糖的无氧氧化

20～20年第学期教师学时授课教案学科系：医学院授课教师：课题糖的无氧氧化课型理论授学时间授课班级重要教学内容1、糖的无氧氧化。2、糖酵解的反映特点。3、糖酵解的生理意义。教学目的1、掌握糖的无氧氧化的概念及生理意义2、熟悉糖的无氧氧化反映过程3、含有运用糖代谢知识解释血糖水平异常的能力。教学重点糖的无氧氧化的概念及生理意义教学难点糖的无氧氧化反映过程课外作业1、什么叫糖酵解？2、糖酵解的生理意义？备注专业：临床科目：生物化学教研室主任签字：学科系系办主任签字：年月日年月日第五章糖代谢第三节糖的无氧氧化一、糖的无氧氧化（一）基本概念与发生部位葡萄糖或糖原在缺氧或氧供应局限性的状况下分解产生乳酸的过程，称为糖的无氧氧化。糖无氧氧化重要在细胞液中进行。（二）反映过程糖无氧氧化的反映过程大致可分为两个阶段:第一阶段为葡萄糖或糖原生成丙酸的过程；第二个阶段为丙酮酸生成乳酸的过程。1、丙酮酸的生成（糖酵解途径）该阶段根据能量变化特点又分为耗能和产能两个阶段。该阶段中葡萄糖转变为丙酮酸，与酵母使糖生醇的过程相似，故又称为糖酵解（glycolysis）。因Embden和Meyerhof对此途径进行了透彻的描述，故又称Embden-Meyer途径（EMP）。糖酵解是生物体内最重要的分解代谢途径之一，几乎发生在全部的活细胞的基质中，只是速率有别。（1）耗能阶段：1分子葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖；需消耗能量，共进行5步反映。1）葡萄糖磷酸化成6磷酸葡萄糖：该反映是糖酵解的第一步磷酸化反映，由己糖激酶（hexokinase，HK）催化完毕，同时需要ATP提供能量和磷酸基，故该环节消耗1分子的ATP。己糖激酶是糖酵解的第一种核心酶，其催化的反映不可逆（图4-2）。2）6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖：该反映在磷酸已糖异构酶催化下完毕，此反映可逆（图4-2）。3）6-磷酸果糖磷酸化成1，6-二磷酸果糖：该反映是糖醇解的第二步磷酸化反映，由磷酸果糖激酶-1催化完毕，同样需要消耗1分子的ATP。磷酸果糖激酶-1是糖酵解的第二个核心醇，其催化的反映不可逆（(图4-2）。4）1，6-二磷酸果糖裂解成2分子的磷酸丙糖：该反映在醛缩酶的催化下完毕，生成的2分子的磷酸丙糖，分别为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，此反映可逆（图4-2）。5）磷酸丙糖的互变：3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮是同分异构体，在磷酸丙糖异构酶的催化下，两者能够互相转化（图4-2）。至此，通过两次磷酸化作用，消耗2分子ATP，葡萄糖转化为1，6-二磷酸果糖，进而裂解为2分子磷酸丙糖，完毕糖酵解反映的第一阶段。（2）产能阶段：磷酸丙糖通过一系列反映转变为丙酮酸，并释放能量，也有5步反映。1）3-磷酸甘油醛脱氢氧化成1，3-二磷酸甘油酸：该反映在3-磷酸甘油醛脱氢酶催化下完毕。脱下的两个氢原子，由NAD+接受生成NADH+H+，此反映是可逆的。生成的1，3-二磷酸甘油酸含有一种高能磷酸键，属于高能化合物（图4-2）。2）1，3-二磷酸甘油酸脱磷酸生成3-磷酸甘油酸：该反映是在磷酸甘油酸激酶催化下完毕，1，3-二磷酸甘油酸将其高能磷酸键转移给ADP，生成ATP。这种高能化合物直接将分子中的高能键转移给ADP（或GDP）生成ATP（或GDP）的过程称为底物水平酶酸化。因此，该反映产生1分子的ATP（图4-2）。在红细胞中，除了上述反映之外，1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶的催化下还可转变成2，3-二磷酸甘油酸，后者在2.3-二磷酸甘油酸磷酸酶的催化下生成3-磷酸甘油酸，这条代谢途径称为2，3-二磷酸甘油酸支路，对于红细胞血红蛋白运氧含有重要作用。3）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸：该反映是在磷酸甘油酸变位酶催化下完毕的，此反映可逆（图4-2）。4）2-磷酸甘油酸生成确酸烯醇式丙酮酸:该反映在烯醇化酶的催化下完毕，此反映可逆。生成的磷酸烯醇式丙酸是高能化合物(图4-2)。5）磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸:该反映在丙酮酸激酶(pyruvatekinase，PK)的催化下完毕。磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸键转移给ADP，生成ATP和烯醇式丙酮酸，烯醇式丙酮酸不稳定，可自动转变为丙酮酸。丙酮酸激酶是糖酵解过程的第三个核心酶，催化不可逆反映。此反映同样是底物水平磷酸化反映，可生成1分子ATP(图4-2)。至此、一分子磷酸丙糖转变为丙酮酸，经两次底物水平磷酸化，可生成2分子ATP，完毕糖酵解途径的第二阶段。由于1分子葡萄糖裂解为2分子的磷酸丙糖，故该阶段共生成4分子ATP。2、乳酸的生成丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下，由3-磷酸甘油醛脱氢氧化生成的NADH+H+提供氢，还原生成乳酸，此反映可逆。糖酵解反映的全过程见图4-2。(三)反映特点1、反映全过程均在细胞液中进行，没有氧的参加，乳酸是糖无氧氧化的终产物。2、糖醇解反映过程中有三步不可逆的单向反映，造成整个过程不可逆。催化这三步反映的己糖激酶(葡萄糖激酶)、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶是糖酵解途径的核心酶。3、葡萄糖进行无氧氧化可净生成2分子的ATP；糖原进行无氧氧化时，因少消耗1分子的ATP，故可生成3分子的AP。(四)生理意义1、是机体在缺氧状况下获得能量的重要方式。在生理性缺氧状况下，如激烈运动时，能量需求增加，糖酵解可快速为肌肉收缩提供急需的能量；人从平原进入高原的早期，由于氧供局限性，此时组织细胞的糖酵解会增强。在病理性缺氧状况下，如呼吸、循环功效障得、严重贫血、大量失血等造成机体缺氧时，组织细胞内的糖酵解会加强，来满足机体对能量的需求。但需要注意的是，糖酵解增强会造成乳酸产生过多，有发生酸中毒的可能。2、在正常生理状况下，也是个別组织细胞的重要获能方式。例如，成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化，只能通过糖酵解获取能量。角膜、晶状体和视网膜血供有限，并且缺少线粒体（由于线粒体会吸取和散射光线），因此也重要依靠糖酵解生成ATP。肾髓质、睾丸、淋巴细胞以及白肌纤维细胞中线粒体含量相对较少，也几乎完全依赖糖酵解供能。剧列运动时，由于肌肉收缩强度较大，在短时间内需要能量增强，故肌肉组织中糖的无氧氧化程度加强，产生较多的乳酸。短时间内乳酸堆积在肌肉组组中，会引发酸胀的刺激感。体息一段时回后，乳酸会在转化为丙酮酸进一步代谢，酸胀感会消失。3.病理意义。正常状况下血乳酸水平不超出12mmol/L。血浆中乳酸浓度的持续升高（普通高过中5mmol/L）称为乳酸性酸中毒，与循环系统衰竭有关，如心肌梗死、肺栓塞、无法控制的出血或体克等。由于没有充足的氧气进入组织，细胞运用无氧氧化产能，造成大量乳酸堆积、无法转化。(五)糖酵解的调节糖酵解的调节重要是通过调节三个核心酶的活性来实现的。其中，磷酸果糖激酶-1的催化活性最低，是糖酵解途径的限速酶。1、激素的调节。如胰岛素可诱导体内葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶的合成，提高其活性，使糖酵解过程增强。2、代谢物对限速酶的变构调节。体内的许多代谢物是糖酵解过程中三个核心酶的变构效应剂，可通过变构作用影响酶的活性，达成调节糖酵解的目的。其中对磷酸果糖激酶-1活性的调节，是糖酵解途径中最重要的调节点。F-1、6-BP、ADP、AMP等是其变构激活剂;柠檬酸、ATP、长链脂肪酸等为其变构克制剂。当细胞内