葡萄糖或糖原在组织中进行类似发酵的降解反应过程。最终形成乳酸或丙酮酸,同时释出部分能量,形成ATP供组织利用。
糖酵解是指在氧气不足条件下,葡萄糖或糖原分解为丙酮酸或乳酸的过程,此过程中伴有少量ATP的生成。这一过程是在细胞质中进行,不需要氧气,每一反应步骤基本都由特异的酶催化。在缺氧条件下丙酮酸则可在乳酸脱氢酶的催化下,接受磷酸丙糖脱下的氢,被还原为乳酸。
而有氧条件下的糖的氧化分解,称为糖的有氧氧化,丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环,生成CO2和H2O。
糖的有氧氧化和糖酵解在开始阶段的许多步骤是完全一样的,只是分解为丙酮酸以后,由于供氧条件不同才有所分歧。
糖酵解总共包括10个连续步骤,均由对应的酶催化。
总反应为:葡萄糖+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD+2H ——>2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H++2H2O
丙酮酸(CH3COCOOH)+2NADH —可逆—>乳酸(CH3CHOHCOOH)+2NAD+
糖酵解可分为二个阶段,活化阶段和放能阶段。
准备阶段
(1)葡萄糖磷酸化(phosphorylation)
葡萄糖氧化是放能反应,但葡萄糖是较稳定的化合物,要使之放能就必须给与活化能来推动此反应,即必须先使葡萄糖从稳定状态变为活跃状态,活化一个葡萄糖需要消耗1个ATP,一个ATP放出一个高能磷酸键,大约放出30.5kj自由能,大部分变为热量而散失,小部分使磷酸与葡萄糖结合生成葡萄糖-6-磷酸。催化酶为己糖激酶。
(2)葡萄糖-6-磷酸重排生成果糖-6-磷酸。催化酶为葡萄糖磷酸异构酶。
(3)生成果糖-1、6-二磷酸。催化酶为6-磷酸果糖激酶-1。
1个葡萄糖分子消耗了2个ATP分子而活化,经酶的催化生成果糖-1,6-二磷酸分子。
(4)果糖-1、6-二磷酸断裂成3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde 3-phosphate)和磷酸二羟丙酮,催化酶为醛缩酶。
(5)磷酸二羟丙酮很快转变为3-磷酸甘油醛。催化酶为丙糖磷酸异构酶。
以上为第一阶段,1个6C的葡萄糖转化为2个3C化合物PGAL,消耗2个ATP用于葡萄糖的活化,如果以葡萄糖-1-磷酸形式进入糖酵解,仅消耗一个ATP。这一阶段没有发生氧化还原反应。
放能阶段
(6)3-磷酸甘油醛氧化生成1、3-二磷酸甘油酸(1,3-diphosphoglycerate),释放出两个电子和一个H+,传递给电子受体NAD+,生成NADH+ H+,并且将能量转移到高能磷酸键中。催化酶为3-磷酸甘油醛脱氢酶。
(7)不稳定的1、3-二磷酸甘油酸失去高能磷酸键,生成3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate),能量转移到ATP中,一个1、3-二磷酸甘油酸生成一个ATP。催化酶为磷酸甘油酸激酶。此步骤中发生第一次底物水平磷酸化
(8)3-磷酸甘油酸重排生成2-磷酸甘油酸(2-phosphoglycerate)。催化酶为磷酸甘油酸变位酶。
(9)2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸PEP(phospho-enol-pyruvate)。催化酶为烯醇化酶。
(10)PEP将磷酸基团转移给ADP生成ATP,同时形成丙酮酸。催化酶为丙酮酸激酶。此步骤中发生第二次底物水平磷酸化。
以上为糖酵解第二个阶段。一分子的PGAL(phosphoglyceraldehyde)在酶的作用下生成一分子的丙酮酸。在此过程中,发生一次氧化反应生成一个分子的NADH,发生两次底物水平的磷酸化,生成2分子的ATP。这样,一个葡萄糖分子在糖酵解的第二阶段共生成4个ATP和2个NADH+H+,产物为2个丙酮酸。在糖酵解的第一阶段,一个葡萄糖分子活化中要消耗2个ATP,因此在糖酵解过程中一个葡萄糖生成2分子的丙酮酸的同时,净得2分子ATP和2分子NADH+H+,NADH+H+通过不同的穿梭途径进入到线粒体参与呼吸链,产生不同数量的ATP(α-磷酸甘油穿梭将H交给FAD,后产生1.5个ATP;苹果酸-天冬氨酸穿梭将H交给NADH+H+,后产生2.5个ATP)。
1.糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的普遍途径
2.通过糖酵解使葡萄糖降解生成ATP,为生命活动提供部分能量,尤其对厌氧生物是获得能量的主要方式
3.糖酵解途径为其他代谢途径提供中间产物(提供碳骨架),如6-磷酸葡萄糖是磷酸戊糖途径的底物;磷酸二羟丙酮?a-磷酸甘油 ?合成脂肪
4.是糖有氧分解的准备阶段
5.由非糖物质转变为糖的异生途径基本为之逆过程
糖酵解的关键酶:有3个,即己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶,它们催化的反应基本上都是不可逆的。
糖酵解在细胞的细胞质中进行。不需要线粒体,需葡萄糖。
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