糖酵解

糖酵解是一分子葡萄糖转化为两分子丙酮酸、两个氢离子和两分子水的过程。这导致 ATP 和 NADH 的“高能”中间分子的合成。然后丙酮酸分子进行连接反应，产生乙酰辅酶A，然后乙酰辅酶A进入TCA循环。

在本文中，我们将了解糖酵解的步骤及其调节，并考虑与糖酵解相关的一些临床状况。

概述

糖酵解是将葡萄糖代谢为两个丙酮酸分子，净产生 两分子 ATP 和两分子 NADH。

它在通路的入口处和不可逆步骤（1、3 和 10）处受到调节。这将在下面更详细地讨论。

糖酵解是一种无氧反应，在低氧条件下它是细胞 ATP 的唯一来源。您可以在这里阅读有关无氧呼吸的更多信息。

切入点

底物可以通过三种不同的方式进入糖酵解途径，这三种方式被称为“入口点”。这些都是：

1. 膳食 葡萄糖——葡萄糖从胃肠道直接吸收到血液中并进入途径。
2. 糖原分解——葡萄糖从肝脏储存的糖原中释放出来并进入该途径。
3. 其他 单糖- 半乳糖和果糖通过常见中间体在不同水平进入糖酵解途径。

骨骼肌中的糖原不能完全分解成葡萄糖。这意味着它不能离开细胞，因此只能进入其储存的各个骨骼肌细胞内的糖酵解。

转运至细胞内

为了让循环葡萄糖被细胞利用，它需要从细胞外空间（血液）进入细胞内空间。各种转运蛋白 ( GLUT 1-4 ) 将葡萄糖转运到细胞中。根据细胞中糖酵解的目的，它们具有不同的动力学和调节方法。

注意：有关 Km 一词的解释，请参阅我们关于酶动力学的文章。

糖酵解的阶段

糖酵解可以被认为是一个由两部分组成的过程。首先，能量被消耗以产生高能中间体，然后在第二阶段继续释放能量。

• 能量投入阶段——需要两个ATP分子来产生高能中间体。
• 能量支付阶段——中间体被代谢，产生四个 ATP 分子和两个 NADH 分子。

能源投资阶段

反应1

改编自 Thomas Shafee 的作品（自己的作品）[CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]，来自 Wikimedia Commons

图 1 – 糖酵解反应 1

葡萄糖被己糖激酶磷酸化形成葡萄糖-6-磷酸（G6P）。负电荷有效地将 G6P 捕获在细胞中，因为它无法穿过细胞膜。

该反应消耗一个 ATP 分子，因此是自发且不可逆的。它受到产物抑制的调节；较高浓度的 G6P 会抑制己糖激酶并减慢反应速度。

在肝脏中，葡萄糖激酶也催化这种反应。它具有比己糖激酶更高的 Km，因此在更高浓度的血清葡萄糖下发挥作用。

半乳糖 可以在此通过半乳糖-1-磷酸和葡萄糖-1-磷酸转化为 G6P 进入糖酵解。

反应2

在反应二中，G6P被葡萄糖异构酶转化为果糖6-磷酸。

这为果糖进入糖酵解提供了一个切入点。

反应3

改编自 Thomas Shafee 的作品（自己的作品）[CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]，来自 Wikimedia Commons

图 2 – 糖酵解反应 3

6-磷酸果糖被磷酸果糖激酶磷酸化为1,6-二磷酸果糖。这会产生一个不稳定的分子，该分子会自发分裂形成两个 3 碳分子并消耗第二个 ATP 分子。

这是糖酵解的关键调节步骤。它被 ATP变构抑制并被 AMP 激活。此外，磷酸果糖激酶被胰高血糖素抑制，而胰岛素则激活该酶。这确保了当血糖高且循环胰岛素高时，糖酵解的速度会增加。

这也是糖酵解的承诺步骤。一旦果糖 1,6-二磷酸形成，糖酵解就必须发生，因为该分子不能进入其他代谢途径。

反应4

到反应4时，投资阶段的能量消耗完成，两个ATP分子已被消耗。

在此，1,6-二磷酸果糖被果糖二磷酸醛缩酶转化为两种丙糖。这些三糖是甘油醛-3-磷酸 (GA3P) 和二羟基丙酮磷酸 (DHAP)。

反应5

在这里，DHAP 被转化为 GA3P 的第二个分子。

然后 GA3P 的两个分子都进入糖酵解的第二阶段，即支付阶段。

能量支付阶段

在支付阶段，每进入该途径的 GA3P 分子就会产生一个 NADH 分子和两个 ATP 分子。由于我们的第一个葡萄糖分子已经生成了两个 GA3P 分子，因此支付阶段的总支付额为 2 NADH + 4 ATP。

由于我们在投资 阶段使用了 2 个 ATP  ，因此我们第一个葡萄糖分子的净收益是2 个 NADH 和 2 个 ATP。

反应6

在反应6中，GA3P被甘油醛磷酸脱氢酶转化为1,3-二磷酸甘油酸酯(1,3-BPG)。

这会产生NADH分子，由 NAD+ 还原形成。

反应7

在此，1,3-BPG 通过磷酸甘油酸激酶转化为 3-磷酸甘油酸 (3PG)。

这会生成ATP分子。

反应8

3PG 通过磷酸甘油酸变位酶转化为 2PG。

反应9

2PG被烯醇酶转化为磷酸烯醇丙酮酸。

反应10

改编自 Thomas Shafee 的作品（自己的作品）[CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)]，来自 Wikimedia Commons

图 3 – 糖酵解反应 10

磷酸烯醇丙酮酸通过丙酮酸激酶转化为丙酮酸，从而产生第二个ATP分子。这是不可逆转的，因此是另一个关键的监管步骤。

关键点

上面列出了糖酵解的所有步骤。您不太可能需要记住所有这些，但请务必注意以下几点：

1. 最终效果是产生2 个 ATP和2 个 NADH 。
2. 反应 1、3 和 10 是单向的，因此是关键的监管步骤。
3. 分子能够通过产生的中间体进入糖酵解途径的中途。

丙酮酸的命运

丙酮酸是一种多功能分子，可进入多种途径。糖酵解后，它可以转化为乙酰辅酶A，乙酰辅酶A有许多代谢目的地，包括TCA循环。它还可以转化为乳酸，在缺乏线粒体或氧气的情况下进入科里循环。

其他重要的通路相互作用

DHAP是糖酵解的中间体，可在肝脏和脂肪组织中转化为磷酸甘油。这可以进入生物合成途径，例如甘油三酯和磷脂生物合成，也可以回收 NADH。

1,3-BPG 还可在红细胞中转化为 2,3-BPG，以改变血红蛋白对 O ₂的亲和力。