糖的无氧氧化

20 ～ 20 学年度第学期

教师课时授课教案

学科系：医学院授课教师：

专业：临床科目：生物化学教研室主任签字：学科系系办主任签字：年月日年月日

第五章糖代谢

第三节糖的无氧氧化

一、糖的无氧氧化

（一）基本概念与发生部位

葡萄糖或糖原在缺氧或氧供应不足的情况下分解产生乳酸的过程，称为糖的无氧氧化。糖无氧氧化主要在细胞液中进行。

（二）反应过程

糖无氧氧化的反应过程大体可分为两个阶段:第一阶段为葡萄糖或糖原生成丙酸的过程；第二个阶段为丙酮酸生成乳酸的过程。

1、丙酮酸的生成（糖酵解途径）该阶段根据能量变化特点又分为耗能和产能两个阶段。该阶段中葡萄糖转变为丙酮酸，与酵母使糖生醇的过程相似，故又称为糖酵解（glycolysis）。因Embden和Meyerhof对此途径进行了透彻的描述，故又称Embden- Meyer途径（EMP）。糖酵解是生物体内最重要的分解代谢途径之一，几乎发生在所有的活细胞的基质中，只是速率有别。

（1）耗能阶段：1分子葡萄糖裂解为2分子磷酸丙糖；需消耗能量，共进行5步反应。

1）葡萄糖磷酸化成6磷酸葡萄糖：该反应是糖酵解的第一步磷酸化反应，由己糖激酶（hexokinase，HK）催化完成，同时需要ATP 提供能量和磷酸基，故该步骤消耗1分子的ATP。己糖激酶是糖酵解的第一个关键酶，其催化的反应不可逆（图4-2）。

2）6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖：该反应在磷酸已糖异构酶

催化下完成，此反应可逆（图4-2）。

3）6-磷酸果糖磷酸化成1，6-二磷酸果糖：该反应是糖醇解的第二步磷酸化反应，由磷酸果糖激酶-1催化完成，同样需要消耗1分子的ATP。磷酸果糖激酶-1是糖酵解的第二个关键醇，其催化的反应不可逆（(图4-2）。

4）1，6-二磷酸果糖裂解成2分子的磷酸丙糖：该反应在醛缩酶的催化下完成，生成的2分子的磷酸丙糖，分别为3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，此反应可逆（图4-2）。

5）磷酸丙糖的互变：3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮是同分异构体，在磷酸丙糖异构酶的催化下，两者可以相互转化（图4-2）。至此，通过两次磷酸化作用，消耗2分子ATP，葡萄糖转化为1，6-二磷酸果糖，进而裂解为2分子磷酸丙糖，完成糖酵解反应的第一阶段。

（2）产能阶段：磷酸丙糖经过一系列反应转变为丙酮酸，并释放能量，也有5步反应。

1）3-磷酸甘油醛脱氢氧化成1，3-二磷酸甘油酸：该反应在3-磷酸甘油醛脱氢酶催化下完成。脱下的两个氢原子，由NAD+接受生成NADH+H+，此反应是可逆的。生成的1，3-二磷酸甘油酸含有一个高能磷酸键，属于高能化合物（图4-2）。

2）1，3-二磷酸甘油酸脱磷酸生成3-磷酸甘油酸：该反应是在磷酸甘油酸激酶催化下完成，1，3-二磷酸甘油酸将其高能磷酸键转移给ADP，生成ATP。这种高能化合物直接将分子中的高能键转移给ADP（或GDP）生成ATP（或GDP）的过程称为底物水平酶酸化。

因此，该反应产生1分子的ATP（图4-2）。

在红细胞中，除了上述反应之外，1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶的催化下还可转变成2，3-二磷酸甘油酸，后者在2.3-二磷酸甘油酸磷酸酶的催化下生成3-磷酸甘油酸，这条代谢途径称为2，3-二磷酸甘油酸支路，对于红细胞血红蛋白运氧具有重要作用。

3）3-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸：该反应是在磷酸甘油酸变位酶催化下完成的，此反应可逆（图4-2）。

4）2-磷酸甘油酸生成确酸烯醇式丙酮酸:该反应在烯醇化酶的催化下完成，此反应可逆。生成的磷酸烯醇式丙酸是高能化合物(图4-2)。

5）磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸:该反应在丙酮酸激酶( pyruvate kinase，PK)的催化下完成。

磷酸烯醇式丙酮酸将高能磷酸键转移给ADP，生成ATP和烯醇式丙酮酸，烯醇式丙酮酸不稳定，可自动转变为丙酮酸。丙酮酸激酶是糖酵解过程的第三个关键酶，催化不可逆反应。此反应同样是底物水平磷酸化反应，可生成1分子ATP (图4-2)。

至此、一分子磷酸丙糖转变为丙酮酸，经两次底物水平磷酸化，可生成2分子ATP，完成糖酵解途径的第二阶段。由于1分子葡萄糖裂解为2分子的磷酸丙糖，故该阶段共生成4分子ATP。

2、乳酸的生成丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下，由3-磷酸甘油醛脱氢氧化生成的NADH+H+提供氢，还原生成乳酸，此反应可逆。

糖酵解反应的全过程见图4-2。

(三) 反应特点

1、反应全过程均在细胞液中进行，没有氧的参与，乳酸是糖无氧氧化的终产物。

2、糖醇解反应过程中有三步不可逆的单向反应，导致整个过程不可逆。催化这三步反应的己糖激酶(葡萄糖激酶)、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶是糖酵解途径的关键酶。

3、葡萄糖进行无氧氧化可净生成2分子的ATP；糖原进行无氧

氧化时，因少消耗1分子的ATP，故可生成3分子的AP。

(四) 生理意义

1、是机体在缺氧情况下获得能量的主要方式。在生理性缺氧情况下，如剧烈运动时，能量需求增加，糖酵解可迅速为肌肉收缩提供急需的能量；人从平原进入高原的初期，由于氧供不足，此时组织细胞的糖酵解会增强。在病理性缺氧情况下，如呼吸、循环功能障得、严重贫血、大量失血等造成机体缺氧时，组织细胞内的糖酵解会加强，来满足机体对能量的需求。但需要注意的是，糖酵解增强会导致乳酸产生过多，有发生酸中毒的可能。

2、在正常生理状况下，也是个別组织细胞的主要获能方式。例如，成熟红细胞没有线粒体，不能进行有氧氧化，只能通过糖酵解获取能量。角膜、晶状体和视网膜血供有限，并且缺乏线粒体（因为线粒体会吸收和散射光线），所以也主要依靠糖酵解生成ATP。肾髓质、睾丸、淋巴细胞以及白肌纤维细胞中线粒体含量相对较少，也几乎完全依赖糖酵解供能。

剧列运动时，由于肌肉收缩强度较大，在短时间内需要能量增强，故肌肉组织中糖的无氧氧化程度加强，产生较多的乳酸。短时间内乳酸堆积在肌肉组组中，会引起酸胀的刺激感。体息一段时回后，乳酸会在转化为丙酮酸进一步代谢，酸胀感会消失。

3.病理意义。正常情况下血乳酸水平不超过12mmol/L。血浆中乳酸浓度的持续升高（通常高过中5mmol/L）称为乳酸性酸中毒，与循环系统衰竭相关，如心肌梗死、肺栓塞、无法控制的出血或体克等。

由于没有充分的氧气进入组织，细胞利用无氧氧化产能，造成大量乳酸堆积、无法转化。

(五) 糖酵解的调节

糖酵解的调节主要是通过调节三个关键酶的活性来实现的。其中，磷酸果糖激酶-1的催化活性最低，是糖酵解途径的限速酶。

1、激素的调节。如胰岛素可诱导体内葡萄糖激酶、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶的合成，提高其活性，使糖酵解过程增强。

2、代谢物对限速酶的变构调节。体内的许多代谢物是糖酵解过程中三个关键酶的变构效应剂，可通过变构作用影响酶的活性，达到调节糖酵解的目的。其中对磷酸果糖激酶-1活性的调节，是糖酵解途径中最重要的调节点。F-1、6-BP、ADP、AMP等是其变构激活剂;柠檬酸、ATP、长链脂肪酸等为其变构抑制剂。当细胞内能量消耗过多，ATP减少，AMP和ADP増多，使ATP/AMP、ADP比值降低，磷酸果糖激酶-1被激活，糖分解速度加快，使ATP生成量增多。在饥饿时，机体动员贮存脂肪氧化分解，生成较多脂肪酸和乙酰CoA。长链脂肪酸是磷酸果糖激酶-1的变构抑制剂;乙酰CoA可与草酰乙酸缩合为柠檬酸，也抑制磷酸果糖激酶-1的活性，从而减少糖的分解。