一、糖酵解的过程 糖碰解的时积在细胞质中进行，全部村程从韵萄辅开始，共句括10步反应，这10个 步骤可划分为四个阶段：即己糖的磷酸化、硫酸己糖的裂解、氧化脱氢及AP和丙酮酸的 生成 (一)己糖的磷酸化 在第一阶段中，通过两次磷酸化反应，将葡萄糖活化为1,6二磷酸果糖，为裂解成2 分子磷酸丙糖作准备。这一阶段共消耗2分子ATP,可称为耗能的糖活化阶段，包括3步 又应： 1.葡萄糖的磷酸化 ATP磷酸化形成6磷酸葡萄糖(6-PG)，即第一个磷酸化反应，这个反应 由己糖激酶(hexokinase)催化。 CH CH OPO,H 0 H +ATP已 +ADP H H“OH H OH 葡萄糖 6一网酸葡萄塘 己糖激酶是从ATP转移磷酸基团到各种六碳糖上去的薛，该酶是糖酵解过程中的第 一个调节酶 不可世 ATP转 2.6碳酸果辣的牛成 这是磷酸己糖的同分异构化反应，由磷酸葡萄糖异构酶(u©0 phosphate isomerase 催化6磷酸葡萄糖异构化为6磷酸果糖(6-P.F),即醛糖转变为酮糖 CH.OPO.H. H H,O,POCH,O、CH,OH 磷胶置葡糖异构晚 H O OH OH OH OH H 6一神酸葡蒈糖 6一网酸果糖 3.1,6-二磷酸果糖的生成 6-磷酸果糖被ATP磷酸化为1,6二磷酸果糖，即第二个磷酸化反应，这个反应由磷酸 惟化 糖酵解过程中的弟 个不可逆反应。磷酸果糖激 158
158 一、糖酵解的过程 糖酵解的过程在细胞质中进行，全部过程从葡萄糖开始，共包括 10 步反应，这 10 个 步骤可划分为四个阶段：即己糖的磷酸化、磷酸己糖的裂解、氧化脱氢及 ATP 和丙酮酸的 生成。 （一）己糖的磷酸化 在第一阶段中，通过两次磷酸化反应，将葡萄糖活化为 1,6-二磷酸果糖，为裂解成 2 分子磷酸丙糖作准备。这一阶段共消耗 2 分子 ATP，可称为耗能的糖活化阶段，包括 3 步 反应： 1．葡萄糖的磷酸化 葡萄糖被 ATP 磷酸化形成 6-磷酸葡萄糖（6-P-G），即第一个磷酸化反应，这个反应 由己糖激酶（hexokinase）催化。 己糖激酶是从 ATP 转移磷酸基团到各种六碳糖上去的酶，该酶是糖酵解过程中的第 一个调节酶，催化的这个反应是不可逆的。 磷酸基团的转移是生物化学中的基本反应。将从 ATP 转移磷酸基团到受体上的酶称 为激酶（kinase）。所有激酶的活性都需要 Mg 2+（或其它二价金属离子如 Mn 2+）作为激活 因子。 2．6-磷酸果糖的生成 这是磷酸己糖的同分异构化反应，由磷酸葡萄糖异构酶（glucose phosphate isomerase） 催化 6-磷酸葡萄糖异构化为 6-磷酸果糖（6-P-F），即醛糖转变为酮糖。 3．1,6-二磷酸果糖的生成 6-磷酸果糖被 ATP 磷酸化为 1,6-二磷酸果糖，即第二个磷酸化反应，这个反应由磷酸 果糖激酶（phosphofructokinase）催化，是糖酵解过程中的第二个不可逆反应。磷酸果糖激 酶是一种变构酶，此酶的活力水平严格地控制着糖酵解的速率
H.O,POCH,O CH,OH H,O,POCH,O、CH,OPO,H 十ATP酸果糖藏 +ADP H OH H OH OH H OH H 1.6-二酸果糖 (一)迷融的烈 第二阶段反应是1,6.二磷酸果糖裂解为2分子磷酸丙糖以及磷酸丙糖的相互转化，此 阶段包括2步反应。 4.1,6二磷酸果糖的裂解 16- 二磷酸果糖裂解为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，反应由醛缩醇(aldolas心)催化。 醛缩酶的名称取自于其逆向反应的性质，即醛醇缩合反应。 H:O,POCH,O、CH,OPO,H CH,OPO,H CHO 0 +H-C-OH OH OH H CH,OH CH,OPO,H, 酸二羟丙3一酸甘油 应。但在正常生理条件下 酸 一阶段的 5.磷酸丙糖的同分异构化 磷酸二羟丙酮不能继续进入糖酵解途径，但它可以在磷酸丙糖异构酶的催化下迅速异 构化为3磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛可以直接进入糖酵解的后续反应。 CHOH CHO -OH CHOPO,H: CH OPO,H 醉酸二羟丙副 3 酸甘油醛 虽然 趋于向左进行，但由于3磷酸甘油醛有效地 入后续反应而不断被 厅。所 于1,6-二磷酸果裙形成了2分子3-酸甘油醛； 释放能量，产生第一个ATP分子，包括2步 反成 6.13.二磷酸甘油酸的生成 在有NAD和HPO,时，3-硫酸甘油醛被3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，进行氧化脱氢， 生成1,3二磷酸甘油酸。 159
159 （二）磷酸己糖的裂解 第二阶段反应是 1,6-二磷酸果糖裂解为 2 分子磷酸丙糖以及磷酸丙糖的相互转化，此 阶段包括 2 步反应。 4．1,6-二磷酸果糖的裂解 1,6-二磷酸果糖裂解为 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，反应由醛缩酶（aldolase）催化。 醛缩酶的名称取自于其逆向反应的性质，即醛醇缩合反应。 该反应本身在热力学上不利于向右进行（ΔG 0＇＝＋23.85 kJ/mol），而有利于缩合反 应。但在正常生理条件下，由于 3-磷酸甘油醛在下一阶段的反应中不断被氧化消耗，使细 胞中 3-磷酸甘油醛的浓度大大的降低，从而驱动反应向裂解方向进行。 5．磷酸丙糖的同分异构化 磷酸二羟丙酮不能继续进入糖酵解途径，但它可以在磷酸丙糖异构酶的催化下迅速异 构化为 3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油醛可以直接进入糖酵解的后续反应。 虽然该反应的平衡趋于向左进行，但由于 3-磷酸甘油醛有效地进入后续反应而不断被 消耗利用，因此反应仍向右进行。所以一分子 1,6-二磷酸果糖形成了 2 分子 3-磷酸甘油醛。 （三）3-磷酸甘油酸和第一个 ATP的生成 在第三阶段中，3-磷酸甘油醛氧化脱氢，释放能量，产生第一个 ATP 分子，包括 2 步 反应。 6．1,3-二磷酸甘油酸的生成 在有 NAD +和 H3PO4 时，3-磷酸甘油醛被 3-磷酸甘油醛脱氢酶催化，进行氧化脱氢， 生成 1,3-二磷酸甘油酸
CHO O~PO.H H-C-OH +NMD产+P0,后数整 H-C-OH +NADH+H+ CH,OPO.,H, CH,OPO,H, 3一磷酸甘油醛 1,3一二磷酸甘油酸 该反应是糖酵解中唯一的一次氧化还原反应，同时又是磺酸化反应。在这步反应中产 生了一个高能磷酸化合物，C,上的醛基变成为酰基磷酸，它是磷酸与羧酸的混合酸酐，具 有转移磷酸基团的高势能。形成酸酐所需的能量来自于醛基的氧化。通过此反应，NAD 被还原为NADH。 磷酸甘油醛脱氢酶是由4个相同亚基组成的四聚体，可与NAD牢固结合。亚基的 第149 胱氨酸残基 H型 是活性 能特异地 脱氢酶的-SH基反应，因此能抑制3磷酸甘油醛脱氢酶的活性，是一种强的 E-SH +ICH2COO ES-CH2COO+HI 7.3磷酸甘油 个AIP的 酶催化1,3.二磷酸甘油酸分子C1上高能磷酸基团到ADP上，生成3磷 酸甘油酸和ATP -0~PO,H COOH H-C-OH 十ADP晚酸甘油酸澈鹰， +ATP CHOPO,H. CH,OPO,H 1,3 二酸甘油酸 3一酸甘袖酸 :生的高能中间物将其高能磷酸基团直接转 移给 ADP 我ATP 分解 量ATP的反应 而且这宋 子的子A ,实际产生2分子ATP,这样 抵消了 第四阶段包括}个步骤，最后生成丙酮酸和第二分子ATP。 8.3磺酸甘油酸异构化为2-磺酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶催化3-磷酸甘油酸C3上的磷酸基团转移到分子内的C2原子上，生 成2南酸流酸。家惑是分子内的直州版 位置的移动。 CO OH 南酸甘治酸变位晓H -OPO,H, CH,OH 一酸甘油酸 2一确酸甘袖酸 象的生日 秋存在的条作下婴化 olase)催化2-磷酸甘油酸脱去一分 phosphoenolpyruvate, EP) 160
160 该反应是糖酵解中唯一的一次氧化还原反应，同时又是磷酸化反应。在这步反应中产 生了一个高能磷酸化合物，C1 上的醛基变成为酰基磷酸，它是磷酸与羧酸的混合酸酐，具 有转移磷酸基团的高势能。形成酸酐所需的能量来自于醛基的氧化。通过此反应，NAD + 被还原为 NADH。 3-磷酸甘油醛脱氢酶是由 4 个相同亚基组成的四聚体，可与 NAD +牢固结合。亚基的 第 149 位半胱氨酸残基的-SH 基是活性基团，能特异地结合 3-磷酸甘油醛。碘乙酸可与 3-磷酸甘油醛脱氢酶的-SH 基反应，因此能抑制 3-磷酸甘油醛脱氢酶的活性，是一种强的 糖酵解抑制剂。 E-SH + ICH2COO - ES-CH2COO - + HI 7．3-磷酸甘油酸和第一个 ATP 的生成 磷酸甘油酸激酶催化 1,3-二磷酸甘油酸分子 C1 上高能磷酸基团到 ADP 上，生成 3-磷 酸甘油酸和 ATP。 3-磷酸甘油醛氧化产生的高能中间物将其高能磷酸基团直接转移给 ADP 生成 ATP， 这是糖酵解中第一次产生能量 ATP 的反应，而且这种 ATP 的生成方式是底物水平的磷酸 化。因为 1 分子葡萄糖分解为 2 分子的三碳糖，实际产生 2 分子 ATP，这样就抵消了在第 一阶段中葡萄糖的磷酸化所消耗的 2 分子 ATP。 （四）丙酮酸和第二个 ATP 的生成 第四阶段包括 3 个步骤，最后生成丙酮酸和第二分子 ATP。 8．3-磷酸甘油酸异构化为 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶催化 3-磷酸甘油酸 C3上的磷酸基团转移到分子内的 C2 原子上，生 成 2-磷酸甘油酸。该反应实际是分子内的重排，磷酸基团位置的移动。 9．磷酸烯醇式丙酮酸的生成 在有 Mg 2+或 Mn 2+存在的条件下，由烯醇化酶（enolase）催化 2-磷酸甘油酸脱去一分 子水，生成磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate, PEP）
COOH COOH CHOH CH. 这一木反，使分一新分布， 上的磷酸基团转变为高能磷酸基团，因 此，磷酸烯醇式丙酮酸是高能磷酸化合物，而且非常不稳定。 10.丙酮酸和第二个ATP的生成 在Mg或M2的参与下，丙酮酸激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸基团转移到ADP 上，生成烯醇式丙酮酸和ATP。而烯醇式丙酮酸很不稳定，迅速重排形成丙酮酸。 COO COOH OO,H+ADP。0十ATP CH. CH, 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸 这是糖酵解过程中第二次产生能量ATP的反应，ATP的生成方式也是底物水平的磷酸 化。而且这步反应是细胞质中进行糖酵解的第三个不可逆反应。 精酵解的反应过程可概括如表和的反应 5一1 步骤 反应 酶 类型△G△G 葡萄糖+ATP=6-璃酸葡萄糖+ADP+H 己糖激酶 a -167-335 6磷酸萄萄糖亡6磷酸果糖 磷酸萄萄糖异构酶 +1.67-251 6磷酸果糖+ATP 1,6二磷酸果糖 磷酸果糖激酶 a -142-22.2 +ADP+H 41.6二磷酸果糖→一磷酸二羟丙酮+3磷 醛缩酶 e +23.8-1.26 3晴酸甘油麾 磷酸丙糖异构酶 +753.+1.67 63瞬酸甘油醛+P+NAD一 一1,3-二磷酸 3磷酸甘油脱氢酶「十6.28一2.51 甘油酸+NADH+H 73二磷酸甘油酸+ADP+ →3磷酸甘油 磷酸甘油酸激酶 a -18.8+126 酸+AT 83磷酸甘油酸亡2.磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 b+4.60+0.84 92.磷酸甘油酸亡磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 d+167-3.35 10磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+H一→丙酸 丙酮酸激薛 a -31.4-167 +ATP 注音： △G°和△G是以kJ/mol为单位：△G为实际的自由能变化，是根据△G'和典型的生理条件 下已知的反应物浓度计算出来的。 d 脱水 c异构化作用 与氧化作用偶联的磷酸化作用 161
161 这一脱水反应，使分子内部能量重新分布，C2上的磷酸基团转变为高能磷酸基团，因 此，磷酸烯醇式丙酮酸是高能磷酸化合物，而且非常不稳定。 10．丙酮酸和第二个 ATP 的生成 在 Mg 2+或 Mn 2+的参与下，丙酮酸激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸基团转移到 ADP 上，生成烯醇式丙酮酸和 ATP。而烯醇式丙酮酸很不稳定，迅速重排形成丙酮酸。 这是糖酵解过程中第二次产生能量 ATP 的反应，ATP 的生成方式也是底物水平的磷酸 化。而且这步反应是细胞质中进行糖酵解的第三个不可逆反应。 糖酵解的反应过程可概括如表 5-1 和图 5-5 表 5-1糖酵解的反应 步骤 反应 酶 类型 * △G o′ △G 1 葡萄糖+ATP 6-磷酸葡萄糖+ADP+H + 己糖激酶 a －16.7 －33.5 2 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 磷酸葡萄糖异构酶 c ＋1.67 －2.51 3 6-磷酸果糖+ATP 1,6-二磷酸果糖 +ADP+H + 磷酸果糖激酶 a －14.2 －22.2 4 1,6-二磷酸果糖 磷酸二羟丙酮+ 3-磷 酸甘油醛 醛缩酶 e ＋23.8 －1.26 5 磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖异构酶 c ＋7.53 ＋1.67 6 3-磷酸甘油醛+Pi+NAD + 1,3-二磷酸 甘油酸+NADH+H + 3-磷酸甘油脱氢酶 f ＋6.28 －2.51 7 3-二磷酸甘油酸+ADP+H + 3-磷酸甘油 酸+ATP 磷酸甘油酸激酶 a －18.8 ＋1.26 8 3-磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶 b ＋4.60 ＋0.84 9 2-磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶 d ＋1.67 －3.35 10 磷酸烯醇式丙酮酸+ADP+H + 丙酮酸 +ATP 丙酮酸激酶 a －31.4 －16.7 注意：△G o′和△G 是以 kJ/mol 为单位；△G 为实际的自由能变化，是根据△G o′和典型的生理条件 下已知的反应物浓度计算出来的。 * 反应类型： a 磷酰基转移 d 脱水 b 磷酰基转位 e 醛醇裂解 c 异构化作用 f 与氧化作用偶联的磷酸化作用