生物化学—糖酵解

参考用书为杨荣武的生物化学原理，糖酵解是糖的无氧氧化，细胞内葡萄糖分解为乳酸的过程，分为两个阶段 引发段、 产能阶段等。

糖酵解

• 葡萄糖→6-磷酸葡糖
  • 屏蔽磷酸基团负电荷的方式：Mg2+，酶活性中心的Lys和Arg
  • 酶
    • 己糖激酶/葡糖激酶
      • 己糖激酶对葡萄糖亲和性较高，保证细胞内的葡萄糖及时被磷酸化，有利于创造葡萄糖从血液进入细胞的浓度梯度。萄糖激酶与葡萄糖亲和性较低，作用是清除饱餐后血液中过多的葡萄糖，稳定血糖浓度。
  • 需要Mg2+、消耗ATP
  • 不可逆，限速步骤
  • 调节方式
    • 已糖激酶
      • 6-磷酸葡糖的反馈抑制
    • 葡糖激酶
      • 肝细胞内的浓度受胰岛素的控制，活性受葡糖激酶调节蛋白的调节
  • 葡萄糖磷酸化的意义
    • 1.降低了细胞内游离的葡萄糖浓度，有利于胞外的葡萄糖通过GLUT进入胞内
    • 2.葡萄糖带上负电荷，极性猛增，很难再从细胞中“逃逸”出去
    • 3.葡萄糖的能量状态提高，变得不稳定，有利于在后面一分为二，被“腰斩”为三碳糖
• 6-磷酸葡糖→6-磷酸果糖
  • 酶
    • 磷酸己糖异构酶
      • 2-脱氧-6-磷酸葡糖可抑制其活性
  • 需要Mg2+
  • 可逆
• 6-磷酸果糖→1，6-二磷酸果糖
  • 酶
    • 磷酸果糖激酶-1（PFK-1）
      • 与PFK-2的区别，PFK-2的产物是2，6-二磷酸果糖
  • 需要Mg2+、消耗ATP
  • 不可逆，最重要的限速步骤
  • 调节方式
    • 负别构效应物
      • ATP、柠檬酸、质子（低pH）
    • 正别构效应物
      • AMP、ADP、2，6-二磷酸果糖（最强激活剂）
    • 别构调节的意义
      • 1.对细胞的能量状态迅速作出反应（ATP、ADP、AMP之间的相对比例）
      • 2.对细胞内环境酸度的变化做出反应（质子）
      • 3.对细胞内代替性燃料（如脂肪酸和酮体）的使用做出反应（柠檬酸）
      • 对血液中胰岛素和胰高血糖素的比例变化做出反应（F-2,6-BP）
• 1，6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛+磷酸二羟丙酮
  • 酶
    • 1，6-二磷酸果糖醛缩酶
  • 可逆
• 磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛
  • 酶
    • 磷酸丙糖异构酶
      • 活性中心的Glu残基作为广义的碱行使催化
  • 可逆
• 2×3-磷酸甘油醛→2×1，3-二磷酸甘油酸
  • 酶
    • 3-磷酸甘油醛脱氢酶
      • 唯一一步氧化还原反应，NAD+为辅酶→NADH/H+；Cys的巯基直接参与催化
  • 可逆
  • 脱氢，生成2分子NADH
  • 酶的抑制剂/糖酵解的抑制剂
    • 破坏巯基的试剂，如碘代乙酸、有机汞
  • 砷酸的影响
    • 砷酸与无机磷酸极为相似，会反应生成1-砷酸-3-磷酸甘油酸，产物不稳定会分解，刺激糖酵解更快进行，但水解会导致ATP合成受阻
• 2×1，3-二磷酸甘油酸→2×3-磷酸甘油酸
  • 酶
    • 磷酸甘油酸激酶
  • 需要Mg2+，得到2分子ATP
  • 可逆
  • 第一步底物水平磷酸化
  • 二磷酸甘油酸支路
    • 在1，3-二磷酸甘油酸变位酶(双功能酶）的催化下，1,3-BPG转变为2,3-BPG，其磷酸酶活性将2,3-BPG水解成3-磷酸甘油酸。此途径相当于跳过一步底物水平磷酸化，即一分子葡萄糖少产生2分子ATP
• 2×3-磷酸甘油酸→2×2-磷酸甘油酸
  • 酶
    • 磷酸甘油酸变位酶
  • 需要Mg2+
  • 可逆
• 2×2-磷酸甘油酸→2×磷酸烯醇丙酮酸
  • 酶
    • 烯醇化酶
  • 需要Mg2+
  • 氟化物的影响
    • 氟化物能与Mg2+及磷酸基团形成络合物，干扰2-磷酸甘油酸与烯醇化酶的结合，使酶活性受到抑制
• 2×磷酸烯醇丙酮酸→2×丙酮酸
  • 酶
    • 丙酮酸激酶
  • 需要Mg2+和K+，产生2分子ATP
  • 不可逆，限速步骤
  • 第二步底物水平磷酸化
  • 调节方式
    • 别构调节
      • 负别构效应物
        • ATP、丙氨酸
          • ATP抑制PFK-1
      • 正别构效应物
        • F-1,6-BP
          • 前馈激活丙酮酸激酶
    • 共价修饰
      • 磷酸化：受胰高血糖素的作用，PKA被激活，催化磷酸化修饰使其失活
• 糖原进入糖酵解
• NADH和丙酮酸的命运
  • 有氧
    • NADH
      • 3-磷酸甘油穿梭系统
        • NADH将质子和电子转移给FAD代行功能
          • 产生1.5ATP
      • 苹果酸-天冬氨酸穿梭系统
        • 细胞质基质NADH→线粒体基质NADH
          • 产生2.5ATP
    • 丙酮酸
      • 通过线粒体内膜上的丙酮酸转运蛋白进入线粒体基质
        • 丙酮酸脱羧酶系
          • E1（丙酮酸脱氢酶）
            • TPP,Mg2+
          • E2（二氢硫辛酸转乙酰酶）
            • 硫辛酸，CoA
          • E3（二氢硫辛酸脱氢酶）
            • FAD，NAD+
          • 口诀：赴美（CoA）交流（TPP）时留心（硫辛酸）一下法国（FAD）的尼（NAD+）龙线
            • 氧化脱羧，生成乙酰CoA
            • 砒霜（亚砷酸或三氧化二砷）能抑制丙酮酸转化成乙酰-CoA，还能抑制TCA
  • 无氧
    • 乳酸发酵
      • 丙酮酸→L-乳酸，NADH/H→NAD+
        • 成熟红细胞缺乏线粒体，采用乳酸发酵再生NAD+
    • 乙醇发酵
      • 丙酮酸→乙醛→乙醇，NADH/H→NAD+
        • 人体无丙酮酸脱氢酶，只有微生物可进行乙醇发酵
    • 主要目的：重生NAD+
• 糖酵解概述
  • 糖酵解是糖的无氧氧化，细胞内葡萄糖分解为乳酸的过程，分为两个阶段
    • 引发阶段（投资阶段）
      • 5步反应，消耗2分子ATP
    • 产能阶段（获利阶段）
      • 5步反应，生成2分子丙酮酸，4分子ATP和2分子NADH
    • 净收获2分子ATP，2分子NADH，2分子丙酮酸
  • 功能
    • 在缺氧条件下迅速提供能量（剧烈运动）
    • 某些细胞在氧供应正常的情况下的重要供能途径（哺乳动物成熟红细胞，肿瘤细胞，白细胞，骨髓细胞）