生物化学-第八章-糖酵解优秀PPT.ppt

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1、第八章 糖酵解1驾驭糖酵解步骤、部位、特点；2 驾驭糖酵解过程中关键酶、生理意义及其调整糖代谢概况糖代谢概况多糖和低聚糖的酶促降解1.胞外降解胞外降解(水解过程水解过程)细胞外细胞外细胞外细胞外多糖和低聚糖多糖和低聚糖多糖和低聚糖多糖和低聚糖胞外胞外水解水解酶酶2.胞内降解（磷酸分解）胞内降解（磷酸分解）细胞内储备细胞内储备细胞内储备细胞内储备的的的的糖原或淀粉糖原或淀粉糖原或淀粉糖原或淀粉磷酸化磷酸化酶酶活化、水解活化、水解转移转移酶酶 去分枝去分枝酶酶断支链断支链磷酸磷酸酶酶活化、水解活化、水解单糖单糖主要是葡萄糖（淀粉酶、寡糖酶）（淀粉酶、寡糖酶）氧化分解氧化分解 CO2,H2O,ATP

2、 血糖血糖 合成合成 糖原糖原 转化转化 脂肪酸、氨脂肪酸、氨基酸等基酸等总论总论丙酮酸丙酮酸葡葡萄萄糖糖“糖酵解糖酵解”不需氧不需氧“磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径”需氧需氧有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况好氧好氧生物生物厌氧厌氧生物生物“三羧酸循环三羧酸循环”“乙醛酸循环乙醛酸循环”CO2+H2O“乳酸发酵乳酸发酵”乳酸乳酸“乳酸发酵乳酸发酵”、“乙醇发酵乙醇发酵”乳酸或乙醇乳酸或乙醇 CO2+H2O重点v有氧呼吸有氧呼吸 糖在有氧存在下分解为糖在有氧存在下分解为CO2、水和放出能量水和放出能量v无氧呼吸无氧呼吸 糖的无氧分解过程糖的无氧分解过程 酵解、发酵酵解、发酵糖酵解糖酵解（Glycoly

3、sis)EMP途径途径无氧条件下，无氧条件下，1葡萄糖葡萄糖分解产生分解产生2丙酮酸丙酮酸，并伴随并伴随ATP生成的过程。生成的过程。位置：位置：细胞质细胞质细胞质细胞质 G G 2丙酮酸丙酮酸+2NADH+2ATP丙酮酸丙酮酸糖酵解的探糖酵解的探讨历史史说明明发酵酵现象的人象的人1854-1864 Louis Paster 发酵是由微生物引起的酵是由微生物引起的发觉酵解本质的人发觉酵解本质的人1897 榨酵母汁榨酵母汁 蔗糖蔗糖 Hans Buchner 和和 Eduard Buchner 发酵并不须要整个完整细胞参与发酵并不须要整个完整细胞参与1900s,Arthur Harden and

4、 William Young ：Pi is needed for yeast juice to ferment glucose,a hexose diphosphate(fructose 1,6-bisphosphate)was isolated.1900s,Arthur Harden and William Young(Great Britain)separated the yeast juice into two fractions:one heat-labile,nondialyzable zymase(enzymes)and the other heat-stable,dialyzab

5、le cozymase(metal ions,ATP,ADP,NAD+).1910s-1930s,Gustav Embden and Otto Meyerhof(Germany),studied muscle and its extracts:Reconstructed all the transformation steps from glycogen to lactic acid in vitro;revealed that many reactions of lactic acid(muscle)and alcohol(yeast)fermentations were the same!

6、Discovered that lactic acid is reconverted to carbohydrate in the presence of O2(gluconeogenesis);observed that some phosphorylated compounds are energy-rich.Glycolysis was also known as Embden-Meyerhof pathway.The whole pathway of glycolysis(Glucose to pyruvate)was elucidated by the 1940s.一、一、糖酵解过程

7、概述糖酵解过程概述1、碳骨架的变更：、碳骨架的变更：6C糖糖 2个个3C糖糖 葡萄糖葡萄糖 2 乳酸乳酸 或或 葡萄糖葡萄糖 2 乙醇乙醇+2 CO22、能量的变更、能量的变更 酵解（产生乳酸）酵解（产生乳酸）2ATP 发酵发酵（产生酒精）（产生酒精）2ATP物质代谢放能过程ADP+Pi ATP吸能过程P3PPOOHOHCH2CH2OO12546P磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮123+P异构6-磷酸果糖磷酸果糖P564磷酸甘油醛磷酸甘油醛PP1，3-二磷酸二磷酸甘油酸甘油酸PCOHCOHH2COOH3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸P2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸P磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸丙酮酸丙酮酸6-磷

8、酸葡萄糖磷酸葡萄糖PG葡萄糖葡萄糖活化裂解脱氢异构PP1，6-二磷二磷酸果糖酸果糖活化产能脱水异构产能HHOH3、糖酵解中间产物都是磷酸化合、糖酵解中间产物都是磷酸化合物物意义：意义：（1）带有极性，不易随意出入细）带有极性，不易随意出入细胞胞（2）被酶识别，与酶结合）被酶识别，与酶结合（3）传递能量）传递能量 二、糖酵解过程全图二、糖酵解过程全图Glucose+2 ADP+2Pi+2NAD+2 pyruvate+2ATP+2H2O+2NADH+2H+葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸 丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二 甘油醛甘油醛 烯醇式丙酮

9、酸烯醇式丙酮酸羟丙酮羟丙酮 +3-磷酸磷酸甘油酸甘油酸-1，3-二磷酸二磷酸 磷酸烯磷酸烯醇式丙酮酸醇式丙酮酸3-磷酸磷酸-甘油酸甘油酸 2-磷酸磷酸-甘油酸甘油酸 乳酸乳酸乙醇乙醇乙醛乙醛两个阶段：两个阶段：1、准备阶段：消耗、准备阶段：消耗ATP2、放能阶段：产生、放能阶段：产生ATP 和和NADH三、糖酵解第一阶段的反应三、糖酵解第一阶段的反应 活化及裂解活化及裂解1（一）（一）葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化 Phosphorylation of Glucose irreversible under intracellular conditions 己糖激酶己糖激酶 的作用需的作用需Mg2

10、+（或其他二价离子）(hexokinase)HexokinaseGlucoseInduced fitMg2+-ATP结合时的构象变更使ATP与葡萄糖上的6位羟基靠近己糖激酶：己糖激酶：（1）专一性不强专一性不强(mannose/fructose)（2）受产物葡萄糖受产物葡萄糖-6-磷酸和磷酸和ADP抑制（变构抑制剂）抑制（变构抑制剂）葡萄糖激酶葡萄糖激酶（肝脏）：（肝脏）：（1）只作用于葡萄糖只作用于葡萄糖（2）对葡萄糖的）对葡萄糖的Km较大较大（与己糖激酶相比）（与己糖激酶相比）葡萄糖葡萄糖 较高时作用，较高时作用，G6P促进糖原合成促进糖原合成（3）不受产物葡萄糖）不受产物葡萄糖-6-磷酸

11、的抑制磷酸的抑制G G6P意义：意义：活化活化葡萄糖；葡萄糖；磷酸化后葡萄糖无法出细胞，磷酸化后葡萄糖无法出细胞，是细胞的是细胞的保糖机制保糖机制。葡萄糖葡萄糖G6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P己糖激酶己糖激酶aldose（G6P）（二）（二）G6P异构化成果糖异构化成果糖-6-磷酸磷酸 Conversion of Glucose-6-Phosphate to Fructose-6-Phosphate ketose（F6P）Reversible可可逆逆磷酸葡萄糖异构酶磷酸葡萄糖异构酶磷酸果糖异构酶磷酸果糖异构酶 异构时，开环异构时，开环意义：使羰基从意义：使羰基从1位位C上转移到上转移到2位

12、位C上，上，1位位C上上-OH游离游离 为其次次磷酸化打基础为其次次磷酸化打基础6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖G-6-P6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-P磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶（三）（三）F6PF6P形成果糖形成果糖-1-1，6-6-二磷酸二磷酸Phosphorylation of F6P to Fructose-1,6-Bisphosphate One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1)Regulatory ATP6-磷酸果糖磷酸果糖F-6-P1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖F-1,6-BP6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1P

13、FK-2催化fructose-2,6-bisphosphate 形成在一些细菌绝大多数植物中在一些细菌绝大多数植物中 there is a phosphofructokinase that uses pyrophosphate(PPi),not ATP,as the phosphate group donor in the synthesis of fructose-1,6-bisphosphate:F-6-P+PPi F-1,6-BP+Pi G=-14 kJ/mol Mg2+磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶1（1）ATP抑制抑制 ATPATP既是底物又是变构抑制剂既是底物又是变构抑制剂 怎么实现？怎

14、么实现？结合部位不同结合部位不同（2）AMP去除去除ATP抑制作用抑制作用 事实上，事实上，AMP/ATP 比值调整酶活性比值调整酶活性（3）H+过高抑制酶活性过高抑制酶活性避开酸中毒避开酸中毒（兔）不同型（兔）不同型PFK的抑制剂的抑制剂PFK-A（心肌、骨骼肌）：（心肌、骨骼肌）：磷酸肌酸磷酸肌酸、柠檬酸、柠檬酸、PiPFK-B（肝、红细胞）（肝、红细胞）：2，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸PFK-C（脑）（脑）：腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸同工酶同工酶葡萄糖葡萄糖 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖2+2+2+（四）（四）F-1,6-BPF-1,6-BP裂解裂解Cleavage of Fru

15、ctose-1,6-Bisphosphate 123456 ketonealdehyde醛缩酶（醛缩酶（aldolase）以逆反应命名以逆反应命名这个反应这个反应在在标准状况下标准状况下是吸能反应是吸能反应在在生理条件下生理条件下是放能反应，是放能反应，两个三碳糖不断被消耗两个三碳糖不断被消耗 高等植物组织高等植物组织 脊椎动物组织的醛缩酶不须要二价离子脊椎动物组织的醛缩酶不须要二价离子Aldolase-type（A，B，C）很多微生物的（细菌、酵母、真菌及藻类）很多微生物的（细菌、酵母、真菌及藻类）醛缩酶含醛缩酶含Zn2+Aldolase-type1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖F-1,6-BP

16、磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛醛缩酶醛缩酶（5）两个磷酸丙糖的互变两个磷酸丙糖的互变 Interconversion of the Triose PhosphatesAn aldose 5 4 6丙糖磷酸异构酶丙糖磷酸异构酶8 8股股折叠链环绕成核心折叠链环绕成核心每条每条折叠外围有折叠外围有螺旋螺旋 由无规卷曲相连由无规卷曲相连该反应平衡点时：该反应平衡点时：甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 K=4.74x10-2 磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮生理状况下：生理状况下：磷酸甘油醛不断磷酸甘油醛不断被消耗被消耗磷酸二羟丙酮不断地磷酸二羟丙酮不断地被异构化被异构化1,6-1,6-二磷酸果糖

17、二磷酸果糖 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛酶酶四、糖酵解其次阶段的反应四、糖酵解其次阶段的反应 放能阶段放能阶段2Pi（一）（一）甘油醛甘油醛-3-磷酸的氧化磷酸的氧化 Oxidation of Glyceraldehyde-3-Phosphate to 1,3-Bisphosphoglycerate 甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸脱氢酶产生产生1，3-BPG，还原性辅酶，还原性辅酶 甘油醛甘油醛-3-磷酸脱氢酶活性中心含游离磷酸脱氢酶活性中心含游离-SH碘乙酸会抑制该酶的活性碘乙酸会抑制该酶的活性不行逆不行逆砷酸盐与磷酸结构相像砷酸盐与磷酸结构相像替代磷酸形成替代磷酸形成1-砷酸砷酸-3-磷

18、酸甘油酸磷酸甘油酸水解为水解为3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸无法形成形成高能磷酸键无法形成形成高能磷酸键解偶联剂解偶联剂3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶（二）（二）高能磷酸基团的转移高能磷酸基团的转移 Transfer of Phosphate from 1,3-BPG to ADP 底物磷酸化底物磷酸化Enzyme is named for the reverse reactionSubstrate-level phosphorylationFor ATP generation1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘

19、油酸激酶磷酸甘油酸激酶糖酵解中第一个产生糖酵解中第一个产生ATP的反应的反应底物水平磷酸化底物水平磷酸化（三）（三）3-磷酸甘油酸转变为磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 Converston of 3-Phosphoglycerate to 2-PG磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶 2 2，3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2+（四）（四）磷酸烯醇式丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸生成 Dehydration of 2-Phosphoglycerate to

20、 Phosphoenolpyruvate 烯醇化酶与烯醇化酶与2价离子结合后才有活性价离子结合后才有活性氟化物氟化物抑制剂抑制剂2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)烯醇化酶烯醇化酶（五）（五）丙酮酸及丙酮酸及ATPATP的产生的产生 Transfer of the Phosphate Group from Phosphoenolpyruvate to ADP 2-2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸五、由葡萄糖转变为五、由葡萄糖转变为 丙酮酸的能量变更丙酮酸的能量变更磷酸烯醇磷酸烯醇 式丙酮酸式丙酮酸丙酮酸丙酮酸激酶ADP ATP产能步骤：产能步骤：3-磷酸甘油

21、醛脱氢酶磷酸甘油酸激酶12()+2()-1()-1()=2ATPG G为起始物为起始物胞内多糖为起始物胞内多糖为起始物2()+2()-1()=3ATP其他单糖通过转化为糖酵解中间产物形式进入糖酵解。其他单糖通过转化为糖酵解中间产物形式进入糖酵解。很很低低 很很高高 葡萄糖葡萄糖 2乳酸乳酸+2ATP 糖原糖原（葡萄糖）（葡萄糖）2乳酸乳酸+3ATP Go=47Kcal/mol Go=44Kcal/mol 每生成每生成1ATP1ATP固定了固定了7.3Kcal/mol7.3Kcal/mol能量能量 葡萄糖葡萄糖 获能效率获能效率 27.3/47 =31%糖原糖原 获能效率获能效率 37.3/44

22、 =49.7%但但 葡萄糖葡萄糖 CO2 H2OGo=686Kcal/mol 葡萄糖葡萄糖 获能效率获能效率 27.3/686 =2.1%糖糖 原原 获能效率获能效率 37.3/686 =3.1%糖酵解产能效率 六、六、无氧条件丙酮酸的去路无氧条件丙酮酸的去路有氧情况有氧情况缺氧情况缺氧情况“三羧酸循环三羧酸循环”“乙醛酸循环乙醛酸循环”CO2+H2O“乳酸发酵乳酸发酵”、“乙醇发酵乙醇发酵”乳酸或乙醇乳酸或乙醇丙酮酸（一）乳酸发酵（一）乳酸发酵其生物意义？其生物意义？消耗糖酵解脱下的消耗糖酵解脱下的 H H，保持细胞内的保持细胞内的pHpH稳定稳定。乳酸脱氢酶（乳酸脱氢酶（LDH）LDH1（

23、，4），分布于心肌，HLDH2（，3）LDH3（，22）LDH4（，3）LDH5（，4），分布于骨骼肌，MLDH催化丙酮酸丙酮酸还原成乳酸 乳酸脱氢氧化成丙酮酸心脏、脑、肾LDH1含量高生成丙酮酸骨骼肌中LDH5含量高生成乳酸Km高高Km低低（二）乙醇发酵丙酮酸脱羧酶+TPP乙醇脱氢酶 乙醇七、糖酵解作用的调整七、糖酵解作用的调整限速反应限速反应/关键反应关键反应在物质代谢整个反应链中，某一步反应速度确定在物质代谢整个反应链中，某一步反应速度确定整个反应链的速度，这一步反应称整个反应链的速度，这一步反应称催化该反应的酶称限速酶催化该反应的酶称限速酶/关键酶关键酶 糖酵解途径限速酶：糖酵解途径限

24、速酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶 1.磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 最重要的调整酶（变构酶）最重要的调整酶（变构酶）抑制剂：抑制剂：ATP、柠檬酸（碳骨架）、柠檬酸（碳骨架）激活剂：激活剂：AMP、ADP 6-磷酸果糖、磷酸果糖、2，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 6-磷酸果糖磷酸果糖 2，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 激活磷酸果糖激酶激活磷酸果糖激酶 前馈刺激作用；抵消前馈刺激作用；抵消ATP的抑制。的抑制。PFK2果糖果糖-6-6-磷酸激酶磷酸激酶 ATP ATP One subunit of the tetrameric phosphofructokinase

25、-1 (PFK-1)Regulatory ATP 6PF 2，6-二磷酸果糖 果糖二磷酸酶果糖二磷酸酶2 2PFK2PFK2位于一条多肽链上位于一条多肽链上Ser-OH磷酸化：水解活性激活，激酶活性抑制磷酸化：水解活性激活，激酶活性抑制胰高血糖素胰高血糖素G过剩，则去磷酸化，协同限制过剩，则去磷酸化，协同限制2.己糖激酶己糖激酶乙酰乙酰CoA和和脂肪酸脂肪酸对酶有抑制作用对酶有抑制作用产物产物6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖是变构抑制剂是变构抑制剂 果糖果糖-6-磷酸磷酸果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸只出现在糖酵解中只出现在糖酵解中葡萄糖葡萄糖-6-磷酸参与很多代谢途磷酸参与很多代谢途糖酵解最关键酶：

26、磷酸果糖激酶糖酵解最关键酶：磷酸果糖激酶 不是己糖激酶不是己糖激酶 3.3.丙酮酸激酶丙酮酸激酶 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、丙氨酸、丙氨酸、乙酰乙酰CoA、脂肪酸、脂肪酸 变构激活剂：变构激活剂：6-磷酸果糖、磷酸果糖、1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖 共价修饰共价修饰 磷酸化后失活磷酸化后失活 能量状况能量状况八、八、其他六碳糖进入糖酵解的途径其他六碳糖进入糖酵解的途径1 1、果糖、果糖 肌肉中肌肉中在己糖激酶作用下形成：在己糖激酶作用下形成：果糖果糖-6-6-磷酸磷酸Triose phosphateisomeraseOne fructose is converted totwo glyc

27、eraldehyde 3-P肝脏肝脏果糖激酶果糖激酶甘油醛甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮B型醛缩酶型醛缩酶2、半乳糖、半乳糖半乳糖激酶半乳糖激酶半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸半乳糖半乳糖-1-磷酸磷酸尿苷酰转移酶尿苷酰转移酶（半乳糖血症）（半乳糖血症）尿嘧啶核苷二尿嘧啶核苷二磷酸磷酸-半乳糖半乳糖UDP-G尿嘧啶核苷二尿嘧啶核苷二磷酸磷酸-葡萄葡萄糖糖UDP-G尿嘧啶核苷二磷酸尿嘧啶核苷二磷酸-半乳糖差向异构酶半乳糖差向异构酶1-P-GUMPUTP焦磷酸化酶焦磷酸化酶葡萄糖葡萄糖-1-1-磷酸磷酸 葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸 磷酸葡萄糖变位酶磷酸葡萄糖变位酶3 3、甘露糖、甘露糖（1 1）在己

28、糖激酶作用下形成：）在己糖激酶作用下形成：甘露糖甘露糖-6-6-磷酸磷酸（2 2）在磷酸甘露糖异构酶作用下形成：）在磷酸甘露糖异构酶作用下形成：果糖果糖-6-6-磷酸磷酸九、糖酵解的意义九、糖酵解的意义1.1.为机体供能为机体供能 生成生成2ATP2ATP，假如是从糖原分解起先，生成，假如是从糖原分解起先，生成3ATP3ATP。2.2.某些厌氧生物及组织细胞生活所必需某些厌氧生物及组织细胞生活所必需 所须要的能量完全依靠糖的无氧代谢所须要的能量完全依靠糖的无氧代谢 少数组织：视网膜、肾髓质及成熟红细胞少数组织：视网膜、肾髓质及成熟红细胞 主要依靠葡萄糖的酵解作用。主要依靠葡萄糖的酵解作用。本章重点1.1.糖酵解的糖酵解的1010个步骤个步骤2.2.三个重要的调整酶及其调整机理三个重要的调整酶及其调整机理3.3.糖酵解过程中能量及还原力变更糖酵解过程中能量及还原力变更作作 业业P90 T4P90 T8写出从葡萄糖到丙酮酸的代谢流程（文字和箭头）注明参与反应的酶、金属离子以及能量和还原力的变更