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糖酵解

糖酵解：细胞的应急发电机

糖酵解是最古老的能量管线，也是绝大多数细胞缺氧时的救命方式。按“准备阶段—放能阶段—产物去路—调控逻辑”串联笔记，让原本零散的反应顺成一条故事线。

提示块约定

  • !!! info：补充背景或上游、下游关系。
  • !!! tip：实验或临床的实用提醒。
  • !!! warning：高频易错点。

此处可插入糖酵解总览图

反应阶段速览

阶段 主要反应 能量投入/产出 关键点
准备阶段 葡萄糖 → F-1,6-BP 消耗 2 ATP 把糖“困”在胞内并对称性劈开
裂解阶段 F-1,6-BP → 2 G3P 能量变化小 生成二羟丙酮磷酸与甘油醛-3-磷酸的平衡
放能阶段 G3P → PEP → 丙酮酸 产生 4 ATP + 2 NADH 两个底物水平磷酸化 + 一个高能烯醇式中间体

总体上，每分子葡萄糖净赚 2 ATP + 2 NADH + 2 丙酮酸。

准备阶段：把能量锁定

  1. 己糖激酶：D-葡萄糖 + ATP → G6P + ADP。
  2. Ⅰ–Ⅲ型广泛存在，受 ATP、G6P、脂肪酸抑制。
  3. Ⅳ型（葡萄糖激酶）在肝细胞核内与调节蛋白结合，血糖升高才转入胞质快速磷酸化葡萄糖。
  4. 磷酸葡萄糖异构酶：G6P ↔ F6P，绝对专一，2-脱氧葡糖是经典抑制剂。
  5. 磷酸果糖激酶-1（PFK-1）：F6P + ATP → F-1,6-BP + ADP，是全途径的限速步骤。
  6. 醛缩酶：F-1,6-BP ↔ DHAP + G3P，平衡偏向 DHAP。
  7. 丙糖磷酸异构酶：DHAP ↔ G3P，扩散速度决定实际速率。

限速酶判断

糖酵解的限速是 PFK-1，不是己糖激酶。后者的产物 G6P 是多条代谢途径的交叉点，不能承担系统限速。

放能阶段：两次底物水平磷酸化

  1. 甘油醛-3-磷酸脱氢酶：G3P + NAD⁺ + Pi ↔ 1,3-BPG + NADH + H⁺。
  2. 每个亚基独立催化，四级结构存在负协同性。
  3. 砷酸可替代 Pi，生成 1-砷酸甘油酸后立即水解，类似解偶联剂。
  4. 碘乙酸、重金属通过“锁”住巯基抑制该酶。
  5. 磷酸甘油酸激酶：1,3-BPG + ADP ↔ 3-PG + ATP（第一步底物水平磷酸化）。
  6. 磷酸甘油酸变位酶：3-PG ↔ 2-PG，中间需暂时生成 2,3-BPG。
  7. 烯醇化酶：2-PG ↔ PEP，氟化物与 Mg²⁺、Pi 形成复合物抑制该酶，是古生物学常用的保存剂。
  8. 丙酮酸激酶：PEP + ADP → 丙酮酸 + ATP（第二次底物水平磷酸化）。

氟化物防腐

牙科防龋、血糖样本保存都利用氟化物抑制烯醇化酶，让细菌或血细胞无法继续消耗葡萄糖。

三大调控节点

  • PFK-1：受 ATP、柠檬酸、H⁺ 抑制；受 AMP、ADP、F6P 激活。AMP 变化幅度小却灵敏，得益于腺苷酸激酶把 2 ADP ↔ ATP + AMP。
  • 己糖激酶/葡萄糖激酶：前者被 G6P 反馈抑制；后者需胰岛素信号促其离开细胞核，清除餐后血糖。
  • 丙酮酸激酶：ATP、丙氨酸、乙酰-CoA、脂肪酸抑制；PEP、F-1,6-BP 激活。后者体现“前馈激活”，确保上游积压时下游加速。

Mg²⁺ 依赖酶

糖酵解中多处磷酸转移需要 Mg²⁺ 协助稳定 ATP：己糖激酶、PFK-1、丙酮酸激酶、磷酸甘油酸激酶、烯醇化酶都是 Mg²⁺ 依赖酶。

果糖-2,6-二磷酸的“加速踏板”

  • PFK-2/果糖二磷酸酶-2 是一个双功能酶：其激酶活性生成 F-2,6-BP，磷酸酶活性降解 F-2,6-BP。
  • F-2,6-BP 是 PFK-1 的强力变构激活剂，同时抑制糖异生中的果糖-1,6-二磷酸酶，实现双向协同控制。
  • 激素调节：胰高血糖素通过 cAMP/PKA 磷酸化双功能酶，抑制激酶、启动磷酸酶，使肝糖酵解减速；胰岛素反之去磷酸化。

丙酮酸的多重去路

内容选项卡：

  • 丙酮酸 + NADH + H⁺ → 乳酸 + NAD⁺；
  • 乳酸脱氢酶有 H、M 两种亚基，H₄（LDH1）适合高氧环境，M₄（LDH5）适合缺氧组织；
  • 临床上 LDH1>LDH2 预示心肌损伤。
  • 植物与酵母：丙酮酸脱羧酶（需 TPP、Mg²⁺）先生成乙醛 + CO₂，再由乙醇脱氢酶（需 Zn²⁺）还原为乙醇，重建 NAD⁺；
  • 25% 亚洲人 ALDH2 活性低，喝酒脸红就是乙醛处理不过来。
  • 有氧条件下，丙酮酸经丙酮酸脱氢酶复合体进入三羧酸循环；
  • 该复合体同样对 NADH/NAD⁺、ATP/ADP 状态敏感，与糖酵解形成整体调控。

其他六碳糖的接入点

  • 果糖：
  • 肌肉中借己糖激酶直接磷酸化为 F6P；
  • 肝脏使用果糖激酶生成 F-1-P，再由醛缩酶 B 分解为 DHAP + 甘油醛，后者可经甘油醛激酶或酒精脱氢酶路线进入 G3P。摄入果糖过多会让 F-1-P 积累、ATP 下降，出现乳酸堆积与低血糖。
  • 半乳糖：经典 Leloir 通路：半乳糖 → Gal-1-P（耗 ATP）→ UDP-Gal → UDP-Glc → G1P → G6P。关键酶缺陷对应半乳糖血症，常伴白内障（半乳糖醇堆积）。
  • 甘露糖：己糖激酶生成 Man-6-P，再由磷酸甘露糖异构酶变成 F6P。
  • 古菌变体：酶的底物特异性不同，ATP 产量可能降低甚至为零，是代谢多样性的体现。

果糖不耐症

醛缩酶 B 缺陷会让 F-1-P 积累，抑制糖原磷酸化酶和糖原分解，患者摄入果糖后出现严重低血糖和肝损伤。

GLUT 运输的分区

  • GLUT1/3：Km 小，维持基础葡萄糖摄取（红细胞、脑）。
  • GLUT2：Km 大，肝细胞与胰岛 B 细胞专属，血糖高才加速入胞，是感知器。
  • GLUT4：肌细胞与脂肪细胞表达，受胰岛素快速调控；运动也可独立激活转运。

学习顺序

复习糖酵解时可以按“运输 → 准备 → 放能 → 去路 → 调控”作思维导图，再把各个抑制剂、激活剂归类成能量状态（ATP/AMP）、底物（F6P、F-1,6-BP）、激素（胰岛素/胰高血糖素）三组，更容易记住整套调节逻辑。

这样整理之后，糖酵解不再是一串孤立方程，而是一条随能量状态精细调节的“应急发电机”。后续学习糖异生、糖原代谢、乳酸循环时，可以直接把这些节点当作锚点回忆。