第七章 糖代謝

1、第七章 糖代謝學(xué)習(xí)一條代謝途徑需要掌握的內(nèi)容 1、一條代謝途徑的場(chǎng)所和功能 2、進(jìn)入和離開一條代謝途徑的各種代謝物的名稱 3、一條代謝途徑是如何跟其他代謝途徑整合和協(xié)調(diào)的 4、機(jī)體如何刺激或抑制一條代謝途徑的總體代謝狀況 5、一條代謝途徑的限速步驟、限速酶的名稱 6、調(diào)節(jié)限速酶活性的各種別構(gòu)效應(yīng)的名稱，并能判斷是正效應(yīng)還是負(fù)效應(yīng) 7、生成或消化ATP的反應(yīng) 8、參與一條代謝途徑的輔酶或輔助因子 9、一條代謝途徑中的某些關(guān)鍵酶的缺少引起的后果 10、抑制一條代謝途徑的抑制劑淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖糖原合成糖原合成糖糖 原原肝糖原分解肝糖原分解丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸無氧酵解無氧酵解H2O+CO2有氧氧化

2、有氧氧化磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑核糖核糖 +NADPH乳酸、氨基酸、甘油乳酸、氨基酸、甘油糖異生途徑糖異生途徑消化吸收消化吸收糖酵解糖酵解 生物體內(nèi)葡萄糖(或糖原)的分解代謝途徑有很多，但最主要的有3條途徑： 植物體、微生物體的分解代謝，除上述動(dòng)物體的3條途徑外，還有生醇發(fā)酵及乙醛酸循環(huán)等。一、糖酵解葡萄糖分解的主干道 糖酵解（糖酵解（glycolysis）是通過一系列酶促反應(yīng)將葡萄糖）是通過一系列酶促反應(yīng)將葡萄糖降解成丙酮酸并伴有降解成丙酮酸并伴有ATP生成過程的途徑（簡(jiǎn)稱生成過程的途徑（簡(jiǎn)稱EMP途途徑，徑，Embden-Meyerhof-Parnas pathway）。糖酵解是動(dòng)）。糖酵

3、解是動(dòng)物、植物以及微生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代物、植物以及微生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。事實(shí)上在所有的細(xì)胞中都存在著糖酵解途徑，對(duì)謝途徑。事實(shí)上在所有的細(xì)胞中都存在著糖酵解途徑，對(duì)于某些細(xì)胞（如紅細(xì)胞），糖酵解是唯一生成于某些細(xì)胞（如紅細(xì)胞），糖酵解是唯一生成ATP的途徑的途徑。E1:己糖激酶己糖激酶 E2: 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 NAD+ 乳乳 酸酸 糖酵解的代謝途徑糖酵解的代謝途徑葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸果糖果糖1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖ATP ADP ATPADP1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸

4、 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮 3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 NAD+ NADH+H+ ADP ATP ADP ATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸E2E1E3NADH+H+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ 糖原糖原1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖Mg2+ 丙酮酸的去路n1、生成乳酸n2、乙醇的生成n3、進(jìn)入三羧酸循環(huán)n4、糖異生n糖酵解小結(jié)糖酵解小結(jié)反應(yīng)部位：胞漿；反應(yīng)部位：胞漿；糖酵解是一個(gè)不需氧的產(chǎn)能過程；糖酵解是一個(gè)不需氧的產(chǎn)能過程；反應(yīng)全過程中有三步不可逆的反應(yīng)：反應(yīng)全過程中有三步不可逆的反應(yīng)：G G-6-P ATP ADP 己糖激酶己

5、糖激酶 ATP ADP F-6-P F-1,6-2P 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 ADP ATP 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 產(chǎn)能的方式和數(shù)量產(chǎn)能的方式和數(shù)量方式：方式：底物水平磷酸化底物水平磷酸化凈生成凈生成ATP數(shù)量：數(shù)量：從從G開始開始 22-2= 2ATP從從Gn開始開始 22-1= 3ATP 終產(chǎn)物乳酸的去路終產(chǎn)物乳酸的去路釋放入血，進(jìn)入肝臟再進(jìn)一步代謝：釋放入血，進(jìn)入肝臟再進(jìn)一步代謝：分解利用分解利用 乳酸循環(huán)（糖異生）乳酸循環(huán)（糖異生）果糖果糖己糖激酶己糖激酶GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP丙酮酸丙

6、酮酸半乳糖半乳糖1- 1-磷酸半乳糖磷酸半乳糖1- 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖半乳糖激酶半乳糖激酶變位酶變位酶甘露糖甘露糖6- 6-磷酸甘露糖磷酸甘露糖己糖激酶己糖激酶變位酶變位酶除葡萄糖外，其它己糖也可轉(zhuǎn)除葡萄糖外，其它己糖也可轉(zhuǎn)變成變成磷酸己糖磷酸己糖而進(jìn)入酵解途徑。而進(jìn)入酵解途徑。 酵解過程有三步不可逆反應(yīng)三步不可逆反應(yīng)，即有三個(gè)調(diào)控步驟三個(gè)調(diào)控步驟，分別被和調(diào)節(jié)。 己糖激酶控制葡萄糖的進(jìn)入，丙酮酸激酶調(diào)節(jié)酵解的出口。細(xì)胞在不同的生理?xiàng)l件下需要不同的酶進(jìn)行調(diào)節(jié)。 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是酵解過程最關(guān)鍵的限速酶。糖酵解的調(diào)控糖酵解的調(diào)控（一）磷酸果糖激酶（一）磷酸果糖激酶 -對(duì)調(diào)節(jié)酵解途徑

7、的流量最重要對(duì)調(diào)節(jié)酵解途徑的流量最重要n別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)激活劑別構(gòu)激活劑：AMP; ADP; F-1,6-2P; F-2,6-2P別構(gòu)抑制劑別構(gòu)抑制劑：檸檬酸檸檬酸; ATP（高濃度）（高濃度）l2,6-二磷酸果糖是磷酸果糖激酶二磷酸果糖是磷酸果糖激酶最強(qiáng)最強(qiáng)的別的別構(gòu)激活劑；構(gòu)激活劑；l其作用是與其作用是與AMP一起取消一起取消ATP、檸檬酸、檸檬酸對(duì)磷酸果糖激酶的變構(gòu)抑制作用。對(duì)磷酸果糖激酶的變構(gòu)抑制作用。2,6-二磷酸果糖對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)：二磷酸果糖對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)： （二）丙酮酸激酶（二）丙酮酸激酶 -是糖酵解的第二個(gè)重要的調(diào)節(jié)點(diǎn)是糖酵解的第二個(gè)重要的調(diào)節(jié)點(diǎn)n別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)

8、節(jié)n共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)調(diào)節(jié)別構(gòu)激活劑：別構(gòu)激活劑：1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖別構(gòu)抑制劑：別構(gòu)抑制劑：ATP, 丙氨酸丙氨酸n共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾調(diào)節(jié)丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶ATPATP ADP ADP Pi Pi 磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶（無活性）（無活性） （有活性）（有活性）胰高血糖素胰高血糖素 PKA, CaM激酶激酶P PPKA：蛋白激酶蛋白激酶A (protein kinase A)CaM：鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白（三）己糖激酶受到反饋抑制調(diào)節(jié)（三）己糖激酶受到反饋抑制調(diào)節(jié) 6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖可反饋抑制己糖激酶，但肝葡可反饋抑制己糖激酶，但肝葡萄糖激

9、酶不受其抑制。萄糖激酶不受其抑制。 長(zhǎng)鏈脂肪酰長(zhǎng)鏈脂肪酰CoA可別構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶?？蓜e構(gòu)抑制肝葡萄糖激酶。 胰島素胰島素可誘導(dǎo)葡萄糖激酶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)可誘導(dǎo)葡萄糖激酶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)酶的合成。酶的合成。 果糖磷酸激酶果糖磷酸激酶AMPADP果糖果糖-2,6-二磷酸二磷酸果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸ATP（高濃度）（高濃度）檸檬酸檸檬酸激活激活 抑制抑制己糖激酶己糖激酶葡萄糖激酶葡萄糖激酶G-6-P長(zhǎng)鏈脂酰長(zhǎng)鏈脂酰CoA抑制抑制丙酮酸激酶丙酮酸激酶果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸磷蛋白磷酸酶磷蛋白磷酸酶激活激活A(yù)TP、丙氨酸、丙氨酸PKA、鈣調(diào)蛋白、鈣調(diào)蛋白抑制抑制糖酵解的調(diào)控總結(jié)糖酵解的

10、調(diào)控總結(jié)胰島素胰島素激活激活6脫氧葡糖脫氧葡糖糖酵解的生理意義糖酵解的生理意義 緊急功能：是機(jī)體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。緊急功能：是機(jī)體在缺氧情況下獲取能量的有效方式。 生理功能：是某些細(xì)胞在氧供應(yīng)正常情況下的重要供能生理功能：是某些細(xì)胞在氧供應(yīng)正常情況下的重要供能途徑。途徑。 無線粒體的細(xì)胞，如：紅細(xì)胞無線粒體的細(xì)胞，如：紅細(xì)胞 代謝活躍的細(xì)胞，如：神經(jīng)細(xì)胞、白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、視網(wǎng)代謝活躍的細(xì)胞，如：神經(jīng)細(xì)胞、白細(xì)胞、骨髓細(xì)胞、視網(wǎng)膜細(xì)胞膜細(xì)胞 病理功能：嚴(yán)重貧血、呼吸功能障礙和循環(huán)功能障礙、病理功能：嚴(yán)重貧血、呼吸功能障礙和循環(huán)功能障礙、癌細(xì)胞功能。癌細(xì)胞功能。 1)1)糖酵解在所

11、有生物體中普遍存在，它在無氧及有氧條件下都糖酵解在所有生物體中普遍存在，它在無氧及有氧條件下都能進(jìn)行，是葡萄糖進(jìn)行有氧或無氧分解的共同代謝途徑能進(jìn)行，是葡萄糖進(jìn)行有氧或無氧分解的共同代謝途徑。通過糖酵解，生物體獲得生命活動(dòng)所需的能量。其中糖通過糖酵解途徑的無氧降解是厭氧生物獲得能量的主要方式厭氧生物獲得能量的主要方式，因而是這類生物能在缺氧環(huán)境中生存的主要原因。需氧生物則可通過糖的有氧降解，獲得比糖酵解更多的能量，更利于進(jìn)行生命活動(dòng)，這在地球的演變(從缺氧有氧)過程中，生物因此得以進(jìn)化(從厭氧生物兼性厭氧生物需氧生物)。糖酵解的生物學(xué)意義 2)2)糖酵解途徑中形成多種中間產(chǎn)物，其中某些中間產(chǎn)物

12、可作為糖酵解途徑中形成多種中間產(chǎn)物，其中某些中間產(chǎn)物可作為合成其它物質(zhì)的原料合成其它物質(zhì)的原料離開糖酵解途徑轉(zhuǎn)移到其它代謝途徑，生成別的化合物。如3-磷酸甘油醛或磷酸二羧丙酮可轉(zhuǎn)變?yōu)楦视?，丙酮酸可轉(zhuǎn)變?yōu)楸彼幔?-磷酸葡萄糖可進(jìn)入磷酸戊糖途徑，從而使糖酵解與其它代謝途徑聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)某些物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化。 3)糖酵解途徑雖然有三步反應(yīng)不可逆，但其余反應(yīng)均可逆轉(zhuǎn)，所以，它為糖異生作用提供基本途徑它為糖異生作用提供基本途徑。二、糖的有氧氧化 葡萄糖的有氧分解代謝途徑是一條完整的代謝途徑。是從葡萄糖到丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)，徹底氧化成二氧化碳與水的一系列連續(xù)反應(yīng)。糖有氧氧化三個(gè)階段糖有氧氧化三個(gè)階段n1

13、、葡萄糖至丙酮酸、葡萄糖至丙酮酸n2、丙酮酸進(jìn)入線粒體被氧化脫羧成乙酰丙酮酸進(jìn)入線粒體被氧化脫羧成乙酰輔酶輔酶A n3、乙酰輔酶乙酰輔酶A 進(jìn)入三羧酸循環(huán)生成水和進(jìn)入三羧酸循環(huán)生成水和二氧化碳。二氧化碳。 三羧酸循環(huán)中的酶分布在原核生物的細(xì)胞質(zhì)和真核生物的線粒體中。細(xì)胞質(zhì)中通過酵解生成的丙酮酸必須首先轉(zhuǎn)換成乙酰CoA才可以進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。在真核生物中，丙酮酸首先要轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體內(nèi)，然后才能進(jìn)行轉(zhuǎn)換成乙酰CoA的反應(yīng)。 線粒體是由雙層膜包圍著的一個(gè)亞細(xì)胞器，丙酮酸可以擴(kuò)散通過線粒體外膜，但進(jìn)入基質(zhì)需要內(nèi)膜上的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)。嵌在內(nèi)膜中的丙酮酸轉(zhuǎn)運(yùn)酶可以特異地將丙酮酸從膜間質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體的基質(zhì)中，進(jìn)入基質(zhì)

14、的丙酮酸脫羧生成乙酰CoA，經(jīng)三羧酸循環(huán)進(jìn)一步被氧化。 無論是在原核生物，還是在真核生物中，丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙酰CoA和CO2，都是由一些酶和輔酶構(gòu)成的一個(gè)丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的，總反應(yīng)為：第二階段第二階段-丙酮酸氧化為乙酰丙酮酸氧化為乙酰CoA （pyruvate dehydrogenase complex）是個(gè)多酶集合體，復(fù)合物中的酶分子通過非共價(jià)鍵聯(lián)系在一起，催化一個(gè)連續(xù)反應(yīng)，即酶復(fù)合物中一個(gè)酶反應(yīng)中形成的產(chǎn)物立刻被復(fù)合物中下一個(gè)酶作用。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物位于線粒體膜上，是由：（E E1 1）（E E2 2）（E3）（1 1）丙酮酸脫羧，生成羥乙基）丙酮酸脫羧，生成羥乙基-TPP-TPP，

15、反應(yīng)不可逆，反應(yīng)不可逆，由由E1E1催化。催化。（2 2）羥乙基被氧化成乙?；?，轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺，）羥乙基被氧化成乙?；?，轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺， E2 E2催化。催化。（3 3）乙?；D(zhuǎn)移給乙?；D(zhuǎn)移給CoACoA，形成乙酰，形成乙酰CoACoA，并生成二氫，并生成二氫硫辛酰胺，硫辛酰胺，E2E2催化。催化。（4 4）二氫硫辛酰胺被氧化，并將）二氫硫辛酰胺被氧化，并將H+H+傳給傳給FADFAD。（5 5）FADH2FADH2將將NAD+NAD+還原成還原成NADHNADH。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物存在別構(gòu)和共價(jià)修飾兩種調(diào)控機(jī)制。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物存在別構(gòu)和共價(jià)修飾兩種調(diào)控機(jī)制。1 1、產(chǎn)物抑制：、產(chǎn)物抑制

16、：乙酰乙酰CoACoA和和NADHNADH是丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的是丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的抑制劑抑制劑，當(dāng)乙酰當(dāng)乙酰CoACoA濃度高時(shí)抑制二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（濃度高時(shí)抑制二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（E E2 2），高濃度的），高濃度的NADHNADH也抑制二氫硫辛酸脫氫酶（也抑制二氫硫辛酸脫氫酶（E E3 3），），NADNAD和和CoACoA則是丙酮酸脫氫則是丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的酶復(fù)合物的激活劑激活劑。2 2、共價(jià)調(diào)節(jié)：、共價(jià)調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶激酶丙酮酸脫氫酶激酶催化復(fù)合物中的丙酮酸脫氫酶催化復(fù)合物中的丙酮酸脫氫酶（E E1 1）磷酸化，導(dǎo)致該酶復(fù)合物失去活性，而丙酮酸脫氫酶磷酸）磷酸化，導(dǎo)致該酶

17、復(fù)合物失去活性，而丙酮酸脫氫酶磷酸酶催化脫磷酸，激活丙酮酸脫氫酶復(fù)合物。酶催化脫磷酸，激活丙酮酸脫氫酶復(fù)合物。 丙酮酸抑制磷酸化作丙酮酸抑制磷酸化作用，鈣和胰島素增加去磷酸化作用，用，鈣和胰島素增加去磷酸化作用，ATPATP、乙酰、乙酰CoA CoA 、NADHNADH增加磷增加磷酸化作用。酸化作用。3 3、核苷酸的反饋調(diào)節(jié)：、核苷酸的反饋調(diào)節(jié)：E1E1受受GTPGTP抑制，被抑制，被AMPAMP活化?；罨?。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的調(diào)節(jié) 檸檬酸循環(huán)又稱之三羧酸循環(huán)（簡(jiǎn)寫TCA循環(huán),tricarboxylic acid cycle），因?yàn)檠h(huán)中存在三羧酸中間產(chǎn)物。又因?yàn)樵撗h(huán)

18、是由H.A.Krebs首先提出的，所以又叫做Krebs循環(huán)（1953年獲諾貝爾獎(jiǎng)）。 ，糖、脂肪和氨基酸的有氧分解代謝都匯集在檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)，同時(shí)檸檬酸循環(huán)的中間代謝物又是許多生物合成途徑的起點(diǎn)。因此檸檬酸循環(huán)既是分解代謝途徑，又是合成代謝途徑，可以說是分解、合成兩用途徑。第三階段第三階段-檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)三三羧羧酸酸循循環(huán)環(huán)Fe2+ 檸檬酸循環(huán)的兩個(gè)基本特征，即碳原子的流向和富含能量分子的生成。檸檬酸循環(huán)的第一個(gè)反應(yīng)是乙酰CoA分子中的二碳乙酰基與四碳分子草酰乙酸縮合形成六碳的中間產(chǎn)物檸檬酸，當(dāng)一個(gè)六碳酸和一個(gè)五碳酸經(jīng)過氧化脫羧釋放出兩分子CO2后，形成的四碳酸經(jīng)過幾步反應(yīng)后又重新轉(zhuǎn)換

19、為草酰乙酸，用于下一輪與新進(jìn)入循環(huán)的乙酰CoA的縮合反應(yīng)。由于草酰乙酸可以再生，所以檸檬酸循環(huán)可以看作是一個(gè)催化多步反應(yīng)的催化劑，使得乙酰CoA中的二碳單位乙?；趸蒀O2，每完成一輪反應(yīng)后又回到起始點(diǎn)。 在三羧酸循環(huán)的總反應(yīng)中，對(duì)于進(jìn)入循環(huán)的每個(gè)乙酰CoA都可以產(chǎn)生3分子NADH、1分子FADH2和1分子的GTP或ATP。乙酰乙酰CoACoA3NAD3NADFADFADGDPGDP（或（或ADPADP）P Pi i +2H+2H2 2O OCoASHCoASH3 NADH3 NADH3H3HFADHFADH2 2GTPGTP（或（或ATPATP）2 CO2 CO2 2 三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原

20、型輔酶成了通過氧化磷酸三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原型輔酶成了通過氧化磷酸化生成化生成ATPATP的燃料的燃料 NADH和FADH2通過位于線粒體內(nèi)膜的電子傳遞鏈可以被氧化，伴隨著氧化過程可以通過氧化磷酸化生成ATP。就象我們將在氧化磷酸化一章看到的那樣，通過電子傳遞和氧化磷酸化每一分子的通過電子傳遞和氧化磷酸化每一分子的NADHNADH被氧化為被氧化為NADNAD時(shí)時(shí)可以生成可以生成3 3分子分子ATPATP；而一分子；而一分子FADHFADH2 2被氧化為被氧化為FADFAD時(shí)可以產(chǎn)生時(shí)可以產(chǎn)生2 2分子分子ATPATP，因此一分子乙酰因此一分子乙酰CoACoA通過三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化可以產(chǎn)生通過

21、三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化可以產(chǎn)生1212分子分子ATPATP。 三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸降解產(chǎn)生的乙酰CoA的最后氧化階段，如果將酵解階段也考慮在內(nèi)，一分子葡萄糖的降解可以產(chǎn)生多少如果將酵解階段也考慮在內(nèi)，一分子葡萄糖的降解可以產(chǎn)生多少ATPATP呢？呢？一分子葡萄糖經(jīng)酵解可以凈產(chǎn)生2分子ATP和2分子丙酮酸，而2分子丙酮酸轉(zhuǎn)化為2分子乙酰CoA可生成2分子NADH，經(jīng)氧化磷酸化可產(chǎn)生6分子ATP，2分子乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)可生成24分子ATP，所以共產(chǎn)生3232分子分子ATPATP。 上面的計(jì)算還沒有計(jì)算酵解中甘油醛脫氫酶催化的反應(yīng)中生成的2 2分分子子NADHNADH。在缺氧條件下，丙

22、酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸時(shí)，NADH再氧化為NAD，可使得酵解連續(xù)地進(jìn)行。在有氧條件下，在有氧條件下，NADHNADH不再氧化，而用于生產(chǎn)不再氧化，而用于生產(chǎn)ATPATP。由于這兩個(gè)NADH位于胞液里（酵解是在胞液里進(jìn)行的），而真核生物中的電子傳遞鏈?zhǔn)俏挥诰€粒體。兩個(gè)NADH可以通過蘋果酸穿梭途徑和甘油磷酸途徑兩種穿梭途徑進(jìn)入線粒體，絕大多數(shù)的情況下，都是經(jīng)過蘋果酸穿梭途徑進(jìn)入線粒體的。一分子NADH經(jīng)蘋果酸穿梭途徑進(jìn)入線粒體可以產(chǎn)生3分子ATP，即2分子NADH可以產(chǎn)生6分子ATP；一分子NADH經(jīng)甘油磷酸途徑可以產(chǎn)生2分子ATP，2分子NADH產(chǎn)生4分子ATP。一分子葡萄糖降解考慮到酵解生成的2分子

23、NADH時(shí)，它產(chǎn)生的總的ATP數(shù)量是38個(gè)或36個(gè)。 葡萄糖氧化的G0 是-2870kJ/mol, ATP水解的G0是-30.5kJ/mol。 。 糖、脂肪和某些氨基酸代謝最終產(chǎn)生乙酰CoA，通過三羧酸循環(huán)徹底氧化成CO2。通過三羧酸循環(huán)進(jìn)行氧化是體內(nèi)最主要的產(chǎn)生ATP的途徑，在生物進(jìn)化中保存下來。三羧酸循環(huán)的8個(gè)反應(yīng)可寫成一個(gè)化學(xué)平衡方程，總反應(yīng)式為：乙酰輔酶乙酰輔酶A + 2HA + 2H2 2O + 3NADO + 3NAD+ + + FAD + GDP + Pi + FAD + GDP + Pi 2CO 2CO2 2 + 3NADH + 3H + 3NADH + 3H+ + + FAD

24、H + FADH2 2 + CoA-SH + GTP + CoA-SH + GTP（1）兩碳片段（乙酰輔酶A）與4碳受體（草酰乙酸）結(jié)合形成檸檬酸。（2）當(dāng)檸檬酸進(jìn)一步代謝時(shí)， 以CO2形式失去兩個(gè)碳。（3）有4個(gè)氧化反應(yīng)，3個(gè)用NAD+作輔酶（第3、4、8步），一個(gè)用FAD作輔酶（第6步）。（4）只有一個(gè)反應(yīng)直接產(chǎn)生高能磷酸化合物。（第5步，唯一的一個(gè)底物磷酸化）（5）草酰乙酸再產(chǎn)生，以進(jìn)行下一輪循環(huán)。 如果考慮丙酮酸脫氫酶的反應(yīng)，考慮到每分子葡萄糖產(chǎn)生2分子丙酮酸，葡萄糖通過酵解和三羧酸循環(huán)的分解代謝方程式為： 到此為止，每摩爾葡萄糖在這個(gè)方程式中只產(chǎn)生4摩爾ATP。在酵解部分產(chǎn)生的ATP

25、是2摩爾。 葡萄糖氧化產(chǎn)生的ATP大多數(shù)不是直接從酵解和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的，而是通過還原的電子載體在呼吸鏈中再氧化產(chǎn)生的。n進(jìn)行部位：線粒體進(jìn)行部位：線粒體n關(guān)鍵酶：關(guān)鍵酶：檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶和和 -酮戊二酸脫酮戊二酸脫氫酶氫酶、異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶。n必須在有氧的條件下才能進(jìn)行必須在有氧的條件下才能進(jìn)行n反應(yīng)反應(yīng)1、3、4步不可逆步不可逆n中間產(chǎn)物不會(huì)因參與循環(huán)被消耗，但可中間產(chǎn)物不會(huì)因參與循環(huán)被消耗，但可以參加其他代謝被消耗。以參加其他代謝被消耗。 三羧酸循環(huán)是生物合成的中間物的來源，又是產(chǎn)生代謝能量的通道。這個(gè)循環(huán)的調(diào)節(jié)在某種程度上比它作為能量產(chǎn)生的途徑更復(fù)雜。 與酵解類似，

26、調(diào)節(jié)在底物的進(jìn)入和循環(huán)中關(guān)鍵反應(yīng)的控制這兩種水平上進(jìn)行。進(jìn)入循環(huán)的起始物質(zhì)是乙酰輔酶A。乙酰輔酶A可來自糖酵解產(chǎn)物丙酮酸的氧化脫羧反應(yīng)，也可來自脂類的脂肪酸-氧化和氨基酸的分解代謝。三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的控制三羧酸循環(huán)的主要調(diào)控步驟和調(diào)節(jié)因子異檸檬酸脫氫酶檸檬酸合成酶-酮戊二酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶三羧酸循環(huán)調(diào)節(jié)要點(diǎn)： 最重要的控制三羧酸循環(huán)的因子是線粒體內(nèi)NAD+與NADH的比例。NAD+是三個(gè)參與循環(huán)的脫氫酶的底物，也是丙酮酸脫氫酶的底物。在電子傳遞受到抑制時(shí)，NAD+/NADH的比值減小。低濃度的NAD+抑制上述脫氫酶的活力。 在動(dòng)物肝中，檸檬酸的量

27、可有10倍的變化。檸檬酸濃度低時(shí)，檸檬酸合成酶催化的反應(yīng)主要受底物濃度底物濃度的控制。草酰乙酸的濃度在線粒體內(nèi)很低，可以在底物水平上對(duì)檸檬酸合成酶的反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 變構(gòu)調(diào)節(jié)的主要位點(diǎn)是異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶催化的反應(yīng)。 異檸檬酸脫氫酶被ADP激活，被NADH抑制。 -酮戊二酸脫氫酶活力被琥珀酰輔酶A和NADH抑制。小結(jié)： 通過ADP對(duì)異檸檬酸脫氫酶的變構(gòu)激活，三羧酸循環(huán)流量與細(xì)胞的能量狀態(tài)相適應(yīng)。 通過線粒體內(nèi)NAD+濃度降低時(shí)引起的流速減低，三羧酸循環(huán)流量與細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)相適應(yīng)。 通過乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A對(duì)有關(guān)酶的抑制，三羧酸循環(huán)流量與細(xì)胞內(nèi)可利用富能化合物的量相適應(yīng)。 。

28、 從糖有氧分解的能量計(jì)算中已知，每個(gè)葡萄糖分子僅通過三羧酸循環(huán)階段與電子傳遞鏈及氧化磷酸化相結(jié)合)就可產(chǎn)生36或38分子ATP，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過糖酵解階段或葡萄糖無氧降解所產(chǎn)生的ATP數(shù)。此外，脂肪、氨基酸等其它有機(jī)物作為呼吸底物徹底氧化時(shí)所產(chǎn)生的能量主要也是通過三羧酸循環(huán)。因此，三羧酸循環(huán)是生物體獲取能量的最主要的途徑5.三羧酸循環(huán)的生理意義：(2)是物質(zhì)代謝的樞紐是物質(zhì)代謝的樞紐。 三羧酸循環(huán)具有雙重作用。一方面，三羧三羧酸循環(huán)具有雙重作用。一方面，三羧酸循環(huán)是糖、脂肪和氨基酸等徹底分解的共同酸循環(huán)是糖、脂肪和氨基酸等徹底分解的共同途徑；另一方面，循環(huán)中生成的草酰乙酸，途徑；另一方面，循環(huán)中生成的

29、草酰乙酸，-酮戊二酸，檸檬酸，琥珀酰酮戊二酸，檸檬酸，琥珀酰coA和延胡索酸等和延胡索酸等又是合成糖，氨基酸，脂肪酸，卟啉等的原料。又是合成糖，氨基酸，脂肪酸，卟啉等的原料。因而三羧酸循環(huán)具有將各種有機(jī)物代謝聯(lián)系起因而三羧酸循環(huán)具有將各種有機(jī)物代謝聯(lián)系起來，成為物質(zhì)代謝樞紐的作用。來，成為物質(zhì)代謝樞紐的作用。 。細(xì)胞在無氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸，如在有氧時(shí)，可經(jīng)脫氫氧化生成丙酮酸，轉(zhuǎn)變成乙酰CoA后即可進(jìn)入三羧酸循環(huán).發(fā)酵產(chǎn)物重新氧化分解,使原來未釋放的能量因此得到利用 。一些果實(shí)品質(zhì)的形成和改善與三羧酸循環(huán)有關(guān)如循環(huán)中的檸檬酸、蘋果酸是柑桔、蘋果等果實(shí)中的重要成分，果實(shí)貯存期間，這些有機(jī)酸又作

30、為呼吸底物首先被消耗，使果實(shí)由酸變甜(糖酸比增大)，改善了果實(shí)的品質(zhì)。6.6.要點(diǎn)提示要點(diǎn)提示1 1）糖酵解是單糖分解代謝的共同途徑。催化糖酵解的10個(gè)酶都位于細(xì)胞質(zhì)中。每一個(gè)己糖可以轉(zhuǎn)化為兩分子的丙酮酸，同時(shí)凈生成兩分子ATP和兩分子NADH。糖酵解分為兩個(gè)階段：己糖階段（消耗ATP）和丙糖階段（生成ATP）。2 2）在酵解的己糖階段，首先是葡萄糖在己糖激酶的催化下磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸，消耗一分子ATP，然后經(jīng)異構(gòu)酶催化轉(zhuǎn)換為果糖-6-磷酸，再經(jīng)果糖激酶催化再次磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸，又消耗一分子ATP；在丙糖階段，果糖-1,6-二磷酸在醛縮酶催化下裂解生成磷酸二羥丙酮和甘油醛

31、-3-磷酸（兩個(gè)磷酸丙糖在異構(gòu)酶催化下可以相互轉(zhuǎn)換），后者在甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化下生成1,3-二磷酸甘油酸，同時(shí)使NAD還原為NADH，然后1,3-二磷酸甘油酸在甘油酸激酶催化的底物水平磷酸化反應(yīng)中生成ATP和3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸經(jīng)變位酶催化轉(zhuǎn)換為2-磷酸甘油酸，再經(jīng)烯醇化酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，最后在丙酮酸激酶催化的又一次底物水平磷酸化反應(yīng)中生成丙酮酸和ATP。3 3）在厭氧條件下，通過丙酮酸的還原代謝使得NADH重新氧化為NAD。在酵母的酒精發(fā)酵過程中，在丙酮酸脫羧酶催化下丙酮酸氧化脫羧生成乙醛，然后乙醛在乙醇脫氫酶的催化下被還原為乙醇，同時(shí)使NADH氧化生成NAD。而

32、在肌肉缺氧下的酵解過程中，乳酸脫氫酶催化丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸，同時(shí)也伴隨著NADH重新氧化為NAD。4 4）在酵解途徑中存在3個(gè)不可逆反應(yīng)，是分別由己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化的。這3個(gè)酶正是酵解途徑的調(diào)節(jié)部位，調(diào)節(jié)涉及別構(gòu)調(diào)節(jié)和共價(jià)修飾。5 5）糖酵解和三羧酸循環(huán)之間的橋梁是丙酮酸脫氫酶復(fù)合物。在細(xì)胞質(zhì)中酵解產(chǎn)生的丙酮酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體基質(zhì)中，在線粒體中丙酮酸在丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化下氧化生成乙酰CoA和CO2。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物是由丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酰胺乙酰基轉(zhuǎn)移酶和二氫硫辛酰胺脫氫酶組成的，同時(shí)還需要硫胺素焦磷酸、硫辛酸、CoASH、FAD和NAD等輔助因子。6 6）三羧酸循

33、環(huán)是發(fā)生在線粒體中的一系列反應(yīng)，三羧酸循環(huán)由8步酶促反應(yīng)組成。檸檬酸合成酶催化乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成三羧酸檸檬酸；順烏頭酸酶催化檸檬酸中的三級(jí)醇轉(zhuǎn)化為二級(jí)醇，導(dǎo)致異檸檬酸的生成；然后在異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化下連續(xù)進(jìn)行氧化脫羧反應(yīng)形成琥珀酰CoA，同時(shí)生成兩分子NADH和兩分子CO2；當(dāng)琥珀酰CoA的硫酯鍵被切斷形成琥珀酸和CoASH時(shí)，琥珀酰CoA合成酶同時(shí)催化GDP底物水平磷酸化生成GTP；琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸氧化形成延胡索酸，同時(shí)生成一分子FADH2；然后延胡索酸水化生成蘋果酸，最后蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下生成草酰乙酸，又生成一分子NADH，完成了一輪三羧酸循

34、環(huán)。7 7）一分子乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化，使得3分子NAD還原為NADH，一分子FAD還原為FADH2，同時(shí)由GDP和Pi生成了一分子的GTP。 每一分子乙酰CoA經(jīng)一輪三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原型輔酶NADH和FADH2經(jīng)電子傳遞和氧化磷酸化可以生成11分子ATP。一分子的葡萄糖經(jīng)酵解、丙酮酸脫氫酶復(fù)合物，三羧酸循環(huán)以及電子傳遞和氧化磷酸化可以產(chǎn)生36分子或38分子ATP。8 8）三羧酸循環(huán)中存在幾個(gè)調(diào)節(jié)部位。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物受到產(chǎn)物乙酰CoA和NADH 的抑制和受到CoASH和NAD的激活，同時(shí)該酶復(fù)合物還受到共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物受到別構(gòu)調(diào)節(jié)。 乙醛酸循環(huán)是

35、一個(gè)與三羧酸循環(huán)密切相關(guān)的途徑，這一途徑使得植物和某些微生物可以利用乙酰CoA生成用于糖異生和其它生物合成途徑中的四碳中間產(chǎn)物。乙醛酸循環(huán)中涉及動(dòng)物細(xì)胞中不存在的兩個(gè)酶：異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶。異檸檬酸裂解酶催化異檸檬酸裂解為琥珀酸和乙醛酸，琥珀酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)，而乙醛酸在蘋果酸合成酶的催化下與乙酰CoA縮合形成蘋果酸，蘋果酸可以作為葡萄糖合成的前體。（三）乙醛酸循環(huán)1.1.植物中乙醛酸循環(huán)是三羧酸循環(huán)的支路植物中乙醛酸循環(huán)是三羧酸循環(huán)的支路 在植物、微生物和酵母中卻存在著一個(gè)可以由由2 2碳化合物碳化合物生成糖的生物合成途徑乙醛酸循環(huán)（生成糖的生物合成途徑乙醛酸循環(huán)（glyoxylat

36、e cycleglyoxylate cycle）。）。乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)。由異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶催化的反應(yīng)繞過了三羧酸循環(huán)中從異檸檬酸到蘋果酸之間的 5個(gè)反應(yīng)。 每一輪乙醛酸循環(huán)引入引入2 2個(gè)個(gè)2 2碳片段碳片段，合成一個(gè)合成一個(gè)4 4碳的琥珀酸碳的琥珀酸。這個(gè)循環(huán)發(fā)生在上。 在乙醛酸循環(huán)體產(chǎn)生的琥珀酸被運(yùn)送到線粒體，轉(zhuǎn)換成草酰乙酸。乙醛酸循環(huán)允許許多微生物進(jìn)行二碳底物的代謝，如乙酸。大腸桿菌可以生長(zhǎng)在以乙酸作為唯一碳源的培養(yǎng)基上。2CH2CH3 3CO-SCoA + 2HCO-SCoA + 2H2 2O + NADO + NAD+ + - - COCOOH COCOOH + 2CoASH + NADH + H+ 2CoASH + NADH + H+ + CH CH2 2-COOH-COOH 從總反應(yīng)式可以看出，在乙醛酸循環(huán)中乙酰CoA中的碳原子并沒有以CO2形式釋放，而是凈合成了一分子草酰乙酸，草酰乙酸正是合成葡萄糖的前體。所以乙醛酸循環(huán)