糖代谢——糖酵解作用

1、第22章 糖代谢 Metabolism of Saccharides 糖酵解作用 glycolysis,10.02.2021,2,糖酵解的概念、糖酵解途径 ATP生成、限速酶及其生理意义 反应的亚细胞部位 熟悉糖酵解调节,本章要求,10.02.2021,3,糖代谢概述,有机体重要的能源和碳源,分解代谢（糖酵解（胞浆）、三羧酸循环（线粒体） 合成代谢（糖异生、糖原的合成、结构多糖的合成） 中间代谢（磷酸戊糖途径、糖醛酸途径,糖代谢受神经、激素及别构物的调节控制,10.02.2021,4,葡萄糖,丙酮酸,H2O及CO2,乳酸,乳酸、氨基酸、甘油,糖原,肝糖原分解,糖原合成,核糖 + NADPH+H

2、,淀粉,10.02.2021,5,ATP形成途径,G CO2 + H2O + 38 ATP,G 丙酮酸 + 2 ATP,O2,无O2,有氧氧化（三羧酸循环,无氧酵解（糖酵解,糖类的消化和吸收,10.02.2021,6,第一节 糖类的消化、吸收和转运,一、糖类的消化,消化部位： 小肠（主要） 口腔（少量,10.02.2021,7,消化过程,淀粉,麦芽糖 + 麦芽三糖 （40%） （25,临界糊精 + 异麦芽糖 （30%） （5,葡萄糖,唾液-淀粉酶,葡萄糖苷酶,临界糊精酶,肠粘膜上皮细胞刷状缘,胃,肠腔,胰液-淀粉酶,10.02.2021,8,二、糖类的吸收,1、吸收部位：小肠上段,2、吸收形式

3、：D-型单糖 D-半乳糖D-葡萄糖D-果糖D-甘露糖D-木糖阿拉伯糖,3、吸收机制,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT,10.02.2021,9,ADP+Pi,ATP,G,Na,K,小肠粘膜细胞,肠腔,门静脉,Na+依赖型葡萄糖转运体 (Na+-dependent glucose transporter, SGLT,刷状缘,细胞内膜,10.02.2021,10,4、吸收途径,小肠肠腔,肠粘膜上皮细胞,门静脉,肝脏,体循环,SGLT,各种组织细胞,GLUT,GLUT：葡萄糖转运体(glucose transporter)，已

4、发现有5种葡萄糖转运体(GLUT 15,10.02.2021,11,5-磷酸核糖,丙酮酸,糖原 淀粉，蔗糖,磷酸戊糖途径,糖酵解,10.02.2021,12,三、糖的转运,Na+单糖协同转运系统：转运D葡萄糖和D半乳糖 单糖易化扩散系统：D果糖,10.02.2021,13,第二节 糖类的酵解（glycolysis,糖酵解：糖的无氧分解，糖类代谢的共同途径（胞液,一、糖酵解与发酵,无氧条件下，葡萄糖（在酶的作用下）进行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量生成ATP的过程,1、糖酵解(glycolysis),好氧动物、植物和微生物细胞分解产生能量的共同代谢途径,10.02.2021,14,O2充足,丙

5、酮酸进入线粒体，经三羧酸循环彻底氧化生成CO2、H2O，NADH进入呼吸链氧化产生ATP,O2不足,NADH将丙酮酸还原成乳酸，在胞液中进行,厌氧有机体（如酵母）把酵解产生的NADH中的H交给丙酮酸脱羧生成的乙醛，乙醛还原形成乙醇酒精发酵 若将H交给丙酮酸生成乳酸乳酸发酵,2、发酵 (fermentation,10.02.2021,15,二、酵解的研究历史（P63,发酵历史悠久，酿酒、工业酒精、面包 研究发酵，19世纪下半叶开始,18541864，法国Louis Paster 葡萄糖在无氧条件下被酵母菌分解生成乙醇 “活力”、“酵素” 发酵：“不要空气的生命,10.02.2021,16,189

6、7，德汉斯巴克纳兄弟(Hans buchner、Edward buchner) 发酵作用可以在不含细胞的酵母抽提液中进行,1905，哈登(Arthur Harden)、杨(William Young) 实验证明：无机磷酸的作用,1940，德国恩伯顿(Gustar Embden) 迈耶霍夫(Otto Meyerhof) 阐明糖酵解的整个途径，揭示其普遍性 因此，糖酵解途径：Embden- Meyerhof途径(EMP,10.02.2021,17,糖酵解途径实验依据,酵母抽提液的发酵速度比完整酵母慢，且逐渐缓慢直至停顿 如果加入无机磷酸盐，可以恢复发酵速度，但不久又会再次 缓慢，同时加入的磷酸盐浓

7、度逐渐下降,上述现象说明：发酵过程需要磷酸，可能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯。完整细胞可通过ATP水解提供磷酸,10.02.2021,18,糖酵解途径实验依据,碘乙酸对酵母生长有抑制作用 将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温，可以分离出 少量的磷酸丙糖 （3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的平衡混合物,推断：磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖 碘乙酸对三碳糖进一步分解的酶有抑制作用,10.02.2021,19,糖酵解途径实验依据,氟化钠对酵母生长也有抑制作用 将1,6-二磷酸果糖或磷酸丙糖、酵母抽提液以及氟化钠 一起保温 磷酸甘油酸积累（3-、2-磷酸甘油酸的平衡混合物,推断：3-磷酸甘油酸是

8、3-磷酸甘油醛的氧化产物 2-磷酸甘油酸是前者变位后的产物 氟化钠对2-磷酸甘油酸进一步反应的酶有抑制作用,10.02.2021,20,糖酵解途径实验依据,酵母液透析，失去发酵能力 酵母液加热到50，失去发酵能力 经过透析失活的酵母液混合，恢复发酵能力,推断：发酵需要两类物质： 一是热不稳定的，不可透析的组分即酶 二是热稳定的可透析的组分 如辅酶、ATP、金属离子等,10.02.2021,21,三、糖酵解途径（无氧分解、EMP途径,酶将葡萄糖降解成丙酮酸并伴随着生成ATP的反应序列 氧化磷酸化和三羧酸循环的前奏,场所: 细胞质 氧气: NO,10.02.2021,22,酵解途径,葡萄糖酵解的总

9、反应式,Glc+2Pi + 2ADP + 2NAD,2丙酮酸2ATP + 2NADH + H+ 2H2O,乳酸,糖酵解,乙醛乙醇,生醇发酵,10.02.2021,23,糖酵解的反应过程,葡萄糖丙酮酸 两个部分：准备、放能 三个阶段：活化、裂解、放能 10步反应,10.02.2021,24,一）准备,10.02.2021,25,1、葡萄糖磷酸化(phosphorylation)6-磷酸葡萄糖（G-6-P,己糖激酶,分布广泛，专一性低,葡糖糖激酶,仅肝脏，专一性高,关键酶、调节酶，消耗1分子ATP,10.02.2021,26,2、 G-6-P异构化 6-磷酸果糖（F-6-P,可逆 ，反应方向由底物

10、与产物含量水平控制,磷酸葡萄糖异构酶,10.02.2021,27,3、 F-6-P磷酸化 1，6-二磷酸果糖（F-1，6-BP,关键反应步骤，限速酶 消耗1分子ATP,磷酸果糖激酶,10.02.2021,28,二）裂解（lysis）磷酸丙糖的生成,1分子F-1,6-BP2分子磷酸丙糖（可互变） （triose phosphate,10.02.2021,29,4、F-1，6-2P 裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP,2个三碳糖,醛缩酶,10.02.2021,30,5、 磷酸三碳糖的异构化,10.02.2021,31,三）放能（贮能,3-磷酸甘油醛 脱氢、磷酸化、脱水、放能等 丙酮酸、A

11、TP,10.02.2021,32,10.02.2021,33,10.02.2021,34,6、3-磷酸甘油醛氧化生成1，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛 + NAD+ + H3PO3 1，3-二磷酸甘油酸+ NADH + H,3-磷酸甘油醛脱氢酶,10.02.2021,35,7、 1，3-二磷酸甘油酸氧化生成3-磷酸甘油酸、ATP,1，3-二磷酸甘油酸 + ADP 3-磷酸甘油酸 + ATP,磷酸甘油酸激酶，Mg2,10.02.2021,36,8、 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶，Mg2,10.02.2021,37,9、 2-磷酸甘油酸脱水 磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶，Mg2

12、,10.02.2021,38,10、磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP形成ATP和丙酮酸,10.02.2021,39,10.02.2021,40,总结：10步反应，三个阶段 每分解1个己糖分子消耗2分子ATP 产生2分子三碳糖 每分子三碳糖产生2分子ATP 需要10种酶，大部分过程需Mg+参与 两个阶段链接,10.02.2021,41,10.02.2021,42,中间产物磷酸化的意义,中间产物具有极性（PO43-：负电荷）：不易透过脂膜失散 信号基团：有利于与酶结合而催化 保存能量：最终形成ATP的末端磷酸基团,10.02.2021,43,糖酵解的意义,1单糖分解代谢最重要的基本途径之一 2

13、快速提供能量，使机体或组织有效适应缺氧 3某些特殊组织或细胞的主要获能方式 （如成熟红细胞、皮肤、视网膜） 4G完全氧化分解成CO2、H2O的必要准备阶段,代谢中间产物是合成其它物质的原料（如：丙酮酸,10.02.2021,44,10.02.2021,45,10.02.2021,46,10.02.2021,47,四、糖酵解第一阶段的反应机制,准备阶段,一）G的磷酸化,10.02.2021,48,1、G与ATP的反应机制,G（6）-OH孤电子对的攻击作用 Mg2+吸引O的负电荷作用,激酶：催化ATP分子与底物间磷酸基转移的酶，一般需要Mg2+、Mn2+为辅因子。Mg2+可掩盖ATP/ADP中磷酸

14、基氧原子负电荷，使葡萄糖C-6/C-1位羟基易于亲核攻击ATP磷原子 机理：葡萄糖C-6/C-1位羟基亲核进攻击ATP位磷原子,10.02.2021,49,2、己糖激酶（hexokinase，HK）、 葡萄糖激酶（glucokinase，GK,所有细胞,维持血糖恒定,肝脏,ATP + Mg2+ Mg2+ - ATP（复合物） 游离的ATP分子，强竞争性抑制己糖激酶 正常情况，对己糖激酶起活化作用的是Mg2,10.02.2021,50,HK,GHKATP-Mg2+ （三元体复合物） HK构象变化（G诱发） ATP 向 C（6）-OH靠拢 快速转移磷酸基团（磷酸化），比向H2O转移速度快40，00

15、0倍,Hexokinase,Glucose,Induced fit,MW：108，000,10.02.2021,51,调节酶 产物（G-6-P、ADP）的变构抑制 Km：0.1mmol/L（G,HK的区域性分布,脑、肾 ：骨骼、心肌 ：肝、肺 （GK）：肝脏,组织不能合成糖原 无机磷酸解除底物抑制 型酶最敏感，柠檬酸激活,胰岛素（Insulin）诱导,机体调控酶活性的一种方式,10.02.2021,52,440个AA,GK,GK不受G-6-P抑制 Km：510mmol/L（G） 高G，催化作用,血、肝G GK催化 G G-6-P,糖原 （肝,10.02.2021,53,10.02.2021,5

16、4,二）G-6-P异构化,磷酸葡萄糖异构酶,反应可逆，自由能变化微小,10.02.2021,55,G-6-P、F-6-P：主要为环式存在 异构化：开链反应，F-6-P成环 底物、立体专一性,6PG、E4P、S7P：竞争性抑制剂,10.02.2021,56,催化机制,1、酸性催化开环,2、顺式-烯二醇中间体的形成,3、（C1）质子的取代,4、关环,10.02.2021,57,三） F-6-P F-1，6-BP,变构酶，决定酵解速度，限速酶,磷酸果糖激酶,ATP、H+：抑制作用,10.02.2021,58,四）F-1，6-P 裂解,醛缩酶,10.02.2021,59,3,2,1,4,5,6,10.

17、02.2021,60,五） 磷酸三碳糖的异构化,磷酸丙糖异构酶,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油醛,10.02.2021,61,五、酵解第二阶段的反应机制（见74页,放能阶段,10.02.2021,62,能量计算： 无O2：葡萄糖开始，净增2分子ATP 从糖原开始：净增3分子ATP NADH用于还原丙酮酸生成乳酸,六、酵解过程ATP的合成,10.02.2021,63,七、丙酮酸的去路,10.02.2021,64,一）丙酮酸的无氧降解,发酵：G在缺乏O2的条件下，经丙酮酸生成乙醇或乳酸的过程,1、酒精发酵（酵母及其它微生物,10.02.2021,65,2、乳酸发酵（微生物、高等生物氧气不足,10.02

18、.2021,66,二）丙酮酸的有氧降解,丙酮酸（细胞质）进入线粒体基质 丙酮酸脱氢酶系催化，脱羧、脱氢乙酰CoA和NADH,10.02.2021,67,10.02.2021,68,八、糖酵解作用的调节（83页,一）果糖磷酸激酶活性的调节：最关键的限速酶,ATP/AMP：调节酶活性，重要的生理意义 ATP：几乎无活性，酵解作用减弱 AMP，ATP：活性恢复，酵解作用增强 H+：抑制，防止肌肉中乳酸过量，血液酸中毒 柠檬酸：增加ATP对酶的抑制作用 -D-果糖-2，6-二磷酸：消除ATP抑制，活化酶,10.02.2021,69,2）己糖激酶活性的调节：非限速酶,G-6-P：别构抑制剂 果糖二磷酸激酶活性抑制，G-6-P积累，酵解减弱 G-6-P糖原、磷酸戊糖，非关键的限速酶,10.02.2021,70,3）丙酮酸激酶活性的调节,F-1，6-P：激活剂 丙氨酸：别构抑制剂 ATP、乙酰CoA：抑制,10.02.2021,71,10.02.2021,72,调节部位,变构激活剂,变构抑