强激动剂。能提高。能提高果糖激酶与果糖果糖激酶与果糖6 6磷酸的亲合力，并降磷酸的亲合力，并降低低ATPATP的抑制效应。别构调控。的抑制效应。别构调控。前馈刺激作用前馈刺激作用F-6-PF-2,6-2PF-6-PF-2,6-2P该酶受其催化产物该酶受其催化产物G-6-PG-6-P的抑制的抑制。果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸对该酶有对该酶有激活激活作用；作用； ATPATP是该酶的变构是该酶的变构抑制抑制剂；剂；丙氨酸丙氨酸为该酶的变构为该酶的变构抑制抑制剂；剂；共价修饰调节共价修饰调节：该酶的：该酶的去磷酸化去磷酸化形式为形式为活性活性形形 式；磷酸化形式为非活性形式。式；磷酸化形式为非活性形式。高浓度葡萄糖高浓度葡萄糖促进该酶的去磷酸化；促进该酶的去磷酸化；八、其它糖进入糖酵解的途径八、其它糖进入糖酵解的途径九、糖酵解的生理意义九、糖酵解的生理意义 （1 1）在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补）在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能的补充途径。充途径。（2 2）在有氧条件下，作为某些组织细胞（如：成）在有氧条件下，作为某些组织细胞（如：成熟的红细胞）主要的供能途径。熟的红细胞）主要的供能途径。（3 3）提供生物合成所需的前体物质；）提供生物合成所需的前体物质；（4 4）糖酵解不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它）糖酵解不仅是葡萄糖的降解途径，也是其它一些单糖的分解代谢途径；一些单糖的分解代谢途径；（5 5）为糖的彻底氧化分解作了准备。）为糖的彻底氧化分解作了准备。