糖酵解的研究论文

糖酵解又称糖解作用（英语：glycolysis。原自希腊语glykys，意思是「糖、甜」；以及lysis，意思是「分解」）是所有生物细胞糖代谢过程的第一步。在该过程中，一分子葡萄糖会经过十步酶促反应转变成两分子丙酮酸（严格来说，应该是丙酮酸盐，即是丙酮酸的阴离子形式）。最著名和研究最彻底的糖酵解形式是双磷酸已糖降解途径（Embden-Meyerhof途径）。另一途径是脱氧酮糖酸途径（Entner-Doudoroff途径），糖酵解一词可以用来概括所有这些途径，但在此却是当作双磷酸已糖降解途径的同义词。糖酵解在细胞的细胞质中进行。早先人们只知道糖无氧环境下降解为乳糖，但今天人们终於清楚知道，不论有氧还是无氧环境，糖会经过同样的过程分解为丙酮酸。在原核生物和真核生物的大部分缺氧细胞或组织（骨骼肌）中，丙酮酸会转化成乳糖或者像酵母那样成为乙醇和二氧化碳(CO2)。在有氧环境下工作的组织（典型：心肌细胞）分解三碳的丙酮酸为乙醯辅酶A和二氧化碳，乙醯辅酶A会进一步行三羧酸循环分解为CO2和氢。氢会与氢载体烟醯胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+)和黄素腺嘌呤(FAD)结合成(NADH 和 FADH2)。在线粒体里进行的呼吸链，氢离子的氧化会导致ATP的产生，能量会储存在ATP的高能磷酸键供细胞使用。糖酵解是唯一一条现代生物都具有的代谢途径，出现时间很早。糖酵解最早可能发生在35亿年前第一个原核生物中。糖酵解的第一步是葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖。不同细胞类型中所含有的酶也不一样，在所有的细胞中，皆有己糖激酶（Hexokinase）进行催化，而在肝细胞和胰腺中，则另外含有一种称为葡(萄)糖激酶（Hexokinase IV）的酵素[1]。磷酸化过程消耗一分子ATP，後面的过程证明，这是回报很丰厚的投资。细胞膜对葡萄糖通透，但对磷酸化产物6-磷酸葡萄糖不通透，後者在细胞内积聚并继续反应，将反应平衡向有利於葡萄糖吸收的那一面推移。之後6-磷酸葡萄糖会在磷酸己糖异构酶的催化下生成6-磷酸果糖。（在此果糖也可通过磷酸化进入糖酵解途径）接著6-磷酸果糖会在磷酸果糖激酶的作用下被一分子ATP磷酸化生成1,6-磷酸果糖，ATP则变为ADP。这里的能量消耗是值得的，：首先此步反应使得糖酵解不可逆地继续进行下去，另外，两个磷酸基团可以进一步在醛缩酶的参与下分解为磷酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。磷酸二羟丙酮会在磷酸丙糖异构酶帮助下转化为3-磷酸甘油醛。两分子3-磷酸甘油醛会被NAD+和 3-磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)的氧化下生成1,3-二磷酸甘油酸(1,3-BPG)。下一步反应，1,3-二磷酸甘油酸转变为3-磷酸甘油酸。此反应由磷酸甘油酸激酶催化，高能磷酸键由1,3-二磷酸甘油酸转移到ADP上，生成两分子ATP。在此，糖酵解能量盈亏平衡。两分子ATP消耗了又重新生成。ATP的合成需要ADP作原料。如果细胞内ATP多（ADP则会少），反应会在此步暂停，直到有足够的ADP。这种反馈调节和重要，因为ATP就是不被使用，也会很快分解。反馈调节避免生产过量的ATP，节省了能量。磷酸甘油酸变位酶推动3-磷酸甘油酸生成2-磷酸甘油酸，最终成为磷酸烯醇式丙酮酸。磷酸烯醇式丙酮酸是高能化合物。最後，在丙酮酸激酶的作用下磷酸烯醇式丙酮酸 生成一分子ATP和丙酮酸。此步反应也受ADP调节。

糖酵解(glycolysis)酶将葡萄糖降解成丙酮酸，并生成ATP和NADH的过程。此过程在细胞质中进行, 并且是不耗氧的过程。糖酵解途径是指细胞在细胞质中分解葡萄糖生成丙酮酸的过程，此过程中伴有少量ATP的生成。这一过程是在细胞质中进行，不需要氧气，每一反应步骤基本都由特异的酶催化。在缺氧条件下丙酮酸被还原为乳酸，有氧条件下丙酮酸可进一步氧化分解生成乙酰CoA进入三羧酸循环，生成CO2和H2O。糖酵解总共包括10个连续步骤，均由对应的酶催化。总反应为：葡萄糖+2ATP+2ADP+2Pi+2NAD+ ——>2丙酮酸+4ATP+2NADH+2H++2H2O（1）葡萄糖磷酸化葡萄糖氧化是放能反应，但葡萄糖是较稳定的化合物，要使之放能就必须给与活化能来推动此反应，即必须先使葡萄糖从稳定状态变为活跃状态，活化一个葡萄糖需要消耗1个ATP，一个ATP放出一个高能磷酸键，大约放出自由能，大部分变为热量而散失，小部分使磷酸与葡萄糖结合生成葡萄糖-6-磷酸。己糖激酶。（2）葡萄糖-6-磷酸重排生成果糖-6-磷酸。葡萄糖磷酸异构酶。（3）生成果糖-1、6-二磷酸。磷酸果糖激酶。1个葡萄糖分子消耗了2个ATP分子而活化，经酶的催化生成果糖-1,6-二磷酸分子。（4）果糖-1、6-二磷酸断裂成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮，醛缩酶。（5）磷酸二羟丙酮很快转变为3-磷酸甘油醛。丙糖磷酸异构酶。以上为第一阶段，1个6C的葡萄糖转化为2个3C化合物PGAL，消耗2个ATP用于葡萄糖的活化，如果以葡萄糖-1-磷酸形式进入糖酵解，仅消耗一个ATP。这一阶段没有发生氧化还原反应。（6）3-磷酸甘油醛氧化生成1、3-二磷酸甘油酸，释放出两个电子和一个H+, 传递给电子受体NAD+,生成NADH+ H+,并且将能量转移到高能磷酸键中。3-磷酸甘油脱氢酶。（7）不稳定的1、3-二磷酸甘油酸失去高能磷酸键，生成3-磷酸甘油酸，能量转移到ATP中，一个1、3-二磷酸甘油酸生成一个ATP。磷酸甘油酸激酶。底物水平磷酸化（8）3-磷酸甘油酸重排生成2-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸变位酶。（9）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸PEP。烯醇化酶。（10）PEP将磷酸基团转移给ADP生成ATP,同时形成丙酮酸。丙酮酸激酶。底物水平磷酸化。以上为糖酵解第二个阶段。一分子的PGAL在酶的作用下生成一分子的丙酮酸。在此过程中，发生一次氧化反应生成一个分子的NADH,发生两次底物水平的磷酸化，生成2分子的ATP。这样，一个葡萄糖分子在糖酵解的第二阶段共生成4个ATP和2个NADH+H+，产物为2个丙酮酸。在糖酵解的第一阶段，一个葡萄糖分子活化中要消耗2个ATP,因此在糖酵解过程中一个葡萄糖生成2分子的丙酮酸的同时，净得2分子ATP，2分子NADH,和2分子水。糖酵解的关键酶：有3个，即己糖激酶、6-磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶，它们催化的反应基本上都是不可逆的。 重要性：6-磷酸果糖激酶-1>丙酮酸激酶>己糖激酶糖酵解是如何一步一步被发现的1897年，德国生化学家 E.毕希纳发现离开活体的酿酶具有活性以后，极大地促进了生物体内糖代谢的研究。酿酶发现后的几年之内，就揭示了糖酵解是动植物和微生物体内普遍存在的过程。英国的.霍普金斯等于1907年发现肌肉收缩同乳酸生成有直接关系。英国生理学家.希尔，德国的生物化学家O.迈尔霍夫、O.瓦尔堡等许多科学家经历了约20年，从每一个具体的化学变化及其所需用的酶、辅酶以及化学能的传递等各方面进行探讨,于1935年终于阐明了从葡萄糖（6碳）转变其中乳酸（3碳）或酒精（2碳）经历的12个中间步骤，并且阐明在这过程中有几种酶、辅酶和ATP等参加反应。

癌细胞，具有与普通细胞不同的形态特征和代谢方式，但不管怎样，物质和能量是生命的必需品，因此，和人体的任何细胞一样，癌细胞需要糖（即葡萄糖）来为快速增殖和生长提供“燃料”。值得注意的是，在自然界中，糖的种类极为丰富，那么，癌细胞是否也可以使用除葡萄糖以外的其他类型的糖呢？近日，美国南加州大学的研究人员在 Journal of Cell Science 杂志上发表题为：AKT but not MYC promotes reactive oxygen species-mediated cell death in oxidative culture 的研究论文。该研究发现了多数癌细胞的弱点——无法灵活利用不同类型的糖，也就是说，当癌细胞接触到一种不同类型的单糖——半乳糖时，癌细胞会因无法适应而死亡。在生物体内，正常细胞通过有氧呼吸将糖类等物质分解代谢产生能量，从而供给细胞的增殖和生长。而癌细胞似乎更为“蛮横”，它们主要依靠糖酵解作用为生，因此癌细胞代谢葡萄糖的速度比正常细胞要快得多。值得注意的是，机体内糖并非只有葡萄糖一种，对于正常细胞来说，它们也可以代谢半乳糖等糖类，但癌细胞似乎更为“专一”，大多数时候它们仅钟情于葡萄糖而无法灵活利用其他类型的糖。在此项研究中，研究人员发现致癌基因不仅具有诱导细胞癌变的作用，还可能影响癌细胞对糖类的代谢方式。他们发现，拥有致癌基因AKT的癌细胞无法代谢半乳糖，因此，当它们的生活环境仅有半乳糖时，就会逐渐消亡。半乳糖是哺乳动物的乳汁中乳糖的组成成分，是肠道内吸收最快的单糖。葡萄糖是自然界分布最广且最为重要的一种单糖，是活细胞的能量来源和新陈代谢中间产物。实际上，半乳糖和葡萄糖同属于六碳糖，化学式都是C6H12O6，但两者在结构和性质上会有所不同。文章的通讯作者Nicholas Graham表示：将细胞暴露在半乳糖环境下，会迫使细胞进行完整的有氧呼吸，而不仅仅是糖酵解代谢。研究小组发现正常细胞既可以代谢葡萄糖，又能代谢半乳糖，而AKT信号通路被激活的癌细胞（通常在乳腺癌中发现）则无法代谢半乳糖。虽然这一发现并不意味着半乳糖可以有效治疗AKT型癌细胞，但它确实揭示了这些癌细胞的一个重要缺陷，即氧化状态可导致细胞死亡。但值得一提的是，研究人员还发现在半乳糖中生存了大约15天后，一些癌细胞开始重新生长，可能是某些亚群的细胞通过自我适应和重新编程对半乳糖产生了抗性。此外，研究团队还发现半乳糖对具有MYC基因突变的癌细胞不起作用。对此，该研究的通讯作者Nicholas Graham说道：“如果有一种可以抑制糖酵解的药物，就应该给具有AKT突变的癌症患者服用，但你不能将其应用于MYC基因突变患者的治疗，因为理论上它对那些MYC基因突变的癌细胞无效。”总而言之，这项研究发现多数癌细胞无法灵活利用不同类型的糖，并且半乳糖可以有效抑制AKT信号通路被激活的癌细胞的增殖和