第22章糖酵解.ppt

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1、糖代谢的概况（一）分解代谢：主要途径：1.糖酵解（糖的无氧氧化）2.柠檬酸循环（糖的有氧氧化）3.磷酸戊糖途径（二）合成代谢：主要途径：1.糖原合成 2.糖异生,第22章 糖酵解作用,定义：糖酵解是葡萄糖在无氧条件下降解为丙酮酸并伴随ATP生成的过程。是一切有机体中普遍存在的葡萄糖降解途径。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-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。在细胞质中进行,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

2、治地位：认为发酵由微生物引起的，是离不开生命物质活力的过程，即不需要空气的生命。1897年，Hans Buchner和Edward Buchner兄弟，发现酵母汁可以使蔗糖发酵。葡萄糖亦经酵母汁作用产生酒精。酵母汁的发酵能力远远不如活酵母菌。并且酵母汁放置的时间越长，其发酵能力越弱。1905年，阐释酵母汁作用原理：发酵过程需要磷酸参与。分离得到果糖-1，6-二磷酸。以后陆续分离得到6-P-G和6-P-F。酵母汁加热或经透析都将失去发酵能力，一旦混合两种处理的酵母汁，又恢复发酵能力。表明NAD、ATP、ADP、金属离子针对果糖-1，6-二磷酸裂解形式进行研究，对全过程的能力学研究。（Embden

3、,Meyerhof,Parnas）1940年，阐释整个糖酵解过程。,1940年糖酵解整个过程被阐明。Embden,Meyerhof,Parnas等人贡献最多，故糖酵解过程一也叫Embdem-Meyerhof-Parnas途径，简称EMP途径。在细胞质中进行。,一、糖酵解过程,在细胞质中进行，可分为两个阶段（共10步反应）：1.准备阶段：1 葡萄糖 2 磷酸丙糖（2ATP）共包括5步反应。2.储能阶段：2 磷酸丙糖 2 丙酮酸（4 ATP）共包括5步反应。,己糖激酶（葡萄糖激酶）,（一）葡萄糖的磷酸化,催化这个反应的酶有：1、已糖激酶。它以六碳糖为底物，其专一性不强，不仅可以作用于葡萄糖，还可以

4、作用于D-果糖、D-甘露糖、氨基葡萄糖等。激酶是指能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。已糖激酶像其他激酶一样，需要Mg2+或其他二价金属离子如Mn2+作为激活剂，正常生理情况下起作用的多是Mg2+。实际上只有ATP与Mg2+形成的复合物后才能被酶所催化。没有结合Mg2+的ATP对酶有很强的抑制作用。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。,2、葡萄糖激酶存在于动物肝细胞中，它对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/

5、L，肝葡萄糖激酶的Km值约为10mmol/L。因此平时细胞内葡萄糖浓度为5mmol/L，已糖激酶的酶促反应已达最大速度，而葡萄糖激酶并不活跃。只有当进食以后，血液和肝细胞内葡萄糖浓度变高时才起作用，将葡萄糖转化成葡萄糖-6-磷酸，再以糖原形式贮存于细胞中。葡萄糖激酶是一个诱导酶，是由胰岛素促使合成。,磷酸葡萄糖异构酶,（二）葡萄糖-6-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸,该反应接近平衡状态，反应的方向受底物的浓度控制。磷酸葡萄糖异构酶具有绝对的底物专一性和立体专一性。6-磷酸葡萄糖酸（6PG）、赤藓糖-4-磷酸（E4P）、景天庚酮糖-7-磷酸（S7P）等对磷酸葡萄糖异构酶都是竞争性抑制剂。,6-磷酸

6、果糖激酶,（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1,6-二磷酸,这一步反应是酵解中的关键反应步骤。酵解的速度决定于此酶的活性，因此它是一个限速酶。磷酸果糖激酶是分子量为340000的四聚体。它是一个别构酶，ATP是该酶的变构抑制剂，对此酶有抑制效应，在有柠檬酸、脂肪酸时对加强抑制效应。AMP或无机磷酸可消除抑制，增加酶的活性。高H+浓度（即pH值低）抑制该酶活性（生物学意义是，可阻止酵解途径继续进行，防止乳酸生成；又可防止血液pH下降，避免酸中毒）。兔体内有三种同功酶：磷酸果糖激酶A存在于心肌和骨骼中，受磷酸肌酸、柠檬酸和无机磷酸抑制；磷酸果糖激酶B存在于肝脏和红细胞中，受2,3-二磷酸甘油酸抑制；磷

7、酸果糖激酶C存在于脑中，受腺嘌呤核苷酸的抑制。,醛缩酶,（四）果糖-1,6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸 和二羟丙酮磷酸,FBP,DHAP,GAP,六碳糖由此裂解生成两分子三碳糖。醛缩酶有两种不同的类型：高等动植物中的醛缩酶为型，有三种同工酶A、B、C，细菌、酵母、真菌以及藻类中为型。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,丙糖磷酸异构酶,（五）二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸,丙糖磷酸异构酶催化此反应的速度非常迅速，二羟丙酮磷酸和甘油醛-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-磷酸反向进行，实际最后生成两分子甘油醛-

8、3-磷酸。,GAP,DHAP,3-甘油醛磷酸脱氢酶,（六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸,GAP,1,3-BPG,生成1分子NADH+H+,形成1个高能磷酸键,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（见下一张幻灯片）。,3+,O=COAsO,O=,O-,1-砷酸-3-磷酸甘油酸,O=COAsO,O=,O-,1-砷酸-3-磷酸甘油酸,水解,O=COH,3-磷酸甘油酸,+OAsO,O=,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

9、能形成高能磷酸键，即砷酸盐起着解偶联作用，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,Mg2+,1,3-BPG,3-PG,催化该反应的酶为磷酸甘油酸激酶（PGK），其催化机制类似己糖激酶，Mg2+需与ADP形成Mg2+-ADP复合物才能被酶催化。,高能磷酸键,底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)将底物的高能磷酸基直接转移给ADP(或GDP)生成ATP(或GTP)。这种ADP（或GDP）的磷酸化作用与底物的脱氢作用直接相偶联的反应过程，称为底物水平磷酸化。,磷酸甘油酸变位酶,（八）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸

10、甘油酸,（九）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,催化此反应的酶是烯醇化酶，它在结合底物前必须先结合2价阳离子如Mg2+、Mn2+，形成复合物，才能表现出活性。该酶的相对分子量为85000，氟化物是该酶强烈的抑制剂，原因是氟与Mg2+和无机磷酸结合形成一个复合物，取代了酶分子上Mg2+的位置，从而使酶失活。,（十）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,丙酮酸激酶是由4个亚基构成的四聚体，是酵解途径中的一个重要的变构酶，其催化活性需要2价阳离子参与，如Mg2+、Mn2+；果糖-1,6-二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶有激活作用；而ATP、长链脂肪酸、乙酰-Co

11、A、丙氨酸对该酶有抑制作用。,高能磷酸键,葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O 有氧时，2NADH进入线粒体经呼吸链氧化又可产生5分子ATP,再加上由底物水平的磷酸化形成的2个ATP，故共可产生2+5=7分子ATP 无氧时，2NADH还原丙酮酸，生成2分子乳酸或乙醇，故净产生2分子ATP,二、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算,1,1、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）

12、，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程。,三、糖酵解的意义,1、丙酮酸生成乳酸。,动物在激烈运动时或由于呼吸、循环系统障碍而发生供氧不足时。生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌。O O C O-+NADH+H+C O-+NAD+C O HO C H CH3 CH3,乳酸脱氢酶,丙酮酸,L-乳酸,葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H2O,四、丙酮酸的去路,为了获得使甘油醛-3-磷酸继续氧化，必须提供氧化型辅酶NAD+,2、酵母在无氧条件下将丙酮酸转化为乙醇和CO2。O H H C O-C O H C OH C O CH3 C

13、H3 CH3,丙酮酸脱羧酶 TPP,乙醇脱氢酶,H+,C2O,NADH+H+,NAD+,丙酮酸,乙醛,乙醇,由葡萄糖转变为乙醇的过程称为酒精发酵:葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H2O,乳酸发酵生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌，以乳酸为最终发酵产物，称为乳酸发酵。如乳糖的厌氧发酵。,乙醇发酵在面制品，酿酒工业，酿醋工业上意义重大。,3、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体生成乙酰CoA，参加TCA循环（柠檬酸循环），被彻底氧化成CO2和H2O。4、转化为脂肪酸或酮体。当细胞ATP水平较高时，柠檬酸循环的速率下降，乙酰CoA开始积累，可用作脂肪的合成或酮体的合成。,细

14、胞对酵解速度的调控是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化，因此这三种酶对酵解速度起调节作用。,五、糖酵解作用的调节,1、磷酸果糖激酶（PFK）的调控,磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶（关键酶）。高浓度的ATP是该酶的变构抑制剂，ATP的抑制作用可被AMP解除。柠檬酸、脂肪酸也可抑制该酶活性。因为细胞内柠檬酸含量高，意味着有丰富的碳骨架存在（有丰富的生物合成前体），葡萄糖无须为提供碳骨架而降解。柠檬酸通过增加

15、ATP对该酶的抑制作用而起抑制作用。当pH下降时，H+对该酶有抑制作用。（防止缺氧时有过量的乳酸形成。）2、6二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的激活剂，增加该酶与其底物的亲和力。,6-磷酸果糖激酶-1 ATP 柠檬酸 AMP 2，6-二磷酸果糖（）（）6-磷酸果糖激酶-1 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 ATP ADP,2、己糖激酶的调控 ADP及其产物6-P-葡萄糖变构抑制该酶活性。与磷酸果糖激酶的调节相一致。,胰岛素,诱导,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖激酶,ADP,6-磷酸葡萄糖,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,己糖激酶,(-),3、丙酮酸激酶的调控 ATP变构抑制该酶活性。丙氨酸变构抑制该酶活性。丙氨酸是丙酮酸接受一个氨基形成的，丙氨酸浓度增加意味着丙酮酸作为丙氨酸的前体过量。1、6二磷酸果糖对该酶有激活作用。,不活跃的磷酸化的丙酮酸激酶,活跃的去磷酸化的丙酮酸激酶,H2O,Pi,ATP,ADP,果糖-1,6-二磷酸,ATP,丙氨酸,激活,抑制,抑制,减少,增加,葡萄糖浓度,