糖无氧分解:机体缺氧下糖酵解生成乳酸

糖无氧分解又称糖酵解（glycolysis），是指机体在缺氧的情况下，葡萄糖或糖原分解生成乳酸的过程。整个代谢过程分为两个阶段进行：第一阶段是葡萄糖（糖原）分解成丙酮酸的过程，称之为酵解途径（glycolytic pathway）；第二阶段是丙酮酸还原成乳酸的过程。糖酵解的全部反应在细胞液中进行，尤以红细胞及肌组织糖酵解代谢活跃。

（一）糖酵解反应过程

1.第一阶段：葡萄糖分解生成丙酮酸

（1）葡萄糖磷酸化成6-磷酸葡萄糖：在细胞液中葡萄糖首先进行磷酸化反应，这一步反应既能活化葡萄糖，使之进一步代谢，又能阻止其逸出细胞。催化此反应的酶是己糖激酶，ATP提供能量和磷酸基团，产物是6-磷酸葡萄糖。反应式如下：

己糖激酶催化的反应是消耗能量的不可逆反应，需Mg2+参与。己糖激酶是糖酵解的关键酶之一。哺乳类动物体内已发现有4种己糖激酶同工酶，分别称为Ⅰ～Ⅳ型。肝细胞中存在的是Ⅳ型，称为葡萄糖激酶，它对葡萄糖专一性较强，但亲和力很低。所谓关键酶是指在代谢途径中，催化不可逆反应步骤、起着控制代谢通路的阀门作用的酶，其活性受到变构剂和激素的调节。

糖原进行糖酵解时，非还原端的葡萄糖单位先磷酸化成1-磷酸葡萄糖，再转变为6-磷酸葡萄糖，无需消耗ATP。

（2）6-磷酸葡萄糖异构为6-磷酸果糖：由磷酸己糖异构酶催化，发生醛糖与酮糖之间的异构，反应能可逆进行。反应式如下：

（3）6-磷酸果糖磷酸化成1，6-二磷酸果糖：由磷酸果糖激酶催化，需ATP和Mg2+参与，是不可逆反应过程。磷酸果糖激酶是糖酵解途径最主要的关键酶，其活性较低，能直接影响糖酵解的速度和方向。反应式如下：

（4）磷酸丙糖的生成：1，6-二磷酸果糖在醛缩酶的催化下，裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，二者受磷酸丙糖异构酶作用可相互转变。由于3-磷酸甘油醛能继续代谢，使得磷酸二羟丙酮迅速转变为3-磷酸甘油醛，故可以看成一分子葡萄糖转变成2分子3-磷酸甘油醛。反应式如下：

（5）3-磷酸甘油醛氧化成1，3-二磷酸甘油酸：在3-磷酸甘油醛脱氢酶催化下，3-磷酸甘油醛脱氢氧化，并生成含有一个高能磷酸键的化合物1，3-二磷酸甘油酸（1，3-bisphosphoglycerate，1，3-BPG）。这是糖酵解唯一的氧化脱氢步骤。反应式如下：

（6）1，3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸：高能磷酸化合物1，3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶的催化下进行底物水平磷酸化，把高能磷酸键转移至ADP，生成ATP及产物3-磷酸甘油酸。反应式如下：(www.xing528.com)

（7）3-磷酸甘油酸变位为2-磷酸甘油酸：受磷酸甘油酸变位酶催化，3位磷酸基转移到2位碳原子上，生成2-磷酸甘油酸，反应能可逆进行。

（8）2-磷酸甘油酸转变成磷酸烯醇式丙酮酸：烯醇化酶作用使2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸。此反应可引起分子内部电子重排及能量重新分布，形成一个高能磷酸化合物。反应式如下：

（9）丙酮酸的生成：磷酸烯醇式丙酮酸在关键酶丙酮酸激酶的催化下，需要K+和Mg2+参与，把高能磷酸键转移至ADP，生成ATP，同时转变成不稳定的烯醇式丙酮酸，进而生成稳定的酮式丙酮酸。整个反应不可逆，是糖酵解第二次底物水平磷酸化产生ATP的步骤。反应式如下：

2.第二阶段：丙酮酸还原生成乳酸 机体缺氧时，丙酮酸受到乳酸脱氢酶催化，由辅酶NADH+H+作为供氢体，还原生成乳酸，NADH+H+来自于糖酵解中的3-磷酸甘油醛氧化脱氢反应。反应式如下：

糖酵解从葡萄糖开始，历经多步酶促反应，其中己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶所催化的反应不可逆，是酵解途径中的关键酶。糖酵解的终产物是2分子乳酸和净生成2分子ATP。如从糖原开始酵解，能净生成3分子ATP。糖酵解整个反应归纳如图16-1所示。

图16-1　糖酵解代谢途径

（二）糖酵解的生理意义

1.迅速为机体提供急需能量　糖酵解最主要的生理意义在于迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。肌内ATP含量很低，仅5～7μmol/g新鲜组织，只要肌收缩几秒钟即可耗尽。这时即使氧不缺乏，但因葡萄糖进行有氧氧化的反应过程比糖酵解长，来不及满足需要，而通过糖酵解则可迅速得到ATP。当机体缺氧或剧烈运动肌局部血流不足时，能量主要通过糖酵解获得。

糖酵解时，每分子磷酸丙糖有两次底物水平磷酸化，可生成2分子ATP。因此1mol葡萄糖可生成4molATP，减去葡萄糖及6-磷酸果糖磷酸化时消耗的2molATP，葡萄糖酵解可净得2molATP。

2.某些组织生理情况下的供能途径 成熟红细胞没有线粒体，不能进行糖的有氧氧化，完全依赖糖酵解供应能量。视网膜、睾丸、肾髓质及皮肤也主要靠糖酵解供能。代谢活跃的神经细胞、白细胞、骨髓等部分靠糖酵解供能。