糖酵解

糖酵解 概述

糖類最主要的生理功能是為機體提供生命活動所需要的能量。糖分解代謝是生物體取得能量的主要方式。生物體中糖的氧化分解主要有3條途徑:糖的無氧氧化、糖的有氧氧化和磷酸戊糖途徑。其中,糖的無氧氧化又稱糖酵解(glycolysis)。葡萄糖或糖原在無氧或缺氧條件下,分解為乳酸同時產生少量ATP的過程,由於此過程與酵母菌使糖生醇發酵的過程基本相似,故稱為糖酵解。催化糖酵解反應的一系列酶存在於細胞質中,因此糖酵解全部反應過程均在細胞質中進行。糖酵解是所有生物體進行葡萄糖分解代謝所必須經過的共同階段。

糖酵解反應過程

糖酵解過程是從葡萄糖開始分解生成丙酮酸的過程,全過程共有10步酶催化反應。
1.葡萄糖磷酸化
糖酵解第一步反應是由己糖激酶催化葡萄糖的C6被磷酸化,形成6-磷酸葡萄糖。該激酶需要Mg2+離子作為輔助因子,同時消耗一分子ATP,該反應是不可逆反應。
2.6-磷酸葡萄糖異構轉化為6-磷酸果糖
這是一個醛糖-酮糖同分異構化反應,此反應由磷酸己糖異構酶催化醛糖和酮糖的異構轉變,需要Mg2+離子參與,該反應可逆。
3.6-磷酸果糖磷酸化生成1,6-二磷酸果糖
此反應是由磷酸果糖激酶催化6-磷酸果糖磷酸化生成1,6-二磷酸果糖,消耗了第二個ATP分子。
4.1,6-二磷酸果糖裂解
在醛縮酶的作用下,使己糖磷酸1,6-二磷酸果糖C3和C4之間的鍵斷裂,生成一分子3-磷酸甘油醛和一分子磷酸二羥丙酮。
5.3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮的相互轉換
3-磷酸甘油醛是酵解下一步反應的底物,所以磷酸二羥丙酮需要在丙糖磷酸異構酶的催化下轉化為3-磷酸甘油醛,才能進一步酵解。
6.3-磷酸甘油醛的氧化
3-磷酸甘油醛在NAD+和H3P04存在下,由3-磷酸甘油醛脫氫酶催化生成1,3-二磷酸甘油酸,這一步是酵解中惟一的氧化反應。
7.1,3-二磷酸甘油酸轉變為3-磷酸甘油酸
在磷酸甘油酸激酶的作用下,將1,3-二磷酸甘油酸高能磷酰基轉給ADP形成ATP和3-磷酸甘油酸。
8.甘油酸-3-磷酸轉變為甘油酸-2-磷酸
在磷酸甘油酸變位酶催化下,甘油酸-3-磷酸分子中C3的磷酸基團轉移到C2上,形成甘油酸-2-磷酸,需要Mg2+離子參與。
9.甘油酸-2-磷酸轉變為磷酸烯醇式丙酮酸
在烯醇化酶催化下,甘油酸-2-磷酸脫水,分子內部能量重新分佈而生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇磷酸鍵,這是糖酵解途徑中第二種高能磷酸化合物。
10.丙酮酸的生成
在丙酮酸激酶催化下,磷酸烯醇式丙酮酸分子高能磷酸基團轉移給ADP生成ATP,是糖酵解途徑第二次底物水平磷酸化反應,需要Mg2+和K+參與,反應不可逆。

糖酵解反應特點

1.糖酵解反應的全過程沒有氧的參與。
2.糖酵解反應中釋放能量較少。糖以酵解方式進行代謝,只能發生不完全的氧化。
3.糖酵解反應的全過程中有3個限速酶。在糖酵解反應的全過程中。有三步是不可逆反應。這三步反應分別由己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶3個限速酶催化。

糖酵解臨床意義

1.糖酵解是機體相對缺氧時生理獲得能量的主要途徑。生物體在進行劇烈運動或長時間運動時,能量需求增加,糖酵解加速,此時即使呼吸和循環加快以增加氧的供應,仍不能滿足需要,肌肉處於相對缺氧狀態,必須通過糖酵解提供急需的能量。
2.糖酵解是某些組織在有氧時獲得能量的有效方式,糖酵解是成熟紅細胞獲得能量的惟一方式。也是神經、白細胞、骨髓等組織細胞在有氧情況下獲得部分能量的有效方式。
3.在病理情況下,如呼吸或循環功能障礙、嚴重貧血、大量失血等造成機體缺氧時,導致糖酵解加速甚至過度,可因乳酸產生過多,造成乳酸酸中毒