《生物化学》课程教学资源（讲义）葡萄糖的转运与降解.doc

一、定义 1,酵解：是将葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的过程。它是动植物及微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。有氧时丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环彻底氧化生成CO,和水，酵解生成的NAD则经呼吸链氧化产生ATP和水，缺氧时NAD 把丙酮酸还原生成乳酸。 2.发酵：也是简萄糖或有机物降解产生ATP的过程，其中有机物既是电子供体，又是电子受体。根据产物不同，可分为乙醇发酵、乳酸发酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。二、途径(65) 共10步，前5步是准备阶段，葡萄糖分解为三碳糖，消耗2分子ATP:后5步是放能阶段，三碳糖生成丙酮酸，共产生4分子ATP。总过程需10种酶，都在细胞质中，多数需要Mg”。酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的，可防止从细胞膜漏出、保存能量，并有利于与酶结合。 (一)、反应历程(66) 糖的无氧酵解代谢过程可分为四个阶段： 1.活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖经磷酸化和异构反应生成1,6-双磷酸果糖(FBP), 即葡萄糖一6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖一L,6-双磷酸果糖(F-1,6-BP)。这一阶段需消耗两分子ATP,己糖激酶（肝中为葡萄糖激酶）和6一磷酸果糖激酶-1是关键酶。 2.裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子下-1,6-BP裂解为两分子3-磷酸甘油醛，包括两步反应：F-1,6-P一磷酸二羟丙酮+3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮一→3-磷酸甘油醛。 3。放能（丙酮酸的生成）：3磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应：3-磺酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸一3一磷酸甘油酸一2-磷酸甘油酸一磷酸烯醇式丙酮酸一丙酮酸。此阶段有两次底物水平磷酸化的放能反应，共可生成2×2=4分子ATP。丙酮酸激酶为关键酶。 4.还原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的NADH,使NADH重新氧化为NAD。即丙酮酸一乳酸。或在乙醇脱氢酶的作用下生成乙醇即磷酸化一异构一磺酸化-一裂解一异构氧化-放能变位-脱水一放能 (二)化学计量与能量变化(80) 总反应式：C0,+2Pi+2ADP+2NAD-2CH,0+2ATP+2NADH2I+2H,0

一、定义 1．酵解：是将葡萄糖降解成丙酮酸并生成ATP的过程。它是动植物及微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共同代谢途径。有氧时丙酮酸进入线粒体，经三羧酸循环彻底氧化生成CO2和水，酵解生成的NADH则经呼吸链氧化产生ATP和水。缺氧时NADH 把丙酮酸还原生成乳酸。 2．发酵：也是葡萄糖或有机物降解产生ATP的过程，其中有机物既是电子供体，又是电子受体。根据产物不同，可分为乙醇发酵、乳酸发酵、乙酸、丙酸、丙酮、丁醇、丁酸、琥珀酸、丁二醇等。二、途径（65）共 10 步，前 5 步是准备阶段，葡萄糖分解为三碳糖，消耗 2 分子 ATP；后 5 步是放能阶段，三碳糖生成丙酮酸，共产生 4 分子 ATP。总过程需 10 种酶，都在细胞质中，多数需要 Mg2+。酵解过程中所有的中间物都是磷酸化的，可防止从细胞膜漏出、保存能量，并有利于与酶结合。（一）、反应历程（66）糖的无氧酵解代谢过程可分为四个阶段： 1. 活化（己糖磷酸酯的生成）：葡萄糖经磷酸化和异构反应生成 1,6-双磷酸果糖(FBP)，即葡萄糖→6-磷酸葡萄糖→6-磷酸果糖→1,6-双磷酸果糖（F-1,6-BP)。这一阶段需消耗两分子 ATP，己糖激酶（肝中为葡萄糖激酶）和 6-磷酸果糖激酶-1 是关键酶。 2. 裂解（磷酸丙糖的生成）：一分子 F-1,6-BP 裂解为两分子 3-磷酸甘油醛，包括两步反应：F-1,6-BP→磷酸二羟丙酮 + 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮→3-磷酸甘油醛。 3. 放能（丙酮酸的生成）：3-磷酸甘油醛经脱氢、磷酸化、脱水及放能等反应生成丙酮酸，包括五步反应：3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸→2-磷酸甘油酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸。此阶段有两次底物水平磷酸化的放能反应，共可生成 2×2=4 分子 ATP。丙酮酸激酶为关键酶。 4．还原（乳酸的生成）：利用丙酮酸接受酵解代谢过程中产生的 NADH，使 NADH 重新氧化为 NAD+。即丙酮酸→乳酸。或在乙醇脱氢酶的作用下生成乙醇。即磷酸化 -异构-磷酸化-裂解 -异构氧化-放能-变位-脱水 -放能（二）化学计量与能量变化（80）总反应式： C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+ =2C3H4 O3+2ATP+2NADH+2H+ +2H2 O

有氧时2个NADH经呼吸链可产生6个ATP,共产生8个ATP:无氧时生成乳酸，只有2个ATP 在骨骼肌和脑组织中，NADH进入线粒体要经过甘油磷酸穿梭系统，只产生2个ATP。其他组织如肝脏和心肌等，通过苹果酸穿梭系统，可生成3个ATP。 (三)生理意义①是生物界最古老最原始的获能方式，普遍存在。 ②在供氧不足时，为机体提供能量。 ③即使有氧条件下，某些组织也以此获能。 (四)调控(83) 主要是对三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激裤）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶进行调节。6磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素，受ATP和柠檬酸的变构抑制，AP、ADP、1,6-双磷酸果糖和2,6-双磷酸果糖的变构激活。己糖激酶的变构抑制剂是 G-6-p. (五)丙酮酸的去向(81) 1.有氧时进入线粒体生成乙酰辅酶A,通过三羧酸循环彻底氧化成水和C0:。 2.供氧不足时乳酸菌及肌肉里的丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下生成乳酸。骨骼肌产生的大量乳酸还可由肝脏氧化生成丙酮酸，再通过糖的异生转变为葡萄糖，供骨骼肌利用，称为乳酸循环或Coli氏循环。 3.在酵母菌中生成乙醇，由丙酮酸脱我酶催化生成乙醛，再由乙醇脱氢酶催化还原生成乙醇第三节三羧酸循环一、丙酮酸脱氢酶复合体(92)：丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧生成(NADH+)和乙酰COA 反应共5步，第一步不可逆 1.脱羧，生成羟乙基TPP,由E1催化。 2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由2催化。 3.形成乙酰辅臀A。由E2催化。 4.氧化硫辛酸，生成FADH。由E3催化。 5.氧化FADH2,生成NADH。该酶由三种酶单体构成，涉及六种辅助因子，即NAD、下D、COA、TPP、硫辛酸和Mg。其中硫辛酰胺构成转动长臂，在电荷的推动下携带中间产物移动。此反应处于代谢途径的分支点，受到严密调控：

有氧时2个NADH经呼吸链可产生6个ATP，共产生8个ATP；无氧时生成乳酸，只有2个ATP 在骨骼肌和脑组织中，NADH进入线粒体要经过甘油磷酸穿梭系统，只产生2个ATP。其他组织如肝脏和心肌等，通过苹果酸穿梭系统，可生成3个ATP。（三）生理意义①是生物界最古老最原始的获能方式，普遍存在。 ②在供氧不足时，为机体提供能量。 ③即使有氧条件下，某些组织也以此获能。（四）调控（83）主要是对三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶进行调节。6-磷酸果糖激酶-1是调节糖酵解代谢途径流量的主要因素，受ATP和柠檬酸的变构抑制，AMP、ADP、1,6-双磷酸果糖和2,6-双磷酸果糖的变构激活。己糖激酶的变构抑制剂是 G-6-P。（五）丙酮酸的去向（81） 1. 有氧时进入线粒体生成乙酰辅酶A，通过三羧酸循环彻底氧化成水和CO2。 2. 供氧不足时乳酸菌及肌肉里的丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下生成乳酸。骨骼肌产生的大量乳酸还可由肝脏氧化生成丙酮酸，再通过糖的异生转变为葡萄糖，供骨骼肌利用，称为乳酸循环或Coli氏循环。 3. 在酵母菌中生成乙醇，由丙酮酸脱羧酶催化生成乙醛，再由乙醇脱氢酶催化还原生成乙醇。第三节三羧酸循环一、丙酮酸脱氢酶复合体（92）：丙酮酸进入线粒体，在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧生成（NADH+H+）和乙酰 CoA。反应共5步，第一步不可逆。 1. 脱羧，生成羟乙基TPP，由E1催化。 2. 羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由E2催化。 3. 形成乙酰辅酶A。由E2催化。 4. 氧化硫辛酸，生成FADH2。由E3催化。 5. 氧化FADH2，生成NADH。该酶由三种酶单体构成，涉及六种辅助因子，即NAD+、FAD、CoA、TPP、硫辛酸和Mg2+。其中硫辛酰胺构成转动长臂，在电荷的推动下携带中间产物移动。此反应处于代谢途径的分支点，受到严密调控：

产物抑制：乙酰辅酶A抑制E2,NADH抑制E3。核苷酸反馈调节：E1受GTP抑制，被AWP活化。共价调节：E1上的特殊丝氨酸被磷酸化时无活性，水解后恢复活性。丙酮酸抑制磷酸化作用，钙和胰岛素增加去磷酸化作用，ATP、乙酰辅酶A、NADH增加磷酸化作用。二、三羧酸循环(97)：指在线粒体中，乙酰CA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。这一循环反应过程又称为柠檬酸循环或Krebs循环。8步。草酰乙酸+乙酰CoA一柠檬酸一异柠檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酰CoA→琥珀酸一延胡索酸一苹果酸一草酰乙酸 4次脱氢(3NADH+1FAD2),2次脱羧，1次底物水平磷酸化（琥珀酰COA)。三羧酸循环的特点：①循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应。②每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成12分子ATP。③循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。④循环中有两次脱羧反应，生成两分子C0,。⑤循环中有四次脱氢反应，生成三分子NDH和一分子FADH。⑥循环中有一次直接产能反应，生成分子GTP。⑦三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和▣酮戊二酸脱氢酶系，且α-酮戊二酸脱氢酶系的结构与丙酮酸脱氢酶系相似，辅助因子完全相同三、糖有氧氧化的生理意义： 1.是糖在体内分解供能的主要途径：()生成的ATP数目远远多于糖的无氧酵解生成的 ATP数目：（②）机体内大多数组织细胞均通过此途径氧化供能。 2.是糖、脂、蛋白质氧化供能的共同途径：糖、脂、蛋白质的分解产物主要经此途径彻底氧化分解供能。 3.是糖、脂、蛋白质相互转变的枢纽：有氧氧化途径中的中间代谢物可以由糖、脂、蛋白质分解产生，某些中间代谢物也可以由此途径逆行而相互转变。四、回补反应(110) 三羧酸循环的中间物是许多生物合成的前体，如草酰乙酸和ā-酮戊二酸可用于合成天冬氨酸和谷氨酸，卟啉的碳原子来自琥珀酰辅酶A。这样会降低草酰乙酸浓度，抑制羧酸循环。所以必需补充草酰乙酸

产物抑制：乙酰辅酶A抑制E2，NADH抑制E3。核苷酸反馈调节：E1受GTP抑制，被AMP活化。共价调节：E1上的特殊丝氨酸被磷酸化时无活性，水解后恢复活性。丙酮酸抑制磷酸化作用，钙和胰岛素增加去磷酸化作用，ATP、乙酰辅酶A、NADH增加磷酸化作用。二、三羧酸循环（97）：指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。这一循环反应过程又称为柠檬酸循环或Krebs循环。8步。草酰乙酸 + 乙酰 CoA→柠檬酸→异柠檬酸→α-酮戊二酸→琥珀酰 CoA→琥珀酸→延胡索酸→苹果酸→草酰乙酸。 4 次脱氢（3NADH+1FADH2），2 次脱羧，1 次底物水平磷酸化（琥珀酰 COA）。三羧酸循环的特点：①循环反应在线粒体中进行，为不可逆反应。 ②每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成 12 分子 ATP。 ③循环的中间产物既不能通过此循环反应生成，也不被此循环反应所消耗。 ④循环中有两次脱羧反应，生成两分子 CO2。 ⑤循环中有四次脱氢反应，生成三分子 NADH 和一分子 FADH2。 ⑥循环中有一次直接产能反应，生成一分子 GTP。⑦三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和 α-酮戊二酸脱氢酶系，且 α-酮戊二酸脱氢酶系的结构与丙酮酸脱氢酶系相似，辅助因子完全相同。三、糖有氧氧化的生理意义： 1．是糖在体内分解供能的主要途径：⑴ 生成的 ATP 数目远远多于糖的无氧酵解生成的 ATP 数目；⑵ 机体内大多数组织细胞均通过此途径氧化供能。 2．是糖、脂、蛋白质氧化供能的共同途径：糖、脂、蛋白质的分解产物主要经此途径彻底氧化分解供能。 3．是糖、脂、蛋白质相互转变的枢纽：有氧氧化途径中的中间代谢物可以由糖、脂、蛋白质分解产生，某些中间代谢物也可以由此途径逆行而相互转变。四、回补反应（110）三羧酸循环的中间物是许多生物合成的前体，如草酰乙酸和α-酮戊二酸可用于合成天冬氨酸和谷氨酸，卟啉的碳原子来自琥珀酰辅酶A。这样会降低草酰乙酸浓度，抑制三羧酸循环。所以必需补充草酰乙酸