生物化學(xué)原理- 糖酵解

1、第十五章 糖酵解本章主線：糖酵解丙酮酸代謝命運(yùn)（乙醇發(fā)酵 乳酸發(fā)酵）糖酵解調(diào)控巴斯德效應(yīng)3種單糖代謝（果糖、半乳糖、甘露糖）一、糖酵解糖酵解概述：l 位置：細(xì)胞質(zhì)l 生物種類：動(dòng)物、植物以及微生物共有l(wèi) 作用：葡萄糖分解產(chǎn)生能量l 總反應(yīng)：葡萄糖2ADP2 NAD2Pi ® 2 丙酮酸2ATP2NADH2H2H2O具體過程：第一階段（投入ATP階段）：1分子葡萄糖轉(zhuǎn)換為2分子甘油醛-3-磷酸；投入2分子ATP。反應(yīng)式：葡萄糖+ ATP®葡萄糖-6-磷酸+ADP酶：己糖激酶（需Mg2+參與）是否可逆：否說明：l 保糖機(jī)制磷酸化的葡萄糖被限制在細(xì)胞內(nèi)，磷酸化的糖帶有負(fù)電荷的磷酰

2、基，可防止糖分子再次通過質(zhì)膜。（應(yīng)用：解釋輸液時(shí)不直接輸葡萄糖-6-磷酸的原因）l 己糖激酶以六碳糖為底物，專一性不強(qiáng)。l 同功酶葡萄糖激酶，是誘導(dǎo)酶。葡萄糖濃度高時(shí)才起作用。反應(yīng)式：葡萄糖-6-磷酸®果糖-6-磷酸酶：葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶是否可逆：是說明：l 是一個(gè)醛糖酮糖轉(zhuǎn)換的同分異構(gòu)化反應(yīng)（開鏈異構(gòu)環(huán)化）l 葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶表現(xiàn)出絕對(duì)的立體專一性l 產(chǎn)物為-D-呋喃果糖-6-磷酸反應(yīng)式：果糖-6-磷酸+ATP®果糖-1，6-二磷酸+ADP酶：磷酸果糖激酶-I是否可逆：否說明：l 磷酸果糖激酶-I的底物是-D-果糖-6-磷酸 與其異頭物在水溶液中處于非酶催化的快

3、速平衡中。l 是大多數(shù)細(xì)胞糖酵解中的主要調(diào)節(jié)步驟。反應(yīng)式：果糖-1，6-二磷酸®磷酸二羥丙酮+甘油醛-3-磷酸酶：醛縮酶是否可逆：是說明：l 平衡有利于逆反應(yīng)方向，但在生理?xiàng)l件下，甘油醛-3-磷酸不斷地轉(zhuǎn)化成丙酮酸，大大地降低了甘油醛-3-磷酸的濃度，從而驅(qū)動(dòng)反應(yīng)向裂解方向進(jìn)行。l 注意斷鍵位置：C3-C4 反應(yīng)式：磷酸二羥丙酮®甘油醛-3-磷酸酶：丙糖磷酸異構(gòu)酶是否可逆：是說明：l 葡萄糖分子中的C-4和C-3 ® 甘油醛-3-磷酸的C-1；葡萄糖分子中的C-5和C-2 ® 甘油醛-3-磷酸的C-2；葡萄糖分子中的C-6和C-1 ® 甘油醛-

4、3-磷酸的C-3。l 缺少丙糖磷酸異構(gòu)酶，將只有一半丙糖磷酸酵解，磷酸二羥丙酮堆積。第二階段（產(chǎn)出ATP階段）：此階段各物質(zhì)的量均加倍2分子甘油醛-3-磷酸轉(zhuǎn)換為2分子丙酮酸；產(chǎn)出4分子ATP反應(yīng)式：甘油醛-3-磷酸+NAD+Pi®1，3-二磷酸甘油酸+NADH+H+酶：甘油醛-3-磷酸脫氫酶是否可逆：是說明：l 酵解中唯一一步氧化反應(yīng)。是一步吸能反應(yīng)，與第7步反應(yīng)耦聯(lián)有利于反應(yīng)進(jìn)行。l NAD+是甘油醛-3-磷酸脫氫酶的輔酶l 1,3-二磷酸甘油酸中形成一個(gè)高能酸酐鍵。l 無機(jī)砷酸（AsO43-）可取代無機(jī)磷酸作為甘油酸- 3-磷酸脫氫酶的底物，生成一個(gè)不穩(wěn)定的1-砷酸-3-磷酸甘

5、油酸，自動(dòng)水解生成3-磷酸甘油酸和無機(jī)砷酸。1，3-二磷酸甘油酸產(chǎn)ATP的反應(yīng)被破壞，所以砷酸參與的反應(yīng)是潛在的致死反應(yīng)。反應(yīng)式：1，3-二磷酸甘油酸+ADP®3-磷酸甘油酸+ATP酶：磷酸甘油酸激酶是否可逆：是說明：l 底物水平磷酸化作用：將磷酰基從一個(gè)高能化合物轉(zhuǎn)移給ADP形成ATP的過程。底物水平磷酸化不需要氧。l 紅細(xì)胞中糖酵解的一個(gè)重要功能：1,3-二磷酸甘油酸除了轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸外，還可在二磷酸甘油酸變位酶催化下轉(zhuǎn)換為2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG）。2,3-BPG是血紅蛋白氧合作用的別構(gòu)抑制劑。2,3-BPG又可在2,3-BPG磷酸酶的催化下水解生成3-磷酸甘

6、油酸，重新進(jìn)入糖酵解途徑，轉(zhuǎn)化為丙酮酸。（與血紅蛋白氧飽和曲線聯(lián)系）反應(yīng)式：3-磷酸甘油酸®2-磷酸甘油酸酶：磷酸甘油酸變位酶是否可逆：是說明：變位酶催化分子內(nèi)的一個(gè)功能基團(tuán)從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置的反應(yīng)。反應(yīng)式：2-磷酸甘油酸®磷酸烯醇式丙酮酸+H2O酶：烯醇化酶（需要Mg2+）是否可逆：是說明：l 脫水使2-磷酸甘油酸分子內(nèi)能量重新排布，導(dǎo)致磷酸基團(tuán)的標(biāo)準(zhǔn)自由能增加反應(yīng)式：磷酸烯醇式丙酮酸+ADP®丙酮酸+ATP酶：丙酮酸激酶（需要Mg2+）是否可逆：否說明：l 糖酵解中第二個(gè)底物水平磷酸化反應(yīng)l 丙酮酸是糖酵解中第一個(gè)不再被磷酸化的化合物總結(jié)：第1，3，1

7、0步反應(yīng)不可逆第7，10步反應(yīng)為底物水平磷酸化反應(yīng)第6步反應(yīng)是唯一一步氧化反應(yīng)凈生成二分子ATP，還使得二分子的NAD還原為NADH二、丙酮酸代謝命運(yùn)作用：NADH必須重新氧化為NAD，以保證糖酵解的產(chǎn)能反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。乙醇發(fā)酵條件：無氧場(chǎng)所：酵母細(xì)胞反應(yīng)過程：1. 丙酮酸®乙醛+CO2 （丙酮酸脫羧酶） 2乙醛+NADH+H+®乙醇+NAD+ （醇脫氫酶）總反應(yīng)：葡萄糖2Pi2ADP2H2乙醇2CO22ATP2H2O說明：在釀酒，制造面包時(shí)的應(yīng)用產(chǎn)生CO2乳酸發(fā)酵（Cori循環(huán)）條件：無氧場(chǎng)所：絕大多數(shù)生物（缺少丙酮酸脫羧酶）反應(yīng)過程：丙酮酸+NADH+H+乳酸+NAD+

8、(乳酸脫氫酶)總反應(yīng)：葡萄糖2Pi2ADP2H®2乳酸2ATP2H2O說明：與激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)能，肌肉酸痛及消除聯(lián)系。Cori循環(huán)：涉及肌肉、肝臟和血液。肌肉組織中的葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸，堆積的乳酸擴(kuò)散到血液中，轉(zhuǎn)運(yùn)到肝臟，氧化為丙酮酸經(jīng)糖異生生成葡萄糖，經(jīng)血液轉(zhuǎn)運(yùn)會(huì)肌肉組織。三、糖酵解的調(diào)控3個(gè)主要調(diào)控部位，分別是己糖激梅、磷酸果糖激酶-I、丙酮酸激酶催化的反應(yīng)。己糖激酶 己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶以外，都受到葡萄糖-6-磷酸的抑制。 葡萄糖-6-磷酸有幾種命運(yùn)，其中之一是進(jìn)行糖酵解產(chǎn)生能量，當(dāng)能量過剩時(shí)，葡萄糖-6-磷酸可作為糖原合成的前體。 當(dāng)葡萄糖-6-磷酸積累和不再需要生產(chǎn)能量或

9、進(jìn)行糖原貯存時(shí)，即葡萄糖-6-磷酸不能快速代謝時(shí)，葡萄糖-6-磷酸抑制己糖激酶。 磷酸果糖激酶-1（PFK-1） 是個(gè)別構(gòu)調(diào)節(jié)酶，哺乳動(dòng)物酶的相對(duì)分子量很大。 抑制劑：ATP和檸檬酸ATP既是PFK-1的底物，又是該酶的別構(gòu)抑制劑，可使酶對(duì)底物果糖-6-磷酸的親和性降低。 檸檬酸水平的升高，表明有充足底物進(jìn)入了檸檬酸循環(huán)。它對(duì)PFK-1的調(diào)節(jié)是一種反饋抑制，調(diào)節(jié)丙酮酸向檸檬酸循環(huán)的供給。 激活劑：AMP、果糖-2,6-二磷酸 果糖-2,6-二磷酸是在磷酸果糖激酶-2（PFK-2）催化下由果糖-6-磷酸磷酸化生成。哺乳動(dòng)物中同一個(gè)PFK-2經(jīng)被cAMP活化的蛋白激酶（cAMP-PK）磷酸化后變成

10、果糖-2,6-二磷酸酶（FBPsae-2）可催化果糖-2,6-二磷酸的脫磷酸化反應(yīng)，重新生成果糖-6-磷酸。PFK-2的活性受到胰高血糖素激素的調(diào)控丙酮酸激酶 在哺乳動(dòng)物組織中存在著四種丙酮酸激酶同功酶，這些同功酶受到果糖-1,6-二磷酸激活和ATP的抑制。 由于果糖-1,6-二磷酸既是丙酮酸激酶的別構(gòu)激活劑，又是PFK-1催化反應(yīng)的產(chǎn)物，所以PFK-1的激活自然會(huì)引起丙酮酸激酶的激活，這種類型的調(diào)控方式稱為前饋激活。 四、巴斯德效應(yīng) 定義：氧存在下糖酵解速度降低的現(xiàn)象。因?yàn)樵谟醒鯒l件下只需消耗少量的葡萄糖就可產(chǎn)生所需要的ATP量。五、三種單糖代謝果糖甘油醛-3-磷酸 在肌肉中，果糖在有ATP

11、存在下經(jīng)己糖激酶催化生成果糖-6-磷酸，進(jìn)入糖酵解途徑。 在肝臟中，果糖激酶催化果糖磷酸化生成果糖-1-磷酸，反應(yīng)需要ATP。果糖-1-磷酸醛縮酶催化果糖-1-磷酸裂解生成甘油醛和磷酸二羥丙酮，后者經(jīng)丙糖磷酸異構(gòu)酶催化轉(zhuǎn)為甘油醛-3-磷酸。 甘油醛則是在丙糖激酶的作用下，消耗一分子ATP后生成甘油醛-3-磷酸。果糖不耐受：一種遺傳病，吃果糖造成果糖-1-磷酸堆積。缺乏果糖-1-磷酸醛縮酶，常表現(xiàn)為自我限制，果糖不耐受的人很快發(fā)展為對(duì)任何甜食的厭惡感。半乳糖葡萄糖-1-磷酸 乳糖酶催化乳糖水解為葡萄糖和半乳糖，半乳糖在有ATP存在下經(jīng)半乳糖激酶催化下生成半乳糖-1-磷酸。半乳糖-1-磷酸經(jīng)半乳糖

12、-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶催化與UDP-葡萄糖交換生成葡萄糖-1-磷酸和UDP-半乳糖。葡萄糖-1-磷酸經(jīng)磷酸葡萄糖變位酶催化生成葡萄糖-6-磷酸，進(jìn)入糖酵解途徑。DP-半乳糖經(jīng)UDP-葡萄糖-4´差向異構(gòu)酶催化重新生成UDP-葡萄糖。 喂食奶制品的嬰幼兒依賴于半乳糖代謝途徑。 患有半乳糖血癥（不能正常代謝半乳糖）的嬰幼兒都是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶。缺少這種酶會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)半乳糖-1-磷酸的堆積，有可能損害肝的功能，這可通過使皮膚發(fā)黃的黃疸的出現(xiàn)來確認(rèn)。 另外還可能損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)。在嬰兒出生時(shí)，通過檢測(cè)臍帶紅細(xì)胞中的半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶可以確定是否患有半乳糖血癥。如果在飲食中去掉乳糖可以避免這種遺傳病帶來的嚴(yán)重后果。甘露糖果糖-6-磷酸 甘露糖在己糖激酶催化下，轉(zhuǎn)化為甘露糖-6-磷酸，然后在甘露糖異構(gòu)酶催化下轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸。課堂提問：1. 分解代謝產(chǎn)生的大量能量主要以什么形式保存的？ATP NADH2. 糖酵解途徑發(fā)生在細(xì)胞的什么部位？細(xì)胞質(zhì)3. 細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖磷酸化有什么意義？保糖機(jī)制4. 輸液時(shí)能否用葡萄糖-6-