生物化学王镜岩第22章糖酵解作用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,淀粉的消化吸收,淀粉,（,口腔,）,唾液淀粉酶,约水解,40%,（胃）,盐酸,水解少量,（,小肠,）,胰淀粉酶,约水解,50%,，,肠淀粉酶,水解少量,-,糊精 麦芽糖 乳糖 蔗糖,淀粉酶,麦芽糖酶,乳糖酶,蔗糖酶,异芽糖酶,葡萄糖,葡萄糖 葡萄糖,+,半乳糖 葡萄糖,+,果糖,萌发种子中甘油三酯转化为乙酰,CoA,，供能。,第,22,章 糖酵解作用,(,Glycolysis,、,EMP,途径,),一、糖酵解作用的研究历史（自学）,二、糖酵解过程概述,三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解,四、糖酵解第一阶段的反应,五、糖酵解第二阶段,放能阶段的反应,六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算,七、丙酮酸的去路,八、糖酵解作用的调节,九、其他六碳糖进入糖酵解途径,糖酵解作用定义（,掌握,）,定义：,葡萄糖在,无氧,条件下分解为,丙酮酸,并,释放,出,能量,合成,ATP,的过程。,P63,（掌握）,部位：,糖酵解途径在,胞质溶胶,中进行。（掌握）,生物学意义：,（理解）,酵解：肌肉,发酵：酵母菌,二、糖酵解过程概述,由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乳酸，称为,酵解过程,，其碳原子的变化可作如下概括：,C,C,C,C,C,C C,C,C+C,C,C,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,葡萄糖（六碳糖）三碳糖 三碳糖,CH,3,CH(OH)COO,+,CH,3,CH(OH)COO,1,2,3,6,5,4,乳,酸 乳酸,酵解过程碳原子变化,二、糖酵解过程概述,酒精发酵过程碳原子变化,由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乙醇，称为,发酵过程,，其碳原子的变化可作如下概括：,C,C,C,C,C,C C,C,C+C,C,C,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,葡萄糖（六碳糖）三碳糖 三碳糖,CH,3,CH,2,OH+CO,2,+CH,3,CH,2,OH+CO,2,1,2 3,6,5,4,乙醇 乙醇,二、糖酵解过程概述,酵解途径的能量代谢,从,能量的观点,出发，可以将酵解过程划分为两个方面，,一方面从葡萄糖转变为乳酸是物质的分解过程，伴有,自由能的释放,。,另一方面有,ATP,的合成，这是,吸收能量,的过程。,葡萄糖,2,乳酸,G,1,0,=,196.7kJ/mol,2ADP+2Pi 2ATP+2H,2,O,G,2,0,=,61.1kJ/mol,总能量变化为,G,0,=G,1,0,+G,2,0,=,135.6kJ/mol,自由能,降低，总酵解过程是,不可逆,过程。,但是,大多数中间反应步骤,中可逆，这些反应的逆过程可以用于葡萄糖细胞内合成。,其中由,ATP,捕获的能量,的比例为：,61.1/196.7 100%=31%,二、糖酵解过程概述,糖酵解途径中磷酸化中间产物的意义,糖酵解过程中由葡萄糖到所有的,中间产物,都是以,磷酸化合物,的形式参与反应的。,中间产物磷酸化至少,有三种意义,（理解）,带有,负电荷的磷酸基团,使中间产物具有,极性,，从而使这些产物,不易透过脂膜,而失散；,磷酸基团在各反应步骤中，对,酶,来说，起到,信号基团,的作用，有利于,与酶结合,而被催化；,磷酸基团经,酵解作用后,，最终形成,ATP,的末端磷酸基团,，因此具有,保存能量,的作用。,二、糖酵解过程概述,三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解,准备阶段；,5,步,贮能阶段；,5,步,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,己糖激酶,磷酸葡萄糖异构酶,磷酸果糖激酶,醛缩酶,磷酸丙糖异构酶,（一）葡萄糖的磷酸化（第一个磷酸化）,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,标准自由能变化：,G=-16.7 KJ/mol,胞内条件下：,G=-33.9 KJ/mol,（一）葡萄糖的磷酸化,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,己糖激酶,结合前,己糖激酶,结合后,诱导契合,调节酶：,它所催化的反应产物,G-6-P,和,ADP,能使该酶受到变构抑制。,不专一的酶：,已糖激酶的底物除,Glc,外，还可以催化其它六碳糖，如,D-,甘露糖、,D-,果糖、氨基葡萄糖等。（,存在于所有细胞中,）,葡萄糖激酶：,肝脏中，专一性的酶，维持血糖平衡。（,Km,值大，当葡萄糖浓度相当高时起作用，形成,G-6-P,，合成肝糖原。）,（二）葡萄糖,-6-,磷酸异构化形成果糖,-6-,磷酸,磷酸葡萄糖异构酶,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,可逆反应：,胞内条件下：,G=-2.51 KJ/mol,葡萄糖碳,1,位的,半缩醛羟基,不,容易,被氧化,，若将,羰基移至碳,2,位,，碳,1,位就有了自由羟基。,注意：,G6P,和,F6P,存在形式都是,环式,，异构化需,开链形式,，完成后再成环。,（三）果糖,-6-,磷酸形成果糖,-1,6-,二磷酸（第二次磷酸化）,磷酸果糖激酶,Mg,2+,果糖,-6-,磷酸 果糖,-1,6-,二磷酸,*,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,该反应为,不可逆反应,。,同己糖激酶一样，,PFK,是一种,变构酶,；,PFK,催化效率很低,；,糖酵解的速率,严格地,依赖于,该酶的活力水平，是哺乳动物糖酵解的,关键调控酶,。,氢离子,浓度升高，抑制该酶（阻止糖酵解，阻止乳酸继续形成，预防血液,pH,下降，避免酸中毒）。,ATP,浓度升高，抑制该酶，,AMP,解除,ATP,抑制。,G=-22.18 kJ/mol,（四）果糖,-1,6-,二磷酸转变为甘油醛,-3-,磷酸和二羟丙酮磷酸,醛缩酶,果糖,-1,6-,二磷酸,磷酸二羟丙酮,3-,磷酸,-,甘油醛,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,G=-1.25 kJ/mol,（五）二羟丙酮磷酸转变为甘油醛,-3-,磷酸,丙糖磷酸,异构酶,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,注意,1,：,本步骤形成的,3-,磷酸,-,甘油醛,对应于最初反应物,葡萄糖,的,碳原子,的位置。,3-,磷酸,-,甘油醛,不断在,反应中被消耗,，所以此反应,不断向右,进行。,7.7,1,2,3,G=2.51 kJ/mol,四、糖酵解第一阶段的反应,准备阶段,葡萄糖激酶,磷酸葡萄糖异构酶,磷酸果糖激酶,醛缩酶,磷酸丙糖异构酶,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,（一）甘油醛,-3-,磷酸氧化成,1,3-,二磷酸甘油酸,甘油醛,-3-,磷酸脱氢酶,注意,1,：,标况下，稍,吸能，,但,下步反应放能,推动本反应进行。,注意,2,：,唯一一次,氧化还原,反应，生成,NADH,。,注意,3,：,砷酸盐,破坏,1,，,3-BPG,的形成。（,酵解过程,照样进行，,未,形成,高能磷酸键,，即,3-,磷酸,-,甘油醛氧化释放的能量，未能与磷酸化作用偶联而贮存，砷酸盐起解偶联作用；使得,糖酵解无净能量,的产生。）,1,3-,二磷酸甘油酸,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,+6.276,G=-0.4 kJ/mol,（二）,1,3-,二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成,ATP,（第一次底物水平磷酸化）,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,高效放能反应：,推动前一步反应顺利进行。,磷酸甘油酸激酶,Mg,2+,1,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,G=+0.3 kJ/mol,（三）,3-,磷酸甘油酸,转变为,2-,磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,磷酸甘油酸,变位酶,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,2,3-BPG,是磷酸甘油酸变位酶的,中间产物。,2,3-BPG,的存在可以增加,Hb,在组织中的,卸氧量,。主要存在于红细胞中。,G=+0.84 KJ/mol,（四）,2-,磷酸甘油酸,脱水生成,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,Mg,2+,或,Mn,2+,氟化物,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,2-,磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸,PEP,氟与镁和无机磷酸,形成一个复合物，,取代,天然状况下酶分子上,镁离子的位置,，使酶失活。,（五）磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个,ATP,分子,第二次底物水平磷酸化,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,丙酮酸激酶,Mg,2+,或,Mn,2+,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,3 4,2 5,1 6,本反应,胞内条件下：,G=-16.74 kJ/mol,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,磷酸甘油醛脱氢酶,磷酸甘油酸激酶,磷酸甘油酸变位酶,烯醇化酶,丙酮酸激酶,（一）,甘油醛,-3-,磷酸,氧化成,1,3-,二磷酸甘油酸,甘油醛,-3-,磷酸脱氢酶,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,P75,碘乙酸（抑制酶游离巯基的活性）,、砷酸盐,（四）,2-,磷酸甘油酸,脱水生成,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,Mg,2+,或,Mn,2+,五、酵解第二阶段的反应,放能阶段,2-,磷酸甘油酸,（,P78,错误）,磷酸烯醇式丙酮酸,PEP,准备阶段；,5,步,贮能阶段；,5,步,1,、葡萄糖激酶,2,、磷酸葡萄糖异构酶,3,、磷酸果糖激酶,4,、醛缩酶,5,、磷酸丙糖异构酶,6,、磷酸甘油醛脱氢酶,7,、磷酸甘油酸激酶,8,、磷酸甘油酸变位酶,9,、烯醇化酶,10,、丙酮酸激酶,习 题,1,、己糖激酶、磷酸果糖激酶,2,、,3-,磷酸甘油醛脱氢酶、,1,，,3-,二磷酸甘油酸（磷酸甘油酸激酶）,3,、丙酮酸激酶、磷酸烯醇式丙酮酸,5,、细胞质基质、,3-,磷酸甘油醛脱氢酶,六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算,总反应式为：,葡萄糖,+2Pi+2ADP+2NAD,+,2,丙酮酸,+,2ATP,+,2NADH+2H,+,+2H,2,O,七、丙酮酸的去路,丙酮酸,TCA,ycle,氨基酸合成,糖异生,等,有氧条件,乳酸,乙醇,无氧,条件,（一）生成乳酸,(,酵解,),动物（包括人），缺氧的细胞必需用糖酵解产生的,ATP,分子暂时满足对能量的需要。,七、丙酮酸的去路,甘油醛,-3-,磷酸脱氢酶,甘油醛,-3-,磷酸,1,3-,二磷酸甘油酸,为了使,甘油醛,-3-,磷酸,继续氧化，必须源源不断地提供,氧化型的,NAD,+,，由,乳酸脱氢酶,催化的,丙酮酸还原,，正好使,NADH,氧化，丙酮酸还原成乳酸。,丙酮酸生成乳酸的反应,乳酸脱氢酶,丙酮酸 乳酸,（一）生成乳酸（酵解）,七、丙酮酸的去路,在无氧条件下，每分子,葡萄糖代谢形成乳酸的总反应方程,式如下：,C,6,H,12,O,6,+2ADP+2Pi,2C,3,H,6,O,3,+,2ATP,+2H,2,O,5,种,同工酶,，对丙酮酸各有,Km,值；,依赖糖酵解,获得能量部位（骨骼肌等），,Km,小,的同工酶占优势；,需氧,组织（心肌等），,Km,大,的同工酶占优势，,对丙酮酸亲和力小,，有利于丙酮酸在,丙酮酸脱氢酶系,作用下进入,TCA,循环,。,以,乳酸为终产物,的厌氧菌（或相对厌氧条件下）的,厌氧发酵,，称为乳酸发酵。（奶酪或酸奶等）,奶类,营养成分,齐全,（优质蛋白质,3.0%,、乳糖,4.6%,、各种维生素、钙磷钾），,组成比例,适宜,，,容易消化,吸收,。,建议每人每天,饮奶,300 g,或相当量的奶制品（奶粉,45 g,）,。,（二）生成乙醇（酵母、发酵）,丙酮酸脱羧酶,丙酮酸 乙醛,乙醇脱氢酶,乙醛 乙醇,七、丙酮酸的去路,辅酶：,TPP,发酵的总反应式,C,6,H,12,O,6,+2ADP+2Pi,2C,2,H,5,O+2ATP+2H,2,O+2CO,2,八、糖酵解作用的调节,在代谢途径中，,催化,基本上,不可逆反应,的,酶,所处的,部,位是,控制代谢反应的有力部位,。,在糖酵解途径中，由,己糖激酶,、,磷酸果糖激酶,和,丙酮酸激酶,催化的反应实际上都是不可逆反应，因此，这三种酶都具有调节糖酵解途径的作用。,磷酸果糖激酶,果糖,-6-,磷酸 果糖,-1,6-,二磷酸,限速酶,（一）,磷酸果糖激酶,是关键酶,1,、磷酸果糖激酶受,高浓度,ATP,的抑制。,2,、,柠檬酸,抑制磷酸果糖激酶,柠檬酸含量高,时，意味着,有丰富的生物合成前体,存在。,柠檬酸通过,加强,ATP,的抑制效应,来抑制磷酸果糖激酶的活性，从而使糖酵解过程减慢。,（一）磷酸果糖激酶是关键酶,3,、,果糖,-2,6-,二磷酸,对糖酵解的调节作用,果糖,-2,6-,二磷酸是磷酸果糖激酶强有力的,变构激活剂,。,在肝脏中，果糖,-2,6-,二磷酸,提高磷酸果糖激酶,与,果糖,-6-,磷酸,的亲和力，并,降低,ATP,的抑制,效应。,（一）磷酸果糖激酶是关键酶,磷酸果糖激酶,2,和,果糖二磷酸酶,2,这两种酶实际上是同一个单链蛋白，这种蛋白称为,双功能酶,。当此蛋白被,磷酸化,后，果糖二磷酸酶,2,活性激活，而磷酸果糖激酶,2,活性受到抑制；脱磷酸后则相反。,当,葡萄糖缺乏,时，血液中的胰高血糖素启动,cAMP,的级联效应，使此,蛋白磷酸化,，果糖,-2,6-,二磷酸减少，导致糖酵解减慢。（,葡萄糖过剩,亦如此分析）,3,、,果糖,-2,6-,二磷酸,对糖酵解的调节作用,（一）磷酸果糖激酶是关键酶,果糖,-6-,磷酸,果糖,-2,6-,二磷酸,磷酸果糖激酶,2,果糖二磷酸酶,2,激活,磷酸果糖激酶,果糖,-6-,磷酸 果糖,-1,6-,二磷酸,抑制,P,（二）,己糖激酶,对糖酵解的调节作用,己糖激酶,受,葡萄糖,-6-,磷酸的抑制。,当,磷酸果糖激酶,受抑制，果糖,-6-,磷酸积累，使得葡萄糖,-6-,磷酸积累，从而抑制己糖激酶活性。,但也不完全是这样,，因为葡萄糖,-6-,磷酸还可转变成,糖原,，或经,磷酸戊糖途径氧化,。,当磷酸果糖激酶受抑制时，,葡萄糖,-6-,磷酸不一定积累,，,己糖激酶也就不一定受抑制,，所以,己糖激酶,不是,糖酵解途径的限制酶。,八、糖酵解作用的调节,合成,糖原,磷酸戊糖,途径,磷酸果糖激酶被抑制,果糖,-1,6-,二磷酸,果糖,-6-,磷酸（积累）,葡萄糖,磷酸葡萄糖异构酶,己糖激酶,葡萄糖,-6-,磷酸（,可能不积累,）,（三）,丙酮酸激酶,对糖酵解的调节作用,八、糖酵解作用的调节,丙酮酸激酶通过,磷酸化和去磷酸化,来转变其活性，活性形式是去磷酸化。,果糖,-1,6-,二磷酸,可以,激活,丙酮酸激酶，使糖酵解顺利进行。,ATP,对丙酮酸起,变构抑制,。,血糖,浓度过高，使丙酮酸激酶去磷酸化，,加强糖酵解,，使血糖下降。,丙氨酸,对丙酮酸激酶起,变构抑制作用,，使糖酵解减慢。,准备阶段；,5,步,贮能阶段；,5,步,1,、葡萄糖激酶,2,、磷酸葡萄糖异构酶,3,、磷酸果糖激酶,4,、醛缩酶,5,、磷酸丙糖异构酶,6,、磷酸甘油醛脱氢酶,7,、磷酸甘油酸激酶,8,、磷酸甘油酸变位酶,9,、烯醇化酶,10,、丙酮酸激酶,九、其他六碳糖进入糖酵解途径,D-,葡萄糖,D-,甘露糖,D-,半乳糖,D-,果糖,（糖蛋白分解）,（一）,果糖,进入糖酵解途径（肌肉中）,己糖激酶,果糖 果糖,-6-,磷酸,九、其他六碳糖进入糖酵解途径,（,肝脏中,）？,在肝脏中只含有,葡萄糖激酶,和,果糖激酶,，不能直接催化,果糖的磷酸化,生成,果糖,-6-,磷酸，进入糖酵解,，需要经过,六种酶的转化,来完成。,1,、果糖激酶,2,、果糖,-1-,磷酸醛缩酶（,B,型）,3,、甘油醛激酶,4,、醇脱氢酶,5,、甘油激酶,6,、甘油磷酸脱氢酶,丙糖磷酸异构酶,（一）,果糖,进入糖酵解途径（,肝脏中,）,临床输果糖,果糖不耐症（遗传）,（二）,半乳糖,进入糖酵解途径,1,、半乳糖激酶,2,、半乳糖,-1-,磷酸尿苷酰转移酶,3,、,UDP-,半乳糖,4,差向异构酶,4,、,UDP-,葡萄糖,焦磷酸化酶,5,、磷酸葡萄糖,变位酶,半乳糖血症,（遗传病）：不能将半乳糖转变成葡萄糖。,原因：缺乏,半乳糖,-1-,磷酸尿苷酰转移酶,，不能使,Gal-1-P,转变成,UDP-Gal,。,结果造成血中,Gal,升高，进一步造成,眼睛晶状体,Gal,升高，并还原为,半乳糖醇,，引起,晶状体混浊,，导致,白内障,。,UTP,（三）甘露糖,进入糖酵解途径,己糖激酶,甘露糖 甘露糖,-6-,磷酸,磷酸甘露糖异构酶,甘露糖,-6-,磷酸 果糖,-6-,磷酸,本章作业,1,、用,14,C,标记葡萄糖的第一个碳原子，用作糖酵解底物，写出标记碳原子在酵解各个步骤的位置。,2,、糖酵解的定义、进行部位及生物学意义。,