第四节 糖的无氧酵解

　　当机体处于相对缺氧情况(如剧烈运动)时，葡萄糖或糖原分解生成乳酸，并产生能量的过程称之为糖的无氧酵解。这个代谢过程常见于运动时的骨骼肌，因与酵母的生醇发酵非常相似，故又称为糖酵解。

　　参与糖酵解反应的一系列酶存在在细胞质中，因此糖酵解的全部反应过程均在细胞质中进行。根据反应特点，可将整个过程分为四个阶段：

　　(一) 己糖磷酸化：

　　葡萄糖或糖原磷酸化为6-磷酸葡萄糖(glucose-6-phosphate,G-6-P)

　　(1)催化葡萄糖生成G-6-P的是己糖激酶(hexokinase，HK), ATP提供磷酸基团，Mg2+作为激活剂。这个反应的ΔG"0 =-16.7KJ/mol,基本是一个不可逆的反应。己糖激酶是糖酵解过程关键酶之一。

　　己糖激酶广泛存在各组织中，Km为0.1mmol/L，对葡萄糖的亲和力高。哺乳动物中已发现了四种己糖激酶的同工酶Ⅰ-Ⅳ型。Ⅳ型酶只存在于肝脏，对葡萄糖有高度专一性，又称葡萄糖激酶(glucokinase，GK)，GK对葡萄糖的Km为10mmol/L，对葡萄糖的亲和力低，这种特性的存在，使GK催化的酶促反应只有在饮食后大量消化吸收的葡萄糖进入肝脏后才加强，生成糖原储存于肝中，在维持血糖浓度恒定的过程中发挥了重要作用。

　　(2)从糖原开始的分解途径，是糖原在磷酸化酶的作用下成为1-磷酸葡萄糖(G-1-P)，再变位成为G-6-P。

　　(3)G-6-P是一个重要的中间代谢产物，是许多糖代谢途径(无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途径、糖原合成、糖原分解)的连接点。

　　(4)葡萄糖进入细胞后进行了一系列的磷酸化,其目的在于：磷酸化后的化合物极性增高，不能自由进出细胞膜，因而葡萄糖磷酸化后不易逸出胞外，反应限制在细胞质中进行;同时从ATP中释放出的能量储存到了6-磷酸葡萄糖中;另外结合了磷酸基团的化合物不仅能减低酶促反应的活化能，同时能提高酶促反应的特异性。

　　G-6-P生成6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate,F-6-P)

　　此反应在磷酸己糖异构酶催化下进行，是一个醛-酮异构变化。

　　3. 6-磷酸果糖生成1，6-二磷酸果糖(Fructose l，6 bisphosphate，F-1，6-BP)

　　催化此反应的酶是6-磷酸果糖激酶1(6-phosphofructokinase1，PFK 1)，这是糖酵解途径的第二次磷酸化反应，需要ATP与Mg2+参与，ΔG"0 =-14.2KJ/mol,反应不可逆。

　　6-磷酸果糖激酶1是糖酵解过程的主要限速酶,是糖酵解过程中的主要调节点。

　　至此，糖酵解完成了代谢的第一个阶段，这一阶段的主要特点是葡萄糖的磷酸化，并伴随着能量的消耗，糖酵解若从葡萄糖开始磷酸解，则每生成1分子F-1，6-BP消耗了2分子ATP;若从糖原开始磷酸解，则每生成1分子F-1，6-BP消耗1分子ATP。在这一阶段中有二个不可逆反应，从葡萄糖开始由二个关键酶己糖激酶和6-磷酸果糖激酶1催化;从糖原开始由二个关键酶磷酸化酶和6-磷酸果糖激酶1催化，它们是糖酵解过程的调节点。

　　(二)1分子磷酸己糖裂解为2分子磷酸丙糖

　　F-1，6-BP裂解为2分子磷酸丙糖，此反应由醛缩酶催化，反应可逆。3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，两者互为异构体，在磷酸丙糖异构酶催化下可互相转变，当3-磷酸甘油醛在继续进行反应时，磷酸二羟丙酮可不断转变为3-磷酸甘油醛，这样1分子F-1，6-BP生成2分子3-磷酸甘油醛。

　　(三)2分子磷酸丙糖氧化为2分子丙酮酸

　　1.3-磷酸甘油醛脱氢氧化成为1，3-二磷酸甘油酸

　　此反应由3磷酸甘油醛脱氢酶催化脱氢、加磷酸，其辅酶为NAD+，反应脱下的氢交给NAD+成为NADH+H+;反应时释放的能量储存在所生成的1，3-二磷酸甘油酸1位的羧酸与磷酸的构成的混合酸酐内，此高能磷酸基团可将能量转移给ADP形成ATP。

　　2.1，3-二磷酸甘油酸转变3-磷酸甘油酸

　　此反应由3-磷酸甘油酸激酶催化，产生1分子ATP,这是无氧酵解过程中第一次生成ATP。由于是1分子葡萄糖产生2分子1，3-二磷酸甘油酸，所以在这一过程中，1分子葡萄糖可产生2分子ATP。ATP的产生方式是底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)，能量是由底物中的高能磷酸基团直接转移给ADP形成ATP。

　　3.3-磷酸甘油酸转变成2-磷酸甘油酸

　　此反应由磷酸甘油酸变位酶催化，磷酸基团由3-位转至2-位。

　　4.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)

　　此脱水反应由烯醇化酶所催化，Mg2+作为激活剂。反应过程中，分子内部能量重新分配，形成含有高能磷酸基团的磷酸烯醇式丙酮酸。

　　5.磷酸烯醇式丙酮酸转变丙酮酸

　　此反应由丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK) 催化，Mg2+作为激活剂,产生1分子ATP,ΔG'0=-61.9KJ/mol,在生理条件下，此反应不可逆。丙酮酸激酶也是无氧酵解过程中的关键酶及调节点。

　　这是无氧酵解过程第二次生成ATP，产生方式也是底物水平磷酸化。由于是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，所以在这一过程中，1分子葡萄糖可产生2分子ATP。

　　反应的第二阶段的特点是能量的产生。无氧酵解过程的能量产生主要在3-磷酸甘油醛脱氢成为1，3-二磷酸甘油酸及磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸过程中，共产生4分子ATP，产生方式都是底物水平磷酸化。这一阶段中丙酮酸激酶是糖酵解过程的另一个关键酶和调节点。