深入了解糖酵解过程：基础生物学知识普及

深入了解糖酵解过程：基础生物学知识普及

糖酵解是生物体在缺氧条件下分解葡萄糖产生能量的重要代谢途径。本文将详细介绍糖酵解的过程、特点及其在生理和病理条件下的意义，帮助读者深入了解这一基础生物学知识。

糖酵解概述

糖类最主要的生理功能是为机体提供生命活动所需要的能量。糖分解代谢是生物体取得能量的主要方式。生物体中糖的氧化分解主要有3条途径：糖的无氧氧化、糖的有氧氧化和磷酸戊糖途径。其中，糖的无氧氧化又称糖酵解（glycolysis）。葡萄糖或糖原在无氧或缺氧条件下，分解为乳酸同时产生少量ATP的过程，由于此过程与酵母菌使糖生醇发酵的过程基本相似，故称为糖酵解。

细胞质中存在一系列催化糖酵解反应的酶，因此所有糖酵解反应都发生在细胞质中。糖酵解是所有生物体分解代谢葡萄糖所必须经历的一个常见阶段。

反应过程

糖酵解是将葡萄糖分解成丙酮酸的过程。整个过程共有10个酶催化反应：

1. 葡萄糖磷酸化：糖酵解的第一步是葡萄糖的C6在己糖激酶的催化下磷酸化形成葡萄糖6-磷酸。该激酶需要Mg2+ 离子作为辅助因子并消耗ATP 分子。该反应是不可逆的。
2. 葡萄糖6-磷酸异构化为果糖6-磷酸：这是醛糖-酮糖异构化反应。该反应由磷酸己糖异构酶催化，需要Mg2+ 离子参与，反应是可逆的。
3. 果糖6-磷酸磷酸化生成果糖1,6-二磷酸：该反应由磷酸果糖激酶催化，将果糖6-磷酸磷酸化，生成果糖1,6-二磷酸，消耗第二个ATP 分子。
4. 果糖1,6-二磷酸裂解：在醛缩酶的作用下，果糖1,6-二磷酸C3和C4之间的键断裂，生成一分子甘油醛3-磷酸和一分子二羟基磷酸丙酮。
5. 3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮的相互转化：3-磷酸甘油醛是下一步糖酵解的底物，因此磷酸二羟丙酮需要在磷酸丙糖异构酶的催化下转化为3-磷酸甘油醛，以便进一步发酵。
6. 3-磷酸甘油醛的氧化：在NAD+和H3PO4存在下，3-磷酸甘油醛被3-磷酸甘油醛脱氢酶催化生成1,3-二磷酸甘油酸。这是糖酵解中唯一的氧化反应。
7. 1,3-二磷酸甘油酸转化为3-磷酸甘油酸：在磷酸甘油酸激酶的作用下，1,3-二磷酸甘油酸的高能磷酰基转移至ADP，形成ATP和3-磷酸甘油酸。
8. 3-磷酸甘油酸转化为2-磷酸甘油酸：在磷酸甘油酸变位酶的催化下，甘油酸-3-磷酸分子中C3的磷酸基转移至C2，形成甘油酸-2-磷酸，需要Mg2+离子的参与。
9. 2-磷酸甘油酸转化为磷酸烯醇丙酮酸：在烯醇酶的催化下，2-磷酸甘油酸脱水，分子内能重新分配，生成磷酸烯醇丙酮酸，形成烯醇磷酸键。这是糖酵解途径中的第二种高能磷酸盐化合物。
10. 丙酮酸的生成：由丙酮酸激酶催化，磷酸烯醇式丙酮酸分子的高能磷酸基团转移至ADP，生成ATP。这是糖酵解途径的第二个底物水平磷酸化反应，需要Mg2+和K+的参与。反应是不可逆的。

反应特点

1. 糖酵解反应整个过程不涉及氧气。
2. 糖酵解反应释放的能量较少。糖通过糖酵解代谢，只能发生不完全氧化。
3. 糖酵解反应全过程共有三种限速酶。整个糖酵解反应的不可逆反应分为三个步骤。这三步反应由三种限速酶催化：己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1 和丙酮酸激酶。

临床意义

1. 糖酵解是机体在生理上相对缺氧时获取能量的主要方式。当机体进行剧烈运动或长时间运动时，能量需求增加，糖酵解加速。即使加快呼吸和循环以增加氧气的供应，仍然不能满足需要。此时，肌肉处于相对缺氧的状态，必须利用糖酵解提供急需的能量。
2. 糖酵解是某些组织在有氧条件下获取能量的有效途径。糖酵解是成熟红细胞获取能量的唯一途径，也是神经、白细胞、骨髓等组织细胞在有氧条件下获取部分能量的有效途径。
3. 在病理情况下，如呼吸或循环功能障碍、严重贫血、大量失血等，当机体缺氧时，糖酵解可能加速甚至过度，因乳酸生成过多而导致乳酸性酸中毒。

本文原文来自腾讯健康