葡萄醣解

**葡萄醣解**（粵讀：pou⁴ tou⁴ tong⁴ gaai²，），又叫**醣解、醣解作用**、**醣酵解**等，係所有生物細胞醣代謝過程嘅第一步。喺呢個過程，一粒葡萄醣分子，經過十步酵素反應，轉變成兩粒丙酮酸分子。依個分子，嚴格嚟講，應該係丙酮酸鹽，即係丙酮酸嘅陰離子形式。葡萄醣解形式，最著名同研究得最徹底嘅，係雙磷酸六碳醣降解途徑（Embden-Meyerhof途徑）。另一途徑係脫氧酮醣酸途徑（Entner-Doudoroff途徑），葡萄醣解可以用嚟概括所有呢啲途徑，但響呢度係當做雙磷酸六碳醣降解途徑嘅同義詞。

## 名
葡萄醣解，來自學名glycolysis，glyco- 卽葡萄醣，-lysis卽解。係分解葡萄醣等能量嘅過程。

## 葡萄醣解嘅總反應式

:C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 H3PO4 → 2 NADH + 2 C<sub>3</sub>H<sub>4</sub>O<sub>3</sub> + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+

## 葡萄醣解嘅場所
葡萄醣解，見於細胞嘅細胞質。早先淨係知道冇氧環境，醣喺可以降解成乳酸，但係現時終於知道，無論有氧定係冇氧環境，醣經過同樣嘅過程，會分解成丙酮酸。唔同嘅係喺有氧條件，攞走丙酮酸一粒二氧化碳分子，剩低二碳片段，形成乙酸鹽，之後輔酶A，卽一種喺微生素B度衍生出嚟嘅含硫化合物，以唔穩定嘅化學鍵，接上乙酸，令到乙酰基，卽黐著嘅乙酸鹽，好活潑，呢個就係化學修飾物乙酰輔酶A，之後再進入夏禮輔循環。依個循環，又叫做檸檬酸循環或者三羧酸循環。

原核生物同真核生物，大部分缺氧細胞或者組織，如骨骼肌，丙酮酸會轉化成乳酸，或者好似醣類畀酵母分解噉樣，轉化成乙醇同二氧化碳。喺有氧環境做嘢嘅組織，如心肌細胞，將三碳嘅丙酮酸，分解成乙酰輔酶A同二氧化碳，乙酰輔酶A會再行夏禮輔循環，分解成二氣化碳同氫。氫會同氫載體煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）同黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）結合成（NADH 同FADH2 ）。喺線粒體行呼吸鏈，NADH同FADH嘅氧化會導致三磷酸腺苷（ATP）嘅產生，能量會儲存喺三磷酸腺苷嘅高能磷酸鍵，供細胞用。

葡萄醣解係唯一一條現代生物都具有嘅代謝途徑，出現時間非常早。葡萄醣解，最早可能三十五億年前，第一個原核生物就有。

## 葡萄醣解步驟
葡萄醣解第一步，葡萄糖磷酸化成葡萄醣-6-磷酸。唔同細胞類型，酵素各異，喺所有嘅細胞入便，都有六碳醣激酶嚟催化，而喺肝同胰腺入便，就另外葡萄醣激酶，卽六碳醣激酶IV嘅酵素。磷酸化過程消耗一粒三磷酸腺苷分子，後面嘅過程證明，呢個係用法，回報豐厚。 細胞膜畀葡萄醣通過，但磷酸化產物6-磷酸葡萄醣通唔過，後者喺細胞入便，積聚並且繼續反應，將反應平​​衡，推移向有利葡萄糖吸收嘅方向。之後 

磷酸六碳醣異構酶，催化葡萄醣-6-磷酸，轉變成菓醣-6-磷酸。喺呢度，菓醣亦可通過磷酸化，走入葡萄糖解途徑。 

跟住磷酸菓醣激酶催化菓醣-6-磷酸由三磷酸腺苷度獲得磷酸基變成菓醣-1,6-二磷酸，三磷酸腺苷就變成二磷酸腺苷（ADP）。咁消耗能量係好值得嘅，首先呢步反應令到葡萄醣分解，無得返轉頭，另外，醛縮酶會出手令到兩個磷酸基團分解成磷酸二羥丙酮同 3-磷酸​​甘油醛。之後磷酸丙醣異構酶出手，磷酸二羥丙酮會轉化成3-磷酸甘油醛。之後，NAD<sup> </sup>同3-磷酸甘油醛脫氫酶（GAPDH），會氧化兩粒分子3-磷酸甘油醛，變成 1 ,3-二磷酸甘油酸。 

下一步，磷酸甘油酸激酶催化1,3-二磷酸甘油酸轉變成3-磷酸甘油酸。高能磷酸鍵由1,3-二磷酸甘油酸轉移到二磷酸腺苷上邊，形成兩分子三磷酸腺苷。依度葡萄醣解能量，賺蝕平衡。兩分子三磷酸腺苷，消耗咗又重新形成。合成三磷酸腺苷，要二磷酸腺苷做原料。若然細胞入便，三磷酸腺苷多，二磷酸腺苷少，反應暫停，直到有足夠嘅二磷酸腺苷。呢種反饋調節機制好重要，因為三磷酸腺苷就算無用到，都會好快分解。反饋調節避免生產過量嘅三磷酸腺苷，慳番能量。磷酸甘油酸變位酶出手，3-磷酸甘油酸轉成2-磷酸甘油酸，最終成咗磷酸烯醇式丙酮酸。磷酸烯醇式丙酮酸係高能化合物。最後，丙酮酸激酶出手將磷酸烯醇式丙酮酸化成丙酮酸，同時生成一分子三磷酸腺苷。呢步反應同樣受二磷酸腺苷調節。

### 反應順序
可以分成十步：

#### 準備階段
通常將前面五步叫做準備階段，或者能量投入階段，因為呢啲步驟消耗能量，葡萄醣轉變成兩個三碳醣磷酸，即甘油醛-3-磷酸同磷酸二羥丙酮。







#### 放能階段
醣解作用嘅第二階段，係放能階段，呢個階段嘅目的，係產生高能分子三磷酸腺苷同NADH。因為一粒葡萄糖分子喺準備階段嗰陣，經已變成兩粒三碳醣分子，所以喺放能階段個個反應都會發生兩次。最後產生兩個NADH同四個三磷酸腺苷，令一粒葡萄醣分子，喺經過成個醣解作用之後，淨得兩個NADH同兩個三磷酸腺苷。 三磷酸腺苷會用喺其它需要能量嘅反應，二個NADH就會入到呼吸鍊，或者做還原劑，參與細胞入邊其它還原加氫反應。









### 葡萄糖解中嘅不可逆反應
人體可通過葡萄糖逆生，即由非糖化合物，例如丙酮酸同乳酸等物質重新合成葡萄糖。葡萄糖逆生係肝或腎以丙酮酸做原料進行。葡萄糖逆生嘅其中七步反應係葡萄糖解嘅逆反應，佢哋由相同嘅酵素催化。但係葡萄糖解中有三步反應，係不可逆反應。喺葡萄糖逆生嗰陣必須兜過呢三步反應，代價係更多嘅能量消耗。

呢三步反應都係強放能反應，佢哋分別係：

# 葡萄糖經六碳糖激酶催化產生6磷酸葡萄糖ΔG= -33.5 kJ/mol
# 6磷酸果糖經磷酸果糖激酶催化生成1，6二磷酸果糖ΔG= -22.2 kJ/mol
# 磷酸烯醇式丙酮酸經丙酮酸激酶產生丙酮酸ΔG= -16.7 kJ/mol

### 葡萄糖解中嘅控制點
生物體可以精確調節葡萄糖解，噉樣一方面可以滿足機體對能量嘅需要，另一方面又唔會造成浪費。同時，當細胞內重進行葡萄糖逆生嘅時候，調節就顯得好重要，因為要避免空循環嘅發生。

調節係通過改變底物濃度，酵素嘅活性實現嘅。

磷酸果糖激酶係其中最重要嘅限速酵素，亦係巴斯德效應嘅關鍵參與者，佢亦決定咗葡萄糖逆生嘅速度，成為控制點。AMP嘅濃度越高，酵素嘅活性越高。就係當機體大量消耗咗ATP，而相應又產生咗非常多AMP嘅時候，酵素嘅活性提高，令葡萄糖解按生成ATP嘅方向快速前進，以提高ATP產量。

## NADH嘅去路
喺細胞入面，NADH同埋NAD+係處於動態平衡嘅。喺葡萄糖解過程中產生嘅NADH必須被進一步氧化，轉化成NAD+先至能夠使葡萄糖解持續進行。另外，足夠嘅NAD+係3磷酸甘油醛成為1，3二磷酸甘油酸呢一步反應嘅重要前提。喺呢个過程入便NAD+會被還原成NADH+H+，即係氫載體，通過穿梭將氫帶入呼吸鏈。 

NAD+嘅再生可通過下边呢三種唔同嘅過程嚟實現。

# 乳酸脫氫酶：由丙酮酸形成乳酸，呢个過程發生喺骨骼肌同部分微生物入便。
# 乙醇脫氫酶：經丙酮酸脫羧酶將丙酮酸轉變成乙醛，再由乙醛經乙醇脫氫酶催化還原形成乙醇，呢个過程發生喺大多數植物同一啲產乙醇嘅微生物入边。人類基因組可以編碼乙醇脫氫酶，但係並冇編碼丙酮酸脫羧酶嘅基因，因此無辦法將丙酮酸轉化成乙醇。
# 線粒體穿梭：經線粒體穿梭途徑進入線粒體嘅呼吸鏈產生ATP。

## 能量轉化
### 平衡點
產生1，6-二磷酸果糖後嘅大部分反應都係向能量升高嘅方向進行嘅，冇咗酵素（磷酸果糖激酶（*PFK*），磷酸甘油酸激酶（*PGK*））嘅催化，係唔會無喇喇進行嘅。而葡萄糖解嘅逆過程－葡萄糖逆生（從甘油等非糖物質產生葡萄糖）就好容易進行，呢個過程用到大部分喺葡萄糖解入邊出現過嘅酵素，除咗前邊提到嘅兩位「車夫」外，佢哋淨係出現喺葡萄糖解入邊。喺葡萄糖逆生，呢兩步逆反應會放出大量嘅熱，分別係-14 同埋-24 kJ/mol。

### 冇氧環境同有氧環境嘅能量轉化

喺葡萄糖解，一分子葡萄糖提供兩分子ATP。真核生物嘅線粒體可以同時從兩分子丙酮酸入邊另外獲得36分子ATP。能量轉化嘅多少取決於喺細胞質入邊產生嘅NADH + H+通過線粒體膜嘅方式。

唔論喺冇氧定係有氧環境，葡萄糖解成丙酮酸呢個過程都可以進行。3-磷酸甘油醛喺3－磷酸甘油醛脫氫酶GAPDH嘅作用下脫氫。攞走咗嘅氫離子會將氧化劑（輔酶）NAD+還原成NADH + H+。 NAD+會喺呼吸鏈度再生。若果喺冇氧環境，放熱嘅（ΔGo´ = - 25 kJ/mol）乳糖脫氫酶（LDH）反應會再生NAD+：丙酮酸嘅還原會產生乳糖同再生NAD+（酵母會用另外兩種酶—丙酮酸脫羧酶同埋乙醇脫氫酶）。下圖可以講清楚呢个個過程：

冇氧環境下邊葡萄糖解GAPDH-同LDH-反應嘅相互聯繫，除咗少部分NADH+H+會被磷酸甘油脫氫酶（GDH）轉化外，大部分會用於再生NAD+。

## 參考