生物化学糖酵解省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第八章第八章 糖酵解糖酵解重点：重点：糖酵解糖酵解反应路径反应路径糖酵解过程中糖酵解过程中能量转变能量转变糖酵解糖酵解调整调整第1页糖分解代谢糖分解代谢 生物体中提供能量主要物质是生物体中提供能量主要物质是ATPATP，而，而ATPATP形成主要有形成主要有糖分解糖分解代谢产生代谢产生葡萄糖葡萄糖酵解酵解丙酮酸丙酮酸OX乙酰乙酰CoA三羧酸循环三羧酸循环CO2+H2O无氧分解无氧分解 （有氧、无氧）（有氧、无氧）有氧分解有氧分解 （有氧）（有氧）第2页一、糖酵解一、糖酵解（glycolysis)glycolysis)概念概念 也称也称EMPEMP（EmbdenEmbdenMeyerhofMeyerhof路径），路径），指葡萄糖在指葡萄糖在无氧条件下分解生成无氧条件下分解生成2 2分子丙酮酸并释放出能量过分子丙酮酸并释放出能量过程。程。总反应式：总反应式：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环三羧酸循环前奏。前奏。是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能是动物、植物、微生物细胞中葡萄糖分解产生能量共同代谢路径。量共同代谢路径。第3页二、糖酵解路径试验依据二、糖酵解路径试验依据酵母抽提液发酵速度比完整酵母慢，且逐步迟缓酵母抽提液发酵速度比完整酵母慢，且逐步迟缓直至停顿直至停顿假如加入无机磷酸盐，能够恢复发酵速度，但很假如加入无机磷酸盐，能够恢复发酵速度，但很快又会再次迟缓，同时加入磷酸盐浓度逐步下降。快又会再次迟缓，同时加入磷酸盐浓度逐步下降。上述现象说明在发酵过程中需要磷酸，可能上述现象说明在发酵过程中需要磷酸，可能磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯。完磷酸与葡萄糖代谢中间产物生成了糖磷酸酯。完整细胞可经过整细胞可经过ATPATP水解提供磷酸。水解提供磷酸。第4页将酵母液透析后就会失去发酵能力将酵母液透析后就会失去发酵能力将酵母液加热到将酵母液加热到5050也会失去发酵能力也会失去发酵能力将经过透析失活酵母液混合在一起后又恢复发酵将经过透析失活酵母液混合在一起后又恢复发酵能力能力 由此推断发酵需要两类物质：一是热不稳定，由此推断发酵需要两类物质：一是热不稳定，不可透析组分即酶；二是热稳定可透析组分，如不可透析组分即酶；二是热稳定可透析组分，如辅酶、辅酶、ATPATP、金属离子等。、金属离子等。第5页碘乙酸对酵母生长有抑制作用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，能够将葡萄糖、酵母抽提液及碘乙酸一起保温，能够分离出少许磷酸丙糖（主要是分离出少许磷酸丙糖（主要是3-3-磷酸甘油醛和磷磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮平衡混合物）酸二羟丙酮平衡混合物）所以推断磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖，所以推断磷酸己糖可能裂解为两分子三碳糖，而碘乙酸对三碳糖深入分解酶有抑制作用。而碘乙酸对三碳糖深入分解酶有抑制作用。第6页氟化钠对酵母生长也有抑制作用氟化钠对酵母生长也有抑制作用将将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钠一起保温有磷酸甘油酸积累（氟化钠一起保温有磷酸甘油酸积累（3-3-和和2-2-磷酸磷酸甘油酸平衡混合物）甘油酸平衡混合物）由此推断由此推断3-3-磷酸甘油酸是磷酸甘油酸是3-3-磷酸甘油醛氧化产磷酸甘油醛氧化产物，物，2-2-磷酸甘油酸又是前者变位后产物，氟化钠磷酸甘油酸又是前者变位后产物，氟化钠对对2-2-磷酸甘油酸深入反应酶有抑制作用磷酸甘油酸深入反应酶有抑制作用第7页三、糖酵解路径三、糖酵解路径 场所场所:细胞质细胞质(胞液胞液)中中 氧气氧气:不需要不需要第8页糖酵解过程糖酵解过程b1第9页糖酵解可分为两个阶段：糖酵解可分为两个阶段：1 1分子葡萄糖分解为分子葡萄糖分解为2 2分子丙酮酸需经分子丙酮酸需经1010步反步反应应，前，前5 5步反应为步反应为准备阶段准备阶段，1Glc1Glc转变为转变为2 2三碳物：三碳物：磷酸二羟丙酮和磷酸二羟丙酮和3-3-磷酸甘油醛，磷酸甘油醛，消耗消耗2ATP2ATP。第二阶段是第二阶段是能量取得阶段能量取得阶段（payoff phase)payoff phase)，3-3-磷酸甘油醛转变为丙酮酸，磷酸甘油醛转变为丙酮酸，生成生成4ATP4ATP和和2NADH 2NADH+H+H+。葡萄糖碳架分解产生丙酮酸、磷酸化葡萄糖碳架分解产生丙酮酸、磷酸化ADPADP产生产生ATPATP、产生氢转变为、产生氢转变为NADHNADH。第10页（一）葡萄糖磷酸化（一）葡萄糖磷酸化第一阶段反应第一阶段反应 催化这一反应酶有催化这一反应酶有己糖激酶己糖激酶和和葡萄糖激酶葡萄糖激酶。己糖激酶己糖激酶专一性弱，专一性弱，KmKm值小，存在全部细胞内；值小，存在全部细胞内；别构调整酶别构调整酶,受受ADPADP和葡萄糖和葡萄糖6-6-磷酸变构抑制磷酸变构抑制。葡萄糖激酶葡萄糖激酶专一行强，专一行强，KmKm值高，值高，在肝脏中在肝脏中，当肝糖浓，当肝糖浓度较高时，催化葡萄糖度较高时，催化葡萄糖6-6-磷酸合成，维持血糖稳定磷酸合成，维持血糖稳定.第11页n糖酵解过程中中间产物都带有磷酸基团，它们意糖酵解过程中中间产物都带有磷酸基团，它们意义在于：义在于：1.1.磷酸化造成负离子，使分子产生极性，使产物不磷酸化造成负离子，使分子产生极性，使产物不致流失到膜外；致流失到膜外；2.2.磷酸基团起一个信号作用，易于被酶识别；磷酸基团起一个信号作用，易于被酶识别；3.3.磷酸基团最终形成磷酸基团最终形成ATPATP，保留了能量。，保留了能量。第12页 该酶有绝正确底物专一性和立体专一性。该酶有绝正确底物专一性和立体专一性。6PG,E4P 6PG,E4P和和S7PS7P等是该酶竞争性抑制剂。等是该酶竞争性抑制剂。第13页（三）果糖（三）果糖6-6-磷酸生结果糖磷酸生结果糖1,61,6二磷酸二磷酸 这是一个不可逆反应。这是一个不可逆反应。催化该反应是一个催化该反应是一个变构调整酶变构调整酶，也是酵解过程中，也是酵解过程中最主最主要要限速酶。限速酶。ATPATP有抑制作用，有抑制作用，AMPAMP可消除这种抑制作用。可消除这种抑制作用。H H+对该酶也有一个抑制作用，这可预防乳酸中毒。对该酶也有一个抑制作用，这可预防乳酸中毒。该反应对下一步裂解做好了准备。该反应对下一步裂解做好了准备。第14页（四）果糖（四）果糖-1,6-1,6-二磷酸转变成二磷酸转变成 三碳化合物三碳化合物 该反应标准自由能表明该反应是趋向与缩合，但在该反应标准自由能表明该反应是趋向与缩合，但在细胞中因为底物浓度驱动，反应趋向于裂解。细胞中因为底物浓度驱动，反应趋向于裂解。两个三碳糖相同原子序号其起源不一样。两个三碳糖相同原子序号其起源不一样。第15页（五）二羟丙酮转变成甘油醛（五）二羟丙酮转变成甘油醛3-3-磷酸磷酸该反应尽管平衡点处二羟丙酮浓度要高，但因为该反应尽管平衡点处二羟丙酮浓度要高，但因为后续反应对甘油醛消耗，造成反应趋向甘油醛方后续反应对甘油醛消耗，造成反应趋向甘油醛方向。向。丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶第16页第二阶段反应第二阶段反应 该反应中该反应中产生第一个还原型辅酶产生第一个还原型辅酶I(NADHI(NADHH H+),),同同时吸收时吸收1 1分子无机磷酸。分子无机磷酸。碘乙酸是一个不可逆抑制剂碘乙酸是一个不可逆抑制剂，它与它与-SH-SH结合。结合。砷酸砷酸使得其氧化作用与磷酸化作用解使得其氧化作用与磷酸化作用解偶联，即反应仍进行，但未形成高能磷酸键。偶联，即反应仍进行，但未形成高能磷酸键。砷酸结构和磷酸类似，故是该酶竞争性抑制剂。但产物为砷酸结构和磷酸类似，故是该酶竞争性抑制剂。但产物为1 1砷砷酸，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。高能键高能键第17页(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这是酵解过程这是酵解过程第一个产生第一个产生ATPATP部位部位。第18页（三）（三）3-3-磷酸甘油酸转变成磷酸甘油酸转变成2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 该反应经过一个中间产物该反应经过一个中间产物:2,3-:2,3-二磷酸甘油酸。当二磷酸甘油酸。当3-3-磷酸甘油酸与酶结合后，酶分子上磷酸转移到磷酸甘油酸与酶结合后，酶分子上磷酸转移到2 2位，生位，生成成 2,3-2,3-二磷酸甘油酸，使酶分子活性部位再结合二磷酸甘油酸，使酶分子活性部位再结合1 1分子分子磷酸，同时产生游离磷酸，同时产生游离2-2-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。第19页（四）（四）2-2-磷酸甘油酸脱水生成烯醇式丙酮酸磷酸甘油酸脱水生成烯醇式丙酮酸 这一步反应作用是为下一步将其高能状态转变成这一步反应作用是为下一步将其高能状态转变成ATPATP作准备。作准备。氟化物氟化物是酶强抑制剂。氟与镁、磷酸形成复合物，是酶强抑制剂。氟与镁、磷酸形成复合物，取代酶分子上镁位置使酶失活。取代酶分子上镁位置使酶失活。Mg2+高能磷酸化合物高能磷酸化合物第20页（五）磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸并产生（五）磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸并产生ATPATP 这是第二个产生这是第二个产生ATPATP部位，生成丙酮酸是共同路径终产部位，生成丙酮酸是共同路径终产物，无氧发酵和有氧呼吸在此之后开始分支。物，无氧发酵和有氧呼吸在此之后开始分支。丙酮酸激酶是一个变构调整酶，丙酮酸激酶是一个变构调整酶，ATPATP、长链脂肪酸、乙、长链脂肪酸、乙酰酰CoACoA、丙氨酸为负调整物；果糖、丙氨酸为负调整物；果糖-1-1，6-6-二磷酸和磷酸烯醇二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸为正调整物。式丙酮酸为正调整物。Mg2+第21页四、酵解过程中能量产生四、酵解过程中能量产生 以葡萄糖为起点以葡萄糖为起点 无氧情况下无氧情况下: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，还生成外，还生成2分子分子NADH 净增净增2ATP葡萄糖葡萄糖2Pi+2ADP+2NAD+2丙酮酸丙酮酸2ATP+2NADH+2H+2H2O 第22页五、丙酮酸去路五、丙酮酸去路丙酮酸丙酮酸 无氧或无氧或 相对缺氧相对缺氧 有氧：有氧：酒精发酵酒精发酵 乳酸发酵乳酸发酵乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶乙醛乙醛乙醇乙醇乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶丙酮酸丙酮酸 CO2+H2O 氧化脱羧氧化脱羧CH3COSCoATCA cycle肌肉中：肌肉中：酵母菌中：酵母菌中：五、丙酮酸去路五、丙酮酸去路 第23页六、六、NADH+HNADH+H+命运命运 无氧条件下无氧条件下:经过乙醇发酵受氢，处理重氧化经过乙醇发酵受氢，处理重氧化 经过乳酸发酵受氢，处理重氧化经过乳酸发酵受氢，处理重氧化 有氧条件下有氧条件下:经过呼吸链递氢，最终生成经过呼吸链递氢，最终生成H H2 2O,O,并生成并生成ATPATP第24页乳酸生成乳酸生成(发酵发酵)动物包含人在猛烈运动时或供氧不足时：动物包含人在猛烈运动时或供氧不足时：第25页丙酮酸丙酮酸 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶乙醛乙醛乙醇乙醇乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶酒精发酵酒精发酵 酵母在无氧条件下，进行乙醇发酵。酵母在无氧条件下，进行乙醇发酵。CO2NADHNAD第26页七、糖酵解作用调整七、糖酵解作用调整 糖酵解代谢路径有三个关键酶：糖酵解代谢路径有三个关键酶：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 三种酶催化反应均为不可逆，所以，都含有调三种酶催化反应均为不可逆，所以，都含有调整糖酵解作用。整糖酵解作用。其中，其中，磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶所催化反应是糖酵解所催化反应是糖酵解限速限速步骤步骤。第27页1.1.磷酸果糖激酶（磷酸果糖激酶（PFKPFK）调整）调整 ATP ATP：高浓度：高浓度ATPATP使酶与底物使酶与底物F-6-PF-6-P亲和力降亲和力降 低，从而抑制该酶活性。低，从而抑制该酶活性。柠檬酸：经过加强柠檬酸：经过加强ATPATP抑制效应来抑制该酶抑制效应来抑制该酶 活性。活性。H+H+抑制抑制 果糖果糖-2,6-2,6-二磷酸二磷酸：是该酶：是该酶强激动剂强激动剂。能提升。能提升 果糖激酶与果糖果糖激酶与果糖6 6磷酸亲协力，并降磷酸亲协力，并降 低低ATPATP抑制效应。别构调控。抑制效应。别构调控。前馈刺激作用前馈刺激作用 F-6-P F-2,6-2P F-6-P F-2,6-2P第28页第29页第30页2.2.己糖激酶调整己糖激酶调整 该酶受其催化产物该酶受其催化产物G-6-PG-6-P抑制抑制。3.3.丙酮酸激酶调整丙酮酸激酶调整 果糖果糖-1,6-1,6-二磷酸二磷酸对该酶有对该酶有激活激活作用；作用；ATP ATP是该酶变构是该酶变构抑制抑制剂；剂；丙氨酸丙氨酸为该酶变构为该酶变构抑制抑制剂；剂；共价修饰调整共价修饰调整：该酶：该酶去磷酸化去磷酸化形式为形式为活性活性形形 式；磷酸化形式为非活性形式。式；磷酸化形式为非活性形式。高浓度葡萄糖高浓度葡萄糖促进该酶去磷酸化；促进该酶去磷酸化；第31页第32页八、其它糖进入糖酵解路径八、其它糖进入糖酵解路径第33页九、糖酵解生理意义九、糖酵解生理意义 （1 1）在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能补）在无氧和缺氧条件下，作为糖分解供能补 充路径。充路径。（2 2）在有氧条件下，作为一些组织细胞（如：成）在有氧条件下，作为一些组织细胞（如：成 熟红细胞）主要供能路径。熟红细胞）主要供能路径。（3 3）提供生物合成所需前体物质；）提供生物合成所需前体物质；（4 4）糖酵解不但是葡萄糖降解路径，也是其它）糖酵解不但是葡萄糖降解路径，也是其它 一些单糖分解代谢路径；一些单糖分解代谢路径；（5 5）为糖彻底氧化分解作了准备。）为糖彻底氧化分解作了准备。第34页