浙大考研史峰生物化学辅导班课件 糖代谢2

糖酵解（Glycolysis）与

发酵（Fermentation）无氧条件下糖的降解过程，糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径，也称Glycolyticpathway，或Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)pathway。厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙醇，称为乙醇（酒精）发酵。肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的NADH+H+用于把丙酮酸乳酸，称为乳酸发酵。

糖酵解（Glycolysis）与

发酵（Fermentati1碳水化合物进入

酵解途径的前奏

除葡萄糖以外，其他碳水化合物通过酵解进入分解代谢，必须首先转变为酵解途径的任一中间物。最重要的是贮存多糖（淀粉和糖元）、二糖（麦芽糖、乳糖、蔗糖、海藻糖）及单糖（果糖、甘露糖、半乳糖）。 糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶生成G-6-P进入酵解。其他单糖可形成多个分支点的中间屋进入酵解。碳水化合物进入

酵解途径的前奏 除葡萄糖以外，其他碳水化合2糖元、淀粉、二糖、己糖进入酵解的准备过程糖元、淀粉、二糖、己糖进入酵解的准备过程3糖的有氧和无氧分解糖的有氧和无氧分解4D-葡萄糖的代谢命运

D-Glc是多数生物的主要代谢燃料，在代谢中占有中心地位。葡萄糖含有较高的能量，氧化生成H2O和CO2放出自由能2840kj/mol、变为大分子的淀粉或糖元贮存又可维持相对低的摩尔渗透压浓度，而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，还是一个常见的前体分子，可为生物合成反应提供中间物，如大肠杆菌可利用葡萄糖和其碳架合成所有的氨基酸、核苷酸、辅酶、脂肪酸、和生长所需的各种代谢中间物。葡萄糖有成千上万种转化，高等动植物中主要有三种：变成糖元或淀粉贮存、酵解为三碳化合物（丙酮酸）或通过HMP（戊糖磷酸途径）变为戊糖。D-葡萄糖的代谢命运 D-Glc是多数生物的主要代谢燃料，5高等植物和动物细胞的葡萄糖主要利用途径高等植物和动物细胞的葡萄糖主要利用途径6酵解(Glycolysis)

酵解（Glycolysis,希腊语glykys，意为sweet和lysis)。一分子葡萄糖通过一系列的酶促反应生成2分子三碳化合物—丙酮酸，并生成ATP和NADH。 是第一个发现的也可能是最清楚的代谢途径，1897年EdwardBuchner通过发酵酵母抽提物发现，最终搞清楚是1941年由FritzLipmann和HermanKalckar完成。酵解(Glycolysis) 酵解（Glycolysis,7EMP途径

分为三个阶段：1）Glc磷酸化形成己糖的磷酸酯（包括反应1、2、3），消耗2ATP，产物为F-1,6-diP。2）磷酸己糖裂解为两分子三碳糖（反应4），由醛缩酶(aldolase)催化，产物为3-P-甘油醛（G-3-P）和磷酸二羟丙酮(DHAP)，断裂在己糖的C3-C4间。3）三碳糖经一系列的反应（反应5~10）生成丙酮酸，其中反6生成NADH+H+，并生成高能磷酸化合物（1,3-二磷酸甘油酸）；反应7生成ATP（底物水平磷酸化）；反应10底物水平磷酸化生成ATP。

EMP途径 分为三个阶段：8酵解可分为两个阶段

六碳葡萄糖分解为2分子三碳丙酮酸经10步反应，前5步反应为准备阶段，1Glc转变为2三碳物：磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛（即为裂解）（两者为异构体，可互变），消耗2ATP。 第二阶段是酵解的能量获得阶段（payoffphase)，3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸，生成4ATP（底物水平磷酸化）和2NADH。 过程中有三个化学转化需特别提出的：葡萄糖的碳架分解产生丙酮酸、磷酸化ADP产生ATP、产生的氢离子和电子载体NAD+生成NADH。丙酮酸的代谢命运决定于细胞类型和代谢环境。酵解可分为两个阶段 六碳葡萄糖分解为2分子三碳丙酮酸经109糖酵解的两个阶段糖酵解的两个阶段102分子3-磷酸甘油醛生成（第一阶段）2分子3-磷酸甘油醛生成（第一阶段）11丙酮酸是酵解的终产物（第二阶段）丙酮酸是酵解的终产物（第二阶段）12丙酮酸的代谢命运

1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。 2）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇。 3）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA，进入三羧酸循环，氧化供能（乙酰-CoA在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质）。4)丙酮酸作为其他物质合成的前体（如Ala）。丙酮酸的代谢命运 1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。13酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运14酵解途径酵解途径15EMP反应总表EMP反应总表16EMP的说明

1）己糖激酶(hexokinase)需要Mg2+或其他二价阳离子及ATP供能，反应不可逆，是酵解过程的第一个调节（别构）酶，肌肉中受产物G-6-P强烈别构抑制。肝脏中主要是以glucokinase存在，对Glc有特异活性，不受G-6-P的抑制。 2）果糖磷酸激酶（phosphofructokinase），需要Mg2+及ATP，是酵解途径的关键反应(committedstep,keyreaction,rate-limitingreaction)酶，酵解进行的速度取决于该酶的活性，酶的调节也是别构调节，ATP对其有抑制效应，柠檬酸及脂肪酸的存在会加强ATP的抑制作用，AMP、ADP及Pi可消除抑制。EMP的说明 1）己糖激酶(hexokinase)需要Mg17己糖激酶和磷酸果糖激酶己糖激酶和磷酸果糖激酶18EMP的说明（续）

3）3-P-甘油醛dHE(phosphoglyceraldehydedHE)活性中心在酶的Cys-SH上，NAD+与酶紧密结合，受氢还原后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成1，3-二磷酸甘油酸。只有NAD+不断取代NADH才能保持酶的催化活力，否则酵解就要停止。ICH2COOH与-SH反应，可强烈抑制酶的活性。 4）烯醇（化）酶（enolase）有Mg2+或Mn2+存在时，酶才有活性，F-能与Mg2+形成络合物并结合在酶上而抑制酶的活性。5）丙酮酸激酶（pyruvatekinase）别构调节酶，需要Mg2+，K+，催化的反应有ATP生成，是酵解途径的重要调节酶，长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑制酶活；F-1,6-diP可活化此酶。 6）整个酵解途径的反应1、3、10为严格不可逆。EMP的说明（续） 3）3-P-甘油醛dHE(phospho193-磷酸甘油醛氧化生成1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛氧化生成1,3-二磷酸甘油酸203-P-甘油醛脱氢酶3-P-甘油醛脱氢酶21碘乙酸是3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂碘乙酸与脱氢酶活性位点的-SH共价结合，使酶失活。碘乙酸是3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂碘乙酸与脱氢酶活性位点的22底物水平磷酸化底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的生成，涉及可溶性的酶和代谢中间物，不涉及膜结合的酶、跨膜质子梯度和电子传递。底物水平磷酸化底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联AT23丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸也是底物水平磷酸化丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸也是底物水平磷酸化24EMP途径总图EMP途径总图25EMP途径中间物浓度EMP途径中间物浓度26EMP的能量消耗与生成EMP的能量消耗与生成27NADH+H+的命运无氧条件下:通过乙醇发酵受氢，解决重氧化通过乳酸发酵受氢，解决重氧化有氧条件下:通过呼吸链递氢，最终生成H2O,并生成ATP。

NADH+H+的命运无氧条件下:28丙酮酸的生成丙酮酸的生成29乙醇生成(发酵)乙醇生成(发酵)30乳酸生成(发酵)乳酸生成(发酵)31甘油生成(发酵)

DHAP+NADH+H+3-P-甘油+NAD+

甘油利用酵母制造甘油 1）

培养基中添加NaHSO3NaHSO3+CH3CHOCH3CH(OH)OSO2Na 2）

将发酵液调至碱性，乙醛在碱性条件下发生歧化反应2CH3CHO+NaOHCH3COONa+CH3CH2OH甘油生成(发酵)DHAP+NADH+H+332EMP总结

1)无氧条件下，Glc分解为乙醇或乳酸，为无氧分解2).酵母等，Glc2ethanol+2CO2肌肉等，Glc2lactate3).虽无O2参与，但有脱氢反应，H的受体为NAD+，细胞内NAD少，必需解决NADH的重氧化。4).两种发酵均净生成2ATP，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NAD+,TPP,Mg2+,K+等。EMP总结1)无氧条件下，Glc分解为乙醇或乳酸，33丙酮酸激酶的调节作用丙酮酸激酶的调节作用34F-6-P对果糖磷酸激酶的变构调节作用磷酸果糖激酶-1的活力大肠杆菌PFK四亚基中的两个果糖1,6-二磷酸ADPF-6-P对果糖磷酸激酶的变构调节作用磷酸果糖激酶-1的活力35F-6-P对果糖磷酸激酶的变构调节作用（续）抑制激活F-6-P对果糖磷酸激酶的变构调节作用（续）抑制激活36F-6-P和ATP对EMP的调节作用F-6-P和ATP对EMP的调节作用37F-6-P对磷酸化和去磷酸化的作用F-6-P对磷酸化和去磷酸化的作用38葡萄糖异生跨越了酵解磷酸果糖激酶1催化的不可逆反应果糖-1，6-二磷酸酯酶1果糖磷酸激酶1葡萄糖异生跨越了酵解磷酸果糖激酶1催化的不可逆反应果糖-1，39其它单糖进入EMP

1）D-Fructose A.通过hexokinase转变为F-6-P进入EMP，但酶对Glc的亲和力大于对Fru的12倍，肝中几乎不发生这种反应，而脂肪组织中FruGlc，可走这一途径。B.肝脏中，Fructokinase催化Fru生成F-1-P，再由F-1-Paldolase催化裂解为DHAP和甘油醛，甘油醛激酶催化甘油醛生成3-P-G(消耗1ATP)进入EMP。

其它单糖进入EMP 1）D-Fructose40果糖进入EMP肝脏肌肉和肾中，己糖激酶催化Fru+ATPF-6-P，直接进入酵解3-P-甘油醛果糖进入EMP肝脏肌肉和肾中，己糖激酶催化3-P-甘油醛41其它单糖进入EMP（续） 2）D-Galactose由galactokinase催化生成1-P-Gal，再由鸟苷酰转移酶催化与UDPG反应生成Glc-1-P和UDPGal(由差向异构酶催化变为UDPG，完成再生)，而G-1-P经变位酶催化变成G-6-P进入EMP。 3）D-Mantose由hexokinase催化生成M-6-P，再经异构酶催化转变为F-6-P进入EMP。其它单糖进入EMP（续） 2）D-Galactose42半乳糖进入EMPGalATP，Mg2+半乳糖激酶UDPG-Gal-1-P鸟苷酰转移酶缺乏时，半乳糖血症缺乏时，半乳糖血症半乳糖进入EMPGalATP，Mg2+半乳糖激酶UDPG-G43半乳糖进入EMP半乳糖进入EMP44其他单糖进入EMP其他单糖进入EMP45糖酵解（Glycolysis）与

发酵（Fermentation）无氧条件下糖的降解过程，糖经一系列的酶促反应变成丙酮酸，并生成ATP，是一切生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径，也称Glycolyticpathway，或Embden-Meyerhof-Parnas(EMP)pathway。厌氧生物（酵母及其他微生物）把酵解中生成的NADH+H+用于还原丙酮酸生成乙醛，进而产生乙醇，称为乙醇（酒精）发酵。肌肉等组织或微生物在无氧或暂时缺氧条件下，酵解中生成的NADH+H+用于把丙酮酸乳酸，称为乳酸发酵。

糖酵解（Glycolysis）与

发酵（Fermentati46碳水化合物进入

酵解途径的前奏

除葡萄糖以外，其他碳水化合物通过酵解进入分解代谢，必须首先转变为酵解途径的任一中间物。最重要的是贮存多糖（淀粉和糖元）、二糖（麦芽糖、乳糖、蔗糖、海藻糖）及单糖（果糖、甘露糖、半乳糖）。 糖元和淀粉通过相应的磷酸化酶、磷酸葡萄糖变位酶生成G-6-P进入酵解。其他单糖可形成多个分支点的中间屋进入酵解。碳水化合物进入

酵解途径的前奏 除葡萄糖以外，其他碳水化合47糖元、淀粉、二糖、己糖进入酵解的准备过程糖元、淀粉、二糖、己糖进入酵解的准备过程48糖的有氧和无氧分解糖的有氧和无氧分解49D-葡萄糖的代谢命运

D-Glc是多数生物的主要代谢燃料，在代谢中占有中心地位。葡萄糖含有较高的能量，氧化生成H2O和CO2放出自由能2840kj/mol、变为大分子的淀粉或糖元贮存又可维持相对低的摩尔渗透压浓度，而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，还是一个常见的前体分子，可为生物合成反应提供中间物，如大肠杆菌可利用葡萄糖和其碳架合成所有的氨基酸、核苷酸、辅酶、脂肪酸、和生长所需的各种代谢中间物。葡萄糖有成千上万种转化，高等动植物中主要有三种：变成糖元或淀粉贮存、酵解为三碳化合物（丙酮酸）或通过HMP（戊糖磷酸途径）变为戊糖。D-葡萄糖的代谢命运 D-Glc是多数生物的主要代谢燃料，50高等植物和动物细胞的葡萄糖主要利用途径高等植物和动物细胞的葡萄糖主要利用途径51酵解(Glycolysis)

酵解（Glycolysis,希腊语glykys，意为sweet和lysis)。一分子葡萄糖通过一系列的酶促反应生成2分子三碳化合物—丙酮酸，并生成ATP和NADH。 是第一个发现的也可能是最清楚的代谢途径，1897年EdwardBuchner通过发酵酵母抽提物发现，最终搞清楚是1941年由FritzLipmann和HermanKalckar完成。酵解(Glycolysis) 酵解（Glycolysis,52EMP途径

分为三个阶段：1）Glc磷酸化形成己糖的磷酸酯（包括反应1、2、3），消耗2ATP，产物为F-1,6-diP。2）磷酸己糖裂解为两分子三碳糖（反应4），由醛缩酶(aldolase)催化，产物为3-P-甘油醛（G-3-P）和磷酸二羟丙酮(DHAP)，断裂在己糖的C3-C4间。3）三碳糖经一系列的反应（反应5~10）生成丙酮酸，其中反6生成NADH+H+，并生成高能磷酸化合物（1,3-二磷酸甘油酸）；反应7生成ATP（底物水平磷酸化）；反应10底物水平磷酸化生成ATP。

EMP途径 分为三个阶段：53酵解可分为两个阶段

六碳葡萄糖分解为2分子三碳丙酮酸经10步反应，前5步反应为准备阶段，1Glc转变为2三碳物：磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛（即为裂解）（两者为异构体，可互变），消耗2ATP。 第二阶段是酵解的能量获得阶段（payoffphase)，3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸，生成4ATP（底物水平磷酸化）和2NADH。 过程中有三个化学转化需特别提出的：葡萄糖的碳架分解产生丙酮酸、磷酸化ADP产生ATP、产生的氢离子和电子载体NAD+生成NADH。丙酮酸的代谢命运决定于细胞类型和代谢环境。酵解可分为两个阶段 六碳葡萄糖分解为2分子三碳丙酮酸经1054糖酵解的两个阶段糖酵解的两个阶段552分子3-磷酸甘油醛生成（第一阶段）2分子3-磷酸甘油醛生成（第一阶段）56丙酮酸是酵解的终产物（第二阶段）丙酮酸是酵解的终产物（第二阶段）57丙酮酸的代谢命运

1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。 2）无氧条件下，丙酮酸转变为乙醛，进而生成乙醇。 3）有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA，进入三羧酸循环，氧化供能（乙酰-CoA在能量状态高的情况下可用于合成脂类物质）。4)丙酮酸作为其他物质合成的前体（如Ala）。丙酮酸的代谢命运 1）无氧条件下，丙酮酸转变为乳酸。58酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运酵解产生的丙酮酸的三个可能的分解代谢命运59酵解途径酵解途径60EMP反应总表EMP反应总表61EMP的说明

1）己糖激酶(hexokinase)需要Mg2+或其他二价阳离子及ATP供能，反应不可逆，是酵解过程的第一个调节（别构）酶，肌肉中受产物G-6-P强烈别构抑制。肝脏中主要是以glucokinase存在，对Glc有特异活性，不受G-6-P的抑制。 2）果糖磷酸激酶（phosphofructokinase），需要Mg2+及ATP，是酵解途径的关键反应(committedstep,keyreaction,rate-limitingreaction)酶，酵解进行的速度取决于该酶的活性，酶的调节也是别构调节，ATP对其有抑制效应，柠檬酸及脂肪酸的存在会加强ATP的抑制作用，AMP、ADP及Pi可消除抑制。EMP的说明 1）己糖激酶(hexokinase)需要Mg62己糖激酶和磷酸果糖激酶己糖激酶和磷酸果糖激酶63EMP的说明（续）

3）3-P-甘油醛dHE(phosphoglyceraldehydedHE)活性中心在酶的Cys-SH上，NAD+与酶紧密结合，受氢还原后与酶脱离，磷酸攻击硫酯键生成1，3-二磷酸甘油酸。只有NAD+不断取代NADH才能保持酶的催化活力，否则酵解就要停止。ICH2COOH与-SH反应，可强烈抑制酶的活性。 4）烯醇（化）酶（enolase）有Mg2+或Mn2+存在时，酶才有活性，F-能与Mg2+形成络合物并结合在酶上而抑制酶的活性。5）丙酮酸激酶（pyruvatekinase）别构调节酶，需要Mg2+，K+，催化的反应有ATP生成，是酵解途径的重要调节酶，长链脂肪酸、乙酰CoA、ATP、Ala等均抑制酶活；F-1,6-diP可活化此酶。 6）整个酵解途径的反应1、3、10为严格不可逆。EMP的说明（续） 3）3-P-甘油醛dHE(phospho643-磷酸甘油醛氧化生成1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛氧化生成1,3-二磷酸甘油酸653-P-甘油醛脱氢酶3-P-甘油醛脱氢酶66碘乙酸是3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂碘乙酸与脱氢酶活性位点的-SH共价结合，使酶失活。碘乙酸是3-磷酸甘油醛脱氢酶的抑制剂碘乙酸与脱氢酶活性位点的67底物水平磷酸化底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联ATP的生成，涉及可溶性的酶和代谢中间物，不涉及膜结合的酶、跨膜质子梯度和电子传递。底物水平磷酸化底物氧化、分子内基团重排等所释放的能量偶联AT68丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸也是底物水平磷酸化丙酮酸激酶催化PEP生成丙酮酸也是底物水平磷酸化69EMP途径总图EMP途径总图70EMP途径中间物浓度EMP途径中间物浓度71EMP的能量消耗与生成EMP的能量消耗与生成72NADH+H+的命运无氧条件下:通过乙醇发酵受氢，解决重氧化通过乳酸发酵受氢，解决重氧化有氧条件下:通过呼吸链递氢，最终生成H2O,并生成ATP。

NADH+H+的命运无氧条件下:73丙酮酸的生成丙酮酸的生成74乙醇生成(发酵)乙醇生成(发酵)75乳酸生成(发酵)乳酸生成(发酵)76甘油生成(发酵)

DHAP+NADH+H+3-P-甘油+NAD+

甘油利用酵母制造甘油 1）

培养基中添加NaHSO3NaHSO3+CH3CHOCH3CH(OH)OSO2Na 2）

将发酵液调至碱性，乙醛在碱性条件下发生歧化反应2CH3CHO+NaOHCH3COONa+CH3CH2OH甘油生成(发酵)DHAP+NADH+H+377EMP总结

1)无氧条件下，Glc分解为乙醇或乳酸，为无氧分解2).酵母等，Glc2ethanol+2CO2肌肉等，Glc2lactate3).虽无O2参与，但有脱氢反应，H的受体为NAD+，细胞内NAD少，必需解决NADH的重氧化。4).两种发酵均净生成2ATP，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NAD+,TPP,Mg2+,K+等。EMP总结1)无氧条件下，Glc分解为乙醇或乳酸，78丙酮酸激酶的调节作用丙酮酸激酶的调节作用79F-6-P对果糖磷酸激酶的变构