生物化学第三版 习题答案 第八章

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第八章糖代谢

自养生物分解代谢

糖代谢包括异养生物自养生物合成代谢

异养生物能量转换（能源）糖代谢的生物学功能

物质转换（碳源）

可转化成多种中间产物，这些中间产物可进一步转化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。糖的磷酸衍生物可以构成多种重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最终氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。分解代谢和合成代谢，受神经、激素、别构物调理控制。

第一节糖酵解glycolysis

一、酵解与发酵

1、酵解glycolysis（在细胞质中进行）

酵解酶系统将Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的过程。它是动物、植物、微生物细胞中Glc分解产生能量的共同代谢途径。

在好氧有机体中，丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环被完全氧化成CO2和H2O，产生的NADH经呼吸链氧化而产生ATP和水，所以酵解是三羧酸循环和氧化磷酸化的前奏。

若供氧不足，NADH把丙酮酸还原成乳酸（乳酸发酵）。2、发酵fermentation

厌氧有机体（酵母和其它微生物）把酵解产生的NADH上的氢，传递给丙酮酸，生成乳酸，则称乳酸发酵。若NAPH中的氢传递给丙酮酸脱羧生成的乙醛，生成乙醇，此过程是酒精发酵。有些动物细胞即使在有O2时，也会产生乳酸，如成熟的红细胞（不含线粒体）、视网膜。二、

糖酵解过程（EMP）

葡萄糖酵解O2丙酮酸+NADH厌氧三羧酸循环乳酸发酵酒精发酵Embden-MeyerhofPathway，1940

１

在细胞质中进行1、反应步骤

P79图13-1酵解途径，三个不可逆步骤是调理位点。（1）、反应式

此反应基本不可逆，调理位点。△G0=-4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P形式将Glc限制在细胞内。催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。

激酶：催化ATP分子的磷酸基（r-磷酰基）转移终究物上的酶称激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作为辅因子，底物诱导的裂缝关闭现象似乎是激酶的共同特征。

P80图13-2己糖激酶与底物结合时的构象变化

已糖激酶：专一性不强，可催化Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途径中第一个调理酶，被产物G-6-P猛烈地别构抑制。

葡萄糖激酶：对Glc有专一活性，存在于肝脏中，不被G-6-P抑制。Glc激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成，肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L，而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L，因此，平日细胞内Glc浓度为5mmol/L时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。

（2）、反应式：

由于此反应的标准自由能变化很小，反应可逆，反应方向由底物与产物的含量水平控制。

此反应由磷酸Glc异构酶催化，将葡萄糖的羰基C由C1移至C2，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的。

（3）、反应式：

此反应在体内不可逆，调理位点，由磷酸果糖激酶催化。

磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的其次个调理酶（4）、反应式：

该反应在热力学上不利，但是，由于具有十分大的△G负值的F-1.6-2P的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。

该反应由醛缩酶催化，反应机理

0

葡萄糖磷酸化形成G-6-P

G-6-P异构化为F-6-P

F-6-P磷酸化，生成F-1.6-P

F-1.6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）

２

P83（5）、

磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛

反应式：（注意碳原子编号的变化）

由磷酸丙糖异构酶催化。

已糖转化成3-磷酸甘油醛后，C原子编号变化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P图解：（6）、反应式：

由磷酸甘油醛脱氢酶催化。

此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。反应机理：

P84图13-43-磷酸甘油醛脱氢酶的催化机理

碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成3-磷酸甘油酸）（7）、反应式：

由磷酸甘油酸激酶催化。

这是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解过程中第一次产生ATP的反应。一分子Glc产生二分子三碳糖，共产生2ATP。这样可抵消Glc在两次磷酸化时消耗的2ATP。（8）、反应式：

磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从C3移至C2。（9）、反应式：烯醇化酶

2—磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（△G=-17.6Kj/mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键（△G=-62.1Kj/mol），因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。

2—磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸3—磷酸甘油酸转化成2—磷酸甘油酸

1．3—二磷酸甘油酸转化成3—磷酸甘油酸和ATP3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸

３

（10）、反应式：

磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。

不可逆，调理位点。

由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调理酶，

这是酵解途径中的其次次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP和丙酮酸

EMP总反应式：

1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O2、糖酵解的能量变化

P87图13-5糖酵解途径中ATP的生成

无氧状况下：净产生2ATP（2分子NADH将2分子丙酮酸还原成乳酸）。有氧条件下：NADH可通过呼吸链间接地被氧化，生成更多的ATP。1分子NADH→3ATP1分子FAD→2ATP

因此，净产生8ATP（酵解2ATP，2分子NADH进入呼吸氧化，共生成6ATP）。但在肌肉系统组织和神经系统组织：一个Glc酵解，净产生6ATP（２+２*２）。★甘油磷酸穿梭：

2分子NADH进入线粒体，经甘油磷酸穿梭系统，胞质中磷酸二羟丙酮被还原成3—磷酸甘油，进入线粒体重新氧化成磷酸二羟丙酮，但在线粒体中的3—磷酸甘油脱氢酶的辅基是FAD，因此只产生4分子ATP。

①：胞液中磷酸甘油脱氢酶。②：线粒体磷酸甘油脱氢酶。《罗纪盛》P259P260。★苹果酸穿梭机制：

胞液中的NADH可经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸—2—酮戊二酸载休转运，进入线粒体内，由线粒体内的苹果酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸。

而草酰乙酸经天冬氨酸转氨酶作用，消耗Glu而形成Asp。Asp经线粒体上的载体转运回胞液。在胞液中，Asp经胞液中的Asp转氨酶作用，再产生草酰乙酸。

经苹果酸穿梭，胞液中NADH进入呼吸链氧化，产生3个ATP。图

苹果酸脱氢酶（胞液）α—酮戊二酸转位酶苹果酸脱氢酶（线粒体基质）谷—草转氨酶Glu—Asp转位酶

+

+

４

谷—草转氨酶草酰乙酸：苹果酸：α—酮戊二酸：

3、糖酵解中酶的反应类型P88表13-1糖酵解反应

氧化还原酶（1种）：3—磷酸甘油醛脱氢酶

转移酶（4种）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶裂合酶（1种）：醛缩酶

异构酶（4种）：磷酸Glc异构酶、磷酸丙糖异构酶、磷酸甘油酸变位酶、烯醇化酶三、

糖酵解的调理

参阅P120糖酵解的调理

糖酵解过程有三步不可逆反应，分别由三个调理酶（别构酶）催化，调理主要就发生在三个部位。1、已糖激酶调理

别构抑制剂（负效应调理物）：G—6—P和ATP别构激活剂（正效应调理物）：ADP2、磷酸果糖激酶调理（关键限速步骤）抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H激活剂：AMP、F—2.6—2P

ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。H+