生物化學原理/糖酵解

糖酵解是葡萄糖分解代謝的第一步。糖酵解分為兩類：有氧（在氧氣存在下發生的化學反應）和無氧（不需要氧氣的化學反應）。無氧糖酵解的一個例子是發酵。葡萄糖是反應物；而ATP和NADH是糖酵解反應的產物。有氧糖酵解反應有三個階段：1）丙酮酸脫羧 2）檸檬酸迴圈（也稱為克雷布斯迴圈） 3）電子傳遞鏈。

糖酵解包含總共 10 個化學反應，從葡萄糖分解成丙酮酸和NADH 開始，發生在細胞質中。

步驟 1：葡萄糖磷酸化

此反應在細胞內條件下不可逆，屬於轉移酶類

由己糖激酶催化 - 可溶性和胞質蛋白（肝臟中的葡萄糖激酶）

需要 ATP 和 Mg2+ 作為底物，生成 ADP

ΔG′°= -16.7 kJ/mol

步驟 2：將葡萄糖 6-磷酸轉化為果糖 6-磷酸

此反應可逆，屬於異構酶類

由磷酸己糖異構酶催化

需要 Mg2+ 作為底物

ΔG′°= 1.7 kJ/mol

步驟 3：將果糖 6-磷酸磷酸化為果糖 1,6-二磷酸

不可逆反應，屬於轉移酶類

由磷酸果糖激酶-1 催化，該酶是高度調節的別構酶

需要 ATP 和 Mg2+ 作為底物，生成 ADP

ΔG′°= -14.2 kJ/mol

步驟 4：裂解果糖 1,6-二磷酸

可逆反應，屬於裂解酶類

由醛縮酶催化

產生 2 種不同的三碳磷酸酯：G3P（醛糖）和 DHAP（酮糖）

ΔG′°= 23.8 kJ/mol

步驟 5：三碳磷酸酯的相互轉化

可逆反應，屬於異構酶類

由磷酸三糖異構酶催化

ΔG′°= 7.5 kJ/mol

步驟 6：將甘油醛 3-磷酸氧化為 1,3-二磷酸甘油酸

可逆反應，屬於氧化還原酶類

由甘油醛 3-磷酸脫氫酶催化

需要 NAD+，生成 NADH

ΔG′°= 6.3 kJ/mol

步驟 7：將 1,3-二磷酸甘油酸的磷醯基轉移到 ADP 上

可逆反應，屬於轉移酶類

由磷酸甘油酸激酶催化

需要 ADP 和 Mg2+，生成 ATP

ΔG′°= -18.5 kJ/mol

步驟 8：將 3-磷酸甘油酸轉化為 2-磷酸甘油酸

可逆反應，屬於異構酶類

由磷酸甘油酸變位酶催化

需要 Mg2+

ΔG′°= 4.4 kJ/mol

步驟 9：將 2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇丙酮酸

可逆反應，屬於裂解酶類

由烯醇化酶催化

ΔG′°= 7.5 kJ/mol

步驟 10：將磷酸烯醇丙酮酸的磷醯基轉移到 ADP 上

不可逆反應，屬於轉移酶類

由丙酮酸激酶催化

需要 ADP、Mg2+、K+，生成 ATP

ΔG′°= -31.4 kJ/mol

產物丙酮酸首先以烯醇形式出現，然後互變異構化為酮形式。

糖酵解的淨反應是

葡萄糖+2ADP+2P₁+2NAD+ --> 2 丙酮酸 + 2ATP+2NADH+2H⁺+2H₂O

圖 1 簡要說明了糖酵解中的步驟參考資料：en.wikipedia，原作者 - Tekks。

發酵發酵中的糖酵解在無氧條件下進行，因此，必須再生 NAD⁺。為了獲得 NAD⁺，丙酮酸被還原為乙醇或乳酸。在發酵過程中，每摩爾葡萄糖只產生 2 個 ATP；因此，效率並不高。發酵有兩種型別：1）酒精發酵，發生在酵母菌和一些細菌中，2）乳酸發酵，發生在一些真菌和細菌以及肌肉細胞中。