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酵解反应 现在让我们按顺序考虑上图中的反应。在给出反应式时，写出全称。在讲述时，为了简化，只说短名。如，我们说 6- 磷酸葡萄糖 是指 α-D-6- 磷酸葡萄糖 。

酵解反应 现在让我们按顺序考虑上图中的反应。在给出反应式时，写出全称。在讲述时，为了简化，只说短名。如，我们说 6- 磷酸葡萄糖 是指 α-D-6- 磷酸葡萄糖 。. 反应 1 ： 第一个 ATP 的投入 葡萄糖被 ATP 磷酸化形成 6- 磷酸葡萄糖 （ G-6-P ）。. △G°′=-16kJ/mol. 这是一个耗能反应。 催化这个反应的酶有 己糖激酶 和 葡萄糖激酶 。 a) 己糖激酶以六碳糖为底物，其专一性不强，不仅可以作用于葡萄糖，还可以作用于 D- 果糖和 D- 甘露糖。

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酵解反应 现在让我们按顺序考虑上图中的反应。在给出反应式时，写出全称。在讲述时，为了简化，只说短名。如，我们说 6- 磷酸葡萄糖 是指 α-D-6- 磷酸葡萄糖 。

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  1. 酵解反应 现在让我们按顺序考虑上图中的反应。在给出反应式时，写出全称。在讲述时，为了简化，只说短名。如，我们说6-磷酸葡萄糖是指α-D-6-磷酸葡萄糖。

  2. 反应1： 第一个ATP的投入 葡萄糖被ATP磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（G-6-P）。 △G°′=-16kJ/mol

  3. 这是一个耗能反应。 催化这个反应的酶有己糖激酶和葡萄糖激酶。 a)己糖激酶以六碳糖为底物，其专一性不强，不仅可以作用于葡萄糖，还可以作用于D-果糖和D-甘露糖。 己糖激酶像其他激酶一样，需要Mg++或其他二价金属离子，如Mn2+所活化。实际上Mg++与ATP形成的复合物才是酶的真正底物。

  4. X-晶体衍射研究表明，在己糖激酶催化反应时有构象变化，其变化大致是，酶与葡萄糖结合时，结合裂缝两侧的酶叶关紧，糖被酶蛋白环绕造成非极性环境，从而促使ATP的磷酰基转移，防止水作为底物攻击ATP。这种底物诱导的裂缝关闭现象是激酶的共同特性。 己糖激酶是一个别构酶，被其产物G-6-P强烈抑制。它催化的反应是酵解中第一个调节步骤。

  5. b)葡萄糖激酶 葡萄糖激酶存在于肝细胞中。它对D-葡萄糖有特异活性，不被G-6-P所抑制。 肌肉己糖激酶对D-葡萄糖的Km值为0.1mmol/L，肝葡萄糖激酶的Km约为10mmol/L。细胞内葡萄糖浓度通常为5mmol/L，此时己糖激酶的酶促反应已达最大速度，而葡萄糖激酶仍不活跃。只有当进食后，肝细胞内葡萄糖浓度高时葡萄糖激酶才起作用，将葡萄糖转化为G-6-P，再以糖原形式贮存于细胞中。 葡萄糖激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使其合成。

  6. 100 75 相对反应速度，Vmax%

  7. 反应2. 6-磷酸葡萄糖的异构化 醛糖6-磷酸葡萄糖转化成酮糖6-磷酸果糖（F-6-P）。 +1.68kJ/mol

  8. 这个同分异构化反应由葡萄糖异构酶催化。 反应需要Mg++，形成一个烯醇中间物。羰基氧从碳1转移到碳2，其作用是在碳1产生的羟基更容易在下一个反应中磷酸化。 由于此反应标准自由能变化很小，反应是可逆的。反应方向由底物和产物的量来控制。

  9. 反应3．第二个ATP的投入 F-6-P磷酸化成1，6-二磷酸果糖（F-1,6-2P） 这个反应由磷酸果糖激酶催化，将ATP上的磷酰基转移到F-6-P的C1位置上形成F-1,6-2P。 这一步反应是酵解中的关键反应步骤，反应是放能的，在体内是不可逆的。磷酸果糖激酶是酵解限速酶。 磷酸果糖激酶是分子量为360000的四聚体。它是一个别构酶，ATP，柠檬酸，脂肪酸对此酶有抑制效应。AMP，ADP或无机磷可消除抑制，增加酶的活性。

  10. 反应4．两个磷酸三碳糖的形成 F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛(G3P)和磷酸二羟丙酮（DHAP）。 F-1,6-2P在1,6-二磷酸果糖醛缩酶的催化下在C3和C4之间的键断裂，产生两个三碳糖，一个酮糖，磷酸二羟丙酮，一个醛糖，3-磷酸甘油醛。

  11. 1,6-二磷酸果糖醛缩酶催化的反应△G0’为+24kJ/mol，反应易于向左进行，这是醛缩酶名称的由来。凡是连接两个羰基化合物，例如一个醛和一个酮化合物形成一个醛醇化合物就是醛缩反应。 1,6-二磷酸果糖醛缩酶催化的反应△G0’为+24kJ/mol，反应易于向左进行，这是醛缩酶名称的由来。凡是连接两个羰基化合物，例如一个醛和一个酮化合物形成一个醛醇化合物就是醛缩反应。 在正常生理条件下，由于3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，大大降低了细胞中3-磷酸甘油醛浓度，从而驱动反应向裂解方向进行。

  12. 3-磷酸甘油醛 Dihydroxyacetone phosphate 磷酸二羟丙酮 H H H Schiff base 希夫碱 1，6-二磷酸果糖 醛缩酶 醛缩酶活性部位的赖氨酸和底物之间形成的希夫碱(Schiff base) 中间物

  13. 醛缩酶的反应机理是酶的活性中心上特殊的赖氨酸上的ε氨基与磷酸二羟丙酮上的羰基形成一个四面体中间物，然后去水变成质子化的Schiff碱又称酮亚胺，它促使磷酸二羟丙酮形成烯醇化的负碳离子，与3-磷酸甘油醛形成质子化的Schiff碱，F-1,6-2P酮亚胺，然后再去质子化和水解除去Schiff碱产生F-1,6-2P和酶。1,6-二磷酸果糖的裂解就是这个反应的逆转。醛缩酶的反应机理是酶的活性中心上特殊的赖氨酸上的ε氨基与磷酸二羟丙酮上的羰基形成一个四面体中间物，然后去水变成质子化的Schiff碱又称酮亚胺，它促使磷酸二羟丙酮形成烯醇化的负碳离子，与3-磷酸甘油醛形成质子化的Schiff碱，F-1,6-2P酮亚胺，然后再去质子化和水解除去Schiff碱产生F-1,6-2P和酶。1,6-二磷酸果糖的裂解就是这个反应的逆转。

  14. 反应5．磷酸三碳糖的同分异构化 磷酸三碳糖中只有3-磷酸甘油醛能继续进入酵解途径。磷酸二羟丙酮可在磷酸丙糖异构酶的催化下迅速转化成3-磷酸甘油醛。

  15. 己糖转化成三碳糖后，碳原子顺序数颠倒，己糖原来的碳原子数C3和C4是3-磷酸甘油醛的C1; C5和C2变成C2；C1和C6变成C3。 3 上述酵解的前5步反应是耗能阶段，共消耗2分子ATP。后面的5步反应则为产能阶段。

  16. 反应6．第一个高能化合物的合成 3-磷酸甘油醛氧化成3-磷酸甘油酸磷酸，或称1，3-二磷酸甘油酸。 3-磷酸甘油醛在有NAD+和H3PO4时，被磷酸甘油醛脱氢酶催化形成1，3-二磷酸甘油酸。

  17. 这个反应既是氧化反应又是磷酸化反应。如果要将磷酸甘油醛C1醛基上的氢质子和电子移去，有很大的能量障碍，因为羰基的碳原子已经带正电性，为此必需加入另一亲核试剂，以减少羰基碳上的正电性，并使产生的羟基上的氢能够移去，则磷酸加入后容易形成酰基磷酸，后者是羧基与磷酸的混合酸酐，具有转移磷酰基的能量。这个反应既是氧化反应又是磷酸化反应。如果要将磷酸甘油醛C1醛基上的氢质子和电子移去，有很大的能量障碍，因为羰基的碳原子已经带正电性，为此必需加入另一亲核试剂，以减少羰基碳上的正电性，并使产生的羟基上的氢能够移去，则磷酸加入后容易形成酰基磷酸，后者是羧基与磷酸的混合酸酐，具有转移磷酰基的能量。 磷酸甘油醛脱氢酶活性位置上半胱氨酸残基的-SH基是亲核基团，它与醛基作用形成中间化合物，可将羟基上的氢移至与酶紧密结合的NAD+上，从而产生NADH和高能硫酯中间物。然后NADH从酶上解离下来，另一个NAD+与酶活性位置结合，磷酸攻击硫酯键就形成1，3-二磷酸甘油酸。

  18. 3-磷酸甘油醛脱氢酶的反应机制　 · H H H H 3- 二磷酸甘油醛 硫代半缩醛 1, 3- 二磷酸 甘油酸 3-磷酸甘油醛脱氢酶 １．在３－磷酸甘油醛和酶之间形成起始硫代半缩醛中间物． ２．通过与酶结合的NAD+使中间物氧化形成酰基酶中间物． ３．与酶结合的NADH再氧化. ４．酰基酶中间物中的硫酯键的磷酸解切割．

  19. 酯酰磷酸化是热力学上不利的反应，其△G0’= +49.56kJ/mol，但是氧化反应的△G0’= -43.2kJ/mol，这两个反应由硫酯中间物而偶联在一起，氧化反应的能量驱动磷酸化反应进行。 碘乙酸和重金属可强烈抑制磷酸甘油醛脱氢酶的活性。 因为碘乙酸可与-SH基反应，说明这个酶很可能有一个或多个必须巯基。 E-SH + ICH3COO- ES-CH2COO- + HI 砷酸盐（AsO43-）可以与H3PO4竞争与高能硫酯中间物结合，形成不稳定的化合物1-砷-3-磷酸甘油酸，它可以进一步分解产生3-磷酸甘油酸，但没有磷酸化作用。因此砷酸使氧化作用和磷酸化作用解偶联。

  20. 反应7．第一个底物水平的磷酸化 1，3-二磷酸甘油酸将磷酰基转给ADP形成3-磷酸甘油酸和ATP。 催化这个反应的酶是磷酸甘油酸激酶，反应需要Mg++的参与。 3-磷酸甘油醛氧化磷酸化产生的高能中间物最后转化成3-磷酸甘油酸并产生ATP，这是酵解过程中第一次产生ATP的反应，也是底物水平的磷酸化反应。因为一分子葡萄糖产生2分子三碳糖，因此共产生2分子ATP，这样就抵消了葡萄糖在磷酸化过程中消耗的2分子ATP。

  21. 反应8．为下一个高能化合物的合成作准备 3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸。 磷酸甘油酸变位酶催化磷酰基从3-磷酸甘油酸的C3移至C2。凡是催化分子内化学功能基团的位置移动的酶都称为变位酶。反应中间物是2，3-二磷酸甘油酸。 哺乳动物中至少有两种磷酸甘油酸变位酶，一种存在于成人肌肉中，对Hg高度敏感。另一种存在于胎儿肌肉中，对Hg不敏感。成人的心和骨骼中的磷酸甘油酸变位酶是二者的混合物。

  22. 反应9．第二个高能化合物的合成 2-磷酸甘油酸脱水形成一个超高能化合物，磷酸烯醇式丙酮酸。 反应在有Mg++或Mn++存在下，经烯醇化酶催化。

  23. 烯醇化酶催化的脱水反应是一个可逆反应，反应的自由能变化很小，但是分子内能重新分布的变化很大。烯醇化酶催化的脱水反应是一个可逆反应，反应的自由能变化很小，但是分子内能重新分布的变化很大。 2-磷酸甘油酸中的磷酸键是一个低能键，其水解的标准自由能变化是-17.6kJ/mol。磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键，其水解的标准自由能的变化为-62.1kJ/mol，因此这一步反应显著地提高了磷酰基的转移势能。磷酸烯醇丙酮酸在热力学上很不稳定。 烯醇化酶分子量是88000，是由两个亚基组成的二聚体，可与Mg++或Mn++紧密结合。由于F-能与Mg++形成络合物并结合在酶上，因此可抑制酶的活性。

  24. 反应10．第二个底物水平的磷酸化 磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP形成ATP和丙酮酸。 + + + 由丙酮酸激酶催化的最后一个反应中，磷酸烯醇丙酮酸把它的磷酰基转移到ADP。这是又一个底物水平的磷酸化。这个酶需要K+和二价离子Mg2+或Mn2+。

  25. 丙酮酸激酶反应是一个代谢调节位点。 丙酮酸激酶的缺失造成磷酸烯醇丙酮酸的累积，导致其他代谢中间物的累积，包括2，3-二磷酸甘油酸。2，3-二磷酸甘油酸调节血红蛋白的氧亲合力。丙酮酸激酶的缺失造成氧运输出问题。 丙酮酸激酶的缺失是一种遗传病。 在脊椎动物肝中，丙酮酸激酶是分子量约为250，000的四聚体。受变构调节。酶活力受高浓度ATP抑制，受1，6-二磷酸果糖激活。 在肝中这个酶的合成受饮食中糖的控制。肝中丙酮酸激酶活力也受酶蛋白的磷酸化和脱磷酸化调节。脱磷酸化的丙酮酸激酶活力较高。

  26. 酵解反应总结 + Mg2+ ? Mg2+K+

  27. 酵解反应总结

  28. 2

  29. ☆ 一分子葡萄糖降解成2分子丙酮酸，消耗2分子ATP，产生4分子ATP，净产量是2分子ATP。 葡萄糖酵解的总反应式： 葡萄糖　+ 2Pi + 2ADP + 2NAD+ → 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O —在无氧条件下，酵解共产生2分子ATP，2分子NADH。NADH将H交给2分子丙酮酸，生成2分子乳酸。 葡萄糖 + 2ADP + 2Pi → 2乳酸 + 2ATP + 2H2O —在有氧情况下，2分子NADH经呼吸链氧化成H2O可产生6分子ATP， 2NADH + 2H+ + O2 + 6ADP + 6Pi → 2NAD+ + 6ATP + 8H2O 合并上式和总反应式： 葡萄糖 + 8ADP + 8Pi + O2 → 2丙酮酸 + 8ATP + 10H2O 在有氧情况下，一分子葡萄糖酵解可产生8分子ATP。

  30. 在某些组织，如骨骼肌和脑组织，NADH进入线粒体要通过甘油磷酸穿梭系统。在某些组织，如骨骼肌和脑组织，NADH进入线粒体要通过甘油磷酸穿梭系统。 细胞质中磷酸二羟丙酮在3-磷酸甘油脱氢酶催化下被NADH还原成3-磷酸甘油，后者进入线粒体，被3-磷酸甘油脱氢酶重新氧化成磷酸二羟丙酮，再转运回细胞质。 线粒体中的3-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是FAD，3-磷酸甘油氧化使 FAD还原成FADH2。 FADH2经呼吸链氧化只产生2分子ATP。在这些组织中，一分子葡萄糖酵解共产生6分子ATP。

  31. 苹果酸-天冬氨酸穿梭

  32. 在苹果酸-天冬氨酸穿梭系统中，细胞浆中的NADH先在苹果酸脱氢酶的催化下将草酰乙酸还原成苹果酸，苹果酸可通过一种二羧酸转运系统的转运进入线粒体基质内，在基质内由苹果酸脱氢酶催化使苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH。NADH在呼吸链中可产生3分子ATP。在苹果酸-天冬氨酸穿梭系统中，细胞浆中的NADH先在苹果酸脱氢酶的催化下将草酰乙酸还原成苹果酸，苹果酸可通过一种二羧酸转运系统的转运进入线粒体基质内，在基质内由苹果酸脱氢酶催化使苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH。NADH在呼吸链中可产生3分子ATP。 这种穿梭方式存在于肝、肾、心等组织。

  33.  丙酮酸的去路 所有生物的酵解从葡萄糖降解成丙酮酸的途径是十分相似的，而丙酮酸以后的途径则有所不同。 1．变为乙酰CoA：在有氧条件下丙酮酸进入线粒体变成乙酰CoA参加三羧酸循环，最后氧化成CO2和H2O。 2．生成乳酸：在无氧酵解时，某些厌氧乳酸菌中或肌肉由于剧烈运动而造成暂时缺氧状态，或由于呼吸，循环系统机能障碍暂时供氧不足时，丙酮酸接受3-磷酸甘油醛脱氢酶形成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下形成乳酸。

  34. 无氧酵解的能量和电子图 2NADH + 2H+ 2NAD+ 1)图中每个反应的△G’ 是从△G0’和人红细胞中各种酵解中间物的浓度计算的； 2)括号中是uM浓度； 3)星号表示不可逆反应．

  35. 无氧酵解能量图的要点： a)酵解产生的4个ATP中的2个用来偿还ATP的消耗； b)在无氧酵解中，3-磷酸甘油醛脱氢酶产生的还原当量必须用来还原某个有机化合物； c)变构调节的酶催化高度放能，不可逆的反应。 最近用31P NMR进行的代谢研究，包括运动时活肌肉细胞中的磷酸代谢物的含量分析，表明即使在完全氧合的肌肉组织中，50%的葡萄糖代谢转换成乳酸。 乳酸释放进入循环，并由其他组织摄取，被认为可在不同组织中，可部分地对主要能量储存及产生途径进行协调。 乳酸如何协调不同组织中能量储存及产生的机制是一个活跃的研究领域。 无氧酵解或乳酸发酵的总反应式： 葡萄糖 + 2ADP + 2Pi → 乳酸 + ATP + 2H2O

  36. 乳酸脱氢酶的同工异构酶,乳酸脱氢酶有多种分子形式。催化相同反应的酶的不同分子形式称为同工酶。乳酸脱氢酶的同工异构酶,乳酸脱氢酶有多种分子形式。催化相同反应的酶的不同分子形式称为同工酶。 乳酸脱氢酶是由两种不同亚基组成的四聚体 乳酸脱氢酶不同分子形式在生理上的需要不是很清楚。但乳酸脱氢酶同工酶有组织专一性，这一点在临床医学上有使用价值。

  37. 3．生成乙醇 在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸可经丙酮酸脱羧酶的催化，以焦磷酸硫胺素为辅酶，脱羧变成乙醛，然后在醇脱氢酶的催化下，由NADH还原形成乙醇，NADH被乙醛氧化成NAD+。 葡萄糖进行乙醇发酵的总反应式为： 葡萄糖 + 2Pi + 2ADP + 2H+ → 2乙醇 + 2CO2 + 2ATP + 2H2O

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