生物化学糖酵解

1、会计学1生物化学糖酵解生物化学糖酵解胞外胞外水解水解酶酶2.胞内降解（磷酸分解）胞内降解（磷酸分解）磷酸化磷酸化酶酶活化、水解活化、水解转移转移酶酶 去分去分枝枝酶酶断支链断支链磷酸磷酸酶酶活化、水解活化、水解单糖单糖主要是葡萄糖（淀粉酶、寡糖酶）（淀粉酶、寡糖酶）丙酮酸丙酮酸葡葡萄萄糖糖“糖酵解糖酵解”不需氧不需氧“磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径”需氧需氧有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况好氧好氧生物生物厌氧厌氧生物生物“三羧酸循环三羧酸循环”“乙醛酸循环乙醛酸循环” CO2 + + H2O“乳酸发酵乳酸发酵”乳酸乳酸“乳酸发酵乳酸发酵”、“乙醇发酵乙醇发酵”乳酸或乙醇乳酸或乙醇 CO2 + + H

2、2O重点细胞质细胞质 G G 2丙酮酸丙酮酸 + 2NADH + 2ATP丙酮酸丙酮酸糖酵解的研究历史糖酵解的研究历史解释发酵现象的人解释发酵现象的人1854-1864 Louis Paster 发酵是由发酵是由微生物微生物引起的引起的发现酵解本质的人发现酵解本质的人1897 榨酵母汁榨酵母汁 蔗糖蔗糖 Hans Buchner 和和 Eduard Buchner 发酵并不需要整个完整细胞参与发酵并不需要整个完整细胞参与1900s, Arthur Harden and William Young ：Pi is needed for yeast juice to ferment glucose,

3、 a hexose diphosphate (fructose 1,6-bisphosphate) was isolated.1900s, Arthur Harden and William Young (Great Britain) separated the yeast juice into two fractions: one heat-labile, nondialyzable zymase (enzymes) and the other heat-stable, dialyzable cozymase (metal ions, ATP, ADP, NAD+).1910s-1930s,

4、 Gustav Embden and Otto Meyerhof(Germany), studied muscle and its extracts:Reconstructed all the transformation steps from glycogen to lactic acid in vitro; revealed that many reactions of lactic acid (muscle) and alcohol (yeast) fermentations were the same! Discovered that lactic acid is reconverte

5、d to carbohydrate in the presence of O2 (gluconeogenesis); observed that some phosphorylated compounds are energy-rich. Glycolysis was also known as Embden-Meyerhof pathway.The whole pathway of glycolysis (Glucose to pyruvate) was elucidated by the 1940s.一、一、糖酵解过程概述糖酵解过程概述1、碳骨架的变化：、碳骨架的变化： 6C糖糖 2个个3

6、C糖糖 葡萄糖葡萄糖 2 乳酸乳酸 或或 葡萄糖葡萄糖 2 乙醇乙醇 + 2 CO22、能量的变化、能量的变化 酵解（产生乳酸）酵解（产生乳酸） 2ATP 发酵发酵 （产生酒精）（产生酒精） 2ATP物质代谢放能过程ADP+Pi ATP吸能过程P3PPOOHOHCH2CH2OO12546CH2OCOH2COHP磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮123+OOHOHCH2CH2OHOPP异构6-磷酸果糖磷酸果糖HCOHCOHH2COP564磷酸甘油醛磷酸甘油醛PPCOHCOHH2COO1，3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸PCOHCOHH2COOH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸PCOH2CCOO HOHH2-磷酸甘油酸

7、磷酸甘油酸COCH2COO HP磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸COCH3OOHC丙酮酸丙酮酸6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖OOHCH2OPPGG葡萄糖葡萄糖活化裂解脱氢异构PPOOHOHCH2CH2OOP1，6-二磷二磷酸果糖酸果糖活化产能脱水异构产能HHOH3、糖酵解中间产物都是磷酸化合物糖酵解中间产物都是磷酸化合物意义：意义：（1）带有极性，不易随便出入细胞）带有极性，不易随便出入细胞（2）被酶识别，与酶结合）被酶识别，与酶结合（3）传递能量）传递能量 二、糖酵解过程全图二、糖酵解过程全图Glucose + 2 ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 pyruvate + 2ATP + 2H2

8、O + 2NADH + 2H+葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖- 1， 6-二磷酸二磷酸 丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二 甘油醛甘油醛 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸羟丙酮羟丙酮 + 3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-1，3-二磷酸二磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸3 -磷酸磷酸-甘油酸甘油酸 2 -磷酸磷酸-甘油酸甘油酸 乳酸乳酸乙醇乙醇乙醛乙醛两个阶段：两个阶段：1、准备阶段：消耗、准备阶段：消耗ATP2、放能阶段：产生、放能阶段：产生ATP 和和NADH三、糖酵解第一阶段的反应三、糖酵解第一阶段的反应 活化及裂解活化及裂解 葡葡萄萄糖糖 糖糖原原（淀淀粉粉） AT

9、P 己糖激酶 6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖 磷酸葡萄糖变位酶 1-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖 磷酸葡萄糖 异构酶 6-磷磷酸酸果果糖糖 ATP 磷酸果糖激酶 16二二磷磷酸酸果果糖糖 醛缩酶3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛 磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮活化G= -7.5kcal/mol(不不可可逆逆)异构G= -0.6kcal/mol(可可逆逆)二次活化G= -5.0kcal/mol(不不可可逆逆)裂解G= -0.3kcal/mol(可可逆逆) 磷酸化酶 磷酸ADPADP1irreversible under intracellular conditionsHexokinaseGlucoseInduced fitM

10、g2+-ATP结合时的构象变化使使ATP与葡萄糖上的与葡萄糖上的6位羟基靠近位羟基靠近己糖激酶：己糖激酶：（1）专一性不强专一性不强 (mannose/fructose)（2）受产物葡萄糖受产物葡萄糖-6-磷酸和磷酸和ADP抑制（变构抑制剂）抑制（变构抑制剂）葡萄糖激酶葡萄糖激酶（肝脏）：（肝脏）：（1）只作用于葡萄糖只作用于葡萄糖（2）对葡萄糖的）对葡萄糖的Km较大较大（与己糖激酶相比）（与己糖激酶相比） 葡萄糖葡萄糖 较高时作用，较高时作用，G6P促进糖原合成促进糖原合成（3）不受产物葡萄糖）不受产物葡萄糖-6-磷酸的抑制磷酸的抑制G G6P意义：意义：活化活化葡萄糖；葡萄糖； 磷酸化后葡

11、萄糖无法出细胞，磷酸化后葡萄糖无法出细胞， 是细胞的是细胞的保糖机制保糖机制。OHOHHOHHOHHOHCH2HHO葡萄糖葡萄糖GATPADPMg+OHOHHOHHOHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P己糖激酶己糖激酶aldose （G6P）ketose （F6P）Reversible可可逆逆磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸果糖异构酶磷酸果糖异构酶 异构时，开环异构时，开环意义：意义：使羰基从使羰基从1位位C上转移到上转移到2位位C上，上， 1位位C上上-OH游离游离 为第二次磷酸化打基础为第二次磷酸化打基础CH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OPOHOHHOHH

12、OHHOHCH2HOP6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-P磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶 One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1)Regulatory ATPCH2OHCOCHHOCOHHCOHHCH2OP6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-PATPADPMg2+CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖F-1,6-BP6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1Mg2+磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶1（1）ATP抑制抑制 ATPATP既是底物又是变构抑制剂既是底物又是变构抑制剂 怎

13、么实现？怎么实现？结合部位不同结合部位不同（2） AMP去除去除ATP抑制作用抑制作用 实际上，实际上， AMP/ATP 比值调节酶活性比值调节酶活性（3） H+过高抑制酶活性过高抑制酶活性避免酸中毒避免酸中毒（兔）不同型（兔）不同型PFK的抑制剂的抑制剂PFK- A（心肌、骨骼肌）：（心肌、骨骼肌）：磷酸肌酸磷酸肌酸 、柠檬酸、柠檬酸 、PiPFK- B（肝、红细胞）（肝、红细胞） ：2，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸PFK- C（脑）（脑） ：腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸同工酶同工酶OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖

14、HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖2+2+2+123456 ketonealdehyde醛缩酶（醛缩酶（ aldolase） 以逆反应命以逆反应命名名这个反应这个反应在在标准状况下标准状况下是吸能反应是吸能反应在在生理条件下生理条件下是放能反应，是放能反应， 两个三碳糖不断被消耗两个三碳糖不断被消耗CH2OCOCHHOCOHHCOHHCH2OPP1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖F-1,

15、6-BPCH2OCOCH2OHCHOCOHHCH2OPP磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛醛缩酶醛缩酶An aldose 5 4 6丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶8 8股股折叠折叠链环抱成核心链环抱成核心每条每条折叠外围有折叠外围有螺旋螺旋 由由无规卷曲无规卷曲相连相连该反应平衡点时：该反应平衡点时： 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 K= = 4.74x10-2 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮生理状况下：生理状况下：磷酸甘油醛不断磷酸甘油醛不断被消耗被消耗磷酸二羟丙酮不断地磷酸二羟丙酮不断地被异构化被异构化1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3

16、H2CCH2OHOCH2OPO3H2CHOHCHO磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶964醛缩酶酶酶四、糖酵解第二阶段的反应四、糖酵解第二阶段的反应 放能阶段放能阶段23-磷磷酸酸甘甘油油醛醛 磷磷酸酸二二羟羟丙丙酮酮 NAD+ 磷酸丙糖异构酶2 3-磷酸甘油醛脱氢酶 NADH H1.3-二二磷磷酸酸甘甘油油酸酸 ADP 2 3-磷磷酸酸甘甘油油酸酸 2 磷酸甘油酸变位酶 H20 磷磷酸酸 ADP ATP2-磷磷酸酸甘甘油油酸酸 2 烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸 烯醇化酶 丙酮酸激酶 异构G= -0.6kcal/mol(可可逆逆)磷酸甘油酸激酶 ATP氧化磷酸化G= -0.4kcal/mol(

17、可可逆逆)产能 1G= +0.3kcal/mol(可可逆逆) 产能 2G= -4.0kcal/mol (不不可可逆逆)异构 脱水G= +0.2kcal/mol G=-0.8kcal/mol(可可逆逆) （可可逆逆）2 丙丙酮酮酸酸Pi甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶活性中心含磷酸脱氢酶活性中心含游离游离-SH碘乙酸会抑制该酶的活性碘乙酸会抑制该酶的活性不可逆不可逆砷酸盐与磷酸结构相似砷酸盐与磷酸结构相似替代磷酸形成替代磷酸形成1-砷酸砷酸-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸水解水解为为3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸无法形成形成高能磷酸键无法形成形成高能磷酸键解偶联剂解偶联剂CHOCHOHCH2OPCCHOHCH2

18、OPOPO3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛NAD+NADH+H+Pi1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶Enzyme is named for the reverse reactionSubstrate-level phosphorylationFor ATP generationCCHOHCH2OPOPO1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸COOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸ADPATP磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶糖酵解中第一个产生糖酵解中第一个产生ATP的反应的反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化（三）（三） 3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸

19、磷酸甘油酸 Converston of 3-Phosphoglycerate to 2-PG磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶COOHCHOHCH2OP3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 3磷酸甘油醛CH2OPO3H2CHOHCHOCH2OPO3H2CHOHCOPO3H2ONAD+NADH + H+1,3-二磷酸甘油酸CH2OPO3H2CHOHCOHOADP A TPMg磷酸甘油酸激酶CH2OHCHOPO3H2COHO3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶2+COOHCHCH2OHOP2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸COOHC

20、CH2OPH2OMg2+磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶烯醇化酶2-磷酸甘油酸C H2O HC H O PO3H2C O HOC H2C O PO3H2C O HO烯醇化酶M g+2磷酸烯醇式丙酮酸C O HOC H O HC H2C O O HCC H3OA D P AT P2M g+丙酮酸激酶烯醇式丙酮酸丙酮酸五、由五、由葡萄糖葡萄糖转变为转变为 丙酮酸丙酮酸的能量变化的能量变化磷酸烯醇磷酸烯醇 式式丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶ADP ATP产能步骤：产能步骤：3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ 3-磷酸甘油醛脱氢酶 NADH H1.3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 ADP

21、3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶 ATP3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶12() + + 2() - - 1() - - 1() = 2ATPG G为起始物为起始物胞内多糖为起始物胞内多糖为起始物2() + + 2() - - 1() = 3ATP其他单糖通过转化为糖酵解中间产物形式进入糖酵解。其他单糖通过转化为糖酵解中间产物形式进入糖酵解。 葡萄糖葡萄糖 2乳酸乳酸 + 2ATP 糖原糖原（葡萄糖）（葡萄糖） 2乳酸乳酸 + 3ATP Go= 47Kcal/mol Go= 44Kcal/mol 每生成每生成1ATP1ATP固定了固定了7.3Kcal/mol7.3Kcal/mol能量能

22、量 葡萄糖葡萄糖 获能效率获能效率 27.3/47 = 31% 糖原糖原 获能效率获能效率 37.3/44 = 49.7%葡萄糖葡萄糖 CO2 H2OGo= 686Kcal/mol 葡萄糖葡萄糖 获能效率获能效率 27.3/686 = 2.1% 糖糖 原原 获能效率获能效率 37.3/686 = 3.1% 有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况“三羧酸循环三羧酸循环”“乙醛酸循环乙醛酸循环” CO2 + + H2O“乳酸发酵乳酸发酵”、“乙醇发酵乙醇发酵”乳酸或乙醇乳酸或乙醇丙酮酸COOHCOCH3NADH + HNAD+CH3CHOHCOOH其生物意义？其生物意义？消耗糖酵解脱下的消耗糖酵解脱下的

23、 H H，保持细胞内的保持细胞内的pHpH稳定稳定。Km高高Km低低COOHCOCH3CO2HCOCH3NADH + HNAD+CH3CH2OH丙酮酸脱羧酶+ TPP乙醇脱氢酶 乙醇七、七、糖酵解作用的调节糖酵解作用的调节PFK2 One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1)Regulatory ATPPFK2PFK2位于一条多肽链上位于一条多肽链上Ser-OH磷酸化：水解活性激活，激酶活性抑制磷酸化：水解活性激活，激酶活性抑制胰高血糖素胰高血糖素G过剩，则去磷酸化，协同控制过剩，则去磷酸化，协同控制Triose pho

24、sphateisomeraseOne fructose is converted totwo glyceraldehyde 3-P肝脏肝脏果糖激酶果糖激酶甘油醛甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮B型醛缩酶型醛缩酶2、半乳糖、半乳糖半乳糖激酶半乳糖激酶半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸尿苷酰转移酶尿苷酰转移酶（半乳糖血症）（半乳糖血症）尿嘧啶核苷二尿嘧啶核苷二磷酸磷酸-半乳糖半乳糖UDP-G尿嘧啶核苷二尿嘧啶核苷二磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖UDP-G尿嘧啶核苷二磷酸尿嘧啶核苷二磷酸-半乳糖差向异构酶半乳糖差向异构酶1-P-GUMPUTP焦磷酸化酶焦磷酸化酶葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶3 3、甘露糖、甘露糖（1 1）在己糖激酶作用下形成：）在己糖激酶作用下形成： 甘露糖甘露糖-6-6-磷酸磷酸（2 2）在磷酸甘露糖异构酶作用下形成：）在磷酸甘露糖异构酶作用下形成： 果糖果糖-6-6-磷酸磷酸