第20章 糖酵解.ppt

1、第二十二章 糖酵解,糖的生理功能 1、結(jié)構(gòu)物質(zhì) 2、能量物質(zhì) 3、為其它物質(zhì)合成提供碳骨架 4、功能物質(zhì),結(jié)構(gòu)物質(zhì),1、糖脂、糖蛋白構(gòu)成生物膜 2、核糖構(gòu)成核酸 3、抗體、酶、激素、受體均有糖,功能物質(zhì),保持水分 防止震動 信息傳遞 細胞識別 防止血液凝固,只從糖代謝中獲能的組織,腦 視網(wǎng)膜 血紅細胞 胚胎,機體中所需的能量70%來自糖分解供能 糖供能沒副作用 在無氧情況下糖也可供能,來源,淀粉（糖原） 1、從食物中獲取 纖維素（反芻動物）,2、體內(nèi)糖異生 （由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化）,糖類物質(zhì)進入體內(nèi)（細胞內(nèi)）的途徑： 腸腔（多糖、寡糖及二糖分解為單糖）-腸粘膜細胞-腸壁毛細血管-肝靜脈-肝-血液（血

2、糖）-組織,糖的轉(zhuǎn)運 血液中的糖主要是葡萄糖，稱為血糖。 血糖含量是體內(nèi)糖代謝的一項重要指標(biāo) 血糖濃度 80-120mg/100ml 正常 血糖濃度 160mg/100ml 高血糖 血糖濃度 70mg/100ml 低血糖 受很多激素調(diào)節(jié)，范圍恒定,氧化分解 CO2, H2O, ATP 血糖 合成 糖原 轉(zhuǎn)化 脂肪酸、氨基酸等,糖代謝概況,多糖和低聚糖的酶促降解 1.胞外降解(水解過程),細胞外 多糖和低聚糖,胞外水解酶,2.胞內(nèi)降解（磷酸分解）,細胞內(nèi)儲備的 糖原或淀粉,磷酸化酶,活化、水解,斷支鏈,活化、水解,（淀粉酶、寡糖酶）,如此復(fù)雜步驟的生物意義？,有效地控制能量的產(chǎn)生，加以轉(zhuǎn)化！,原

3、子能電能 緩慢受控 糖化學(xué)鍵能ATP化學(xué)能 緩慢受控 產(chǎn)生生物合成所需的中間產(chǎn)物！,總論,丙酮酸,CO2 + H2O,重點,有氧呼吸 糖在有氧存在下分解為CO2 、水和放出能量 無氧呼吸 糖的無氧分解過程 酵解、發(fā)酵,糖酵解（Glycolysis)EMP途徑,無氧條件下，1葡萄糖分解產(chǎn)生2丙酮酸，并伴隨ATP生成的過程。 位置：細胞質(zhì),細胞質(zhì),G 2丙酮酸 + 2NADH + 2ATP,丙酮酸,一 、 糖酵解的研究歷史 解釋發(fā)酵現(xiàn)象的人 1854-1864 Louis Paster 發(fā)酵是由微生物引起的,發(fā)現(xiàn)酵解本質(zhì)的人 1897 榨酵母汁 蔗糖 Hans Buchner 和 Eduard B

4、uchner 發(fā)酵并不需要整個完整細胞參與,1897, Eduard Buchner (Germany), accidental observation : sucrose (as a preservative) was rapidly fermented into alcohol by cell-free yeast extract. The accepted view that fermentation is inextricably tied to living cells (i.e., the vitalistic dogma) was shaken and Biochemistry

5、was born: Metabolism became chemistry!,1900s, Arthur Harden and 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

6、-labile, nondialyzable zymase (enzymes) and the other heat-stable, dialyzable 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

7、 many reactions of lactic acid (muscle) and alcohol (yeast) fermentations were the same! 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 pathw

8、ay. The whole pathway of glycolysis (Glucose to pyruvate) was elucidated by the 1940s.,與酵解有關(guān)的物質(zhì)： （1） 磷酸（磷酸酯）,（2）輔酶（NAD+） （3）ADP、ATP及金屬離子 （4）抑制劑（碘乙酸、氟化物）,二、糖酵解過程概述,1、碳骨架的變化： 6C糖 2個3C糖 葡萄糖 2 乳酸 或 葡萄糖 2 乙醇 + 2 CO2,2、能量的變化 酵解（產(chǎn)生乳酸） 2ATP 發(fā)酵 （產(chǎn)生酒精） 2ATP,物質(zhì)代謝 放能過程,ADP+Pi ATP 吸能過程,+,丙酮酸,裂解,脫氫,異構(gòu),產(chǎn)能,脫水,異構(gòu),3、

9、糖酵解中間產(chǎn)物都是磷酸化合物 意義： （1）帶有極性，不易隨便出入細胞 （2）被酶識別，與酶結(jié)合 （3）傳遞能量,三、糖酵解過程全圖 Glucose + 2 ADP + 2Pi + 2NAD+ 2 pyruvate + 2ATP + 2H2O + 2NADH + 2H+,葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸 果糖- 1， 6-二磷酸 丙酮酸 磷酸二 甘油醛 烯醇式丙酮酸 羥丙酮 + 3-磷酸 甘油酸-1，3-二磷酸 磷酸烯醇式丙酮酸 3 -磷酸-甘油酸 2 -磷酸-甘油酸,乳酸,乙醇,乙醛,+,丙酮酸,裂解,脫氫,異構(gòu),產(chǎn)能,脫水,異構(gòu),兩個階段： 1、準(zhǔn)備階段：消耗ATP 2、放能階段：

10、產(chǎn)生ATP 和NADH,四、糖酵解第一階段的反應(yīng),1,（一）葡萄糖的磷酸化 Phosphorylation of Glucose,irreversible under intracellular conditions,己糖激酶 的作用需Mg2+（或其他二價離子） (hexokinase),Hexokinase,Glucose,Induced fit,Mg2+-ATP結(jié)合時的構(gòu)象變化 使ATP與葡萄糖上的6位羥基靠近,己糖激酶： （1）專一性不強 (mannose/fructose) （2）受產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸和ADP抑制（變構(gòu)抑制劑） 葡萄糖激酶（肝臟）： （1）只作用于葡萄糖 （2）對葡萄

11、糖的Km較大（與己糖激酶相比） 葡萄糖 較高時作用，G6P促進糖原合成 （3）不受產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸的抑制,G G6P 意義：活化葡萄糖； 磷酸化后葡萄糖無法出細胞， 是細胞的保糖機制。,葡萄糖 G,6-磷酸葡萄糖 G-6-P,己糖激酶,aldose （G6P）,（二）G6P異構(gòu)化成果糖-6-磷酸 Conversion of Glucose-6-Phosphate to Fructose-6-Phosphate,ketose （F6P）,Reversible,可逆,磷酸葡萄糖異構(gòu)酶 磷酸果糖異構(gòu)酶 異構(gòu)時，開環(huán),意義：使羰基從1位C上轉(zhuǎn)移到2位C上， 1位C上-OH游離 為第二次磷酸化打基礎(chǔ)

12、,6-磷酸葡萄糖 G-6-P,6-磷酸果糖 F-6-P,磷酸己糖異構(gòu)酶,（三）F6P形成果糖-1，6-二磷酸Phosphorylation of F6P to Fructose-1,6-Bisphosphate,One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1),Regulatory ATP,6-磷酸果糖 F-6-P,1,6-二磷酸果糖 F-1,6-BP,6-磷酸果糖激酶-1,PFK-2 催化fructose-2,6-bisphosphate 形成 在一些細菌絕大多數(shù)植物中 there is a phosphofructoki

13、nase 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1 （1）ATP抑制 ATP既是底物又是變構(gòu)抑制劑 怎么實現(xiàn)？,結(jié)合部位不同,（2） AMP去除ATP抑制作用 實際上， AMP/ATP 比值調(diào)節(jié)酶活性,（3） H+過高抑制酶活性,避免酸中毒,（兔）不同型PFK的抑制劑 PFK- A（心肌、骨骼肌）：磷

14、酸肌酸 、檸檬酸 、Pi PFK- B（肝、紅細胞） ：2，3-二磷酸甘油酸 PFK- C（腦） ：腺嘌呤核苷酸,同工酶,葡萄糖 1, 6-二磷酸果糖,2+,2+,2+,（四）F-1,6-BP裂解Cleavage of Fructose-1,6-Bisphosphate,1,2,3,4,5,6,ketone,aldehyde,醛縮酶（ aldolase） 以逆反應(yīng)命名,這個反應(yīng) 在標(biāo)準(zhǔn)狀況下是吸能反應(yīng) 在生理條件下是放能反應(yīng)， 兩個三碳糖不斷被消耗,高等植物組織 脊椎動物組織的醛縮酶不需要二價離子 Aldolase- type（A，B，C） 許多微生物的（細菌、酵母、真菌及藻類） 醛縮酶含Zn

15、2+ Aldolase- type,1,6-二磷酸果糖 F-1,6-BP,磷酸二羥丙酮,3-磷酸甘油醛,醛縮酶,（5） 兩個磷酸丙糖的互變 Interconversion of the Triose Phosphates,An aldose,5,4,6,丙糖磷酸異構(gòu)酶 8股折疊鏈環(huán)抱成核心 每條折疊外圍有螺旋 由無規(guī)卷曲相連,該反應(yīng)平衡點時： 甘油醛-3-磷酸 K= = 4.74x10-2 磷酸二羥丙酮,生理狀況下： 磷酸甘油醛不斷被消耗 磷酸二羥丙酮不斷地被異構(gòu)化,1, 6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛,酶,五、糖酵解第二階段的反應(yīng) 放能階段,2,（一）甘油醛-3-磷酸的氧化 Oxidatio

16、n of Glyceraldehyde-3-Phosphate to 1,3-Bisphosphoglycerate,甘油醛-3-磷酸脫氫酶 產(chǎn)生1，3-BPG，還原性輔酶,甘油醛-3-磷酸脫氫酶活性中心含游離-SH 碘乙酸會抑制該酶的活性不可逆,砷酸鹽與磷酸結(jié)構(gòu)相似 替代磷酸形成1-砷酸-3-磷酸甘油酸水解為3-磷酸甘油酸 無法形成形成高能磷酸鍵,解偶聯(lián)劑,3-磷酸甘油醛,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛脫氫酶,（二）高能磷酸基團的轉(zhuǎn)移 Transfer of Phosphate from 1,3- BPG to ADP,底物磷酸化,Enzyme is named for the rev

17、erse reaction,Substrate-level phosphorylation For ATP generation,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸激酶,糖酵解中第一個產(chǎn)生ATP的反應(yīng) 底物水平磷酸化,（三） 3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸 Converston of 3-Phosphoglycerate to 2-PG,磷酸甘油酸變位酶,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸變位酶,2，3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油醛 2-磷酸甘油酸,2+,（四）磷酸烯醇式丙酮酸生成 Dehydration of 2-Phosphoglycerate to Phosph

18、oenolpyruvate,烯醇化酶與2價離子結(jié)合后才有活性 氟化物抑制劑,2-磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),烯醇化酶,（五）丙酮酸及ATP的產(chǎn)生 Transfer of the Phosphate Group from Phosphoenolpyruvate to ADP,2-磷酸甘油酸 丙酮酸,六、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?丙酮酸的能量變化,產(chǎn)能步驟：,1,其他單糖通過轉(zhuǎn)化為糖酵解中間產(chǎn)物形式進入糖酵解。,很低,很高,Go= 47Kcal/mol Go= 44Kcal/mol 每生成1ATP固定了7.3Kcal/mol能量 葡萄糖 獲能效率 27.3/47 = 31% 糖原 獲能效率 37

19、.3/44 = 49.7%,Go= 686Kcal/mol 葡萄糖 獲能效率 27.3/686 = 2.1% 糖 原 獲能效率 37.3/686 = 3.1%,糖酵解產(chǎn)能效率,七、 無氧條件丙酮酸的去路,（一）乳酸發(fā)酵,其生物意義？ 消耗糖酵解脫下的 H，保持細胞內(nèi)的pH穩(wěn)定。,乳酸脫氫酶（LDH） LDH1（ ， 4），分布于心肌，H LDH2（ ， 3） LDH3（ ， 22 ） LDH4（ ， 3 ） LDH5（ ， 4 ），分布于骨骼肌，M LDH催化丙酮酸還原成乳酸 乳酸脫氫氧化成丙酮酸 心臟、腦、腎LDH1含量高生成丙酮酸 骨骼肌中LDH5含量高生成乳酸,Km高,Km低,（二）乙醇

20、發(fā)酵,丙酮酸脫羧酶 + TPP,乙醇脫氫酶,乙醇,八、糖酵解作用的調(diào)節(jié),限速反應(yīng)/關(guān)鍵反應(yīng) 在物質(zhì)代謝整個反應(yīng)鏈中，某一步反應(yīng)速度決定 整個反應(yīng)鏈的速度，這一步反應(yīng)稱 催化該反應(yīng)的酶稱限速酶/關(guān)鍵酶 糖酵解途徑限速酶： 己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶,1.磷酸果糖激酶 最重要的調(diào)節(jié)酶（變構(gòu)酶） 抑制劑：ATP、檸檬酸（碳骨架） 激活劑：AMP、ADP 6-磷酸果糖、2，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖 2，6-二磷酸果糖 激活磷酸果糖激酶 前饋刺激作用；抵消ATP的抑制。,PFK2,果糖-6-磷酸激酶 ATP,One subunit of the tetrameric phosphofructokinase-1 (PFK-1),Regulatory ATP,6PF 2，6-二磷酸果糖 果糖二磷酸酶2,PFK2,位于一條多肽鏈上 Ser-OH磷酸化：水解活性激