糖的無氧氧化

20～20年第學(xué)期教師學(xué)時(shí)授課教案學(xué)科系：醫(yī)學(xué)院授課教師：課題糖的無氧氧化課型理論授學(xué)時(shí)間授課班級(jí)重要教學(xué)內(nèi)容1、糖的無氧氧化。2、糖酵解的反映特點(diǎn)。3、糖酵解的生理意義。教學(xué)目的1、掌握糖的無氧氧化的概念及生理意義2、熟悉糖的無氧氧化反映過程3、含有運(yùn)用糖代謝知識(shí)解釋血糖水平異常的能力。教學(xué)重點(diǎn)糖的無氧氧化的概念及生理意義教學(xué)難點(diǎn)糖的無氧氧化反映過程課外作業(yè)1、什么叫糖酵解？2、糖酵解的生理意義？備注專業(yè)：臨床科目：生物化學(xué)教研室主任簽字：學(xué)科系系辦主任簽字：年月日年月日第五章糖代謝第三節(jié)糖的無氧氧化一、糖的無氧氧化（一）基本概念與發(fā)生部位葡萄糖或糖原在缺氧或氧供應(yīng)局限性的狀況下分解產(chǎn)生乳酸的過程，稱為糖的無氧氧化。糖無氧氧化重要在細(xì)胞液中進(jìn)行。（二）反映過程糖無氧氧化的反映過程大致可分為兩個(gè)階段:第一階段為葡萄糖或糖原生成丙酸的過程；第二個(gè)階段為丙酮酸生成乳酸的過程。1、丙酮酸的生成（糖酵解途徑）該階段根據(jù)能量變化特點(diǎn)又分為耗能和產(chǎn)能兩個(gè)階段。該階段中葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，與酵母使糖生醇的過程相似，故又稱為糖酵解（glycolysis）。因Embden和Meyerhof對(duì)此途徑進(jìn)行了透徹的描述，故又稱Embden-Meyer途徑（EMP）。糖酵解是生物體內(nèi)最重要的分解代謝途徑之一，幾乎發(fā)生在全部的活細(xì)胞的基質(zhì)中，只是速率有別。（1）耗能階段：1分子葡萄糖裂解為2分子磷酸丙糖；需消耗能量，共進(jìn)行5步反映。1）葡萄糖磷酸化成6磷酸葡萄糖：該反映是糖酵解的第一步磷酸化反映，由己糖激酶（hexokinase，HK）催化完畢，同時(shí)需要ATP提供能量和磷酸基，故該環(huán)節(jié)消耗1分子的ATP。己糖激酶是糖酵解的第一種核心酶，其催化的反映不可逆（圖4-2）。2）6-磷酸葡萄糖異構(gòu)為6-磷酸果糖：該反映在磷酸已糖異構(gòu)酶催化下完畢，此反映可逆（圖4-2）。3）6-磷酸果糖磷酸化成1，6-二磷酸果糖：該反映是糖醇解的第二步磷酸化反映，由磷酸果糖激酶-1催化完畢，同樣需要消耗1分子的ATP。磷酸果糖激酶-1是糖酵解的第二個(gè)核心醇，其催化的反映不可逆（(圖4-2）。4）1，6-二磷酸果糖裂解成2分子的磷酸丙糖：該反映在醛縮酶的催化下完畢，生成的2分子的磷酸丙糖，分別為3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮，此反映可逆（圖4-2）。5）磷酸丙糖的互變：3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮是同分異構(gòu)體，在磷酸丙糖異構(gòu)酶的催化下，兩者能夠互相轉(zhuǎn)化（圖4-2）。至此，通過兩次磷酸化作用，消耗2分子ATP，葡萄糖轉(zhuǎn)化為1，6-二磷酸果糖，進(jìn)而裂解為2分子磷酸丙糖，完畢糖酵解反映的第一階段。（2）產(chǎn)能階段：磷酸丙糖通過一系列反映轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，并釋放能量，也?步反映。1）3-磷酸甘油醛脫氫氧化成1，3-二磷酸甘油酸：該反映在3-磷酸甘油醛脫氫酶催化下完畢。脫下的兩個(gè)氫原子，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種高能磷酸鍵，屬于高能化合物（圖4-2）。2）1，3-二磷酸甘油酸脫磷酸生成3-磷酸甘油酸：該反映是在磷酸甘油酸激酶催化下完畢，1，3-二磷酸甘油酸將其高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP，生成ATP。這種高能化合物直接將分子中的高能鍵轉(zhuǎn)移給ADP（或GDP）生成ATP（或GDP）的過程稱為底物水平酶酸化。因此，該反映產(chǎn)生1分子的ATP（圖4-2）。在紅細(xì)胞中，除了上述反映之外，1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸變位酶的催化下還可轉(zhuǎn)變成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，這條代謝途徑稱為2，3-二磷酸甘油酸支路，對(duì)于紅細(xì)胞血紅蛋白運(yùn)氧含有重要作用。3）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸：該反映是在磷酸甘油酸變位酶催化下完畢的，此反映可逆（圖4-2）。4）2-磷酸甘油酸生成確酸烯醇式丙酮酸:該反映在烯醇化酶的催化下完畢，此反映可逆。生成的磷酸烯醇式丙酸是高能化合物(圖4-2)。5）磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸:該反映在丙酮酸激酶(pyruvatekinase，PK)的催化下完畢。磷酸烯醇式丙酮酸將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP，生成ATP和烯醇式丙酮酸，烯醇式丙酮酸不穩(wěn)定，可自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。丙酮酸激酶是糖酵解過程的第三個(gè)核心酶，催化不可逆反映。此反映同樣是底物水平磷酸化反映，可生成1分子ATP(圖4-2)。至此、一分子磷酸丙糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸幔?jīng)兩次底物水平磷酸化，可生成2分子ATP，完畢糖酵解途徑的第二階段。由于1分子葡萄糖裂解為2分子的磷酸丙糖，故該階段共生成4分子ATP。2、乳酸的生成丙酮酸在乳酸脫氫酶的催化下，由3-磷酸甘油醛脫氫氧化生成的NADH+H+提供氫，還原生成乳酸，此反映可逆。糖酵解反映的全過程見圖4-2。(三)反映特點(diǎn)1、反映全過程均在細(xì)胞液中進(jìn)行，沒有氧的參加，乳酸是糖無氧氧化的終產(chǎn)物。2、糖醇解反映過程中有三步不可逆的單向反映，造成整個(gè)過程不可逆。催化這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徑的核心酶。3、葡萄糖進(jìn)行無氧氧化可凈生成2分子的ATP；糖原進(jìn)行無氧氧化時(shí)，因少消耗1分子的ATP，故可生成3分子的AP。(四)生理意義1、是機(jī)體在缺氧狀況下獲得能量的重要方式。在生理性缺氧狀況下，如激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，能量需求增加，糖酵解可快速為肌肉收縮提供急需的能量；人從平原進(jìn)入高原的早期，由于氧供局限性，此時(shí)組織細(xì)胞的糖酵解會(huì)增強(qiáng)。在病理性缺氧狀況下，如呼吸、循環(huán)功效障得、嚴(yán)重貧血、大量失血等造成機(jī)體缺氧時(shí)，組織細(xì)胞內(nèi)的糖酵解會(huì)加強(qiáng)，來滿足機(jī)體對(duì)能量的需求。但需要注意的是，糖酵解增強(qiáng)會(huì)造成乳酸產(chǎn)生過多，有發(fā)生酸中毒的可能。2、在正常生理狀況下，也是個(gè)別組織細(xì)胞的重要獲能方式。例如，成熟紅細(xì)胞沒有線粒體，不能進(jìn)行有氧氧化，只能通過糖酵解獲取能量。角膜、晶狀體和視網(wǎng)膜血供有限，并且缺少線粒體（由于線粒體會(huì)吸取和散射光線），因此也重要依靠糖酵解生成ATP。腎髓質(zhì)、睪丸、淋巴細(xì)胞以及白肌纖維細(xì)胞中線粒體含量相對(duì)較少，也幾乎完全依賴糖酵解供能。劇列運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于肌肉收縮強(qiáng)度較大，在短時(shí)間內(nèi)需要能量增強(qiáng)，故肌肉組織中糖的無氧氧化程度加強(qiáng)，產(chǎn)生較多的乳酸。短時(shí)間內(nèi)乳酸堆積在肌肉組組中，會(huì)引發(fā)酸脹的刺激感。體息一段時(shí)回后，乳酸會(huì)在轉(zhuǎn)化為丙酮酸進(jìn)一步代謝，酸脹感會(huì)消失。3.病理意義。正常狀況下血乳酸水平不超出12mmol/L。血漿中乳酸濃度的持續(xù)升高（普通高過中5mmol/L）稱為乳酸性酸中毒，與循環(huán)系統(tǒng)衰竭有關(guān)，如心肌梗死、肺栓塞、無法控制的出血或體克等。由于沒有充足的氧氣進(jìn)入組織，細(xì)胞運(yùn)用無氧氧化產(chǎn)能，造成大量乳酸堆積、無法轉(zhuǎn)化。(五)糖酵解的調(diào)節(jié)糖酵解的調(diào)節(jié)重要是通過調(diào)節(jié)三個(gè)核心酶的活性來實(shí)現(xiàn)的。其中，磷酸果糖激酶-1的催化活性最低，是糖酵解途徑的限速酶。1、激素的調(diào)節(jié)。如胰島素可誘導(dǎo)體內(nèi)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，使糖酵解過程增強(qiáng)。2、代謝物對(duì)限速酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)。體內(nèi)的許多代謝物是糖酵解過程中三個(gè)核心酶的變構(gòu)效應(yīng)劑，可通過變構(gòu)作用影響酶的活性，達(dá)成調(diào)節(jié)糖酵解的目的。其中對(duì)磷酸果糖激酶-1活性的調(diào)節(jié)，是糖酵解途徑中最重要的調(diào)節(jié)點(diǎn)。F-1、6-BP、ADP、AMP等是其變構(gòu)激活劑;檸檬酸、ATP、長(zhǎng)鏈脂肪酸等為其變構(gòu)克制劑。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)