糖的无氧氧化过程

糖的无氧氧化的全部反应在胞液中进行，共分为4个阶段。

（一）己糖磷酸酯的生成与转变

1．葡萄糖磷酸化生成6－磷酸葡萄糖 血液中葡萄糖进入细胞后首先发生磷酸化反应。磷酸化葡萄糖不能自由通过细胞膜而逸出细胞，真正被细胞俘获。生成6－磷酸葡萄糖（glucose－6－phosphate，G－6－P）需ATP来提高葡萄糖的反应自由能，这步反应为糖酵解的第1个耗能反应。该反应不可逆，是糖酵解的第1个限速步骤。催化此反应的是己糖激酶（hexokinase），它需要Mg2＋，是糖酵解的第1个关键酶（key enzyme）。哺乳动物体内已发现4种己糖激酶同工酶（Ⅰ～Ⅳ型）。肝细胞中存在的是Ⅳ型，也称为葡萄糖激酶（glucokinase），它有两个特点：一是对葡萄糖的亲和力很低，其Km值为10mmol/L左右，而体细胞己糖激酶的Km值在0．1mmol/L左右；二是对6－磷酸葡萄糖的反馈抑制不敏感。这些特性使葡萄糖激酶对于肝维持血糖稳定至关重要。当饥饿或空腹时，血糖较低，葡萄糖激酶对葡萄糖不敏感，葡萄糖不被肝细胞摄取而被体细胞摄取，因为己糖激酶对葡萄糖敏感；只有当饱食情况下血糖浓度显著升高时，肝细胞的葡萄糖激酶才会加强将葡萄糖转化为6－磷酸葡萄糖，加快对葡萄糖的摄取和利用。因此，肝细胞葡萄糖激酶起到缓冲血糖水平的调节作用。

需要指出的是，如果从糖原进行酵解，从6－磷酸葡萄糖进入糖酵解直接跳过了葡萄糖磷酸化的起始步骤，因此糖原中的1个葡萄糖基进行无氧氧化净产生3个ATP（参看糖原分解）。

2．6－磷酸葡萄糖转变为6－磷酸果糖 这是由磷酸己糖异构酶（phosphohexose isomerase）催化的醛糖与酮糖间的异构反应。6－磷酸葡萄糖转变为6－磷酸果糖（fructose－6－phosphate，F－6－P）是可逆反应。

3．6－磷酸果糖转变为1，6－二磷酸果糖 这是第2个磷酸化反应，需ATP和Mg2＋，由6－磷酸果糖激酶－1（6－phosphofructokinase－1，PFK－1）催化，生成1，6－二磷酸果糖（fructose－1，6－biphosphate，F－1，6－BP）。这步反应为糖酵解的第2个耗能反应，1分子葡萄糖经两次磷酸化反应消耗了2分子ATP，转变为1，6－二磷酸果糖。该反应不可逆，是糖酵解的第2个限速步骤，是糖酵解过程中最重要的调节环节。

（二）磷酸丙糖的互变

1．1，6－二磷酸果糖裂解成2分子磷酸丙糖 此反应是可逆的，由醛缩酶（aldolase）催化，产生2分子丙糖，即磷酸二羟丙酮和3－磷酸甘油醛。

2．磷酸二羟丙酮转变为3－磷酸甘油醛 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（triose phosphate isomerase）催化下可互相转变。只有3－磷酸甘油醛可进一步沿着糖酵解途径向下游继续反应，3－磷酸甘油醛在下一步反应中被消耗后，磷酸二羟丙酮迅速转变为3－磷酸甘油醛，继续进行酵解，相当于1分子1，6－二磷酸果糖产生了2分子3－磷酸甘油醛。

此外，磷酸二羟丙酮还可被还原成α－磷酸甘油，后者是合成脂肪的原料，所以磷酸二羟丙酮是联系葡萄糖代谢和脂肪代谢的重要枢纽物质。

（三）糖酵解产能阶段——生成丙酮酸并产生ATP

从第3阶段开始以后的反应才开始产生能量，磷酸丙糖经两次底物水平磷酸化转变成丙酮酸，总共生成4分子ATP。

1．3－磷酸甘油醛氧化为1，3－二磷酸甘油酸 此反应中3－磷酸甘油醛的醛基氧化成羧基及羧基的磷酸化均由3－磷酸甘油醛脱氢酶（glyceraldehyde 3－phosphate dehydrogenase）催化，以NAD＋为辅酶接受氢和电子，生成还原当量NADH＋H＋。这是个放能反应，释放的自由能在C3上形成高能的磷酸酯键。其磷酸酯键水解时可将能量转移至ADP，生成ATP。

2．1，3－二磷酸甘油酸转变成3－磷酸甘油酸 磷酸甘油酸激酶（phosphoglycerate kinase）催化1，3－二磷酸甘油酸上的磷酸基从羧基转移到ADP，形成ATP和3－磷酸甘油酸，反应需要Mg2＋。这是糖酵解过程中第1次产生ATP的反应，将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP。这种分子内的氧化还原反应，由于底物内部的脱氢或脱水，使分子内部的能量进行重新分布聚集成高能键，高能键水解时可将能量转移至ADP，生成ATP。这种ADP或其他核苷二磷酸的磷酸化作用与底物内部的脱氢或脱水直接相偶联的反应过程称为底物水平磷酸化（substrate－level phosphorylation）。

3．3－磷酸甘油酸重排为2－磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶（phosphoglycerate mutase）催化磷酸基从3－磷酸甘油酸的C3位转移到C2，此反应是可逆的。

4．2－磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶（enolase）催化2－磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）。这个反应是底物内部的脱水，引起分子内部的能量重新分布和聚集，形成了一个高能磷酸键。

5．磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸分子中的高能磷酸烯醇酯键断裂时，所释放自由能用于磷酸基转移给ADP生成ATP和丙酮酸，反应不可逆。这是糖酵解过程中的第2次底物水平磷酸化，由丙酮酸激酶（pyruvate kinase）催化，是糖酵解的第3个限速步骤。反应最初生成烯醇式丙酮酸，烯醇式丙酮酸不稳定，经非酶促反应迅速转变为酮式丙酮酸。

（四）丙酮酸被还原为乳酸

丙酮酸进一步如何代谢，取决于氧的供应。在无氧条件下丙酮酸不再进一步氧化，而是使前述3－磷酸甘油醛脱氢时生成的NADH＋H＋重新氧化成NAD＋。以丙酮酸作为氢的受体，使丙酮酸还原成乳酸。此反应是由乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase，LDH）催化的可逆反应。由于NADH＋H＋重新转变成NAD＋，3－磷酸甘油醛的氧化就能继续进行，乳酸不断生成，糖酵解才能重复进行。图3－2是糖的无氧酵解。

图3－2 糖酵解

糖无氧氧化时每分子磷酸丙糖进行2次底物水平磷酸化，可生成2分子ATP，因此1分子葡萄糖可生成4分子ATP，扣除在葡萄糖和6－磷酸果糖磷酸化时消耗的2分子ATP，最终1分子葡萄糖无氧氧化净得2分子ATP。