生物化学思维导图——22.糖酵解作用

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糖酵解

• 糖酵解glycolysis
  • 反应场所
    • 细胞质基质中
  • 无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成两分子的丙酮酸提供能量的过程
  • 无氧条件下，丙酮酸转化为乳酸称为酵解（真核细胞、细菌等），转化为乙醇称为发酵（酵母）
  • 葡萄糖到所有中间产物都是以磷酸化合物的形式来实现的，中间产物磷酸化至少有三种意义
    • 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，起着信号基团的作用，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，具有保存能量的作用
  • 总反应式
    • 葡+2Pi+2ADP+2NAD+ ——————> 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H2O+2H+
• 糖酵解的研究历史
  • 1854-1862，Louis Paster认为发酵现象是由微生物引起的，称之为“不要空气的生命”
  • 1897年，Hans 和Edward兄弟发现没有活酵母存在的发酵现象
  • 1905年，Arthur和William发现往酵母液中加入磷酸会暂时恢复发酵现象；后分离得到了果糖-1，6-二磷酸
  • 随后，Robinson发现葡萄糖-6-磷酸和果糖-6-磷酸的混合溶液
  • Harden和Young发现了发酵酶和发酵辅酶，后进一步证明了发酵辅酶为NAD和腺嘌呤核苷酸的混合物，此外还有ADP、ATP、金属离子等
  • 19世纪30年代，Embden提出果糖-1，6-二磷酸裂解的形式及随后的步骤，Meyerhof对Emboden提出的假设做出了合理修饰，并且研究了酵解作用的能力学，后来从葡萄糖产生丙酮酸的过程称为“EM”途径”或“EMP”途径
  • 19世纪40年代，糖酵解步骤就十分清楚了
• 糖酵解10步反应
  • （磷酸化）葡萄糖-6-磷酸
    • 己糖激酶、Mg2+—ATP复合体
      • -ATP
    • 不可逆反应
    • 变构酶活性的调节
      • 抑制
        • 未形成复合体的ATP
        • 产物ADP、葡萄糖-6-磷酸
    • 葡萄糖激酶不受葡萄糖-6-磷酸的抑制，它的米氏常数Km比己糖激酶大得多（Km值越小，亲和力越高），只有在葡萄糖浓度相当高的时候，葡萄糖激酶才会起作用
    • 血液中游离葡萄糖的浓度增高时，葡萄糖激酶催化葡萄糖形成葡萄糖-6-磷酸，它是在肝脏中合成糖原的中间物
    • 四种己糖激酶p69
  • （异构化）果糖-6-磷酸
    • 磷酸葡萄糖异构酶
    • 葡萄糖的碳基从C1位移到C2位，使葡萄糖分子有醛式转化为酮式，C1位形成自由羟基，达到可被磷酸化的目的
  • （磷酸化）果糖-1，6-二磷酸FBP
    • 磷酸果糖激酶（PTK）、Mg2+—ATP复合体
      • -ATP
    • 不可逆，限速步骤（糖酵解的速率严格地依赖该酶的活力水平）
    • （变构）酶活性的调节
      • 抑制
        • 高浓度ATP（AMP解除抑制）
        • PH下降时，H+（防止酸中毒）
    • 三种同工酶p71
  • （裂解）甘油醛-3-磷酸GAP，磷酸二羟丙酮DHAP
    • 醛羧酶
    • 两种类型醛羧酶p72
  • （异构化）甘油醛-3-磷酸
    • 丙糖磷酸异构酶
    • 可逆反应，磷酸二羟丙酮浓度在平衡点时远远超过甘油醛-3-磷酸浓度，但因甘油醛-3-磷酸不断消耗，所以磷酸二羟丙酮不断转变为甘油醛-3-磷酸
  • 准备阶段
  • （氧化）（磷酸化）1，3二磷酸甘油酸 （1，3BPG）
    • 甘油醛—3-磷酸脱氢酶、NAD+、Pi
      • +2NADH、+2H+
    • 该反应整个反应是吸能的，但下一步反应是放能的，使反应顺利进行
    • 酶活性的调节
      • 抑制
        • 重金属离子
        • 烷化剂（如碘乙酸）
      • 砷酸盐破坏1，3-二磷酸甘油酸的形成
  • （去磷酸化）3-磷酸甘油酸（3-PG）
    • 磷酸甘油酸激酶、Mg2+—ADP
      • +2ATP
    • 外观及作用机制都与己糖激酶很相似
  • （变位）2-磷酸甘油酸（2-PG）
    • 变位酶
    • 不可逆
    • 中间产物：2，3-二磷酸甘油酸（2，3-BPG）其为血红蛋白结合O的辅助因子
    • 酶活性的调节
      • 竞争性抑制剂：2，3-BPG
  • （脱水）磷酸烯醇式丙酮酸PEP
    • 烯醇化酶，Mg2+/Mn2+
      • +2H2O
    • 氟化物（强烈抑制剂，取代Mg2+位置使酶失活）
  • （去磷酸化）丙酮酸
    • 丙酮酸激酶、Mg2+/Mn2+、ADP
      • +2ATP
    • 不可逆反应，高度放能反应
    • 三种同工酶p79
    • （变构）酶活性的调节
      • 抑制
        • ATP、长链脂肪酸、乙酰-CoA、丙氨酸
      • 激活
        • 果糖-1，6二磷酸、烯醇式丙酮酸
  • 贮能阶段
• 丙酮酸的去路
  • 用于生物合成
    • 无氧条件
      • 生成乳酸
        • 乳酸脱氢酶
        • 机体中乳酸脱氢酶同工酶的比例是比较恒定的，可用同工酶的比例关系作为诊断心肌、肝脏等疾患的重要指标
      • 生成乙醇
        • 分两步
          • 丙酮酸脱羧形成乙醛和CO2
            • 丙酮酸脱羧酶、TPP为辅酶
          • 乙醛还原成乙醇同时产生氧化型NAD+
            • 乙醇脱氢酶
  • 继续分解提供能量（见下章丙酮酸脱羧还原形成乙酰-CoA进入TCA循环）
• 糖酵解作用的调节
  • 磷酸果糖激酶是关键酶
  • 果糖-2，6-二磷酸对酵解的调节作用
    • 果糖-2，6-二磷酸是磷酸果糖激酶的激动剂
    • 磷酸果糖激酶2（PFK2）催化果糖-2，6-磷酸的形成果糖二磷酸酶催化果糖-2，6-二磷酸的水解
    • 果糖二磷酸酶2余PKF2处于一条单一的肽链上
  • 己糖激酶和丙酮酸激酶对糖酵解的调节作用
• 其它六碳糖进入糖酵解途径
  • 果糖进入EMP
    • 肌肉中
      • 己糖激酶
        • 磷酸化形成果糖-6-磷酸
    • 肝脏中
      • 葡萄糖激酶
        • 形成EMP中间产物甘油醛-3-磷酸进入
  • 半乳糖进入EMP
    • 形成EMP中间产物葡萄糖-6-磷酸进入
  • 甘露糖进入EMP
    • 经过两步反应转变为EMP中间产物果糖-6-磷酸