糖酵解查看源代码讨论查看历史

糖解 图片来自小小整理网站

糖酵解（glycolysis，又称糖解）是把葡萄糖（C₆H₁₂O₆）转化成丙酮酸（CH₃COCOO⁻ + H⁺）的代谢途径 。在这个过程中所释放的自由能被用于形成高能量化合物ATP和NADH。

糖解作用是所有生物细胞糖代谢过程的第一步。糖解作用是一共有10个步骤酶促反应的确定序列。在该过程中，一分子葡萄糖会经过十步酶促反应转变成两分子丙酮酸（严格来说，应该是丙酮酸盐，即是丙酮酸的阴离子形式）。

糖解作用及其各种变化形式发生在几乎所有的生物中，无论是有氧和厌氧。糖酵解的广泛发生显示它是最古老的已知的代谢途径之一。事实上，构成糖解作用及其并行途径的戊糖磷酸途径，在金属的催化下发生在还不存在酶的太古宙海洋。糖解作用可能因此源于生命出现之前世界的化学约束。

糖解作用发生在大多数生物体中的细胞的胞质溶胶。最常见的和研究最彻底的糖解作用形式是双磷酸己糖降解途径（Embden-Meyerhof-Parnas途径，简称：EMP途径），这是被Gustav Embden，奥托•迈尔霍夫，和Jakub Karol Parnas所发现的。糖解作用也指的其他途径，例如，脱氧酮糖酸途径（Entner-Doudoroff途径）各种异型的和同型的发酵途径，糖解作用一词可以用来概括所有这些途径。但是，在此处的讨论却是局限于双磷酸己糖降解途径（EMP途径）。

整个糖解作用途径可以分成两个阶段：

1. 准备阶段 – 在其中ATP被消耗，因此也被称为投入阶段。
2. 放能阶段 – 在其中ATP被生产。

糖解作用的场所

糖解作用在细胞的细胞质中进行。早先人们只知道糖在无氧环境下可降解为乳酸，但今天人们终于清楚知道，不论有氧还是无氧环境，糖会经过同样的过程分解为丙酮酸。不同的则是在有氧条件下，丙酮酸被移出一分子的二氧化碳，剩馀的二碳以不稳定的键结连接至辅酶A（一种衍生自维生素B₅的含硫化合物），形成具有异常活泼乙酰基（附著的乙酸盐）的化学修饰物乙酰辅酶A，从而进入三羧酸循环。

在原核生物和真核生物的大部分缺氧细胞或组织（骨骼肌）中，丙酮酸会转化成乳酸，或者像糖类被酵母分解那样，转化为乙醇和二氧化碳（CO₂）。在有氧环境下工作的组织（典型：心肌细胞）分解三碳的丙酮酸为乙酰辅酶A和二氧化碳，乙酰辅酶A会进一步行三羧酸循环分解为CO₂和氢。氢会与氢载体烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）结合成（NADH和FADH₂）。在线粒体里进行的呼吸链，NADH和FADH的氧化会导致ATP的产生，能量会储存在ATP的高能磷酸键供细胞使用。

糖解作用是唯一一条现代生物都具有的代谢途径，出现时间很早。糖解作用最早可能发生在35亿年前第一个原核生物中。

糖酵解步骤

糖酵解的第一步是葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖。不同细胞类型中所含有的酶也不一样，在所有的细胞中，皆有己糖激酶进行催化，而在肝和胰腺中，则另外含有一种称为葡（萄）糖激酶（己糖激酶IV）的酵素。磷酸化过程消耗一分子ATP，后面的过程证明，这是回报很丰厚的投资。细胞膜对葡萄糖通透，但对磷酸化产物6-磷酸葡萄糖不通透，后者在细胞内积聚并继续反应，将反应平衡向有利于葡萄糖吸收的那一面推移。之后6-磷酸葡萄糖会在磷酸己糖异构酶的催化下生成6-磷酸果糖。（在此果糖也可通过磷酸化进入糖解作用途径）

接着6-磷酸果糖会在磷酸果糖激酶的作用下被一分子ATP磷酸化生成1,6-二磷酸果糖，ATP则变为ADP。这里的能量消耗是值得的，：首先此步反应使得糖解作用不可逆地继续进行下去，另外，两个磷酸基团可以进一步在醛缩酶的参与下分解为磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。磷酸二羟丙酮会在磷酸丙糖异构酶帮助下转化为3-磷酸甘油醛。两分子3-磷酸甘油醛会被NAD⁺和3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）的氧化下生成1,3-二磷酸甘油酸。

下一步反应，1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸。此反应由磷酸甘油酸激酶催化，高能磷酸键由1,3-二磷酸甘油酸转移到ADP上，生成两分子ATP。在此，糖解作用能量盈亏平衡。两分子ATP消耗了又重新生成。ATP的合成需要ADP作原料。如果细胞内ATP多（ADP则会少），反应会在此步暂停，直到有足够的ADP。这种反馈调节很重要，因为ATP就是不被使用，也会很快分解。反馈调节避免生产过量的ATP，节省了能量。磷酸甘油酸变位酶推动3-磷酸甘油酸生成2-磷酸甘油酸，最终成为磷酸烯醇式丙酮酸。磷酸烯醇式丙酮酸是高能化合物。最后，在丙酮酸激酶的作用下磷酸烯醇式丙酮酸生成二分子ATP和丙酮酸。此步反应也受ADP调节。

反应序列

糖解作用反应序列可被分为十个步骤 糖酵解

准备阶段

通常视前五步为准备（或投入）阶段，因为这些步骤消耗能量以将葡萄糖转变为两个丙糖磷酸，即甘油醛-3-磷酸和磷酸二羟丙酮。 糖解作用准备阶段的第一个步骤是将葡萄糖磷酸化，利用存于大部分动植物及微生物细胞内的己糖激酶所催化反应，此反应的标准自由能变化Delta G^{\circ'}=-4.0千卡/莫耳，故这在胞内情况是不可逆的反应，将葡萄糖在6号碳处被ATP磷酸化，产生葡萄糖-6-磷酸。

此步骤中的酵素，与己糖分子结合，本身的构形会发生改变，催化葡萄糖磷酸化，既然被命名为己糖激酶，代表其不仅仅催化右旋-葡萄糖，而也具备催化其他六碳的糖类，像是右旋-果糖以及右旋-甘露糖磷酸化的功能，而这种酶，以不同的同工酶存在于不同的生物体或组织中，在肌肉中，是一种调节性酶，当葡萄糖-6-磷酸和腺苷二磷酸的浓度超出正常值，便可以暂时的抑制己糖激酶，使之形成与利用的反应达到速率平衡。

而肝脏中，存在于一种特殊的己糖激酶名叫葡萄糖激酶，这种酶只对葡萄糖有专一性，并不会与所有己糖发生作用，而且此酶并不受葡萄糖-6-磷酸的抑制作用。它对葡萄糖的米氏常数为5～10毫摩尔/升，比己糖激酶的0.1毫摩尔/升要高很多，根据米氏常数的意义，当葡萄糖浓度很高时它才作用。由于肝脏是糖原的重要生成器官，因此当血糖浓度增高时，肝脏中的葡萄糖激酶就运作，生成了葡萄糖-6-磷酸，肝脏以此合成肝糖原。然而，此酶的合成受到胰岛素的诱导，因此，体内缺乏胰岛素的糖尿病患者的肝脏中此酶的合成速率低，影响肝脏中葡萄糖转变为葡萄糖-6-磷酸的速率，故分解葡萄糖以及合成肝糖原的过程受阻。

糖酵解中的不可逆反应

人体可通过糖异生，即从非糖化合物，如丙酮酸和乳酸等物质重新合成葡萄糖。当肝或肾以丙酮酸为原料进行糖异生时，糖异生中的其中七步反应是糖酵解中的逆反应，它们有相同的酶催化。但是糖酵解中有三步反应，是不可逆反应。在糖异生时必须绕过这三步反应，代价是更多的能量消耗。

这三步反应都是强放能反应，它们分别是：

1葡萄糖经已糖激酶催化生成6磷酸葡萄糖ΔG= -33.5 kJ/mol

2 6磷酸果糖经磷酸果糖激酶催化生成1，6二磷酸果糖ΔG= -22.2 kJ/mol

3磷酸烯醇式丙酮酸经丙酮酸激酶生成丙酮酸ΔG= -16.7 kJ/mol

糖解作用中的调节位点

糖解作用在体内可被精确调节，这样一方面可以满足机体对能量的需要，另一方面又不会造成浪费。同时，当细胞内还进行糖异生的时候，调节就显得非常重要了，因为要避免空循环的发生。

调节是通过改变底物浓度，酶的活性实现的。

磷酸果糖激酶是其中最重要的限速酶，这也是巴斯德效应的关键参与者，它也决定了糖异生的速度，成为调节位点。AMP的浓度越高，酶的活性越高。就是当机体大量消耗了ATP，而相应又产生了很多AMP的时候，酶的活性提高，使得糖酵解按生成ATP的方向快速前进，以提高ATP产量。

NADH的去路

在细胞中，NADH与NAD⁺是处于动态平衡的。在糖酵解过程中生成的NADH必须被进一步氧化，转化为NAD⁺才能够让糖酵解持续进行。另外足够的NAD⁺是3磷酸甘油醛成为1，3二磷酸甘油酸这一步反应重要的前提。在此过程中NAD⁺会被还原为NADH+H⁺，即是氢载体，通过穿梭将氢带到呼吸链。

NAD⁺的再生可通过这三种不同的过程来实现。

1. 乳酸脱氢酶：由丙酮酸形成乳酸，此过程发生在骨骼肌及部分微生物中。
2. 乙醇脱氢酶：经丙酮酸脱羧酶将丙酮酸转变为乙醛，再由乙醛经乙醇脱氢酶催化还原形成乙醇，此过程发生在大多数植物和一些产乙醇的微生物中。人类基因组可以编码乙醇脱氢酶，但是并没有编码丙酮酸脱羧酶的基因，因此无法将丙酮酸转化为乙醇。
3. 线粒体穿梭：经线粒体穿梭途径进入线粒体的呼吸链生成ATP。

能量转化

平衡点

值得一提的是，生成1，6-二磷酸果糖后的大部分反应都是向能量升高的方向进行的，没有酶（磷酸果糖激酶（PFK），磷酸甘油酸激酶（PGK））的催化，是不会自发进行的。而糖酵解的逆过程--糖异生（从甘油等非糖物质生成葡萄糖）则容易进行，此过程用到大部分在糖酵解里面出现过的酶，除了提到的两位“车夫”外，它们只出现在糖酵解中。在糖异生这两步逆反应会放出大量的热，分别为-14及-24 kJ/mol。

无氧环境和有氧环境的能量转化

see also|科里循环 在糖解作用中，每分子葡萄糖提供两分子ATP。真核生物的粒线体能同时从两分子丙酮酸中另外获得36分子ATP。能量转化的多少取决于在细胞质中产生的NADH + H⁺通过粒线体膜的方式。

不论在无氧还是有氧环境中，糖酵解成丙酮酸这一过程都能进行。3-磷酸甘油醛在3－磷酸甘油醛脱氢酶GAPDH的作用下脱氢。脱下的氢离子会将氧化剂（辅酶）NAD⁺还原成NADH + H⁺。NAD⁺会在呼吸链中再生。若在无氧环境，放热的（ΔG^o´ = - 25 kJ/mol）乳糖脱氢酶（LDH）反应会再生NAD⁺：丙酮酸的还原会生成乳糖和再生NAD⁺（酵母则会使用另外两种酶—丙酮酸脱羧酶加乙醇脱氢酶）。下图可阐明此过程：

无氧环境下糖解作用GAPDH-和LDH-反应的相互联系，除了少部分NADH+H⁺会被磷酸甘油脱氢酶（GDH）转化外，大部分会用于再生NAD⁺。

参考文献

 

己糖 图片来自华人百科

己糖激酶（Hexokinase；又称六碳糖激酶）是生物体内的重要酵素，功能是参与D-己糖（例如D-葡萄糖、D-果糖、D-甘露糖）磷酸化产生D-己糖-6-磷酸的过程，这个过程会消耗一个ATP，并使其转变成ADP。

分类

己糖激酶目前已知有4种不同的型态，这些型态差异是来自相同基因的选择性剪接，也就是将基因上的外显子（由内含子隔开的部分）重新组合。

此外在不同类型的细胞中，也有许多功能或结构与己糖激酶相似的酵素，包括己糖激酶I、己糖激酶II、己糖激酶III，以及与前三者差异较大的己糖激酶IV（又称为葡萄糖激酶）。这类酵素称为同工酶 ，它们拥有相同的作用，但是却是由不同的基因所制造。

糖解作用

在糖解作用的第一个步骤中，此酵素会将葡萄糖转变成为葡萄糖-6-磷酸，并消耗一个ATP。在这个过程中，需要Mg²⁺（镁离子）的参与。此外，实际上的反应物并不是ATP，而是ATP与Mg²⁺的复合物，称为MgATP²⁻。

化学成分

激酶

在生物化学里，激酶是一类从高能供体分子（如ATP）转移磷酸基团到特定靶分子（底物）的酶；这一过程谓之磷酸化。 一般而言，磷酸化的目的是“激活”或“能化”底物分子，增大它的能量，以使其可参加随后的自由能负变化的反应。所有的激酶都需要存在一个二价金属离子（如Mg2+或Mn2+），该离子起稳定供体分子高能键的作用，且为磷酸化的发生提供可能性。 最大的激酶族群是蛋白激酶。蛋白激酶作用于特定的蛋白质，并改变其活性。这些激酶在细胞的信号传导及其复杂的生命活动中起到了广泛的作用。其他不同的激酶作用于小分子物质（脂质、糖、氨基酸、核苷等等），或者为了发出信号，或者使它们为代谢中各种生化反应作好准备“激酶”的本意指的是使底物分子“激动”的酶，所以一般指从一个三磷酸核苷转移磷酸基至受体分子的酶，受体分子通过这个磷酸基的转移获得能量而被激活（变得更不稳定），所以很多的激酶需要从NTP转移磷酸基，但正如jensen所举的例子，激酶有时也可以由AMP及焦磷酸转移磷酸基，虽然一般来说，AMP和焦磷酸不能称之为高能化合物，但是“高能”与“低能”是相对的，没有绝对的标准，与磷酸化酶使用无机磷酸作为磷酸基供体相比，AMP与焦磷酸显然也是“高能”的。