生化糖代谢至酵解

1、会计学1生化糖代谢至酵解生化糖代谢至酵解第一节第一节 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(消化系统中降解）消化系统中降解）2、淀粉或糖原的磷酸解细胞内降解、淀粉或糖原的磷酸解细胞内降解3、纤维素的酶促水解、纤维素的酶促水解4、双糖的酶促水解、双糖的酶促水解 -淀粉酶：淀粉酶：水解水解淀粉分子内部任意部位的淀粉分子内部任意部位的-1,4-1,4糖苷键糖苷键( (内切酶内切酶) )。 -淀粉酶淀粉酶: :从非还原端开始水解从非还原端开始水解-,4,4糖苷键，依次糖苷键，依次水解下一个水解下一个-麦芽糖单位麦芽糖单位( (外切酶外切酶) )。 脱支酶（脱支

2、酶（ - 1,6 -糖苷键酶糖苷键酶）: :水解支链淀粉（或糖原）中的水解支链淀粉（或糖原）中的1,6 -1,6 -糖苷键，如植物中的糖苷键，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链淀粉链淀粉- 1,6 - 1,6 -糖苷键酶的酶切位点糖苷键酶的酶切位点2、淀粉或糖原的磷酸解细胞内降解、淀粉或糖原的磷酸解细胞内降解 糖原的结构及其连接方式糖原的结构及其连接方式 -1,6糖苷键糖苷键 -1,4-糖苷键糖苷键 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-糖苷键断裂）糖苷键断裂） 三种酶协同作用：三种酶协同作

3、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（催化脱支酶（催化1,6-糖苷键断裂）糖苷键断裂）非还原端非还原端还原端还原端磷酸化酶磷酸化酶（释放（释放8个个G-1-P）转移酶转移酶脱支酶脱支酶（释放（释放1个葡萄糖）个葡萄糖） -1,6糖苷键糖苷键3、纤维素的酶促水解纤维素的酶促水解纤维二糖纤维二糖（ -型）型）纤维素纤维素纤维素酶纤维素酶纤维二糖纤维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麦芽糖麦芽糖+H2O 2 葡萄葡萄糖糖麦芽糖酶麦芽糖酶乳糖乳糖 +H2O 葡萄糖葡萄糖+半乳半乳糖糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶4、双糖的酶促降解、双

4、糖的酶促降解生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有两条生物体内葡萄糖（糖原）的分解主要有两条途径：途径： 1、酵解、酵解（有氧或无氧）（有氧或无氧） ： 葡萄糖（葡萄糖（G）丙酮酸（丙酮酸（Pyr） 三羧酸循环，产生三羧酸循环，产生CO2 + H2O 2、 磷酸戊糖途径：磷酸戊糖途径： G CO2 + H2O第二节第二节 糖的分解代谢糖的分解代谢此外，丙酮酸还可经乳酸发酵、生醇发酵此外，丙酮酸还可经乳酸发酵、生醇发酵及乙醛酸循环降解成相应的产物。及乙醛酸循环降解成相应的产物。一、糖酵解（一、糖酵解（glycolysis）（一）糖酵解的概念（一）糖酵解的概念 葡萄糖经酶促作用降解成丙酮酸，并伴随生葡

5、萄糖经酶促作用降解成丙酮酸，并伴随生成成ATP的过程称为糖酵解，的过程称为糖酵解，也称作也称作Embden-Meyethof-Parnas途径，简称途径。途径，简称途径。 此过此过程在细胞程在细胞胞液胞液中进行，中进行，是动物、植物和微生物细是动物、植物和微生物细胞中葡萄糖分解的共同代谢途径胞中葡萄糖分解的共同代谢途径。（二）酵解与发酵（二）酵解与发酵 发酵作用（发酵作用（fermentation）是酵母菌及其他）是酵母菌及其他厌氧微生物体内所进行的糖代谢过程。厌氧微生物体内所进行的糖代谢过程。有乳酸发有乳酸发酵、生醇发酵之分。酵、生醇发酵之分。 酵解与发酵均酵解与发酵均不需氧不需氧的参加，故

6、统称为糖的的参加，故统称为糖的无氧分解；只是二者的最终产物不同。无氧分解；只是二者的最终产物不同。 从葡萄糖或糖原开始至生成丙酮酸，分从葡萄糖或糖原开始至生成丙酮酸，分别包括别包括10或或11步连续的酶促步骤，可划分为步连续的酶促步骤，可划分为3个阶段个阶段: 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

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与丙酮酸与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异构酶异构酶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的磷酸基团转移各接受体的反应都由激酶催化，并需的磷酸基团转移各接受体的反应都由激酶催化，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个关键酶第一个关键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 物物抑制剂抑制剂作用作用普遍存普遍存在在肝或胰细肝或胰细胞胞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途途径径肝脏糖原合成肝脏糖原合成维持血糖水平维持血糖水平（别构酶）（别构酶）不可逆反应，第一个关键反应，消耗不可逆反应，第一个关键反应，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特点特点：糖原糖原磷酸化酶磷酸化酶+H3PO4葡糖葡糖-1-磷酸磷酸葡糖磷酸变位酶葡糖磷酸变位酶葡糖葡糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸葡糖磷酸变位酶催化葡糖磷酸变位酶催化的变位机制的变位机制酶酶-+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醛缩酶醛缩酶丙糖丙糖磷酸磷酸异构酶异构酶（4 4）（5 5） P P二羟丙二羟丙酮磷酸酮磷酸甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 G0 =+5.73 kcal/mol 丙糖磷酸丙糖磷酸异构酶异构酶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脱氢酶脱氢酶激酶激酶变变

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）高能磷酸键高能磷酸键甘油醛甘油醛-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-磷酸脱氢酶：磷酸脱氢酶

12、： 分子量分子量140000，四个亚基，各紧密结合，四个亚基，各紧密结合1分子分子NAD+ 。活性中心含有。活性中心含有Cys-SH, 碘乙酸碘乙酸可强可强烈抑制此酶活性；烈抑制此酶活性；砷酸盐砷酸盐可以与磷酸竞争与酶结可以与磷酸竞争与酶结合，生成不稳定的合，生成不稳定的1-砷砷-3-磷酸甘油酸，破坏甘磷酸甘油酸，破坏甘油酸油酸-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-磷酸脱氢酶作用机理如下图：磷酸脱氢酶作用机理如下图：甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用机理磷酸脱氢酶作用机理 O O C-O C-O P P CHOH C

13、HOH CH CH2 2O-O- P P高能磷酸键高能磷酸键（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、变位酶变位酶（mutase）:催化分子内化学基团移位的酶+形成中间产物2, 3-二磷酸甘油酸(BPG), 除了在该催化反应中起作用,还在红细胞对氧的转运中调节作用。能降低血红蛋白对氧的亲和力,促进氧的释放。在His位点磷酸化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+高能磷酸键高能磷酸键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、键高能磷酸键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：丙酮酸和第二个第十步：丙酮酸和第二个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个关键酶第三个关键酶 + 1ATP 第三处不可逆反应第三处不可逆反应催化活性需要催化活性需要MgMg2+2+和和 MnMn2+2+，调节酶。受，调节酶。受ATPATP、长链脂肪、长链脂肪酸、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动自动烯醇式结构烯醇式结构酮式结构酮式结构丙酮酸丙酮酸别构酶别构酶 C6H12O6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi 2C3H4O3 + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2OEMP中间产物磷酸化的意义：中间产物磷酸化的意义： 从葡萄糖到丙酮酸，所有中间产物都是磷酸从葡萄糖到丙酮酸，所有中间产物都是磷酸化的，磷酸基团的功能有三个方面：化的，磷酸基团的功能有三个方面： 在细胞内接近中性环境时，在细胞内接近中性环境时，各中间物质为各中间物质为带负电的极性物质，不会因扩散而漏出细胞膜，带负电的极性物质，不会因扩散而漏出细胞膜，使全部

17、反应在胞液中进行。使全部反应在胞液中进行。在形成在形成ES复合物时，对酶来说，底物上的磷复合物时，对酶来说，底物上的磷酸基团起到信号基团的作用有利于结合或识别酶酸基团起到信号基团的作用有利于结合或识别酶有利于保存和转移能量。有利于保存和转移能量。（四）糖酵解中的反应类型：（四）糖酵解中的反应类型：1. 磷酸转移磷酸转移G + ATP G-6-P + ADP2. 磷酸移位磷酸移位3-PG 2-PG3. 异构化异构化DHAP G-3-P4. 脱水脱水2-PG PEP5. 醇醛断裂醇醛断裂F-1,6-2P DHAP + G-3-P(五五)糖糖酵酵解解的的能能量量计计算算若糖原的一个葡萄糖单位分解生成

18、若糖原的一个葡萄糖单位分解生成2个丙酮酸，则产个丙酮酸，则产生生3个个ATP（六）糖酵解反应速度的调控（六）糖酵解反应速度的调控 -3个关键酶个关键酶 （1）果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶是最关键的限速酶是最关键的限速酶 （2）己糖激酶己糖激酶活性的调控活性的调控 （3）丙酮酸激丙酮酸激酶活性的调节酶活性的调节 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸是该酶的激活剂（前馈激活）是该酶的激活剂（前馈激活）丙氨酸丙氨酸是该酶的别构抑制剂。酵解产物丙酮酸为是该酶的别构抑制剂。酵解产物丙酮酸为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，可避免丙酮酸的过剩（反馈抑酸激酶

19、的活性，可避免丙酮酸的过剩（反馈抑制）制）ATP、乙酰、乙酰CoA等也可抑制该酶活性，减弱酵解等也可抑制该酶活性，减弱酵解作用（反馈抑制）作用（反馈抑制） 是在不需要氧供应的条件下，产生是在不需要氧供应的条件下，产生ATPATP的一种的一种供能方式，其最主要的生理意义在于迅速提供能供能方式，其最主要的生理意义在于迅速提供能量；量；（为厌氧微生物和为厌氧微生物和缺氧下某些组织细胞正常缺氧下某些组织细胞正常活动提供能量活动提供能量，如机体缺氧、剧烈运动肌肉局部如机体缺氧、剧烈运动肌肉局部缺血等，能迅速获得能量。缺血等，能迅速获得能量。） 形成多种重要的中间产物，为氨基酸、脂类合形成多种重要的中间产

20、物，为氨基酸、脂类合成提供碳骨架。成提供碳骨架。（八）、丙酮酸的去路（八）、丙酮酸的去路 1、无氧条件下，、无氧条件下，生成乳酸生成乳酸 1）乳酸脱氢酶）乳酸脱氢酶 2）辅酶）辅酶 NADH+H+来自甘油醛来自甘油醛3-磷酸脱磷酸脱氢氢CHCH3 3C OC OCOOHCOOHCHCH3 3CHOHCHOHCOOHCOOH NADH+HNADH+H+ + NADNAD+ +（7 7）（1212）丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶醇脱氢酶醇脱氢酶3、有氧条件下，、有氧条件下，氧化成氧化成CO2和和H2O 丙酮酸丙酮酸线粒体线粒体乙酰乙酰CoASH三羧酸循环三羧酸循环CO2和和H2O丙酮酸丙酮酸4、糖异生形

21、成葡萄糖、糖异生形成葡萄糖（九）其他己糖进入酵解的途径（九）其他己糖进入酵解的途径癌组织是疯狂的葡萄糖代谢者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：水解水解淀粉分子内部任意部位的淀粉分子内部任意部位的-1,4-1,4糖苷键糖苷键( (内切酶内切酶) )。 -淀粉酶淀粉酶: :从非还原端开始水解从非还原端开始水解-,4,4糖苷键，依次糖苷键，依次水解下一个水解下一个-麦芽糖单位麦芽糖单位( (外切酶外切酶) )。 脱支酶（脱支酶（ - 1,6 -糖苷键酶糖苷键酶）: :水解支链淀粉（或糖原）中的水解支链淀粉（或糖原）中的1,6 -1,6 -糖苷键，如植物中的糖苷键，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麦芽糖麦芽糖+H2O 2 葡萄葡萄糖糖麦芽糖酶麦芽糖酶乳糖乳糖 +H2O 葡萄糖葡萄糖+半乳半乳糖糖-半乳糖苷酶半乳糖苷酶4、双糖的酶促降解、双糖的酶促降解P P -O-CH -O-CH2 2O OO OOH