第22章 糖酵解作用

1、第第22章章糖酵解作用糖酵解作用主要内容主要内容作用：作用：葡萄糖异生葡萄糖异生 三羧酸循环三羧酸循环 糖原合成糖原合成 磷酸己糖支路磷酸己糖支路 光合作用（植物）光合作用（植物） 糖醛酸途径糖醛酸途径 糖原糖原NADPH1.酵解酵解(glycolysis) 葡萄糖经一系列的酶促反应转变成丙酮酸，并生成葡萄糖经一系列的酶促反应转变成丙酮酸，并生成ATP的过程。它是一切生物细胞中葡萄糖分解产生能量的过程。它是一切生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径，又称的共同代谢途径，又称Embden-Meyerhof-Parnas pathway (EMP途径途径) 。 碳水化合物除葡萄糖以外，其他都可

2、通过酵解进入碳水化合物除葡萄糖以外，其他都可通过酵解进入分解代谢，但必须首先转变为酵解途径的任一中间物。分解代谢，但必须首先转变为酵解途径的任一中间物。糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶生糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶生成成G-6-P进入酵解。其他单糖可通过形成多个分支点的进入酵解。其他单糖可通过形成多个分支点的中间物进入酵解。中间物进入酵解。 酵解酵解这一名词最初来自这一名词最初来自动物肌肉动物肌肉利用利用葡萄糖葡萄糖最后转化为最后转化为乳酸乳酸的过程。的过程。 现在现在，人们将，人们将葡萄糖葡萄糖降解产生降解产生丙酮酸丙酮酸这一段过这一段过程称为糖酵解过程或酵解

3、过程。程称为糖酵解过程或酵解过程。 糖酵解作用可以在最简单细胞中进行，且不需糖酵解作用可以在最简单细胞中进行，且不需要氧气，因此，它是最要氧气，因此，它是最基本的代谢途径基本的代谢途径。2. 发酵发酵（fermentation） 厌氧生物（酵母或其他微生物）把酵解中生厌氧生物（酵母或其他微生物）把酵解中生成的成的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醇，称为用于还原丙酮酸生成乙醇，称为乙醇（酒精）发酵乙醇（酒精）发酵。 肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的下，酵解中生成的NADH+H+用于把丙酮酸用于把丙酮酸乳乳酸，称为酸，称为乳酸发酵乳酸发

4、酵。 根据产物不同，分为乙醇发酵、乳酸发酵等。根据产物不同，分为乙醇发酵、乳酸发酵等。 乙醇（酒精）发酵乙醇（酒精）发酵 厌氧生物（酵母及其他厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的微生物）把酵解中生成的NADH+ H+用于还原丙用于还原丙酮酸氧化脱羧生成的乙醛，进而产生乙醇的过程，酮酸氧化脱羧生成的乙醛，进而产生乙醇的过程，称为乙醇（酒精）发酵。称为乙醇（酒精）发酵。 乳酸发酵乳酸发酵 肌肉等组织或微生物在无氧或暂时肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的缺氧条件下，酵解中生成的NADH+H+用于还原用于还原丙酮酸成乳酸的过程，称为乳酸发酵。丙酮酸成乳酸的过程，称为乳酸发酵。

5、3.工业上的发酵工业上的发酵 在人工控制的条件下，微生物通过自在人工控制的条件下，微生物通过自身新陈代谢活动将不同的物质进行分解和身新陈代谢活动将不同的物质进行分解和合成，转化为人们所需的各种代谢产物。合成，转化为人们所需的各种代谢产物。 如如谷氨酸发酵谷氨酸发酵，柠檬酸发酵柠檬酸发酵。 酵解的研究历史是从酒精发酵的研究开始的。英酵解的研究历史是从酒精发酵的研究开始的。英文名自希腊文文名自希腊文glycose(糖糖 ）和）和lysis（分解）二字（分解）二字派生而来。派生而来。 1. 发现葡萄糖在无氧条件下被发现葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇。酵母菌分解生成乙醇。 2. Buchner

6、兄弟发现，发酵作用在不含细兄弟发现，发酵作用在不含细胞的提取液中也能进行，推翻了巴斯德关于发酵作胞的提取液中也能进行，推翻了巴斯德关于发酵作用绝对离不开活细胞的用绝对离不开活细胞的“活力论活力论”的教条，为深入的教条，为深入了解发酵过程提供了一简便方法。了解发酵过程提供了一简便方法。 3. 1905年，年， Arthur Harden和和Willian Young发现鲜酵母发现鲜酵母提取液的发酵作用与活细胞不同，发酵速度逐渐减缓，最提取液的发酵作用与活细胞不同，发酵速度逐渐减缓，最后停止，但加入无机磷酸盐，可恢复或增强其作用，由此后停止，但加入无机磷酸盐，可恢复或增强其作用，由此推测无机磷酸盐

7、的消失可能是由于磷酸与葡萄糖分解过程推测无机磷酸盐的消失可能是由于磷酸与葡萄糖分解过程中的某些中间物形成磷酸酯，后来果然分离得到中的某些中间物形成磷酸酯，后来果然分离得到1，6-二磷二磷酸果糖等，说明葡萄糖生成乙醇的过程中经历了磷酸酯阶酸果糖等，说明葡萄糖生成乙醇的过程中经历了磷酸酯阶段。段。4. 1930年，年， Gustar Embden和和Otto Meyerhof等人发现肌等人发现肌肉中也存在着与酵母发酵十分类似的不需氧的分解葡萄糖肉中也存在着与酵母发酵十分类似的不需氧的分解葡萄糖并产生能量的过程，并搞清楚发酵过程的关键中间物并产生能量的过程，并搞清楚发酵过程的关键中间物5. 1940

8、年代，糖酵解途径基本已阐明清楚。年代，糖酵解途径基本已阐明清楚。 1. 葡萄糖的酵解途径几乎是所有具有细胞结构葡萄糖的酵解途径几乎是所有具有细胞结构的生物所具有的主要代谢途径，的生物所具有的主要代谢途径，2. 它也是一切生物细胞中它也是一切生物细胞中Glc分解产生能量的共分解产生能量的共同代谢途径。同代谢途径。 无氧条件下无氧条件下葡萄葡萄糖的降解过程，由糖的降解过程，由10步酶促步酶促反应组成的糖分解代谢途径。通过该途径，反应组成的糖分解代谢途径。通过该途径，一分一分子葡萄糖子葡萄糖转换为转换为两分子丙酮酸两分子丙酮酸，同时净生成，同时净生成两分两分子子ATP和两分子和两分子NADH。P65

9、 1. 碳骨架变化碳骨架变化 2. 能量变化能量变化从葡萄糖开始，酵解全过程共有从葡萄糖开始，酵解全过程共有10步，可分为步，可分为两个阶段两个阶段： 阶段阶段1（前步）为消耗（前步）为消耗ATP的的准备阶段准备阶段，此阶段中，此阶段中，1分子葡萄糖通过磷酸化、异构化，分子葡萄糖通过磷酸化、异构化，裂解为分子磷酸三碳糖，每分解一个葡萄糖分裂解为分子磷酸三碳糖，每分解一个葡萄糖分子消耗分子子消耗分子ATP 。 阶段阶段2（后步）为产生（后步）为产生ATP的的贮能阶贮能阶段段，磷酸三碳糖转变成丙酮酸，每分子磷，磷酸三碳糖转变成丙酮酸，每分子磷酸三碳糖产生分子酸三碳糖产生分子ATP 。 P67 图图

10、22-1 整个过程需要整个过程需要10 种酶，这些酶都在种酶，这些酶都在细细胞质胞质中，大部分过程中都需中，大部分过程中都需2+ 。(EMP)(EMP) 10步反应现在分别叙述如下：步反应现在分别叙述如下：（1）葡萄糖磷酸化）葡萄糖磷酸化 G-6-P 磷酸基团转移反磷酸基团转移反应应（不可逆反应不可逆反应 ） 己糖激酶己糖激酶催化，反应需要催化，反应需要Mg2+,为酵解为酵解第一个第一个限速步骤，消耗限速步骤，消耗ATP。 + ADPOCH2OHHOOHOHOH+ ATP 己糖激酶己糖激酶 或或 GlucokinaseOCH2OHHOOHOHOHPHexokinaseP68 fig22-2OC

11、H2OHHOOHOHOHPOCH2OHOCH2POHOH（2） G-6-P F-6-P 异构化反应异构化反应 磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶催化，醛糖催化，醛糖酮糖酮糖Glucose phosphate isomeraseOH （3） F-6-P F-1,6-BP 磷酸基团转移反应磷酸基团转移反应 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶（PFK）催化、消耗）催化、消耗ATP，不可逆反应不可逆反应，酵，酵解解第二个第二个限速步骤。限速步骤。 PFK属别构酶，属别构酶，控制酵解的关键性酶，控制酵解的关键性酶，受多种因素调节受多种因素调节： ATP呈抑制效应，柠檬酸、脂肪酸加强抑呈抑制效应，柠檬酸、脂肪酸加强抑

12、制效应；制效应；AMP、ADP、Pi消除抑制；别构活化剂：消除抑制；别构活化剂：2，6-二磷二磷酸果糖；逆反应由果糖二磷酸酯酶催化。酸果糖；逆反应由果糖二磷酸酯酶催化。OCH2OHOCH2POHOH+ ATPOCH2OHOCH2POHOHPPhosphofructokinase+ ADPPhosphofructokinase (PFK) （4） F-1,6-BP 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮+甘油醛甘油醛 -3-磷酸磷酸 裂解反应裂解反应 醛缩酶醛缩酶催化，平衡利于逆反应，正常情况下，由催化，平衡利于逆反应，正常情况下，由于于3-磷酸甘油醛不断转化为丙酮酸而被移走，反应能磷酸甘油醛不断转化为丙酮酸

13、而被移走，反应能正向进行。正向进行。+OCH2OHOCH2POHOHPCH2OC=OCH2OHPCHOCHOHCH2OPG-3-PDHAPAldolaseOH 123146523546Aldolase 阶段阶段1总结总结： 总反应总反应 ： 葡萄糖葡萄糖 2甘油醛甘油醛-3-磷酸。磷酸。 耗能过程：共消耗分子耗能过程：共消耗分子ATP 。 两步为不可逆过程：两步为不可逆过程： G G-6-P； F-6-P F-1,6-BP。Triosephosphate isomeraseDHAPCH2OC=OCH2OHPCHOCHOHCH2OPG-3-P（5） 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮甘油醛甘油醛-3-磷酸

14、磷酸 异构化反应异构化反应123213654阶段阶段2：（6） 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 3-二磷酸甘油酸磷酸二磷酸甘油酸磷酸 氧化氧化磷酸化磷酸化 GAP脱氢酶脱氢酶催化，酵解中催化，酵解中唯一唯一的一次的一次脱氢脱氢反应，同时反应反应，同时反应与磷酸化反应相偶联作用；酶活性部位含半胱氨酸与磷酸化反应相偶联作用；酶活性部位含半胱氨酸-SH可被可被碘碘乙酸乙酸抑制；抑制；砷酸盐砷酸盐起解偶联作用。起解偶联作用。CHOCHOHCH2OP+NAD+ + PiCOCHOHCH2OPPOGlyceraldehyde-phosphate dehydrogenase+NADH+H+（7）3-磷酸甘油酸磷

15、酸磷酸甘油酸磷酸 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 去磷酸化反应去磷酸化反应 PGK激酶激酶催化，催化， ADP磷酸化生成磷酸化生成ATP，第一次产生，第一次产生ATP过程共产生分子过程共产生分子ATP 。COCHOHCH2OPPO+ADPCOHCHOHCH2OPO+ATPPhosphoglyceric kinase（8） 3 -磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 基团转移反应基团转移反应 磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶催化：分子内化学功能基团的催化：分子内化学功能基团的位置移动。位置移动。3-PG2-PGPhosphoglyceromutaseCOOHHCOCH2OHPCOHCHOHC

16、H2OPO（9）2-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 脱水反应脱水反应 烯醇化酶烯醇化酶催化催化+ H2OPCOOHHCOCH2OHEnolase Mg2+COOH COCH2PPEP生理条件下，此反应基本不可逆，生理条件下，此反应基本不可逆，丙酮酸激酶丙酮酸激酶催化，催化，酵解第酵解第三个限速步骤。底物磷酸化生成三个限速步骤。底物磷酸化生成ATP，第二次产生，第二次产生ATP过程，过程，共产生分子共产生分子ATP 。COOH COCH2P +ADPPyr kinaseCOOH COH +ATPCH2（10） 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸丙酮酸 去磷酸化反应去磷酸

17、化反应阶段阶段2总结总结 1.总反应总反应 2 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2丙酮酸丙酮酸 2.二次底物磷酸化共产生二次底物磷酸化共产生4分子分子ATP ，为产，为产能阶段。能阶段。 3.一次脱氢反应产生一次脱氢反应产生2 NADH。2分子分子3-磷酸甘油醛生成磷酸甘油醛生成（第一阶段）（第一阶段）丙酮酸是酵解的终产丙酮酸是酵解的终产物物（第二阶段）（第二阶段）酵解途径酵解途径五、酵解过程五、酵解过程A的合成的合成 一分子葡萄糖降解成分子丙酮酸。消耗分子一分子葡萄糖降解成分子丙酮酸。消耗分子ATP，产生产生4分子分子ATP，因此净得分子，因此净得分子ATP 。 葡萄糖酵解的总反应式为：葡萄糖酵解

18、的总反应式为： 葡萄糖葡萄糖 + 2i + 2 ADP + 2N+丙酮酸丙酮酸 + 2 ATP + 2NADH +2H + +2H2OP80 表表22-1，22-2 无氧情况下酵解共产生分子无氧情况下酵解共产生分子ATP,分子分子NADH将将H交给分子丙酮酸生成交给分子丙酮酸生成2分子乳酸。分子乳酸。 在有氧情况下，分子在有氧情况下，分子NADH经呼吸链氧化经呼吸链氧化成可产生成可产生35分子分子ATP ，因此，因此1分子葡萄糖酵解分子葡萄糖酵解共产生共产生5- 7分子分子ATP 。六、六、 糖酵解中的调节酶和调节因素糖酵解中的调节酶和调节因素 糖酵解是糖代谢的主要途径之一，它为机体其他糖酵解

19、是糖代谢的主要途径之一，它为机体其他代谢提供了能量和合成原料。参与糖酵解的酶中有三代谢提供了能量和合成原料。参与糖酵解的酶中有三种是调节酶，它们调节着糖酵解进行的速度。这三种种是调节酶，它们调节着糖酵解进行的速度。这三种调节酶是调节酶是己糖激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶和和丙酮酸激酶丙酮酸激酶。 P 83 磷酸果糖激酶所催化的反应是最重要的调控部位，因磷酸果糖激酶所催化的反应是最重要的调控部位，因此此磷酸果糖激酶是关键酶磷酸果糖激酶是关键酶。 磷酸果糖激酶的活性受许多代谢物的影响磷酸果糖激酶的活性受许多代谢物的影响: 如高浓度的如高浓度的、柠檬酸、柠檬酸可抑制其活性。这些物质增多，可抑

20、制其活性。这些物质增多，反映了细胞内有较丰富的能源和中间产物，以供给其他代反映了细胞内有较丰富的能源和中间产物，以供给其他代谢途径利用，因而机体有必要将糖酵解途径减速或暂停，谢途径利用，因而机体有必要将糖酵解途径减速或暂停，以免过多消耗葡萄糖。以免过多消耗葡萄糖。 相反，相反，、Pi和和 ，-二磷酸果糖二磷酸果糖则则可促进其活性，加速糖酵解的进行，以便为机体提供能量可促进其活性，加速糖酵解的进行，以便为机体提供能量和合成原料。和合成原料。 己糖激酶己糖激酶受高浓度的受高浓度的葡萄糖葡萄糖-磷酸磷酸的反的反馈抑制，但受无机磷的促进，无机磷可解除葡馈抑制，但受无机磷的促进，无机磷可解除葡萄糖萄糖-

21、的抑制作用。的抑制作用。为什么为什么磷酸果糖激酶是关键酶而不是磷酸果糖激酶是关键酶而不是己糖激酶？己糖激酶？（P85） 丙酮酸激酶丙酮酸激酶受高浓度受高浓度 ATP的抑制，当的抑制，当 ATPAMP比值高比值高时，磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸时，磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸过程受阻。过程受阻。 乙酰乙酰CoA是丙酮酸激酶的反馈抑制剂，当脂肪酸是丙酮酸激酶的反馈抑制剂，当脂肪酸分解代谢强烈时，乙酰分解代谢强烈时，乙酰CoA大量生成，可以阻抑大量生成，可以阻抑糖酵解的进行。这样，可以通过乙酰糖酵解的进行。这样，可以通过乙酰CoA来调节来调节脂肪代谢和糖代关系。脂肪代谢和糖代关系。 另外另外丙氨酸、

22、长链脂肪酸丙氨酸、长链脂肪酸也能抑制该酶活性，也能抑制该酶活性，果果糖，糖，-二磷酸二磷酸可活化此酶。可活化此酶。七、糖酵解的生理意义七、糖酵解的生理意义 糖酵解是生物界普遍存在的供能途径。但少数组糖酵解是生物界普遍存在的供能途径。但少数组织，即使在有氧条件下，仍能进行糖酵解以获得能量织，即使在有氧条件下，仍能进行糖酵解以获得能量供应的一部分。供应的一部分。 据报道，表皮中据报道，表皮中 %的葡萄糖可经的葡萄糖可经糖酵解产生乳酸，其他如视网膜、睾丸、肾、髓质和糖酵解产生乳酸，其他如视网膜、睾丸、肾、髓质和血细胞等在有氧时也都能进行酵解作用。成熟的红细血细胞等在有氧时也都能进行酵解作用。成熟的红

23、细胞则仅靠糖酵解以获得能量。胞则仅靠糖酵解以获得能量。 在某些情况下，糖酵解有特殊的生理意义，例在某些情况下，糖酵解有特殊的生理意义，例如激烈运动时，能量的需要增加，糖分解加速，此如激烈运动时，能量的需要增加，糖分解加速，此时即使呼吸和循环加快以增加氧的供应量，但仍不时即使呼吸和循环加快以增加氧的供应量，但仍不足以满足体内糖完全氧化时所将要的氧量。这时肌足以满足体内糖完全氧化时所将要的氧量。这时肌肉处于相对缺氧状态，糖酵解过程随之加强，以补肉处于相对缺氧状态，糖酵解过程随之加强，以补充运动所需的能量。故在激烈运动后，血中乳酸浓充运动所需的能量。故在激烈运动后，血中乳酸浓度成倍地升高。度成倍地升

24、高。 在病理情况下，例如严重贫血、大量失血、呼在病理情况下，例如严重贫血、大量失血、呼吸障碍、肺及心血管等疾患所引起的机体缺氧，组吸障碍、肺及心血管等疾患所引起的机体缺氧，组织细胞也可增强糖酵解以获得能量。织细胞也可增强糖酵解以获得能量。八、丙酮酸的代谢命运八、丙酮酸的代谢命运 1）某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时缺某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时缺氧状态，或由于呼吸、循环系统机能障碍暂时供氧不足时，氧状态，或由于呼吸、循环系统机能障碍暂时供氧不足时，丙酮酸丙酮酸接受接受3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶形成形成NADH上的氢，在上的氢，在乳酸乳酸脱氢酶脱氢酶催化下，形成

25、乳酸。催化下，形成乳酸。 从葡萄糖酵解成乳酸的总反应式为：从葡萄糖酵解成乳酸的总反应式为： 葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP2乳酸乳酸+2ATP+H2O P81 2）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇。）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇。 在酵母菌或其他微生物中，在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸丙酮酸可经可经丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧酶酶的催化，以焦的催化，以焦磷酸硫胺素（磷酸硫胺素（TPP）为辅酶，脱羧变成为辅酶，脱羧变成乙醛，继而在乙醛，继而在醇脱氢酶醇脱氢酶的催化下，由的催化下，由NADH还原形成乙还原形成乙醇。酵解中间产物醇。酵解中间产物3-磷酸甘油醛脱氢产生磷酸甘油醛脱氢产生

26、NADH被乙醛被乙醛氧化氧化NAD+，乙醛被还原成乙醇。，乙醛被还原成乙醇。葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为：葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为： 葡萄糖葡萄糖+2Pi+2ADP+2H+2乙醇乙醇+2CO2+2ATP+2H2OP82九、九、EMP总结总结 1) 无氧条件下，无氧条件下，Glc分解为乙醇或乳酸，为无氧分解分解为乙醇或乳酸，为无氧分解 2) 酵母等，酵母等，Glc2 ethanol+2CO2 肌肉等，肌肉等，Glc2 lactate 3) 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+，细胞内，细胞内 NAD+少，必需解决少，必需解决NADH的重氧化。的重

27、氧化。 4) 两种发酵均净生成两种发酵均净生成2ATP，且均为底物水平磷酸化。，且均为底物水平磷酸化。 5) 某些反应需要辅酶或辅助因子，如某些反应需要辅酶或辅助因子，如NAD+, TPP, Mg2+, K+等。等。十、其它单糖进入十、其它单糖进入EMP 1）D-果糖（果糖（D-Fructose） A. 肌肉和肾中，通过己糖激酶（肌肉和肾中，通过己糖激酶（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的亲和力，肝中几的亲和力，肝中几乎不发生这种反应，而脂肪组织中乎不发生这种反应，而脂肪组织中Fru Glc，可走这一途径。，可走这一途径。 B. 肝脏中，果糖激酶（肝脏中，果糖激酶（Fructokinase）催化）催化Fru生成生成F