2.磷酸丙糖的生成（反应④~⑤） ④在醛缩酶的催化下，6二磷酸果糖分子在第三与第四碳原子之间断裂为两个三碳化 合物，即磷酸二羟丙酮与3磷酸甘油醛。此反应的逆反应为醇醛缩合反应，故此酶称为醛 缩酶。 CH0① CH,0® =0 =0 磷酸二羟丙酮 HOCH 醛缩酶 CHOH HCOH CHO HCOH 3-磷酸甘油醛 CH,0—® HCOH CH,0一 1,6二磷酸果糖 ⑤在磷酸丙糖异构酶的催化下，两个互为同分异构体的磷酸三碳糖之间有同分异构 的互变。这个反应进行得极快并且是可逆的。当平衡时，96%为磷酸二羟丙酮。但在正常 进行着的酶解系统里，由于下一步反应的影响，平衡易向生成3磷酸甘油醛的方向移动。 CH,0① CHO 磷酸丙糖异构雨 C=0 HCOH CH0—⊙ 磷酸二羟丙酯 3磷酸甘油醛 3.3-磷酸甘油醛氧化并转变成2-磷酸甘油酸（反应⑥~⑧） 在此阶段有两步产生能量的反应，释放的能量可由ADP转变成ATP贮存】 ⑥3-磷酸甘油醛氧化为1,3-二磷酸甘油酸，此反应由3-磷酸甘油醛脱氢酶催化： H C=0 NAD'HPO 3磷酸甘油醛彩脱氢酶 0® +NADH+H HCOH HCOH CH2O-P CH20— 3-磷酸甘油醛 1,3二磷酸甘油酸 3磷酸甘油醛的氧化是酵解过程中首次发生的氧化作用，3磷酸甘油醛C上的醛基转 变成酰基磷酸。酰基磷酸是磷酸与羧酸的混合酸酐，具有高能磷酸基团性质，其能量来自 醛基的氧化。生物体通过此反应可以获得能量。 ⑦L,3.二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下生成3-磷酸甘油酸： 1,3-二磷酸甘油酸中的高能磷酸键经磷酸甘油酸激酶（一种可逆性的磷酸激酶作用后 148
148 2．磷酸丙糖的生成(反应④～⑤) ④在醛缩酶的催化下，l,6-二磷酸果糖分子在第三与第四碳原子之间断裂为两个三碳化 合物，即磷酸二羟丙酮与 3-磷酸甘油醛。此反应的逆反应为醇醛缩合反应，故此酶称为醛 缩酶。 CH2O HOCH HCOH HCOH CH2O C O P P 醛缩酶 CH2O CH2OH C O P + HCOH CH2O P CHO 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 1，6-二磷酸果糖 ⑤ 在磷酸丙糖异构酶的催化下，两个互为同分异构体的磷酸三碳糖之间有同分异构 的互变。这个反应进行得极快并且是可逆的。当平衡时，96％为磷酸二羟丙酮。但在正常 进行 着的酶解系统里，由于下一步反应的影响，平衡易向生成 3-磷酸甘油醛的方向移动。 CH2O CH2OH C O P HCOH CH2O P CHO 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖异构酶 3．3-磷酸甘油醛氧化并转变成 2-磷酸甘油酸(反应⑥～⑧) 在此阶段有两步产生能量的反应，释放的能量可由 ADP 转变成 ATP 贮存。 ⑥3-磷酸甘油醛氧化为 1,3-二磷酸甘油酸，此反应由 3-磷酸甘油醛脱氢酶催化： HCOH CH2O P C 3-磷酸甘油醛 O H HCOH CH2O P 1,3-二磷酸甘油酸 O C O P + NAD + H3PO4 3-磷酸甘油醛脱氢酶 + NADH + H + + 3-磷酸甘油醛的氧化是酵解过程中首次发生的氧化作用，3-磷酸甘油醛 C1 上的醛基转 变成酰基磷酸。酰基磷酸是磷酸与羧酸的混合酸酐，具有高能磷酸基团性质，其能量来自 醛基的氧化。生物体通过此反应可以获得能量。 ⑦l,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下生成 3-磷酸甘油酸： 1,3-二磷酸甘油酸中的高能磷酸键经磷酸甘油酸激酶(一种可逆性的磷酸激酶)作用后
转变为ATP,生成了3磷酸甘油酸。因为mol的己糖代谢后生成2mol的丙糖，所以在这 个反应及随后的放能反应中有2倍高能磷酸键产生。这种直接利用代谢中间物氧化释放的 能量产生ATP的磷酸化类型称为底物磷酸化。在底物磷酸化中，ATP的形成直接与一个 代谢中间物（如1,3二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸等）上的磷酸基团的转移相偶联。 0 -OH 磷酸甘油酸激酸 +ADP HCOH Mg HCOH +ATP CH,0—® CH,0一D 13.一碛酸甘油酸 3-磷酸甘油酸 ⑧3-磷酸甘油酸变为2-磷酸甘油酸，由磷酸甘油酸变位酶催化： COOH COOH 磷酸甘油酸变位刷 HCOH CHO-⊙ CH,0® CH2OH 3磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 4.由2-磷酸甘油酸生成丙酮酸反应⑨一⑩) ⑨2-磷酸甘油酸脱水形成烯醇式磷酸丙酮酸PEP)。在脱水过程中分子内部能量重新排 布，使一部分能量集中在磷酸键上，从而形 一个高能磷酸键。该反应被Mg2所激活。被 氟离子所抑制。 COOH COOH 烯醇化南 CHO-P CH2OH Mg -0一+,0 CH2 2-磷酸甘油酸 烯醇式磷酸丙酮酸 ⑩烯醇式磷酸丙酮酸在丙酮酸激酶催化下转变为烯醇式丙酮酸。这是一个偶联生成 ATP的反应。属于底物磷酸化作用。为不可逆反应。 COOH COOH 丙酮酸激酶 -0-P +ADP -OH +ATP CH、 CH 烯醇式磷酸丙酮酸 烯醇式丙酮酸 烯醇式丙酮酸极不稳定，很容易自动变为此较稳定的丙酮酸。这一步不需要酶的催化。 149
149 转变为 ATP，生成了 3-磷酸甘油酸。因为 lmol的己糖代谢后生成2mol 的丙糖，所以在这 个反应及随后的放能反应中有 2 倍高能磷酸键产生。这种直接利用代谢中间物氧化释放的 能量产生 ATP 的磷酸化类型称为底物磷酸化。在底物磷酸化中，ATP 的形成直接与一个 代谢中间物(如 1,3-二磷酸甘油酸、磷酸烯醇式丙酮酸等)上的磷酸基团的转移相偶联。 HCOH CH2O P 1,3-二磷酸甘油酸 O C O P 磷酸甘油酸激酶 + ADP HCOH CH2O P 3-磷酸甘油酸 O C OH + ATP Mg 2+ ⑧ 3-磷酸甘油酸变为 2-磷酸甘油酸，由磷酸甘油酸变位酶催化： CHO CH2OH P 2-磷酸甘油酸 COOH HCOH CH2O P 3-磷酸甘油酸 COOH 磷酸甘油酸变位酶 4．由 2-磷酸甘油酸生成丙酮酸(反应⑨～⑩) ⑨2-磷酸甘油酸脱水形成烯醇式磷酸丙酮酸(PEP)。在脱水过程中分子内部能量重新排 布，使一部分能量集中在磷酸键上，从而形成一个高能磷酸键。该反应被 Mg2+所激活。被 氟离子所抑制。 C CH2 P 烯醇式磷酸丙酮酸 COOH CHO CH2OH P 2-磷酸甘油酸 COOH O + H2O 烯醇化酶 Mg 2+ ⑩烯醇式磷酸丙酮酸在丙酮酸激酶催化下转变为烯醇式丙酮酸。这是一个偶联生成 ATP 的反应。属于底物磷酸化作用。为不可逆反应。 烯醇式磷酸丙酮酸 C CH2 P COOH O +ADP C CH2 烯醇式丙酮酸 COOH OH +ATP 丙酮酸激酶 烯醇式丙酮酸极不稳定，很容易自动变为比较稳定的丙酮酸。这一步不需要酶的催化
COOH COOH -OH co CH2 CH. 烯醇式丙酮酸 丙酮酸 糖酵解的总反应式为： 萄萄轴+2Pi+2NAD时 一2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2HO 由葡萄糖生成丙酮酸的全部反应见表61。 糖酵解中所消耗的ADP及生成的ATP数目见表6-2。 表61糖酵解的反应及酶类 序号 +AT 酸己糖异枸 345 酸 十AP-16二酸果能AD心 16 碗酸甘油醛+NAD甲 ,3二酸甘油酸+NADH+ 破酸甘油醛酸氢 -磷酸甘油酸+AP 酸甘油酸 发变位西 酸+H:O O)场醇式破酸丙耐酸+ADP一丙酸+ATP 丙酸激 表6-21分子葡萄糖酵解产生的AP分子数 形成ATP分子数 ,6瞬酸葡萄惠 +1X 2分于 +1×2 三、糖酵解的化学计量与生物学意义 糖酵解是一个放能过程。每分子葡萄糖在糖酵解过程中形成2分子丙酮酸，净得2分 子ATP和2分子NADH。在有氧条件下，I分子NADH经呼吸链被氧氧化生成水时，原 核细胞可形成3分子ATP,而真核细胞可形成2分子ATP。原核细胞1分子葡萄糖经糖酵 解总共可生成8分子ATP。按每摩尔ATP含自由能33.4kJ计算，共释放8×33.4=2672k, 还不到葡萄糖所含自由能2867.5的10%。大部分能量仍保留在2分子丙酮酸中。糖酵解 的生物学意义就在于它可在无氧条件下为生物体提供少量的能量以应急。糖酵解的中间产 物是许多重要物质合成的原料，如丙酮酸是物质代谢中的重要物质，可根据生物体的需要 而进一步向许多方面转化。3磷酸甘油酸可转变为甘油而用于脂肪的合成。糖酵解在非糖 物质转化成糖的过程中也起重要作用，因为糖酵解的大部分反应是可逆的，非糖物质可以 150
150 C CH2 烯醇式丙酮酸 COOH OH CO CH3 COOH 丙酮酸 糖酵解的总反应式为： 葡萄糖＋2Pi＋2NAD+ ───→ 2 丙酮酸＋2ATP＋2NADH＋2H+＋2H2O 由葡萄糖生成丙酮酸的全部反应见表 6-1。 糖酵解中所消耗的 ADP 及生成的 ATP 数目见表 6-2。 表 6-1 糖酵解的反应及酶类 序 号 反 应 酶 (一) (1) 葡萄糖＋ATP→6-磷酸葡萄糖＋ADP 己糖激酶 (2) 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 磷酸己糖异构酶 (3) 6-磷酸果糖＋ATP→1,6-二磷酸果糖+ADP 磷酸果糖激酶 (二) (4) 1,6-二磷酸果糖 磷酸二羟丙酮＋3-磷酸甘油醛 醛缩酶 (5) 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖异构酶 (三) (6) 3-磷酸甘油醛＋NAD++Pi 1,3-二磷酸甘油酸＋NADH＋H + 3-磷酸甘油醛脱氢酶 (7) 1,3-二磷酸甘油酸＋ADP 3-磷酸甘油酸＋ATP 磷酸甘油酸激酶 (8) 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 (四) (9) 2-磷酸甘油酸 烯醇式磷酸丙酮酸＋H2O 烯醇化酶 (10) 烯醇式磷酸丙酮酸＋ADP→丙酮酸＋ATP 丙酮酸激酶 表 6-2 1 分子葡萄糖酵解产生的 ATP 分子数 三、糖酵解的化学计量与生物学意义 糖酵解是一个放能过程。每分子葡萄糖在糖酵解过程中形成 2 分子丙酮酸，净得 2分 子 ATP 和 2 分子 NADH。在有氧条件下，1 分子 NADH 经呼吸链被氧氧化生成水时，原 核细胞可形成 3 分子 ATP，而真核细胞可形成 2 分子 ATP。原核细胞 1分子葡萄糖经糖酵 解总共可生成 8 分子 ATP。按每摩尔 ATP 含自由能33.4kJ 计算，共释放 8×33.4＝267.2kJ， 还不到葡萄糖所含自由能 2867.5kJ 的 10％。大部分能量仍保留在 2 分子丙酮酸中。糖酵解 的生物学意义就在于它可在无氧条件下为生物体提供少量的能量以应急。糖酵解的中间产 物是许多重要物质合成的原料，如丙酮酸是物质代谢中的重要物质，可根据生物体的需要 而进一步向许多方面转化。3-磷酸甘油酸可转变为甘油而用于脂肪的合成。糖酵解在非糖 物质转化成糖的过程中也起重要作用，因为糖酵解的大部分反应是可逆的，非糖物质可以 反 应 形成 ATP 分子数 葡萄糖 ─→ 6-磷酸葡萄糖 -1 6-磷酸果糖 ─→1,6-二磷酸果糖 -1 1,3-二磷酸甘油酸 ─→ 3-磷酸甘油酸 +1×2 磷酸烯醇式丙酮酸 ─→ 丙酮酸 +1×2 1 分子葡萄糖 ─→ 2 分子丙酮酸 +2
逆着糖酵解的途径异生成糖，但必需绕过不可逆反应 糖原+P D-葡 酸化 己糖激 ADE D葡萄糖1-磷酸 磷酸而萄糖变位型D葡萄糖6·磷酸 酸葡百糖异构 D-果相 ADP 6二酸 D果 D-甘油醛3-酸脱氧 NADH+H 13.二酸甘油酸 ADP 磷酸甘油酸微酶 AIP 3-酸甘油酸 酵酸甘油酸变位刷 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP 丙酮酸森醒、 NADH H 乳酸版氢，NAD 图6-4糖酵解途径 四、丙酮酸的去向 葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸是一切有机体及各类细胞所共有的途径，而丙酮酸的继续 变化则有多条途径 1.丙酮酸彻底氧化 丙酮酸+NAD+CoA一 在无氧条件下，为了糖酵解的继续进行.就必须将还原型的NADH再氧化成氧化型 151
151 逆着糖酵解的途径异生成糖，但必需绕过不可逆反应。 糖原+ Pi 磷酸化酶a D-葡萄糖-1-磷酸 磷酸葡萄糖变位酶 D-葡萄糖-6-磷酸 D-葡萄糖 己糖激酶 ATP ADP ① D-果糖-6-磷酸 磷酸葡萄糖异构酶 D-果糖-1,6-二磷酸 6-磷酸果糖激酶 ATP ADP ② ③ 磷酸二羟丙酮 甘油醛-3-磷酸 磷酸丙糖异构酶 醛缩酶 ④ ⑤ D-甘油醛-3-磷酸脱氢酶 1,3-二磷酸甘油酸 NAD + + Pi NADH + H + ⑥ 3-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶 ADP ATP ⑦ 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 ⑧ 烯醇化酶 磷酸烯醇式丙酮酸 H2O ⑨ 丙酮酸 丙酮酸激酶 ADP ATP ⑩ L-乳酸 L-乳酸脱氢酶 NADH + H + NAD + 图 6-4 糖酵解途径 四、丙酮酸的去向 葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸是一切有机体及各类细胞所共有的途径，而丙酮酸的继续 变化则有多条途径： 1． 丙酮酸彻底氧化 在有氧条件下，丙酮酸脱羧变成乙酰辅酶A，而进入三羧酸循环，氧化成 CO2 和 H2O。 丙酮酸 + NAD + + CoA 乙酰CoA + CO2 + NADH + H + 在无氧条件下，为了糖酵解的继续进行．就必须将还原型的 NADH 再氧化成氧化型
的NAD,以保证辅酶的周转，如乳酸发酵、酒精发酵等。 2.丙酮酸还原生成乳酸 在乳酸脱氢酶的催化下，丙酮酸被从3-磷酸甘油醛分子上脱下的氢NADH十H)还原， 生成乳酸，称为乳酸发酵。 从葡萄糖酵解成乳酸的总反应式为： 葡萄糖+2Pi+2ADP 2乳酸+2ATP+2H:0 COOH COOH CO NADH +H'- HCOH +NAD" CH: CH3 丙酮酸 乳酸 某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而缺氧时，NAD的再生是由丙酮酸还原成乳酸 来完成的，乳酸是乳酸酵解的最终产物。乳酸发酵是乳酸菌的生活方式。 3.生成乙醇 在酵母菌或其他微生物中，在丙酮酸脱羧酶的催化下，丙酮酸脱羧变成乙醛，继而在 乙醇脱氢酶的作用下，由NADH还原成乙醇。反应如下： (山丙酮酸脱羧 CHsCOCOOH 丙酮酸脱羧酶一CH,CHO+CO, 丙酮酸 乙醛 (2)乙醛被还原为乙醇 CH,CHO+NADH+r乙版氢薪一QHCH.OH+NAD° 乙醛 乙醇 葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为 萄糖+2Pi+2ADP →2乙醇+2C02+2ATP 对高等植物来说，不论是在有氧或者是在无氧的条件下，糖的分解都必须先经过糖酵 解阶段形成丙酮酸，然后再分道扬镳。 2乙醇+2C02+2ATP 糖 ·中间产物 一2丙酮酸无 有氧、6C02+6H,0+38ATP 酵解和发酵可以在无氧或缺氧的条件下供给生物以能量，但糖分解得不完全，停止在 二碳或三碳化合物状态，放出极少的能量(38：2)。所以对绝大多数生物来说，无氧只能是 短期的，因为消耗大量的有机物，才能获得少量的能量，但能应急。例如当肌肉强烈运动 时，由于氧气不足，NADH即还原丙酮酸，产生乳酸，生成的NAD继续进行糖酵解的脱 氢反应。 152
152 的 NAD+，以保证辅酶的周转，如乳酸发酵、酒精发酵等。 2． 丙酮酸还原生成乳酸 在乳酸脱氢酶的催化下，丙酮酸被从3-磷酸甘油醛分子上脱下的氢(NADH＋H+ )还原， 生成乳酸，称为乳酸发酵。 从葡萄糖酵解成乳酸的总反应式为： 葡萄糖 + 2Pi + 2ADP 2 乳酸 + 2ATP + 2H2O COOH COOH CH3 + NADH +H + HCOH + NAD + 丙酮酸 乳酸 CO CH3 某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而缺氧时，NAD+的再生是由丙酮酸还原成乳酸 来完成的，乳酸是乳酸酵解的最终产物。乳酸发酵是乳酸菌的生活方式。 3． 生成乙醇 在酵母菌或其他微生物中，在丙酮酸脱羧酶的催化下，丙酮酸脱羧变成乙醛，继而在 乙醇脱氢酶的作用下，由 NADH 还原成乙醇。反应如下： (l)丙酮酸脱羧 CH3COCOOH 丙酮酸脱羧酶 CH3CHO + CO2 丙酮酸 乙醛 (2)乙醛被还原为乙醇 CH3CHO + NADH + H+ 乙醇脱氢酶 CH3CH2OH + NAD+ 乙醛 乙醇 葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为： 葡萄糖 + 2Pi + 2ADP 2 乙醇 + 2CO2 + 2ATP 对高等植物来说，不论是在有氧或者是在无氧的条件下，糖的分解都必须先经过糖酵 解阶段形成丙酮酸，然后再分道扬镳。 糖 中间产物 2丙酮酸 无氧 有氧 2乙醇 + 6CO2 + 6H2O + 38ATP 2CO2 + 2ATP 酵解和发酵可以在无氧或缺氧的条件下供给生物以能量，但糖分解得不完全，停止在 二碳或三碳化合物状态，放出极少的能量(38∶2)。所以对绝大多数生物来说，无氧只能是 短期的，因为消耗大量的有机物，才能获得少量的能量，但能应急。例如当肌肉强烈运动 时，由于氧气不足，NADH 即还原丙酮酸，产生乳酸，生成的 NAD+继续进行糖酵解的脱 氢反应