生化糖代謝至酵解

1、會計學(xué)1生化糖代謝至酵解生化糖代謝至酵解第一節(jié)第一節(jié) 多糖和低聚糖的酶促降解多糖和低聚糖的酶促降解1、淀粉的酶促水解、淀粉的酶促水解(消化系統(tǒng)中降解）消化系統(tǒng)中降解）2、淀粉或糖原的磷酸解細胞內(nèi)降解、淀粉或糖原的磷酸解細胞內(nèi)降解3、纖維素的酶促水解、纖維素的酶促水解4、雙糖的酶促水解、雙糖的酶促水解 -淀粉酶：淀粉酶：水解水解淀粉分子內(nèi)部任意部位的淀粉分子內(nèi)部任意部位的-1,4-1,4糖苷鍵糖苷鍵( (內(nèi)切酶內(nèi)切酶) )。 -淀粉酶淀粉酶: :從非還原端開始水解從非還原端開始水解-,4,4糖苷鍵，依次糖苷鍵，依次水解下一個水解下一個-麥芽糖單位麥芽糖單位( (外切酶外切酶) )。 脫支酶（脫支

2、酶（ - 1,6 -糖苷鍵酶糖苷鍵酶）: :水解支鏈淀粉（或糖原）中的水解支鏈淀粉（或糖原）中的1,6 -1,6 -糖苷鍵，如植物中的糖苷鍵，如植物中的R酶。酶。淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶1、淀粉的酶促水解淀粉的酶促水解分支糖原或支分支糖原或支鏈淀粉鏈淀粉- 1,6 - 1,6 -糖苷鍵酶的酶切位點糖苷鍵酶的酶切位點2、淀粉或糖原的磷酸解細胞內(nèi)降解、淀粉或糖原的磷酸解細胞內(nèi)降解 糖原的結(jié)構(gòu)及其連接方式糖原的結(jié)構(gòu)及其連接方式 -1,6糖苷鍵糖苷鍵 -1,4-糖苷鍵糖苷鍵 淀粉或淀粉或糖原的磷酸解糖原的磷酸解 磷酸化酶（催化磷酸化酶（催化1,4-糖苷鍵斷裂）糖苷鍵斷裂） 三種酶協(xié)同作用：三種酶協(xié)同作

3、用： 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶(催化寡聚葡萄糖片段轉(zhuǎn)移催化寡聚葡萄糖片段轉(zhuǎn)移) 脫支酶（催化脫支酶（催化1,6-糖苷鍵斷裂）糖苷鍵斷裂）非還原端非還原端還原端還原端磷酸化酶磷酸化酶（釋放（釋放8個個G-1-P）轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶脫支酶脫支酶（釋放（釋放1個葡萄糖）個葡萄糖） -1,6糖苷鍵糖苷鍵3、纖維素的酶促水解纖維素的酶促水解纖維二糖纖維二糖（ -型）型）纖維素纖維素纖維素酶纖維素酶纖維二糖纖維二糖酶酶葡萄糖葡萄糖蔗糖蔗糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+果糖果糖蔗糖酶蔗糖酶麥芽糖麥芽糖+H2O 2 葡萄葡萄糖糖麥芽糖酶麥芽糖酶乳糖乳糖 +H2O 葡萄糖葡萄糖+半乳半乳糖糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶4、雙糖的酶促降解、雙

4、糖的酶促降解生物體內(nèi)葡萄糖（糖原）的分解主要有兩條生物體內(nèi)葡萄糖（糖原）的分解主要有兩條途徑：途徑： 1、酵解、酵解（有氧或無氧）（有氧或無氧） ： 葡萄糖（葡萄糖（G）丙酮酸（丙酮酸（Pyr） 三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生三羧酸循環(huán)，產(chǎn)生CO2 + H2O 2、 磷酸戊糖途徑：磷酸戊糖途徑： G CO2 + H2O第二節(jié)第二節(jié) 糖的分解代謝糖的分解代謝此外，丙酮酸還可經(jīng)乳酸發(fā)酵、生醇發(fā)酵此外，丙酮酸還可經(jīng)乳酸發(fā)酵、生醇發(fā)酵及乙醛酸循環(huán)降解成相應(yīng)的產(chǎn)物。及乙醛酸循環(huán)降解成相應(yīng)的產(chǎn)物。一、糖酵解（一、糖酵解（glycolysis）（一）糖酵解的概念（一）糖酵解的概念 葡萄糖經(jīng)酶促作用降解成丙酮酸，并伴隨生葡

5、萄糖經(jīng)酶促作用降解成丙酮酸，并伴隨生成成ATP的過程稱為糖酵解，的過程稱為糖酵解，也稱作也稱作Embden-Meyethof-Parnas途徑，簡稱途徑。途徑，簡稱途徑。 此過此過程在細胞程在細胞胞液胞液中進行，中進行，是動物、植物和微生物細是動物、植物和微生物細胞中葡萄糖分解的共同代謝途徑胞中葡萄糖分解的共同代謝途徑。（二）酵解與發(fā)酵（二）酵解與發(fā)酵 發(fā)酵作用（發(fā)酵作用（fermentation）是酵母菌及其他）是酵母菌及其他厭氧微生物體內(nèi)所進行的糖代謝過程。厭氧微生物體內(nèi)所進行的糖代謝過程。有乳酸發(fā)有乳酸發(fā)酵、生醇發(fā)酵之分。酵、生醇發(fā)酵之分。 酵解與發(fā)酵均酵解與發(fā)酵均不需氧不需氧的參加，故

6、統(tǒng)稱為糖的的參加，故統(tǒng)稱為糖的無氧分解；只是二者的最終產(chǎn)物不同。無氧分解；只是二者的最終產(chǎn)物不同。 從葡萄糖或糖原開始至生成丙酮酸，分從葡萄糖或糖原開始至生成丙酮酸，分別包括別包括10或或11步連續(xù)的酶促步驟，可劃分為步連續(xù)的酶促步驟，可劃分為3個階段個階段: 1. 己糖磷酸酯的生成己糖磷酸酯的生成; 2. 丙糖磷酸的生成；丙糖磷酸的生成； 3. 丙酮酸和丙酮酸和ATP的生成的生成 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸果糖磷酸果糖1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3

7、-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸2 丙酮酸丙酮酸第第一一階階段段第第二二階階段段第第三三階階段段葡萄糖葡萄糖己糖磷酸酯的生成己糖磷酸酯的生成丙糖磷酸的生成丙糖磷酸的生成丙酮酸與丙酮酸與ATP的合成的合成ATP ADPATPADP葡萄糖激酶葡萄糖激酶果糖磷果糖磷酸激酶酸激酶異構(gòu)酶異構(gòu)酶HO-CHHO-CH2 2O OO OOHOH H HHOHOOHOHH HH HOHOHP P -O-CH-O-CH2 2O OO OOHOHH HHOHOOHOHH H H HOHOHATPATP ADPADPMgMg2+2+P P（1 1）（注：（注：ATPA

8、TP的磷酸基團轉(zhuǎn)移各接受體的反應(yīng)都由激酶催化，并需的磷酸基團轉(zhuǎn)移各接受體的反應(yīng)都由激酶催化，并需MgMg+ +）第一步第一步 ：葡萄糖磷酸化：葡萄糖磷酸化己糖激酶和葡萄糖激酶己糖激酶和葡萄糖激酶第一個關(guān)鍵酶第一個關(guān)鍵酶己糖激酶己糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶部位部位km底底 物物抑制劑抑制劑作用作用普遍存普遍存在在肝或胰細肝或胰細胞胞0.1 mmol510mmolD-葡萄糖葡萄糖 D-果糖果糖D-甘露糖甘露糖D-葡萄糖葡萄糖G-6-P ADP EMP途途徑徑肝臟糖原合成肝臟糖原合成維持血糖水平維持血糖水平（別構(gòu)酶）（別構(gòu)酶）不可逆反應(yīng)，第一個關(guān)鍵反應(yīng)，消耗不可逆反應(yīng)，第一個關(guān)鍵反應(yīng)，消耗1分子分子

9、ATPP P -O-CH -O-CH2 2O OO OOHOH HOHOOHOHH H H HOHOH OCH2OHOCH2POHOHATP ADPATP ADP （3 3）MgMg2+ 2+ OCH2OHOCH2POHOHOCH2OHOCH2POHOHP特點特點：糖原糖原磷酸化酶磷酸化酶+H3PO4葡糖葡糖-1-磷酸磷酸葡糖磷酸變位酶葡糖磷酸變位酶葡糖葡糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸葡糖磷酸變位酶催化葡糖磷酸變位酶催化的變位機制的變位機制酶酶-+葡糖葡糖-1-磷酸磷酸P酶酶+葡糖葡糖-1,6-二磷酸二磷酸酶酶-+葡糖葡糖-6-磷酸磷酸P CHCH2 2O-O- C=O C=OHO-C

10、-HHO-C-H H-C-OH H-C-OH H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O- O- P P CHCH2 2-O- -O- P P C O C O CH CH2 2OHOH H-C=O H-C=O H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P醛縮酶醛縮酶丙糖丙糖磷酸磷酸異構(gòu)酶異構(gòu)酶（4 4）（5 5） P P二羥丙二羥丙酮磷酸酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 G0 =+5.73 kcal/mol 丙糖磷酸丙糖磷酸異構(gòu)酶異構(gòu)酶NAD+ NADH+H+ PiADP ATPH2OMg或或MnATP ADP 丙酮酸丙酮酸PEP丙酮酸激酶丙酮酸激酶脫氫酶脫氫酶激酶激酶變變

11、位位酶酶烯醇化酶烯醇化酶3. 丙酮酸和丙酮酸和ATP的生成的生成 CHO CHO H-C-OH H-C-OH CH CH2 2O-O- P P O O C-O C-O P P CHOH CHOH CH CH2 2O-O- P PNADNADNADH+HNADH+H+ +PiPi（6 6）甘油酸甘油酸-1,3-二磷酸的生成（氧化作用）二磷酸的生成（氧化作用）高能磷酸鍵高能磷酸鍵甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-1,3-二磷酸二磷酸 G G0 0=+6.276kJ/mol(+1.5kcal/mol)=+6.276kJ/mol(+1.5kcal/mol)甘油醛甘油醛-3-磷酸脫氫酶：磷酸脫氫酶

12、： 分子量分子量140000，四個亞基，各緊密結(jié)合，四個亞基，各緊密結(jié)合1分子分子NAD+ ?；钚灾行暮?。活性中心含有Cys-SH, 碘乙酸碘乙酸可強可強烈抑制此酶活性；烈抑制此酶活性；砷酸鹽砷酸鹽可以與磷酸競爭與酶結(jié)可以與磷酸競爭與酶結(jié)合，生成不穩(wěn)定的合，生成不穩(wěn)定的1-砷砷-3-磷酸甘油酸，破壞甘磷酸甘油酸，破壞甘油酸油酸-1,3-二磷酸的形成。二磷酸的形成。 E-SH + ICH2COO-E-S-CH2COO-+ HI甘油醛甘油醛-3-磷酸脫氫酶作用機理如下圖：磷酸脫氫酶作用機理如下圖：甘油醛甘油醛-3-磷酸脫氫酶作用機理磷酸脫氫酶作用機理 O O C-O C-O P P CHOH C

13、HOH CH CH2 2O-O- P P高能磷酸鍵高能磷酸鍵（7 7） G G0 0=-18.8kJ/mol=-18.8kJ/molADP ADP ATPATP COOCOO- - CHOH CHOH CH CH2 2O-O- P P 甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-3-磷酸和磷酸和甘油酸甘油酸-1,3-二磷酸二磷酸底物水平磷酸化底物水平磷酸化COOCOO- -CHOHCHOHCHCH2 2O-O- P PCOOCOO- -CHO- CHO- P PCHCH2 2OHOH（8 8）第八步：第八步：甘油酸甘油酸-2-磷酸磷酸的生成的生成甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-2-磷酸磷酸

14、變位酶變位酶（mutase）:催化分子內(nèi)化學(xué)基團移位的酶+形成中間產(chǎn)物2, 3-二磷酸甘油酸(BPG), 除了在該催化反應(yīng)中起作用,還在紅細胞對氧的轉(zhuǎn)運中調(diào)節(jié)作用。能降低血紅蛋白對氧的親和力,促進氧的釋放。在His位點磷酸化COOCOO- -CHO- CHO- P PCHCH2 2OHOH甘油酸甘油酸-2-磷酸磷酸COOCOO- -C-OC-O P P CHCH2 2H H2 2O O（9 9）Mg2+高能磷酸鍵高能磷酸鍵烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸-2-磷酸磷酸第九步：烯醇式丙酮酸磷酸（第九步：烯醇式丙酮酸磷酸（PEP）的生）的生成成COOCOO- -C-OC-O P P CHCH2 2高能磷酸

15、鍵高能磷酸鍵烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸-2-磷酸（磷酸（PEP）COOCOO- -C=OC=OCHCH3 3ADPADP ATPATP（1010） G G0 0=-31.4kJ/mol=-31.4kJ/mol第十步：丙酮酸和第二個第十步：丙酮酸和第二個ATP的生成的生成底物水平磷酸化底物水平磷酸化丙酮酸激酶丙酮酸激酶第三個關(guān)鍵酶第三個關(guān)鍵酶 + 1ATP 第三處不可逆反應(yīng)第三處不可逆反應(yīng)催化活性需要催化活性需要MgMg2+2+和和 MnMn2+2+，調(diào)節(jié)酶。受，調(diào)節(jié)酶。受ATPATP、長鏈脂肪、長鏈脂肪酸、乙酰酸、乙酰-CoA-CoA、丙氨酸抑制；受、丙氨酸抑制；受F-1,6-2PF-1,6-2

16、P、 PEPPEP激活激活丙酮酸激酶丙酮酸激酶自動自動烯醇式結(jié)構(gòu)烯醇式結(jié)構(gòu)酮式結(jié)構(gòu)酮式結(jié)構(gòu)丙酮酸丙酮酸別構(gòu)酶別構(gòu)酶 C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2C3H4O3 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2OEMP中間產(chǎn)物磷酸化的意義：中間產(chǎn)物磷酸化的意義： 從葡萄糖到丙酮酸，所有中間產(chǎn)物都是磷酸從葡萄糖到丙酮酸，所有中間產(chǎn)物都是磷酸化的，磷酸基團的功能有三個方面：化的，磷酸基團的功能有三個方面： 在細胞內(nèi)接近中性環(huán)境時，在細胞內(nèi)接近中性環(huán)境時，各中間物質(zhì)為各中間物質(zhì)為帶負電的極性物質(zhì)，不會因擴散而漏出細胞膜，帶負電的極性物質(zhì)，不會因擴散而漏出細胞膜，使全部

17、反應(yīng)在胞液中進行。使全部反應(yīng)在胞液中進行。在形成在形成ES復(fù)合物時，對酶來說，底物上的磷復(fù)合物時，對酶來說，底物上的磷酸基團起到信號基團的作用有利于結(jié)合或識別酶酸基團起到信號基團的作用有利于結(jié)合或識別酶有利于保存和轉(zhuǎn)移能量。有利于保存和轉(zhuǎn)移能量。（四）糖酵解中的反應(yīng)類型：（四）糖酵解中的反應(yīng)類型：1. 磷酸轉(zhuǎn)移磷酸轉(zhuǎn)移G + ATP G-6-P + ADP2. 磷酸移位磷酸移位3-PG 2-PG3. 異構(gòu)化異構(gòu)化DHAP G-3-P4. 脫水脫水2-PG PEP5. 醇醛斷裂醇醛斷裂F-1,6-2P DHAP + G-3-P(五五)糖糖酵酵解解的的能能量量計計算算若糖原的一個葡萄糖單位分解生成

18、若糖原的一個葡萄糖單位分解生成2個丙酮酸，則產(chǎn)個丙酮酸，則產(chǎn)生生3個個ATP（六）糖酵解反應(yīng)速度的調(diào)控（六）糖酵解反應(yīng)速度的調(diào)控 -3個關(guān)鍵酶個關(guān)鍵酶 （1）果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶是最關(guān)鍵的限速酶是最關(guān)鍵的限速酶 （2）己糖激酶己糖激酶活性的調(diào)控活性的調(diào)控 （3）丙酮酸激丙酮酸激酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié) 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸是該酶的激活劑（前饋激活）是該酶的激活劑（前饋激活）丙氨酸丙氨酸是該酶的別構(gòu)抑制劑。酵解產(chǎn)物丙酮酸為是該酶的別構(gòu)抑制劑。酵解產(chǎn)物丙酮酸為丙氨酸的生成提供了碳骨架。丙氨酸抑制丙酮丙氨酸的生成提供了碳骨架。丙氨酸抑制丙酮酸激酶的活性，可避免丙酮酸的過剩（反饋抑酸激酶

19、的活性，可避免丙酮酸的過剩（反饋抑制）制）ATP、乙酰、乙酰CoA等也可抑制該酶活性，減弱酵解等也可抑制該酶活性，減弱酵解作用（反饋抑制）作用（反饋抑制） 是在不需要氧供應(yīng)的條件下，產(chǎn)生是在不需要氧供應(yīng)的條件下，產(chǎn)生ATPATP的一種的一種供能方式，其最主要的生理意義在于迅速提供能供能方式，其最主要的生理意義在于迅速提供能量；量；（為厭氧微生物和為厭氧微生物和缺氧下某些組織細胞正常缺氧下某些組織細胞正?；顒犹峁┠芰炕顒犹峁┠芰?，如機體缺氧、劇烈運動肌肉局部如機體缺氧、劇烈運動肌肉局部缺血等，能迅速獲得能量。缺血等，能迅速獲得能量。） 形成多種重要的中間產(chǎn)物，為氨基酸、脂類合形成多種重要的中間產(chǎn)

20、物，為氨基酸、脂類合成提供碳骨架。成提供碳骨架。（八）、丙酮酸的去路（八）、丙酮酸的去路 1、無氧條件下，、無氧條件下，生成乳酸生成乳酸 1）乳酸脫氫酶）乳酸脫氫酶 2）輔酶）輔酶 NADH+H+來自甘油醛來自甘油醛3-磷酸脫磷酸脫氫氫CHCH3 3C OC OCOOHCOOHCHCH3 3CHOHCHOHCOOHCOOH NADH+HNADH+H+ + NADNAD+ +（7 7）（1212）丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶醇脫氫酶醇脫氫酶3、有氧條件下，、有氧條件下，氧化成氧化成CO2和和H2O 丙酮酸丙酮酸線粒體線粒體乙酰乙酰CoASH三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)CO2和和H2O丙酮酸丙酮酸4、糖異生形

21、成葡萄糖、糖異生形成葡萄糖（九）其他己糖進入酵解的途徑（九）其他己糖進入酵解的途徑癌組織是瘋狂的葡萄糖代謝者Glucose uptake and glycolysis proceed about ten times faster in most solid tumors than in noncancerous tissues.Emil FischerNobel Prize in Chemistry in 1902Otto Meyerhof in 1922,Hans Krebs and Fritz Lipmann in 1953Hugo Theorell in 1955.Severo Ocho

22、a (1959),Andre Lwoff (1965)George Wald (1967).Otto WarburgThe German biochemistNobel Prize in Physiology or Medicine in 19311883-1970 -淀粉酶：淀粉酶：水解水解淀粉分子內(nèi)部任意部位的淀粉分子內(nèi)部任意部位的-1,4-1,4糖苷鍵糖苷鍵( (內(nèi)切酶內(nèi)切酶) )。 -淀粉酶淀粉酶: :從非還原端開始水解從非還原端開始水解-,4,4糖苷鍵，依次糖苷鍵，依次水解下一個水解下一個-麥芽糖單位麥芽糖單位( (外切酶外切酶) )。 脫支酶（脫支酶（ - 1,6 -糖苷鍵酶糖苷鍵酶）: :水解支鏈淀粉（或糖原）中的水解支鏈淀粉（或糖原）中的1,6 -1,6 -糖苷鍵，如植物中的糖苷鍵，如植物中的R酶。酶。淀粉酶淀粉酶淀粉酶淀粉酶1、淀粉的酶促水解淀粉的酶促水解蔗糖蔗糖+H2O 葡萄糖葡萄糖+果糖果糖蔗糖酶蔗糖酶麥芽糖麥芽糖+H2O 2 葡萄葡萄糖糖麥芽糖酶麥芽糖酶乳糖乳糖 +H2O 葡萄糖葡萄糖+半乳半乳糖糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶4、雙糖的酶促降解、雙糖的酶促降解P P -O-CH -O-CH2 2O OO OOH