《糖酵解作用》PPT课件.ppt

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1、第22章 糖酵解作用,Department of biological science and technology,USTB,糖酵解全过程,糖酵解全过程,在剧烈运动，肌肉局部血流不足，肌肉收缩时相对缺氧，葡萄糖有氧氧化过程较长，供能较慢，可由糖酵解迅速提供能量。在缺氧、缺血性疾病时，机体供氧不足，也需由糖酵解迅速供能；成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化，完全依赖糖酵解供应能量；神经、白细胞、骨髓等代谢活跃组织，即使不缺氧也由糖酵解提供部分能量。,糖酵解的生理意义,主要内容,糖酵解第一阶段糖酵解第二阶段丙酮酸的去路糖酵解的调节其它C6糖进入糖酵解途径,糖酵解第一阶段反应,1、葡萄糖的磷酸化

2、,催化此反应的酶为已糖激酶，该反应必需有Mg2+参加，已糖激酶的底物除Glc外，还可以是其它六碳糖，如D-甘露糖、D-果糖、氨基葡萄糖等。在反应过程中Mg2+与ATP形成复合物。,糖酵解第一阶段反应,1、葡萄糖的磷酸化 葡萄糖与ATP反应机制：,糖酵解第一阶段反应,1、葡萄糖的磷酸化 葡萄糖与已糖激酶结合时的构象变化,结合前,结合后,糖酵解第一阶段反应,1、葡萄糖的磷酸化 已糖激酶是一种调节酶，它所催化的反应产物G-6-P和ADP能使该酶受到变构抑制。这一反应也可由葡萄糖激酶催化，但此酶不受产物G-6-P的抑制，且对Glc的Km比已糖激酶要大得多，即亲和力要小，因此要高浓度时才起作用。,糖酵解

3、第一阶段反应,1、葡萄糖的磷酸化 反应的能量变化-D-Glu+ATP4-G6P2-+ADP3-+H+,G=-16.7 KJ/mol胞内条件下，G=-33.9 KJ/mol,生理意义：带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。葡萄糖向G6P的迅速转化，便于保持胞内低浓度，使葡萄糖易于向胞内运输。,糖酵解第一阶段反应,糖酵解第一阶段反应,2、G-6-P异构成F-6-P,葡萄糖磷酸异构酶,糖酵解第一阶段反应,2、G-6-P异构成F-6-P,葡萄糖磷酸异构酶,催化该反应的PGI具有绝对的底物专一

4、性和立体专一性，一些C5磷酸代谢途径的中间物如赤藓糖-4-磷酸、景天庚酮糖-7-磷酸等都是它的竞争性抑制剂。,糖酵解第一阶段反应,2、G-6-P异构成F-6-P,葡萄糖磷酸异构酶催化机制,糖酵解第一阶段反应,3、F-6-P形成F-1,6-2P,磷酸果糖激酶,该反应为不可逆反应，PFK是一种变构酶，它的催化效率很低，糖酵解的速率严格地依赖于该酶的活力水平，是哺乳动物糖酵解的关键调控酶，PFK是一四聚体蛋白。,糖酵解第一阶段反应,3、F-6-P形成F-1,6-2P,ATP可降低PFK对F-6-P的亲和力，AMP可解除ATP的别构作用。,另外，H+浓度上升对该酶有抑制作用。,Question：细胞内

5、存在如下反应：已知在细胞中ATP的浓度是1850 uM，ADP的浓度是145 uM，AMP浓度是5 uM，总的腺苷核苷酸浓度是2000，平衡常数K=0.44，计算当ATP浓度下降8%时，AMP的浓度?,糖酵解第一阶段反应,糖酵解第一阶段反应,4、F-1,6-2P形成甘油醛-3-P和二羟丙酮磷酸,醛缩酶,醛缩酶有2种不同类型：醛缩酶I：高等动、植物，不需要2价金属离子。醛缩酶II：细菌、酵母、真菌、藻类，需要2价金属离子。二者作用机制也不同。,糖酵解第一阶段反应,糖酵解第一阶段反应,糖酵解第一阶段反应,醛缩酶I经历西佛碱中间体的化学证据：,糖酵解第一阶段反应,5、二羟丙酮磷酸异构成甘油醛-3-P

6、,丙糖磷酸异构酶,糖酵解第一阶段反应,5、二羟丙酮磷酸异构成甘油醛-3-P,丙糖磷酸异构酶的活性部位是以谷氨酸的游离羧基与底物结合.,糖酵解第一阶段反应,5、二羟丙酮磷酸异构成甘油醛-3-P,糖酵解第二阶段反应,6、甘油醛-3-P氧化形成1,3-二磷酸甘油酸,甘油醛-3-磷酸脱氢酶,1,3-BPG是一高能酰基磷酸化合物，催化该反应的酶也是SH基酶。,糖酵解第二阶段反应,6、甘油醛-3-P氧化形成1,3-二磷酸甘油酸,催化机制,糖酵解第二阶段反应,6、甘油醛-3-P氧化形成1,3-二磷酸甘油酸,砷酸盐可破坏1,3-BPG的形成。因为它可代替磷酸进攻硫酯中间物的高能键，产生1-砷酸-3-磷酸甘油酸

7、，而该化合物不稳定迅速水解生成3-磷酸甘油酸。砷酸盐的加入使甘油酸-3-磷酸释放的能量未能与磷酸化作用相偶联而被贮藏。,1-砷酸-3-磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,+砷酸,水解,糖酵解第二阶段反应,7、1,3-二磷酸甘油酸转移高能键形成ATP,磷酸甘油酸激酶,该反应是糖酵解产生的第一个ATP。此步反应也称为底物水平磷酸化（substrate-level phosphorylation,ADP或某些其它的核苷-5-二磷酸的磷酸化是通过来自一个非核苷酸底物的磷酰基的转移实现的。）,糖酵解第二阶段反应,8、3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸,动物及酵母细胞中，该反应需要2，3-二磷酸甘油酸（2，3-B

8、PG）作为引物（中间产物）。,磷酸甘油酸变位酶,糖酵解第二阶段反应,2，3-二磷酸甘油酸（2，3-BPG）作为引物，启动催化反应。,糖酵解第二阶段反应,麦芽中的磷酸甘油酸变位酶催化分子内磷酸转移反应,糖酵解第二阶段反应,8、3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸,磷酸甘油酸变位酶,2,3-二磷酸甘油酸磷酸酶,2,3-二磷酸甘油酸的合成和降解是糖酵解途径中的一个短支路,糖酵解第二阶段反应,8、3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸,二磷酸甘油酸变位酶催化的磷酸基团转移反应,糖酵解第二阶段反应,9、2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇化酶,糖酵解第二阶段反应,10、磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酸酸,丙

9、酮酸激酶,丙酮酸激酶是糖酵解中重要的变构调节酶，ATP、长链脂肪酸、乙酰CoA、丙氨酸等都对该酶有抑制作用；而果糖-1,6-二磷酸和PEP对它有激活作用；该酶是一四聚体蛋白，并至少有三种同工酶。,糖酵解全过程,ADP,ATP,Phosphoglycerate kinase,ADP,ATP,丙酮酸的去路,丙酸酸的三种去向,丙酮酸,TCA ycle,有氧条件,乳酸,乙醇,无氧条件,丙酮酸的去路,、生成乳酸,乳酸脱氢酶,LDH有五种同工酶M4、M3H、M2H2、MH3、H4LDH具有绝对立体异构专一性,丙酮酸的去路,、生成乙醇先经丙酮酸脱羧酶生成乙醛再氧化成乙醇。,乙醇脱氢酶,丙酮酸脱羧酶TPP,糖

10、酵解作用的调节,、磷酸果糖激酶是关键酶在糖酵解中由已糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应实际上是不可逆的，因此都有调节糖酵解途径的作用。它们的活性受到变构效应物及酶共价修饰的调节。高浓度ATP对PFK有抑制作用；ADP和AMP可消除ATP对PFK的别构抑制；,糖酵解作用的调节,、磷酸果糖激酶是关键酶柠檬酸也是PFK的别构抑制剂；果糖-2,6-二磷酸是PFK的激活剂；,糖酵解作用的调节,2、果糖-2,6-二磷酸对糖酵解的调节果糖-2,6-二磷酸是PFK的变构激活剂，它可提高果糖激酶与果糖-6-磷酸的亲和力并降低ATP的抑制效应。,糖酵解作用的调节,3、已糖激酶HK和丙酮酸激酶PVK对糖酵解

11、的调节G-6-P对HK有别构抑制作用。丙酮酸激酶是糖酵解另一重要别构酶。丙酮酸激酶通过磷酸化和去磷酸化来转变其活性，其活性形式是去磷酸化形式。丙氨酸和ATP是该酶的变构抑制剂。,糖酵解作用的调节,3、已糖激酶HK和丙酮酸激酶PVK对糖酵解的调节,不活跃的磷酸化的丙酮酸激酶,活跃的去磷酸化的丙酮酸激酶,葡萄糖浓度,减少,增加,H2O,Pi,ATP,ADP,F-1,6-BP,激活,ATP,丙氨酸,抑制,抑制,其它六碳糖进入糖酵解途径,1、果糖果糖由己糖激酶催化磷酸化形成F-6-P。但是在肝脏中只含有葡萄糖激酶，不能直接催化果糖的磷酸化，需要经过六种酶的转化来完成，即先形成F-1-P，再裂解成二羟丙

12、酮磷酸和甘油醛，甘油醛再磷酸化成甘油醛-3-P，它也可再脱氢形成甘油，甘油在激酶作用下形成甘油-3-P，最后脱氢形成二羟丙酮磷酸，最后二羟丙酮磷酸都转变成甘油醛-3-P。,HEXOKINASE己糖激酶,其它六碳糖进入糖酵解途径,1、果糖,其它六碳糖进入糖酵解途径,2、半乳糖半乳糖与葡萄糖结构极为相似，它进入糖酵解途径需要5步反应，最后形成G-6-P而进入。,其它六碳糖进入糖酵解途径,2、半乳糖,其它六碳糖进入糖酵解途径,2、半乳糖血症这是一种遗传病，不能将半乳糖转变成葡萄糖。原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶，不能使Gal-1-P转变成UDP-Gal。结果造成血中Gal升高，进一步造成眼睛晶状体Gal升高，从而引起晶状体混浊引起白内障。,其它六碳糖进入糖酵解途径,3、甘露糖甘露糖经二步反应形成F-6-P。先在己糖激酶下形成甘露糖-6-P，再经磷酸甘露糖异构酶催化形成F-6-P。,