生物化學(xué) 糖酵解

1、編輯課件第八章第八章 糖酵解糖酵解重點(diǎn)：重點(diǎn)：糖酵解的糖酵解的反應(yīng)途徑反應(yīng)途徑糖酵解過程中的糖酵解過程中的糖酵解的糖酵解的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)編輯課件糖的分解代謝糖的分解代謝 生物體中提供能量的主要物質(zhì)是生物體中提供能量的主要物質(zhì)是ATPATP，而，而ATPATP的形成主要有的形成主要有糖的分解糖的分解代謝產(chǎn)生代謝產(chǎn)生葡萄糖葡萄糖酵解酵解丙酮酸丙酮酸OX乙酰乙酰CoA三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)CO2+H2O無氧分解無氧分解 （有氧、無氧）（有氧、無氧）有氧分解有氧分解 （有氧）（有氧） 編輯課件一、糖酵解（一、糖酵解（glycolysis)glycolysis)概念概念 也稱也稱EMPEMP（EmbdenEmb

2、denMeyerhofMeyerhof途徑），指葡萄糖在途徑），指葡萄糖在無氧條件下分解生成無氧條件下分解生成2 2分子丙酮酸并釋放出能量的分子丙酮酸并釋放出能量的過程。過程。 總反應(yīng)式：總反應(yīng)式： Glc+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+H+2H2O 它是它是氧化磷酸化氧化磷酸化和和三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)的前奏。的前奏。 是動(dòng)物、植物、微生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能是動(dòng)物、植物、微生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。量的共同代謝途徑。編輯課件二、糖酵解途徑的實(shí)驗(yàn)依據(jù)二、糖酵解途徑的實(shí)驗(yàn)依據(jù) 酵母抽提液的發(fā)酵速度比完整酵母慢，且逐漸緩酵母抽提液的發(fā)酵速度比

3、完整酵母慢，且逐漸緩慢直至停頓慢直至停頓 如果加入無機(jī)磷酸鹽，可以恢復(fù)發(fā)酵速度，但不如果加入無機(jī)磷酸鹽，可以恢復(fù)發(fā)酵速度，但不久又會(huì)再次緩慢，同時(shí)加入的磷酸鹽濃度逐漸下久又會(huì)再次緩慢，同時(shí)加入的磷酸鹽濃度逐漸下降。降。 上述現(xiàn)象說明在發(fā)酵過程中需要磷酸，可能上述現(xiàn)象說明在發(fā)酵過程中需要磷酸，可能磷酸與葡萄糖代謝中間產(chǎn)物生成了糖磷酸酯。完磷酸與葡萄糖代謝中間產(chǎn)物生成了糖磷酸酯。完整細(xì)胞可通過整細(xì)胞可通過ATPATP水解提供磷酸。水解提供磷酸。編輯課件 將酵母液透析后就會(huì)失去發(fā)酵能力將酵母液透析后就會(huì)失去發(fā)酵能力 將酵母液加熱到將酵母液加熱到5050也會(huì)失去發(fā)酵能力也會(huì)失去發(fā)酵能力 將經(jīng)過透析失活

4、的酵母液混合在一起后又恢復(fù)發(fā)將經(jīng)過透析失活的酵母液混合在一起后又恢復(fù)發(fā)酵能力酵能力 由此推斷發(fā)酵需要兩類物質(zhì)：一是熱不穩(wěn)定的，由此推斷發(fā)酵需要兩類物質(zhì)：一是熱不穩(wěn)定的，不可透析的組分即酶；二是熱穩(wěn)定的可透析的組不可透析的組分即酶；二是熱穩(wěn)定的可透析的組分，如輔酶、分，如輔酶、ATPATP、金屬離子等。、金屬離子等。編輯課件 碘乙酸對(duì)酵母生長有抑制作用碘乙酸對(duì)酵母生長有抑制作用 將葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保溫，可以將葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保溫，可以分離出少量的磷酸丙糖（主要是分離出少量的磷酸丙糖（主要是3-3-磷酸甘油醛和磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮的平衡混合物）磷酸二羥丙酮的平衡混合

5、物） 因此推斷磷酸己糖可能裂解為兩分子三碳糖，因此推斷磷酸己糖可能裂解為兩分子三碳糖，而碘乙酸對(duì)三碳糖進(jìn)一步分解的酶有抑制作用。而碘乙酸對(duì)三碳糖進(jìn)一步分解的酶有抑制作用。編輯課件 氟化鈉對(duì)酵母生長也有抑制作用氟化鈉對(duì)酵母生長也有抑制作用 將將1,6-1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化鈉一起保溫有磷酸甘油酸積累（氟化鈉一起保溫有磷酸甘油酸積累（3-3-和和2-2-磷酸磷酸甘油酸的平衡混合物）甘油酸的平衡混合物） 由此推斷由此推斷3-3-磷酸甘油酸是磷酸甘油酸是3-3-磷酸甘油醛的氧化磷酸甘油醛的氧化產(chǎn)物，產(chǎn)物，2-2-磷酸甘油酸又是前者變位后的產(chǎn)

6、物，氟磷酸甘油酸又是前者變位后的產(chǎn)物，氟化鈉對(duì)化鈉對(duì)2-2-磷酸甘油酸進(jìn)一步反應(yīng)的酶有抑制作用磷酸甘油酸進(jìn)一步反應(yīng)的酶有抑制作用編輯課件三、糖酵解途徑三、糖酵解途徑 場(chǎng)所場(chǎng)所: :細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)( (胞液胞液) )中中 氧氣氧氣: :不需要不需要編輯課件 糖酵解過程糖酵解過程6-磷酸葡萄糖葡萄糖果糖6-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油酸磷酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸b1糖原1-磷酸葡萄糖編輯課件 糖酵解可分為兩個(gè)階段：糖酵解可分為兩個(gè)階段： 1 1分子葡萄糖分解為分子葡萄糖分解為2 2分子丙酮酸需經(jīng)分子丙酮酸需經(jīng)1010步反步反應(yīng)應(yīng)，前，前

7、5 5步反應(yīng)為步反應(yīng)為準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段，1Glc1Glc轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)? 2三碳物：三碳物：磷酸二羥丙酮和磷酸二羥丙酮和3-3-磷酸甘油醛，磷酸甘油醛，消耗消耗2ATP2ATP。第二階段是第二階段是能量獲得階段能量獲得階段（payoff phase)payoff phase)，3-3-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，磷酸甘油醛轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔缮?ATP4ATP和和2NADH 2NADH +H+H+ +。葡萄糖的碳架分解產(chǎn)生丙酮酸、磷酸化葡萄糖的碳架分解產(chǎn)生丙酮酸、磷酸化ADPADP產(chǎn)產(chǎn)生生ATPATP、產(chǎn)生的氫轉(zhuǎn)變?yōu)椤a(chǎn)生的氫轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADHNADH。編輯課件（一）葡萄糖的磷酸化（一）葡萄糖的磷酸化第

8、一階段的反應(yīng)第一階段的反應(yīng) 催化這一反應(yīng)的酶有催化這一反應(yīng)的酶有己糖激酶己糖激酶和和葡萄糖激酶葡萄糖激酶。己糖激己糖激酶酶專一性弱，專一性弱，KmKm值小，存在所有的細(xì)胞內(nèi)；值小，存在所有的細(xì)胞內(nèi)；別構(gòu)調(diào)節(jié)酶別構(gòu)調(diào)節(jié)酶, ,受受ADPADP和葡萄糖和葡萄糖6-6-磷酸的變構(gòu)抑制磷酸的變構(gòu)抑制。 葡萄糖激酶葡萄糖激酶專一行強(qiáng)，專一行強(qiáng)，KmKm值高，值高，在肝臟中在肝臟中，當(dāng)肝糖濃，當(dāng)肝糖濃度較高時(shí)，催化葡萄糖度較高時(shí)，催化葡萄糖6-6-磷酸的合成，維持血糖的穩(wěn)定磷酸的合成，維持血糖的穩(wěn)定. . 編輯課件n 糖酵解過程中的中間產(chǎn)物都帶有磷酸基團(tuán)，它們糖酵解過程中的中間產(chǎn)物都帶有磷酸基團(tuán)，它們的意

9、義在于：的意義在于：1.1.磷酸化導(dǎo)致負(fù)離子，使分子產(chǎn)生極性，使產(chǎn)物不磷酸化導(dǎo)致負(fù)離子，使分子產(chǎn)生極性，使產(chǎn)物不致流失到膜外；致流失到膜外；2.2.磷酸基團(tuán)起一種信號(hào)作用，易于被酶識(shí)別；磷酸基團(tuán)起一種信號(hào)作用，易于被酶識(shí)別；3.3.磷酸基團(tuán)最終形成磷酸基團(tuán)最終形成ATPATP，保存了能量。，保存了能量。編輯課件 該酶有絕對(duì)的底物專一性和立體專一性。該酶有絕對(duì)的底物專一性和立體專一性。 6PG,E4P6PG,E4P和和S7PS7P等是該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。等是該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。編輯課件（三）果糖（三）果糖6-6-磷酸生成果糖磷酸生成果糖1,61,6二磷酸二磷酸 這是一個(gè)不可逆反應(yīng)。這是一個(gè)不可逆

10、反應(yīng)。 催化該反應(yīng)的是一種催化該反應(yīng)的是一種變構(gòu)調(diào)節(jié)酶變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，也是酵解過程中，也是酵解過程中最最重要重要的限速酶。的限速酶。ATPATP有抑制作用，有抑制作用，AMPAMP可消除這種抑制作可消除這種抑制作用。用。H H+ +對(duì)該酶也有一種抑制作用，這可防止乳酸中毒。對(duì)該酶也有一種抑制作用，這可防止乳酸中毒。 該反應(yīng)對(duì)下一步的裂解做好了準(zhǔn)備。該反應(yīng)對(duì)下一步的裂解做好了準(zhǔn)備。編輯課件（四）果糖（四）果糖-1,6-1,6-二磷酸轉(zhuǎn)變成二磷酸轉(zhuǎn)變成 三碳化合物三碳化合物 該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能表明該反應(yīng)是趨向與縮合，但該反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能表明該反應(yīng)是趨向與縮合，但在細(xì)胞中由于底物濃度的驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)趨向于裂

11、解。在細(xì)胞中由于底物濃度的驅(qū)動(dòng)，反應(yīng)趨向于裂解。 兩個(gè)三碳糖相同的原子序號(hào)其來源不同。兩個(gè)三碳糖相同的原子序號(hào)其來源不同。編輯課件（五）二羥丙酮轉(zhuǎn)變成甘油醛（五）二羥丙酮轉(zhuǎn)變成甘油醛3-3-磷酸磷酸該反應(yīng)盡管平衡點(diǎn)處二羥丙酮的濃度要高，但由該反應(yīng)盡管平衡點(diǎn)處二羥丙酮的濃度要高，但由于后續(xù)反應(yīng)對(duì)甘油醛的消耗，導(dǎo)致反應(yīng)趨向甘油于后續(xù)反應(yīng)對(duì)甘油醛的消耗，導(dǎo)致反應(yīng)趨向甘油醛方向。醛方向。丙糖磷酸異構(gòu)酶丙糖磷酸異構(gòu)酶編輯課件第二階段的反應(yīng)第二階段的反應(yīng) 該反應(yīng)中該反應(yīng)中產(chǎn)生第一個(gè)還原型的輔酶產(chǎn)生第一個(gè)還原型的輔酶I(NADHI(NADHH H+ +),),同時(shí)吸收同時(shí)吸收1 1分子無機(jī)磷酸。分子無機(jī)磷酸

12、。碘乙酸是一種不可逆抑制碘乙酸是一種不可逆抑制劑劑，它與，它與-SH-SH結(jié)合。結(jié)合。砷酸砷酸使得其氧化作用與磷酸化作使得其氧化作用與磷酸化作用解偶聯(lián)，即反應(yīng)仍進(jìn)行，但未形成高能磷酸鍵。用解偶聯(lián)，即反應(yīng)仍進(jìn)行，但未形成高能磷酸鍵。砷酸的結(jié)構(gòu)和磷酸類似，故是該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。但產(chǎn)物為砷酸的結(jié)構(gòu)和磷酸類似，故是該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。但產(chǎn)物為1 1砷酸，砷酸，3 -3 -磷酸甘油酸，后者易水解成磷酸甘油酸，后者易水解成3 -3 -磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。高能鍵高能鍵編輯課件( (二）由二）由1,3-1,3-二磷酸甘油酸生成二磷酸甘油酸生成3 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸這是酵解過程這是酵解過程第一個(gè)產(chǎn)生第

13、一個(gè)產(chǎn)生ATPATP的部位的部位。編輯課件（三）（三）3-3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 該反應(yīng)通過一個(gè)中間產(chǎn)物該反應(yīng)通過一個(gè)中間產(chǎn)物:2,3-:2,3-二磷酸甘油酸。當(dāng)二磷酸甘油酸。當(dāng)3-3-磷酸甘油酸與酶結(jié)合后，酶分子上的磷酸轉(zhuǎn)移到磷酸甘油酸與酶結(jié)合后，酶分子上的磷酸轉(zhuǎn)移到2 2位，位，生成生成 2,3-2,3-二磷酸甘油酸，使酶分子的活性部位再結(jié)合二磷酸甘油酸，使酶分子的活性部位再結(jié)合1 1分子的磷酸，同時(shí)產(chǎn)生游離的分子的磷酸，同時(shí)產(chǎn)生游離的2-2-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。編輯課件（四）（四）2-2-磷酸甘油酸脫水生成烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸脫水生成烯醇式

14、丙酮酸 這一步反應(yīng)的作用是為下一步將其高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變成這一步反應(yīng)的作用是為下一步將其高能狀態(tài)轉(zhuǎn)變成ATPATP作準(zhǔn)備。作準(zhǔn)備。 氟化物氟化物是酶的強(qiáng)抑制劑。氟與鎂、磷酸形成復(fù)合物，是酶的強(qiáng)抑制劑。氟與鎂、磷酸形成復(fù)合物，取代酶分子上鎂的位置使酶失活。取代酶分子上鎂的位置使酶失活。Mg2+高能磷酸化合物高能磷酸化合物編輯課件（五）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸并產(chǎn)生（五）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸并產(chǎn)生ATPATP 這是第二個(gè)產(chǎn)生這是第二個(gè)產(chǎn)生ATPATP的部位，生成的丙酮酸是共同途的部位，生成的丙酮酸是共同途徑的終產(chǎn)物，無氧發(fā)酵和有氧呼吸在此之后開始分支。徑的終產(chǎn)物，無氧發(fā)酵和有氧呼吸在此之后開

15、始分支。 丙酮酸激酶是一個(gè)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，丙酮酸激酶是一個(gè)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，ATPATP、長鏈脂肪酸、長鏈脂肪酸、乙酰乙酰CoACoA、丙氨酸為負(fù)調(diào)節(jié)物；果糖、丙氨酸為負(fù)調(diào)節(jié)物；果糖-1-1，6-6-二磷酸和磷酸二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸為正調(diào)節(jié)物。烯醇式丙酮酸為正調(diào)節(jié)物。Mg2+編輯課件四、酵解過程中能量的產(chǎn)生四、酵解過程中能量的產(chǎn)生 以葡萄糖為起點(diǎn)以葡萄糖為起點(diǎn) 無氧情況下無氧情況下: GG-6-P -1ATP F-6-PF-1，6-dip -1ATP 2 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2甘油酸甘油酸-3-磷酸磷酸 +2ATP 2PEP2Py +2ATP 除除2分子分子ATP外，還生成外，還生成2分

16、子分子NADH 凈增凈增2ATP葡萄糖葡萄糖2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+2H+2H2O 編輯課件五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路丙酮酸丙酮酸 無氧或無氧或 相對(duì)缺氧相對(duì)缺氧 有氧：有氧： 酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵 乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶乙醛乙醛乙醇乙醇乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶丙酮酸丙酮酸 CO2+H2O 氧化脫羧氧化脫羧CH3COSCoATCA cycle肌肉中：肌肉中： 酵母菌中：酵母菌中： 五、丙酮酸的去路五、丙酮酸的去路 編輯課件六、六、NADH+HNADH+H+ +的命運(yùn)的命運(yùn) 無氧條

17、件下無氧條件下: : 通過乙醇發(fā)酵受氫，解決重氧化通過乙醇發(fā)酵受氫，解決重氧化 通過乳酸發(fā)酵受氫，解決重氧化通過乳酸發(fā)酵受氫，解決重氧化 有氧條件下有氧條件下: : 通過呼吸鏈遞氫，最終生成通過呼吸鏈遞氫，最終生成H H2 2O,O,并生成并生成ATPATP編輯課件乳酸生成乳酸生成 ( (發(fā)酵發(fā)酵) )動(dòng)物包括人在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)或供氧不足時(shí)：動(dòng)物包括人在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)或供氧不足時(shí)：編輯課件丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶乙醛乙醛乙醇乙醇乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶酒精發(fā)酵酒精發(fā)酵 酵母在無氧條件下，進(jìn)行乙醇發(fā)酵。酵母在無氧條件下，進(jìn)行乙醇發(fā)酵。CO2NADHNAD編輯課件七、糖酵解作用的調(diào)節(jié)七、糖酵解作

18、用的調(diào)節(jié) 糖酵解代謝途徑有三個(gè)關(guān)鍵酶：糖酵解代謝途徑有三個(gè)關(guān)鍵酶： 己糖激酶己糖激酶 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 三種酶催化的反應(yīng)均為不可逆的，因此，都具三種酶催化的反應(yīng)均為不可逆的，因此，都具有調(diào)節(jié)糖酵解的作用。有調(diào)節(jié)糖酵解的作用。 其中，其中，磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶所催化的反應(yīng)是糖酵解的所催化的反應(yīng)是糖酵解的限速步驟限速步驟。編輯課件1.1.磷酸果糖激酶（磷酸果糖激酶（PFKPFK）的調(diào)節(jié)）的調(diào)節(jié) ATPATP：高濃度的：高濃度的ATPATP使酶與底物使酶與底物F-6-PF-6-P的親和力降的親和力降 低，從而抑制該酶活性。低，從而抑制該酶活性。 檸檬酸：通過加強(qiáng)檸檬酸：通過加強(qiáng)ATPATP的抑制效應(yīng)來抑制該酶的的抑制效應(yīng)來抑制該酶的 活性。活性。 H+H+抑制抑制 果糖果糖-2,6-2,6-二磷酸二磷酸：是該酶的：是該酶的強(qiáng)激動(dòng)劑強(qiáng)激動(dòng)劑。能提高。能提高 果糖激酶與果糖果糖激酶與果糖6 6磷酸的親合力，并降磷酸的親合力，并降 低低ATPATP的抑制效應(yīng)。別構(gòu)調(diào)控。的抑制效應(yīng)。別構(gòu)調(diào)控。 前饋刺激作用前饋刺激作用 F-6-P F-2,6-2PF-6-P F-2,6-2P編輯課件編輯課件編輯課件2.2.己糖激酶的調(diào)節(jié)己糖激酶的調(diào)節(jié) 該酶受其催化產(chǎn)物該酶受其催化產(chǎn)物G-6-PG-6-P的抑制的抑制。3.3.丙酮酸激酶的調(diào)節(jié)丙酮