糖酵解与发酵

1、.1.2无氧条件无氧条件下糖的降解过程，糖经一系列的酶促下糖的降解过程，糖经一系列的酶促反应变成反应变成丙酮酸丙酮酸，并生成，并生成ATP，是一切生物细胞，是一切生物细胞中中Glc分解产生能量的共同代谢途径，称为酵解分解产生能量的共同代谢途径，称为酵解途径途径Glycolytic pathway，或称为，或称为Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) pathway。厌氧厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙醇，称为生乙醇，称为乙醇（酒精）发酵乙醇（酒精）发酵

2、。肌肉等组织或微生物在肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧无氧或暂时缺氧条件下，条件下，酵解中生成的酵解中生成的NADH+H+用于把丙酮酸用于把丙酮酸乳酸，乳酸，称为称为乳酸发酵乳酸发酵。 .3 D-Glc在代谢中占有在代谢中占有中心地位中心地位，葡萄糖含有较高的能，葡萄糖含有较高的能量，量，氧化氧化生成生成H2O和和CO2放出自由能放出自由能2840 kJ/mol；转转变成变成淀粉或糖原淀粉或糖原贮存贮存又可维持相对低的摩尔渗透压浓又可维持相对低的摩尔渗透压浓度，需要能量时又可分解成葡萄糖氧化供能。度，需要能量时又可分解成葡萄糖氧化供能。 葡萄糖不仅仅是一个能量分子，还是一个最常见的葡萄糖不仅

3、仅是一个能量分子，还是一个最常见的前前体分子体分子，可为生物合成反应提供，可为生物合成反应提供中间物中间物，如大肠杆菌，如大肠杆菌可利用葡萄糖及其碳架合成所有的可利用葡萄糖及其碳架合成所有的氨基酸、核苷酸、氨基酸、核苷酸、辅酶、脂肪酸和生长所需的各种代谢中间物辅酶、脂肪酸和生长所需的各种代谢中间物。葡萄糖。葡萄糖有成千上万种转化，高等动植物中主要有三个方向：有成千上万种转化，高等动植物中主要有三个方向：变成变成糖元糖元(或淀粉或淀粉)贮存、酵解为三碳化合物贮存、酵解为三碳化合物（丙酮酸）（丙酮酸）或通过或通过HMP（戊糖磷酸途径）变为戊糖。（戊糖磷酸途径）变为戊糖。.4.5 酵解（酵解（Gly

4、colysis，希腊语，希腊语glykys，意为，意为sweet和和lysis)。一分子葡萄糖通过一系列的酶促反应生成一分子葡萄糖通过一系列的酶促反应生成2分子丙酮酸，分子丙酮酸，并生成并生成ATP和和NADH。 是第一个发现和研究得最清楚的生物化学代谢途径，是第一个发现和研究得最清楚的生物化学代谢途径，1897年年Hans 和和 Edward Buchner兄弟俩通过兄弟俩通过发酵的酵发酵的酵母抽提物母抽提物发现发酵可以在发现发酵可以在活细胞外活细胞外进行，否定了进行，否定了Louis Paster统治了近统治了近40年的观点，打开了新陈代谢研究之门。年的观点，打开了新陈代谢研究之门。194

5、0年年Gustar Embden和和Otto Meyerhof发现肌肉中存发现肌肉中存在与酵母细胞一样的不需要氧的糖分解代谢过程在与酵母细胞一样的不需要氧的糖分解代谢过程酵解。酵解。最终在最终在1941年由年由Fritz Lipmann和和Herman Kalckar完成完成了对整个代谢途径的研究。了对整个代谢途径的研究。.6可以分为三个阶段：可以分为三个阶段：1）Glc 磷酸化形成己糖磷酸酯磷酸化形成己糖磷酸酯反应反应1、2、3，消耗消耗2ATP，产物为，产物为F-1,6-diP。2）磷酸己糖）磷酸己糖裂解为两分子三碳糖裂解为两分子三碳糖（反应（反应4），由），由醛缩酶醛缩酶(aldolas

6、e)催化，产物为催化，产物为3-P-甘油醛甘油醛（G-3-P）和磷酸二羟丙酮）和磷酸二羟丙酮(DHAP)，断裂在己糖的，断裂在己糖的C3-C4间。间。3）三碳糖经一系列的反应（反应）三碳糖经一系列的反应（反应5-10）生成）生成丙丙酮酸酮酸，其中反应，其中反应6生成生成NADH+H+，并生成高能，并生成高能磷酸化合物（磷酸化合物（1,3-二磷酸甘油酸）；反应二磷酸甘油酸）；反应7和和10生成生成2ATP（底物水平磷酸化）。（底物水平磷酸化）。.7The Glycolytic Pathway.8.9？.10.11 1）己糖激酶己糖激酶(hexokinase) 需要需要Mg2+或其他或其他二二价阳

7、离子价阳离子及及ATP，反应，反应不可逆不可逆，是酵解过程的第，是酵解过程的第一个一个别构别构调节调节酶酶，肌肉中受产物，肌肉中受产物G-6-P强烈别强烈别构抑制。肝脏中主要是以构抑制。肝脏中主要是以glucokinase存在，对存在，对Glc有特异活性，不受有特异活性，不受G-6-P的抑制。的抑制。 2）果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶phosphofructokinase, PFK，需要需要Mg2 +及及ATP，是，是酵解途径的关键反应酵解途径的关键反应committed step, key reaction, rate-limiting reaction酶，酵解进行的速度取决于该酶的活性，酶，酵

8、解进行的速度取决于该酶的活性，酶的调节也是酶的调节也是别构调节别构调节，ATP对其有抑制效应，对其有抑制效应，柠檬酸及脂肪酸的存在会加强柠檬酸及脂肪酸的存在会加强ATP的抑制作用的抑制作用，AMP、ADP及及Pi可消除抑制。可消除抑制。.12.133）3-P-甘油醛甘油醛dHE (phosphoglyceraldehyde dHE)，活性中心在酶的，活性中心在酶的Cys-SH上，氧上，氧化型化型NAD+与酶紧密结合，受氢还原与酶紧密结合，受氢还原后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成1，3-二磷酸甘油酸。二磷酸甘油酸。只有只有NAD+不断取代不断取代NADH才能保持酶的催

9、化活力才能保持酶的催化活力，否则，否则酵解就要停止。酵解就要停止。ICH2COOH与与-SH反反应，可强烈抑制酶的活性。应，可强烈抑制酶的活性。.14.15.16碘乙酸与脱氢酶活性位点的碘乙酸与脱氢酶活性位点的-SH-SH共价结合，共价结合，使酶失活使酶失活。.174） 磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)，催化，催化磷酸基团在磷酸基团在C3和和C2位可逆变位位可逆变位，Mg2+对反应为必需。反应分成两步，由磷酸甘对反应为必需。反应分成两步，由磷酸甘油酸变位酶介导磷酸基团在油酸变位酶介导磷酸基团在2,3-二磷酸甘油酸、二磷酸甘油酸、3-磷酸甘油酸及

10、磷酸甘油酸及2-磷酸甘油酸之间发生转移。反磷酸甘油酸之间发生转移。反应中变位酶的磷酸化需要有特异的应中变位酶的磷酸化需要有特异的ATP依赖的激依赖的激酶。酶。 虽然多数细胞中的虽然多数细胞中的2,3-二磷酸甘油酸很少（痕二磷酸甘油酸很少（痕量水平），但在红细胞中确是一个主要的成分量水平），但在红细胞中确是一个主要的成分（-5 mM），），调节血红蛋白对氧的亲和力调节血红蛋白对氧的亲和力。.18.195)烯醇（化）酶烯醇（化）酶（enolase），催化），催化2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸脱水生成脱水生成PEP，产生酵解途径的第二个磷酸基团，产生酵解途径的第二个磷酸基团转移能，有转移能，有Mg2+或或

11、Mn2+存在时，酶才有活性，存在时，酶才有活性，F-能与能与Mg2+形成络合物并结合在酶分子上而抑形成络合物并结合在酶分子上而抑制酶的活性。制酶的活性。.206）丙酮酸激酶丙酮酸激酶（pyruvate kinase），），别构别构调节酶调节酶，需要，需要Mg2+、K+，催化的反应有，催化的反应有ATP生成，是酵解途径的生成，是酵解途径的重要调节酶重要调节酶，长链脂，长链脂肪酸、乙酰肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑制酶活；等均抑制酶活；F-1,6-diP可活化此酶。可活化此酶。7）酵解）酵解10步反应有步反应有4步是需能反应（步是需能反应（1、3、7、10四步反应）四步反应）8）整个酵解途

12、径的反应中，）整个酵解途径的反应中，1、3、10步反步反应为严格意义上的不可逆反应。应为严格意义上的不可逆反应。.21底物氧化、分子内基团重排等所释放的能底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联量偶联ATPATP的生成，涉及可溶性的酶和代的生成，涉及可溶性的酶和代谢中间物，不涉及膜结合的酶、跨膜质子谢中间物，不涉及膜结合的酶、跨膜质子梯度和电子传递梯度和电子传递。.22底物水平磷酸化底物水平磷酸化.23.24.25无氧条件下无氧条件下: 通过通过乙醇发酵受氢乙醇发酵受氢，解决重氧化，解决重氧化 通过通过乳酸发酵受氢乳酸发酵受氢，解决重氧化，解决重氧化有氧条件下有氧条件下: 通过通过呼吸链递氢

13、呼吸链递氢，最终，最终生成生成H2O,并并生成生成ATP。 .26.271）无氧条件下，丙酮酸转变为）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸乳酸。2）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成生成乙醇乙醇。3）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰乙酰-CoA，进入三羧酸循环，进入三羧酸循环，氧化供能（乙酰，氧化供能（乙酰-CoA在能量状态高的情况下可用于合成脂在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质）。类物质）。4) 丙酮酸作为其他物质合成的丙酮酸作为其他物质合成的前体前体（如（如Ala等）。等）。 .28合成前体合成前体合成前体合成前体.29

14、Pyruvate decarboxylaseAlcohol dehydrogenase.30.31 DHAP + NADH + H+ 3-P-甘油甘油 + NAD+ 甘油甘油 利用酵母制造甘油（利用酵母制造甘油（解决乙醛受氢问题解决乙醛受氢问题）1） 培养基中培养基中添加添加NaHSO3NaHSO3+CH3CHOCH3CH(OH)OSO2Na2） 将发酵液调至碱性，将发酵液调至碱性，乙醛在碱性条件下乙醛在碱性条件下发生歧化反应。发生歧化反应。2CH3CHO+NaOHCH3COONa+CH3CH2OH.32Glycerol 3-phosphateGlycerol.331) 无氧条件下，无氧条件下

15、，Glc分解为乙醇或乳酸，为无氧分解为乙醇或乳酸，为无氧分解。（分解。（1）酵母等，）酵母等，Glc2 ethanol+2CO2 （2）肌肉等，）肌肉等，Glc2 lactate2) 虽无虽无O2参与，但有脱氢反应，参与，但有脱氢反应，H的受体为的受体为NAD+，胞质中，胞质中NAD+少，少，须解决须解决NADH的重氧化的重氧化。3) 两种发酵均净生成两种发酵均净生成2ATP，为底物水平磷酸化。，为底物水平磷酸化。4) 需要辅酶或辅助因子，如需要辅酶或辅助因子，如NAD+, TPP, Mg2+, K+等。等。.34 葡萄糖葡萄糖 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖糖原糖原6-磷酸

16、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磷酸二羟丙酮羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸丙酮酸2乳酸乳酸2( (胞液胞液) )己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸22ADP 2ATP丙酮酸激酶丙酮酸激酶NAD+NADH+H+NADH+H+ADPATPADPATP脱氢酶2ATP2ADP糖酵解糖酵解NADH+H+NAD+.35PEP丙酮酸激酶受可逆丙酮酸激酶受可逆磷酸化的共价调节磷酸化的共价调节kinasephosphatase.36磷酸果糖激

17、酶磷酸果糖激酶-1-1的活力的活力大肠杆菌大肠杆菌PFK四亚基四亚基中的两个中的两个果糖果糖1,6-1,6-二磷酸催二磷酸催化位点化位点ADP催催化位点化位点ADPADP的结合的结合位点位点肌肉中肌肉中.37.38果糖果糖-1-1，6-6-二磷酸酯酶二磷酸酯酶果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶.391）D-Fructose A. 通过通过hexokinase转变为转变为F-6-P进入进入EMP，但酶对但酶对Glc的亲和力大于对的亲和力大于对Fru的的12倍，肝倍，肝中几乎不发生这种反应，而脂肪组织中则中几乎不发生这种反应，而脂肪组织中则Fru Glc，可走这一途径。，可走这一途径。 B. 肝脏肝脏中，中

18、，Fructokinase催化催化Fru生成生成F-1-P，再由，再由F-1-P aldolase催化裂解为催化裂解为DHAP和甘油醛，甘油醛激酶催化甘油醛生成和甘油醛，甘油醛激酶催化甘油醛生成3-P-G(消耗消耗1ATP)进入进入EMP。.40肝肝 脏脏肌肉和肾中，己糖激酶催化肌肉和肾中，己糖激酶催化Fru+ATPF-6-P，直接进入，直接进入酵解。酵解。.412）D-Galactose 由由galactokinase催化生成催化生成1-P-Gal，再由，再由鸟苷酰转移酶催化与鸟苷酰转移酶催化与UDPG反应生成反应生成Glc-1-P和和UDPGal(由由差向异构酶差向异构酶催化变为催化变为UDPG，完成再生，完成再生)，而，而G-1-P经变位酶催经变位酶催化变成化变成G-6-P进入进入EMP。3）D-Mantose 由由hexokinase催化生成催化生成M-6-P，再经，再经异异构酶构酶催化转变为催化转变为F-6