生物化学课件：糖的无氧氧化

1、第二节 糖酵解2021-10-2622021-10-263无氧酵解途径（无氧酵解途径（EMP）有氧氧化途径（有氧氧化途径（TAC）磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径(PPP/HMS)单糖的异生单糖的异生多糖的异生多糖的异生分解分解代谢代谢合成合成代谢代谢2021-10-264糖原的细胞内酶促磷酸解糖原的细胞内酶促磷酸解 糖原的结构及其连接方式糖原的结构及其连接方式 磷酸化酶磷酸化酶a（催化（催化1.4-糖苷键糖苷键磷酸解磷酸解断裂断裂） 三种酶协同作用：三种酶协同作用： 转移酶转移酶（催化寡聚葡萄糖片段转移）（催化寡聚葡萄糖片段转移） 脱支酶脱支酶（催化（催化1.6-糖苷键糖苷键水解水解断裂断裂） -1

2、，4-糖苷键糖苷键 -1，6糖苷键糖苷键非还原性末端非还原性末端2021-10-265糖糖原原磷磷酸酸解解的的步步骤骤非还原端非还原端糖原核心糖原核心磷酸化酶磷酸化酶a转移酶转移酶脱枝酶（释放脱枝酶（释放1个葡萄糖个葡萄糖） G -1-P90%G10% G -6-PG2021-10-266葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖的主要代谢途径葡萄糖葡萄糖磷酸戊糖磷酸戊糖途径途径乙酰乙酰 CoA（有氧）（有氧）三羧酸三羧酸循环循环丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙醇乙醇6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖酵解糖酵解（无氧）（无氧）(无氧）无氧）糖异生糖异生2021-10-2672021-10-268第二节糖的分解代谢2021-10

3、-269（一）概念 （二）过程（三） 能量计算（四）生理意义（五）丙酮酸的去路（六）无氧酵解的调节（七）其他已糖进入EMP途径一、无氧酵解途径（一、无氧酵解途径（EMP）2021-10-2610（一）糖酵解概念：（一）糖酵解概念：体内组织在无氧或缺氧情况下，葡萄糖或糖原体内组织在无氧或缺氧情况下，葡萄糖或糖原在胞浆中分解产生在胞浆中分解产生乳酸乳酸和少量和少量ATP的过程，也的过程，也称糖酵解途径称糖酵解途径Embden-Meyethof-Parnas(EMP)途径。途径。1、化学历程和催化酶类化学历程和催化酶类2、 化学计量和生物学意义化学计量和生物学意义3、 糖酵解的调控糖酵解的调控202

4、1-10-2611准备准备(耗耗能）阶段能）阶段放能放能阶段阶段（二）（二）过程过程2021-10-2612（1 1）葡萄糖磷酸化生成）葡萄糖磷酸化生成6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖ATPglucose(G)HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOHglucose-6-phosphate (G-6-P）HCCCCCCH2OHOHOHOHHHOHHOH 已糖激酶已糖激酶Mg2+ADP1.1.耗能阶段耗能阶段O-POOHOH2021-10-2613Mg2+2021-10-2614葡萄糖磷酸化生成葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖的意义：磷酸葡萄糖的意义：1.1.葡萄糖磷酸化后葡萄糖磷酸化后, ,便

5、于保存能量容易参便于保存能量容易参与后续的反应与后续的反应2.2.磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透过磷酸化后的葡萄糖带负电荷，不能透过 细胞质膜，因此是细胞的一种保糖机制细胞质膜，因此是细胞的一种保糖机制3.3.磷酸基团具有信号集团的作用，便于与磷酸基团具有信号集团的作用，便于与酶结合而被催化。酶结合而被催化。2021-10-2615（2 2）6-6-磷酸葡萄糖异构化转变为磷酸葡萄糖异构化转变为6-6-磷酸果糖磷酸果糖fructose-6-phosphate(F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOH 磷酸已糖异构酶磷酸已糖异构酶glucose-6phosphate

6、(G-6-P）HCCCCCCH2OOHOHOHHHOHHOHPOOHOHO-POOHOHO-POOHOH2021-10-2616（3 3） 6- 6-磷酸果糖再磷酸化生成磷酸果糖再磷酸化生成1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖(fructose-1,6-diphosphate)O-CH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHATPO-POOHOH 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶Mg2+ (F-6-P）OHCH2CCCCCH2OOOHHHOHHOHPOOHOHADPO-POOHOHO-POOHOH2021-10-2617（4 4）磷酸丙糖的生成）磷酸丙糖的生成3

7、-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮OHCH2COCH2OPOOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOHfructose-1,6-diphosphate(F-1,6-2P）CCCCCH2OOOHHHOHHOHCH2OPOOHOHPOOHOH 醛缩酶醛缩酶2021-10-2618（5 5）磷酸丙糖的）磷酸丙糖的互变互变磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetone phosphate)OHCH2COCH2OPOOHOHOHHOCCHCH2OPOOHOH3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate)磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶1,6-二磷酸果

8、糖二磷酸果糖 2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛2021-10-2619（6 6）3-3-磷酸甘油醛氧化为磷酸甘油醛氧化为1,3-1,3-二磷二磷酸甘油酸酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate)OHHOCCHCH2OPOOHOHOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸1,3-diphospho- -glycerae (1,3-DPG)NADH3PO4NADH+H+2.2.能量释放阶段能量释放阶段O-POOHOHO-POOHOHO-POOHOH2021-10-2620（7 7）1,3-1,3

9、-二磷二磷酸甘油酸酸甘油酸转变转变为为3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶HOHOOCCHCH2OPOOHOH 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate)ADPATPOHO-OCCHCH2OPOOHOH1,3-二磷酸甘油二磷酸甘油酸酸(1,3-diphosphoglycerate)(1,3-DPG)O-POOHOHO-POOHOHO-POOHOH2021-10-2621 底物水平磷酸化：底物水平磷酸化： 在底物分子发生在底物分子发生脱氢脱氢或或脱水脱水时，能量重新时，能量重新分配时形成某种高能状态或高能中间产物，分配时形成某种高能状态或高能中间产物

10、，再通过酶的作用将能量传递给再通过酶的作用将能量传递给ADP生成生成ATP的过程的过程2021-10-2622（8 8）3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变转变为为2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸3-磷酸甘油磷酸甘油(3-phosphoglycerate)HO HOOCCHCH2OPOOHO H磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)OHHO-OOCCHCH2O-POOHOH2021-10-2623（9 9） 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸转变转变为为磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)

11、 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate)O-HOOCCCH2P+OOHOHHO HHOOOCCCH2POO HO H烯醇化酶烯醇化酶Mg2+或或Mn2+H2O2021-10-2624（1010）磷）磷酸酸烯醇式丙酮酸转变烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸为丙酮酸ADPATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate)O-HOOCCCH2P+OOHOHMg2+或或Mn2+丙酮酸丙酮酸(pyruvate)CH3OCCOOH2021-10-26252021-10-2626 无氧酵解的全部反应过程在无氧酵解的全部反应过程在胞液

12、胞液(cytoplasm)中进行，共中进行，共11步步， 无氧酵解代谢的终产物是无氧酵解代谢的终产物是乳酸（乳酸（lactate），一分子葡萄糖经无氧酵解可一分子葡萄糖经无氧酵解可净净生成生成2分子分子ATP。二、糖酵解的反应过程二、糖酵解的反应过程2021-10-2627 无氧酵解的反应过程可分为无氧酵解的反应过程可分为活化活化、裂解裂解、放能放能和和还原还原四个阶段。四个阶段。 其中，活化、裂解、放能三个阶段又可合其中，活化、裂解、放能三个阶段又可合称为称为糖酵解途径（糖酵解途径（glycolytic pathway)。2021-10-2628EMP的化学历程 糖原（或淀粉）糖原（或淀粉）

13、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-磷酸磷酸甘油甘油醛醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2 3-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阶阶段段第第二二阶阶段段第第三三阶阶段段葡萄糖葡萄糖葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化(活化）活化）磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解丙酮酸和丙酮酸和ATP的生的生成成（放能）（放能）2021-10-26291. 1. 活化活化(activation)(activation)己糖磷酸酯的生成：己糖磷酸酯的生成： 活化阶

14、段是指活化阶段是指葡萄糖葡萄糖经磷酸化和异构反应经磷酸化和异构反应生成生成1,6-双磷酸果糖（双磷酸果糖（F-1,6-BP，FDP）的反应过程。的反应过程。 活化阶段由活化阶段由3步步化学反应组成。化学反应组成。2021-10-2630 葡萄糖葡萄糖(glucose)磷酸化磷酸化生成生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate, G-6-P)； G-6-P异构异构为为6-磷酸果糖（磷酸果糖（fructose-6-phosphate, F-6-P）；）； F-6-P再磷酸化再磷酸化为为 1,6-双磷酸果糖双磷酸果糖（fructose-1,6-bisphosphate, F

15、-1,6-BP）。）。2021-10-2631无氧酵解的活化阶段无氧酵解的活化阶段glucose O CH2HO H HOOHH OH H OH H H(1)己糖激酶己糖激酶/葡萄糖激酶葡萄糖激酶ATPADP*P P O CH2OH HOOHH OH H OH H Hglucose-6-phosphate 磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶(2)fructose-6-phosphate 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1ATPADP*(3)fructose-1,6-bisphosphate 2021-10-26322.2.裂解（裂解（lysis)lysis)磷酸丙糖的生成磷酸丙糖的生成： 一分子一分子F-

16、1,6-BP裂解裂解为为两分子两分子可以互变的磷酸可以互变的磷酸丙糖（丙糖（triose phosphate)，包括两步反应：，包括两步反应： F-1,6-BP 裂解裂解为为3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3-phosphate)和磷酸二羟丙酮和磷酸二羟丙酮(dihydroxy-acetone phosphate)； 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮异构异构为为3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。2021-10-2633fructose-1,6-bisphosphate 无氧酵解的裂解阶段无氧酵解的裂解阶段磷酸丙糖磷酸丙糖异构酶异构酶(5)醛缩酶醛缩酶(4)CH2OHCOCH2POCH

17、2P POCHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POdihydroxyacetone phosphate glyceraldehyde-3-phosphate 2021-10-26343.3.放能放能(releasing energy)(releasing energy)丙酮酸的生成：丙酮酸的生成： 3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应。反应生成丙酮酸，包括五步反应。 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢脱氢并并磷酸化磷酸化生成生成1,3-二磷酸甘二磷酸甘油酸（油酸（glycerate-1,3-diphosphate)；

18、1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸脱磷酸脱磷酸，将其交给，将其交给ADP生成生成ATP ；2021-10-2635 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸异构异构为为2-磷酸甘油酸；磷酸甘油酸； 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸(glycerate-2-phosphate)脱脱水水生成磷酸烯醇式丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate, PEP)； 磷酸烯醇式丙酮酸（磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）将高能磷酸）将高能磷酸基交给基交给ADP生成生成ATP。2021-10-2636CHOCHOHCHOHOHCH2POCH2P POglyceraldehyde-3-phosphate (6)3-磷酸甘油

19、醛磷酸甘油醛脱氢酶脱氢酶NAD+PiNADH+H+O=CCOHCH2POP POP POglycerate-1,3-diphosphate (7)ATPADP磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶激酶COOHCOHCH2POP POglycerate-3-phosphate (8)磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶COOHCCH2POP POOHOHglycerate-2-phosphate 无氧酵解的放能阶段无氧酵解的放能阶段2021-10-2637COOHCCH2POP POOHOHglycerate-2-phosphate 烯醇化酶烯醇化酶H2OCOOHCCH2P POphosphoenolpyruva

20、te 丙酮酸激酶丙酮酸激酶*ATPADPCOOHC=OCH3pyruvate 2021-10-26384 4还原还原(reduction)(reduction)乳酸的生成：乳酸的生成： 利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH，使，使NADH重新氧化重新氧化为为NAD+，以，以确保反应的继续进行确保反应的继续进行。 2021-10-2639无氧酵解的还原阶段无氧酵解的还原阶段乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶NAD+NADH+H+COOHC=OCH3pyruvate lactate COOHCHOHCH32021-10-2640糖酵解糖酵解途径途径2021-10-2641

21、糖的无氧酵解途径糖的无氧酵解途径2021-10-2642-6-P-6-P1,6-FBP磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-P-GATPATP1,3-B-P-G3-P甘油酸甘油酸ATPATP2H+2-P甘油酸甘油酸PEP丙酮酸丙酮酸ATPATPEMP能量变化简图能量变化简图2021-10-2643糖糖 原原 (Gn)H3PO4磷酸化酶磷酸化酶OHOHOPOHOCH2OHOHOHO 糖糖 原原 (Gn-1)1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-1-phosphate)POOHOHOOCH2OHOHOHOH磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate)

22、2021-10-2644（三）糖酵解过程中（三）糖酵解过程中ATP的生成的生成+2 1 葡萄糖葡萄糖 6- 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 6 - 6 - 磷酸果糖磷酸果糖 1,6- 1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 1 1,3-,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 3- 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙丙 酮酮 酸酸 反反 应应 ATP -1-1 1 mol 葡萄糖葡萄糖 2 mol 乳酸乳酸 + ？mol ATP糖原糖原中的中的1mol葡萄糖葡萄糖2mol 乳酸乳酸 +？mol ATP+2 1-1-12021-10-2645糖酵解中糖酵解中能量利用的效率：能量利用的效率：从葡萄

23、糖开始：从葡萄糖开始：2 30.5 / 196 = 61/196 = 31(%)从糖原开始从糖原开始：2 51.6 / 196 = 103.2/196 = 52.6(%) 1mol葡萄糖葡萄糖 2mol 乳酸乳酸 + 能量能量 G0= -196kJ ATP储存能量储存能量: G0= -30.5 kJ/mol(体外标准状态下体外标准状态下) G0= -51.6 kJ/mol(体内生理状态下体内生理状态下 )糖酵解中能量的利用率：糖酵解中能量的利用率：2021-10-2646乙醇发酵中乙醇发酵中能量利用的效率：能量利用的效率：2 30.5 / 217.6 = 28(%) 1mol葡萄糖葡萄糖 2m

24、ol 乙醇乙醇 + 能量能量 G0= -217.6 kJ ATP储存能量储存能量: G0= -30.5 kJ/mol乙醇发酵中能量的利用率：乙醇发酵中能量的利用率：2021-10-2647（四）丙酮酸的去路（四）丙酮酸的去路 NADH+H+ NAD+ 乳酸乳酸COOHCH(OH)CH3CH2OHCH3乙醇乙醇 NADH+H+ NAD+CO2乙醛乙醛CHOCH3葡萄糖葡萄糖EMPCOOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸无氧无氧 有氧有氧 TAC2021-10-2648（五）糖酵解的生理意义（五）糖酵解的生理意义(1)(1)在无氧条件下在无氧条件下迅速提供能量迅速提供能量, ,供机体需要供机体需要(2)(

25、2)是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源是某些细胞在不缺氧条件下的能量来源(3)(3)是某些病理情况下机体获得能量的方式是某些病理情况下机体获得能量的方式(4) (4) 也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径也是糖、脂肪和氨基酸代谢相联系的途径2021-10-26492021-10-26502021-10-2651（六）糖酵解的调节：（六）糖酵解的调节：一、葡萄糖激酶一、葡萄糖激酶/已糖激酶已糖激酶二、磷酸果糖激酶二、磷酸果糖激酶三、丙酮酸激酶三、丙酮酸激酶2021-10-2652糖酵解过程的调节酶：糖酵解过程的调节酶：酶酶 的的 名名 称称已糖激酶已糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶(肝肝)磷酸果糖激酶

26、磷酸果糖激酶-1丙酮酸激酶丙酮酸激酶变构激活剂变构激活剂Mg2+, Mn2+Mg2+, Mn2+Mg2+, AMP, ADP,F-1,6-2P, F-2,6-2P Mg2+, K+, F-1,6-2P变构抑制剂变构抑制剂G-6-P - ATP，H+、柠檬酸，、柠檬酸，长链脂肪酸长链脂肪酸ATP2021-10-2653已糖激酶的分型已糖激酶的分型 型型 型型 中文名称中文名称 已糖激酶已糖激酶( (HKHK) ) 葡萄糖激酶葡萄糖激酶( (GKGK) ) 存在范围存在范围 在组织细胞中在组织细胞中 仅在肝脏和胰腺仅在肝脏和胰腺 广泛存在广泛存在 细胞存在细胞存在与葡萄糖亲和力与葡萄糖亲和力 高高 低低 Km: 0.01mmol/L Km: 10100mmol/L产物反馈抑制产物反馈抑制 有有 无无 激素调控激素调控不受不受受激素调控受激素调控 1、葡萄糖激酶、葡萄糖激酶/已糖激酶已糖激酶2021-10-26542、磷酸果糖激酶、磷酸果糖激酶2021-10-2655限速酶限速酶 / 关键酶关键酶(rate-limiting enzyme / key enzyme)1.1.催化非可逆反应催化非可