生物化學講義(7)

1、第七章 糖代謝（10學時）第一節(jié) 概述糖是一類化學本質為多羥醛或多羥酮及其衍生物的有機化合物。在人體內糖的主要形式是葡萄糖(glucose，Glc)及糖原(glycogen，Gn)。葡萄糖是糖在血液中的運輸形式，在機體糖代謝中占據(jù)主要地位；糖原是葡萄糖的多聚體,包括肝糖原、肌糖原和腎糖原等，是糖在體內的儲存形式。葡萄糖與糖原都能在體內氧化提供能量。 食物中的糖是機體中糖的主要來源，被人體攝入經(jīng)消化成單糖吸收后，經(jīng)血液運輸?shù)礁鹘M織細胞進行合成代謝和分解代謝。機體內糖的代謝途徑主要有葡萄糖的無氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途徑、糖原合成與糖原分解、糖異生以及其他己糖代謝等。本章重點介紹葡萄糖在機體中血

2、糖濃度動態(tài)平衡的維持和前五種主要代謝的途徑、生理意義及其調節(jié)。一、糖的主要生理功能 氧化供能：糖類占人體全部供能的70%。 (1g糖可提供約16.7kJ的能量)構成組織細胞的基本成分：核糖:構成核酸 ； 糖脂:生物膜成分轉變?yōu)轶w內的其它成分 ：轉變?yōu)橹?；轉變?yōu)榉潜匦璋被嵋?、糖酵解二、糖的消化吸收食物中的糖主要是淀粉，另外包括一些雙糖及單糖。多糖及雙糖都必須經(jīng)過酶的催化水解成單糖才能被吸收。 食物中的淀粉經(jīng)唾液中的淀粉酶作用，催化淀粉中-1，4-糖苷鍵的水解，產(chǎn)物是葡萄糖、麥芽糖、麥芽寡糖及糊精。淀粉的主要消化部位在小腸。糖被消化成單糖后的主要吸收部位是小腸上段，己糖尤其是葡萄糖被小腸上皮

3、細胞攝取是一個依賴Na+的耗能的主動攝取過程， 這個過程的能量是由Na+的濃度梯度（化學勢能）提供的，它足以將葡萄糖從低濃度轉運到高濃度。當小腸上皮細胞內的葡萄糖濃度增高到一定程度，葡萄糖經(jīng)小腸上皮細胞單向葡萄糖轉運體（unidirectional glucose transporter）順濃度梯度被動擴散到血液中。 三、糖代謝 是指葡萄糖在體內的復雜化學反應，葡萄糖吸收入血后，依賴一類葡萄糖轉運體（glucose transporter, GLUT）而進入細胞內代謝。第一節(jié) 糖的無氧酵解（糖酵解）當機體處于相對缺氧情況(如劇烈運動)時，葡萄糖或糖原分解生成乳酸和少量ATP的過程稱之為糖的無氧

4、酵解。這個代謝過程常見于運動時的骨骼肌，因與酵母的生醇發(fā)酵非常相似，故又稱為糖酵解。糖的無氧酵解途徑，亦稱為EMP途徑。因Meyerhof (M)、Embden (E)和Parnaas (P)的工作對闡明糖酵解的關鍵步驟起著直接重要的作用，因此酵解途徑也被稱為MEP途徑。反應過程：參與糖酵解反應的一系列酶存在在細胞質中，因此糖酵解的全部反應過程均在細胞質中進行。根據(jù)反應特點，可將整個過程分為三個階段，十步反應。（一）糖酵解過程（Embden-Meyerhof Pathway，EMP） 1. 活化階段（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P此反應基本不可逆，調節(jié)位點。以G-6-P形式將Glc限制在細胞內

5、。催化此反應的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。已糖激酶：專一性不強。己糖激酶是酵解途徑中第一個調節(jié)酶，被產(chǎn)物G-6-P強烈地別構抑制。葡萄糖激酶：對Glc有專一活性，存在于肝臟中，不被G-6-P抑制。Glc激酶是一個誘導酶，由胰島素促使合成，肌肉細胞中已糖激酶對Glc的Km為0.1mmol/L，而肝中Glc激酶對Glc的Km為10mmol/L，因此，平時細胞內Glc濃度為5mmol/L時，已糖激酶催化的酶促反應已經(jīng)達最大速度，而肝中Glc激酶并不活躍。進食后，肝中Glc濃度增高，此時Glc激酶將Glc轉化成G-6-P，進一步轉化成糖元，貯存于肝細胞中。（2）G-6-P異構化為F-6-P此反應由磷

6、酸Glc異構酶催化，將葡萄糖的羰基C由C1移至C2 ，為C1位磷酸化作準備，同時保證C2上有羰基存在，這對分子的斷裂，形成三碳物是必需的。（3）F-6-P磷酸化，生成F-1.6-2P此反應在體內不可逆，調節(jié)位點，由磷酸果糖激酶催化。磷酸果糖激酶既是酵解途徑的限速酶，又是酵解途徑的第二個調節(jié)酶。2.裂解階段（4）F-1.6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮（DHAP）該反應在熱力學上不利，但是，由于具有非常大的G0負值的F-1.6-2P的形成及后續(xù)甘油醛-3-磷酸氧化的放能性質，促使反應正向進行。同時在生理環(huán)境中，3-磷酸甘油醛不斷轉化成丙酮酸，驅動反應向右進行。（5）磷酸二羥丙酮（DHA

7、P）異構化成3-磷酸甘油醛由磷酸丙糖異構酶催化。已糖轉化成3-磷酸甘油醛后，C原子編號變化：F-1.6-2P的C1-P、C6-P都變成了3-磷酸甘油醛的C3-P。3.放能階段（6）3-磷酸甘油醛氧化成1.3二磷酸甘油酸（高能化合物）和NADH+H+由磷酸甘油醛脫氫酶催化。此反應既是氧化反應，又是磷酸化反應，氧化反應的能量驅動磷酸化反應的進行。碘乙酸可與酶的-SH結合，抑制此酶活性，砷酸能與磷酸底物競爭，使氧化作用與磷酸化作用解偶連（生成3-磷酸甘油酸）。（7）13-二磷酸甘油酸轉化成3-磷酸甘油酸和ATP由磷酸甘油酸激酶催化，是酵解過程中的第一次底物水平磷酸化反應，也是酵解中第一次產(chǎn)生ATP的

8、反應。一分子Glc產(chǎn)生二分子三碳糖，共產(chǎn)生2ATP。（8）3-磷酸甘油酸轉化成2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶催化，磷酰基從C3移至C2。（9）2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)（高能化合物）2-磷酸甘油酸中磷脂鍵是一個低能鍵（G= -17.6Kj /mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇鍵是高能鍵（G= -62.1Kj /mol），因此，這一步反應顯著提高了磷?；霓D移勢能。（10）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。不可逆，調節(jié)位點。由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途徑的第三個調節(jié)酶，這是酵解途徑中的第二次底物水平磷酸化反應，磷酸烯醇式

9、丙酮酸將磷酰基轉移給ADP，生成ATP和丙酮酸。這是無氧酵解過程第二次生成ATP，產(chǎn)生方式也是底物水平磷酸化。由于是1分子葡萄糖產(chǎn)生2分子丙酮酸，所以在這一過程中，1分子葡萄糖可產(chǎn)生2分子ATP。（11）EMP總反應式1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O(二)2分子丙酮酸還原為2分子乳酸在無氧條件下，丙酮酸被還原為乳酸。此反應由乳酸脫氫酶催化，乳酸脫氫酶有多種同工酶(詳見第四章)，骨骼肌中主要含有LDH5，它和丙酮酸親和力較高，有利于丙酮酸還原為乳酸，LDH5的輔酶是NAD+。還原反應所需的NADH+H+是3-磷酸甘油醛脫氫時產(chǎn)生，作為供氫體脫

10、氫后成為NAD+，再作為3-磷酸甘油醛脫氫酶的輔酶。因此，NAD+來回穿梭，起著遞氫作用，使無氧酵解過程持續(xù)進行。在有氧的條件下，3-磷酸甘油醛脫氫產(chǎn)生的NADH+H+從細胞質中通過穿梭系統(tǒng)進入線粒體經(jīng)電子傳遞鏈傳遞生成水，同時釋放出能量(詳見“第八章”)。（三）糖酵解過程的能量變化1分子葡萄糖在缺氧的條件下轉變?yōu)?分子乳酸，同時伴隨著能量的產(chǎn)生，凈產(chǎn)生2分子ATP；糖原開始1分子葡萄糖單位糖酵解成乳酸，凈產(chǎn)生3分子ATP。（四）糖酵解的生理意義(1) 主要的生理功能是在缺氧時迅速提供能量(2)正常情況下為一些細胞提供部分能量(3) 糖酵解是糖有氧氧化的前段過程，其一些中間代謝物是脂類、氨基酸

11、等合成的前體。（五）糖酵解的調節(jié)1.已糖激酶調節(jié)別構抑制劑（負效應調節(jié)物）：G-6-P和ATP；別構激活劑（正效應調節(jié)物）：ADP。2.磷酸果糖激酶調節(jié)（關鍵限速步驟）抑制劑：ATP、檸檬酸、脂肪酸和H+，激活劑：AMP、F-2.6-2P；ATP。細胞內含有豐富的ATP時，此酶幾乎無活性。高含量的檸檬酸是碳骨架過剩的信號。3.丙酮酸激酶調節(jié)抑制劑：乙酰CoA、長鏈脂肪酸、Ala、ATP；激活劑：F-1.6-P。共價修飾調節(jié)：（六）丙酮酸的去路1.進入三羧酸循環(huán)2.生成乳酸在厭氧酵解時（乳酸菌、劇烈運動的肌肉），丙酮酸接受了3-磷酸甘油醛脫氫酶生成的NADH上的氫，在乳酸脫氫酶催化下，生成乳酸。

12、總反應：Glc + 2ADP + 2Pi 2乳酸 + 2ATP + 2H2O動物體內的乳酸循環(huán)（Cori）循環(huán)：肌肉收縮，糖酵解產(chǎn)生乳酸。乳酸透過細胞膜進入血液，在肝臟中異生為Glc，解除乳酸積累引起的中毒。Cori循環(huán)是一個耗能過程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6個ATP。3.生成乙醇酵母或其它微生物中，經(jīng)糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，可以經(jīng)丙酮酸脫羧酶催化，脫羧生成乙醛，在醇脫氫酶催化下，乙醛被NADH還原成乙醇?？偡磻篏lc+2pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP+2H20在厭氧條件下能產(chǎn)生乙醇的微生物，如果有氧存在時，則會通過乙醛的氧化生成乙酸，制醋。巴斯德效應（ Pasteu

13、r effect）：有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（或糖酵解）的現(xiàn)象4.進行糖異生5.合成氨基酸（七）其它單糖進入糖酵解途徑糖原降解產(chǎn)物G-1-P，D-果糖，D-半乳糖，D-甘露糖均轉化為糖酵解的中間物。第二節(jié) 糖的異生作用糖異生作用(gluconeogenesis)是指非糖物質如生糖氨基酸、乳酸、丙酮酸及甘油等轉變?yōu)槠咸烟腔蛱窃倪^程。糖異生的最主要器官是肝臟。糖異生起源于細胞線粒體內。由丙酮酸生成Glc是糖異生的主要途徑。一、糖異生反應過程 糖異生反應過程基本上是糖酵解反應的逆過程。由于糖酵解過程中由己糖激酶、6-磷酸果糖激酶1及丙酮酸激酶催化的三個反應釋放了大量的能量，構成難以逆行的能障， 因此這

14、三個反應是不可逆的。Glc到G-6-P ，F(xiàn)-6-P到F-1.6-P PEP到丙酮酸。這三個反應可以分別通過相應的、特殊的酶催化，使反應逆行，完成糖異生反應過程。(一)丙酮酸轉變?yōu)榱姿嵯┐际奖?丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的反應包括丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化的兩步反應，構成一條所謂“丙酮酸羧化支路”使反應進行。這個反應是糖酵解過程中丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的逆過程。1. 丙酮酸羧化生成草酰乙酸 （線粒體內）此反應由丙酮酸羧化酶催化，輔酶是生物素， ATP、Mg2+（Mn2+）參與羧化反應， CO2通過生物素使丙酮酸羧化生成草酰乙酸。此酶存在于線粒體中，故丙酮酸

15、必須進入線粒體才能被羧化為草酰乙酸，這也是體內草酰乙酸的重要來源之一。丙酮酸羧化酶還催化三羧酸循環(huán)的回補反應，所以，草酰乙酸既是糖異生的中間物，又是三羧酸循環(huán)的中間物，丙酮酸羧化酶聯(lián)系著三羧酸循環(huán)和糖異生作用。丙酮酸羧化酶是別構酶，受乙酰CoA和高比值ATP/ADP的激活。若細胞內ATP含量高，則三羧酸循環(huán)的速度降低，糖異生作用加強。2草酰乙酸脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）（線粒體內）此反應由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由GTP提供能量，釋放CO2。磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在人體的線粒體及胞液中均有存在。存在于線粒體中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，可直接催化草酰乙酸脫羧生成PEP，PEP從線粒體

16、轉運到細胞質，通過糖酵解逆行過程生成1，6-二磷酸果糖。存在于細胞質中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，首先要使草酰乙酸從線粒體轉運到細胞質中：由于草酰乙酸不能自由進出線粒體內膜，因此草酰乙酸先要在線粒體內還原生成蘋果酸或經(jīng)轉氨基作用生成天冬氨酸；蘋果酸、天冬氨酸都能自由進出線粒體內膜，可從線粒體到達細胞質；在細胞質中蘋果酸可脫氫氧化、天冬氨酸可再經(jīng)轉氨基作用生成草酰乙酸，完成了將草酰乙酸從線粒體轉運到細胞質的過程。然后，轉運到細胞質中的草酰乙酸可在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下脫羧生成PEP。(二) F-1.6-2P F-6-P 此反應由F-1.6-2P 酶催化進行。這個反應是糖酵解過程中F-6-P生

17、成F-1.6-2P的逆過程。 F-6-P異構化為G-6-P。(三) G-6-P轉變?yōu)槠咸烟谴朔磻善咸烟?6-磷酸酶催化進行。這個反應是糖酵解過程中己糖激酶催化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖的逆過程。二、生理意義1.糖異生最重要的生理意義是在空腹或饑餓情況下維持血糖濃度的相對恒定2.乳酸再利用：乳酸循環(huán)（Cori循環(huán)）。乳酸大部分是由肌肉和紅細胞中糖酵解生成的，經(jīng)血液運輸?shù)礁闻K或腎臟，經(jīng)糖異生再形成葡萄糖，后者可經(jīng)血液運輸回到各組織中繼續(xù)氧化提供能量。這個過程稱為是乳酸循環(huán)或Cori循環(huán)（lactate cycle or Cori cycle）。在安靜狀態(tài)下產(chǎn)生乳酸的量甚少，此途徑意義不大。但在某些

18、生理或病理情況下，如劇烈運動時，肌糖原酵解產(chǎn)生大量乳酸，大部分可經(jīng)血液運到肝臟，通過糖異生作用合成肝糖原或葡萄糖以補充血糖，而血糖又可供肌肉利用。乳酸循環(huán)可避免損失乳酸以及防止因乳酸堆積引起的酸中毒。3.補充或恢復肝糖原儲備的主要途徑。 4維持酸堿平衡。三.糖異生途徑的前體1三碳化合物（甘油、丙酮酸、乳酸等）。2生糖氨基酸（能轉變?yōu)樘堑陌被幔?.檸檬酸循環(huán)的中間代謝物。四.糖異生和糖酵解的代謝協(xié)調調控糖異生和糖酵解在細胞中是兩個相反的代謝途徑，同時，又是協(xié)調的。高濃度G-6-P抑制已糖激酶，活化G-6-P酶，抑制酵解，促進異生。酵解和異生的控制點是F-6-P與F-1.6-2P的轉化。糖異生

19、的關鍵調控酶是F-1.6-2P酶，而糖酵解的關鍵調控酶是磷酸果糖激酶。ATP促進酵解，檸檬酸促進糖異生。F-2.6-P是強效應物，促進酵解，減弱異生。丙酮酸到PEP的轉化在糖異生中是由丙酮酸羧化酶調節(jié)，在酵解中被丙酮酸激酶調節(jié)。乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶的活性，抑制丙酮酸脫氫酶的活性，因此乙酰CoA過量時，可促進Glc 生成。酵解與異生途徑，一個途徑開放，另一途徑就關閉，可避免無數(shù)循環(huán)。無效循環(huán)指由不同酶催化的兩個相反代謝，反應條件不一樣，一個方向需ATP參加，另一方向則進行水解，結果使ATP水解，消耗能量，反應物無變化。這種無效循環(huán)只能產(chǎn)生熱量供自身需要。激素對酵解和異生的調控腎上腺素、胰高

20、血糖素和糖皮質激素促進異生，胰島素加強酵解。五、血 糖血液中的葡萄糖，稱為血糖(blood sugar)。體內血糖濃度是反映機體內糖代謝狀況的一項重要指標。正常情況下，血糖濃度是相對恒定的。正常人空腹血漿葡萄糖糖濃度為3.96.1mmolL(葡萄糖氧化酶法)?？崭寡獫{葡萄糖濃度高于70 mmolL稱為高血糖，低于39mmolL稱為低血糖。要維持血糖濃度的相對恒定，必須保持血糖的來源和去路的動態(tài)平衡。 一、血糖的主要來源及去路 血糖的來源：食物中的糖是血糖的主要來源；肝糖原分解是空腹時血糖的直接來源；非糖物質如甘油、乳酸及生糖氨基酸通過糖異生作用生成葡萄糖，在長期饑餓時作為血糖的來源。 血糖的去

21、路：在各組織中氧化分解提供能量，這是血糖的主要去路；在肝臟、肌肉等組織進行糖原合成；轉變?yōu)槠渌羌捌溲苌?，如核糖、氨基糖和糖醛酸等；轉變?yōu)榉翘俏镔|，如脂肪、非必需氨基酸等；血糖濃度過高時，由尿液排出。血糖濃度大于8889.99mmolL，超過腎小管重吸收能力，出現(xiàn)糖尿。將出現(xiàn)糖尿時的血糖濃度稱為腎糖閾。糖尿在病理情況下出現(xiàn)，常見于糖尿病患者。二、血糖濃度的調節(jié) 正常人體內存在著精細的調節(jié)血糖來源和去路動態(tài)平衡的機制，保持血糖濃度的相對恒定是神經(jīng)系統(tǒng)、激素及組織器官共同調節(jié)的結果。 神經(jīng)系統(tǒng)對血糖濃度的調節(jié)主要通過下丘腦和自主神經(jīng)系統(tǒng)調節(jié)相關激素的分泌。激素對血糖濃度的調節(jié)，主要是通過胰島素、

22、胰高血糖素、腎上腺素、糖皮質激素、生長激素及甲狀腺激素之間相互協(xié)同、相互拮抗以維持血糖濃度的恒定。從體外實驗了解機體對血糖濃度的調節(jié)能力，可以通過葡萄糖耐量試驗（glucose tolerance test，GTT）獲得糖耐量試驗曲線加以理解。第三節(jié) 糖的有氧氧化有氧氧化(aerobic oxidation)是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧條件下，進一步氧化生成乙酰輔酶A，經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底氧化成水、二氧化碳及能量的過程。這是糖氧化的主要方式，是機體獲得能量的主要途徑。一、反應過程（一）糖酵解產(chǎn)生丙酮酸（2丙酮酸、 2ATP、2NADH）； 這一階段和糖酵解過程相似，在細胞質中進行。在缺氧的條件下

23、丙酮酸生成乳酸。在有氧的條件下丙酮酸進入線粒體生成乙酰輔酶A，再進入三羧酸循環(huán)。（二）丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA 在有氧條件下，丙酮酸從細胞質進入線粒體。在丙酮酸脫氫酶復合體(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下進行氧化脫羧反應，該反應不可逆。1.丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶復合體是由三種酶組成的多酶復合體，它包括丙酮酸脫氫酶，二氫硫辛酸乙酰轉移酶及二氫硫辛酸脫氫酶。參與的輔酶有TPP，硫辛酸，F(xiàn)AD，NAD+，CoA、Mg2+。在多酶復合體中進行著緊密相連的連鎖反應過程，反應迅速完成，催化效率高，使丙酮酸脫羧和脫氫生成乙酰輔酶A及NADH+H+。 2.反應步

24、驟（1）丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP（2）二氫硫辛酸乙酰轉移酶（E2）使羥乙基氧化成乙?；?）E2將乙?；D給CoA，生成乙酰-CoA（4）E3氧化E2上的還原型二氫硫辛酸（5）E3還原NAD+生成NADH3.丙酮酸脫氫酶系的活性調節(jié)（1）可逆磷酸化的共價調節(jié)丙酮酸脫氫酶激酶（EA）（可被ATP激活）和丙酮酸脫氫酶磷酸酶（EB）調節(jié)丙酮酸脫氫酶的磷酸化，磷酸化的丙酮酸脫氫酶無活性，去磷酸化的丙酮酸脫氫酶有活性。（2）別構調節(jié)ATP、CoA、NADH是別構抑制劑，ATP抑制E1，CoA抑制E2，NADH抑制E3。（3）能量 1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA，產(chǎn)生1分子NADH。脫氫生成的NAD

25、H+H+經(jīng)線粒體內膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。（三）三羧酸循環(huán)（又稱檸檬酸循環(huán)、Krebs循環(huán)），呼吸鏈氧化磷酸化。丙酮酸氧化脫羧生成的乙酰輔酶A要徹底進行氧化，這個氧化過程是三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)。三羧酸循環(huán)是Krebs于1937年發(fā)現(xiàn)的。故又稱Krebs循環(huán)。因為循環(huán)中第一個中間產(chǎn)物是檸檬酸，故又稱檸檬酸循環(huán)(citric acid cycle)。乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成含有3個羧基的檸檬酸，再經(jīng)過一系列反應重新變成草酰乙酸完成一輪循環(huán)，其中氧化反應脫下的氫經(jīng)線粒體內膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸

26、化生成ATP(見“生物氧化”章)；而脫羧反應生成的二氧化碳則通過血液運輸?shù)胶粑到y(tǒng)而被排出，是體內二氧化碳的主要來源。每輪循環(huán)有2個C原子以乙酰CoA形式進入，有2個C原子完全氧化成CO2放出，分別發(fā)生4次氧化脫氫，共釋放10ATP。1.三羧酸循環(huán)反應過程：（1）乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合生成檸檬酸此反應由檸檬酸合酶（citrate synthase）催化，是三羧酸循環(huán)的關鍵酶，是重要的調節(jié)點。由于高能硫酯鍵水解時釋出較多自由能，G0=-32.2kJmol，此反應不可逆。（2）檸檬酸經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸此反應由順烏頭酸酶催化，檸檬酸脫水、加水生成異檸檬酸。檸檬酸上的羥基是個叔醇，無法進一步被氧

27、化。因此，檸檬酸需轉變成異檸檬酸，將不能被氧化的叔醇，轉化成可以被氧化的仲醇。（3）異檸檬酸氧化、脫羧生成-酮戊二酸和NADH此反應在異檸檬酸脫氫酶作用下進行脫氫、脫羧，這是三羧酸循環(huán)中第一次氧化脫羧。異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase)是三羧酸循環(huán)的限速酶，是最主要的調節(jié)點，輔酶是NAD+，脫氫生成的NADH+H+經(jīng)線粒體內膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。（4）-酮戊二酸氧化、脫羧生成琥珀酰輔酶A和NADH此反應在-酮戊二酸脫氫酶復合體(-ketoglutarate dehydrogenase complex)的催化下脫氫、脫羧生成琥珀酰

28、輔酶A，這是三羧酸循環(huán)中第二次氧化脫羧。-酮戊二酸脫氫酶復合體是三羧酸循環(huán)的關鍵酶，是第三個調節(jié)點。-酮戊二酸脫氫酶復合體是多酶復合體，其組成及反應方式都與丙酮酸脫氫酶復合體相似。脫氫生成NADH+H+，經(jīng)線粒體內膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。由于反應中分子內部能量重排，產(chǎn)物琥珀酰輔酶A中含有一個高能硫酯鍵，此反應不可逆。G0=-33.5kJmol。（5）琥珀酰輔酶A轉變?yōu)殓晁岷虶DP此反應由琥珀酸硫激酶（琥珀酰輔酶A合成酶）催化，琥珀酰輔酶A中的高能硫酯鍵釋放能量，可以轉移給ADP（或GDP），形成ATP（或GTP）。這是三羧酸循環(huán)中唯一的一次底物水平磷酸化，直接

29、生成GTP，再轉化為1分子ATP。在高等植物和細菌中，硫酯鍵水解釋放出的自由能，可直接合成ATP。在哺乳動物中，先合成GTP，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP轉化成ATP。（6）琥珀酸脫氫轉變?yōu)檠雍魉幔ǚ炊∠┒幔┖虵ADH2此反應由琥珀酸脫氫酶催化，輔酶是FAD，脫氫后生成FADH2，經(jīng)線粒體內膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成1.5分子ATP。琥珀酸脫氫酶是TCA循環(huán)中唯一嵌入線粒體內膜的酶。丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑，可阻斷三羧酸循環(huán)。（7）延胡索酸轉變?yōu)樘O果酸此反應由延胡索酸酶催化，加水生成蘋果酸。（8）蘋果酸脫氫生成草酰乙酸和NADH此反應由蘋果酸脫氫酶催化，輔酶是

30、NAD+，脫氫后生成NADH+H+，經(jīng)線粒體內膜上經(jīng)呼吸鏈傳遞生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。2. 三羧酸循環(huán)的特點：（1）三羧酸循環(huán)是乙酰輔酶A的徹底氧化過程。草酰乙酸在反應前后并無量的變化。三羧酸循環(huán)中的草酰乙酸主要來自丙酮酸的直接羧化。（2）三羧酸循環(huán)是能量的產(chǎn)生過程，1分子乙酰CoA通過TCA經(jīng)歷了4次脫氫（3次脫氫生成NADH+H+，1次脫氫生成FADH2）、2次脫羧生成CO2，1次底物水平磷酸化，共產(chǎn)生12分子ATP。（3）三羧酸循環(huán)中檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、-酮戊二酸脫氫酶復合體是反應的關鍵酶，是反應的調節(jié)點。（二）三羧酸循環(huán)的生理意義 1.提供能量線粒體外的NADH

31、，可通過3-磷酸甘油穿梭和蘋果酸穿梭機制，運到線粒體內，經(jīng)呼吸鏈再氧化，這兩種機制在不同組織的細胞中起作用。（1）磷酸甘油穿梭機制磷酸二羥丙酮+NADH+H+3-磷酸甘油+NAD+，3-磷酸甘油進入線粒體，將2H交給FAD而生成FADH2，F(xiàn)ADH2可傳遞給輔酶Q，進入呼吸鏈，產(chǎn)生1.5ATP（3-磷酸甘油脫氫酶的輔酶是FAD）。（2）蘋果酸穿梭機制胞液中NADH可經(jīng)蘋果酸酶催化，使草酰乙酸還原成蘋果酸，再通過蘋果酸-酮戊二酸載體轉運進入線粒體，由線粒體內蘋果酸脫氫酶催化，生成NADH和草酰乙酸，NADH進入呼吸鏈氧化生成2.5個ATP。（蘋果酸脫氫酶的輔酶是NAD+）。1分子Glc在肝、心中

32、完全氧化，產(chǎn)生32ATP，在骨骼肌、神經(jīng)系統(tǒng)組織中，產(chǎn)生30ATP。2.三羧酸循環(huán)是糖、脂和蛋白質三大物質代謝的最終代謝通路。糖、脂和蛋白質在體內代謝都最終生成乙酰輔酶A，然后進入三羧酸循環(huán)徹底氧化分解成水、CO2和產(chǎn)生能量。 3.三羧酸循環(huán)是糖、脂和蛋白質三大物質代謝的樞紐。一方面，TCA是糖、脂肪、氨基酸等徹底氧化分解的共同途徑，另一方面，循環(huán)中生成的草酰乙酸、-酮戊二酸、檸檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料，因而TCA將各種有機物的代謝聯(lián)系起來。TCA是聯(lián)系體內三大物質代謝的中心環(huán)節(jié)，為合成其它物質提供C架。（三）三羧酸循環(huán)的代謝調節(jié)1.檸檬酸合酶（限

33、速酶）ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制此酶。乙酰CoA、草酰乙酸激活此酶。2.異檸檬酸脫氫酶NADH、ATP可抑制此酶，ADP可活化此酶，當缺乏ADP時就失去活性。3.-酮戊二酸脫氫酶復合體受NADH和琥珀酰CoA抑制。（四）TCA的回補反應在TCA循環(huán)中，有些中間產(chǎn)物是合成其它物質的前體，如卟啉的主要碳原子來自琥珀酰CoA，Glu、Asp可以從-酮戊二酸和草酰乙酸衍生而成，一旦草酰乙酸濃度下降，則會影響TCA循環(huán)，因此這些中間產(chǎn)物必須不斷補充，以維持TCA循環(huán)。1.丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸丙酮酸羧化酶是一個調節(jié)酶，需要生物素為輔酶，乙酰CoA可增加其活性。2.磷酸烯醇

34、式丙酮酸羧化激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸轉化成草酰乙酸在腦、心臟中存在這個反應。3.Asp、Glu轉氨可生成草酰乙酸和-酮戊二酸4.Ile、Val、Thr、Met也會形成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸。二、糖有氧氧化與糖酵解的相互調節(jié)巴斯德效應（Pastuer effect）是指：在有氧的條件下糖有氧氧化抑制糖無氧酵解。這個效應是Pastuer在研究酵母菌葡萄糖發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)的：在無氧的條件下，糖無氧酵解產(chǎn)生的ATP的速度和數(shù)量遠遠大于有氧氧化，為產(chǎn)生ATP的主要方式。但在有氧的條件下，酵母菌的酵解作用受到抑制。這種現(xiàn)象同樣出現(xiàn)在肌肉中：當肌肉組織供氧充分的情況下，有氧氧化抑制糖無氧酵解，產(chǎn)生大量量能

35、量供肌肉組織活動所需。缺氧時，則以糖無氧酵解為主。在一些代謝旺盛的正常組織和腫瘤細胞中，即使在有氧的條件下，仍然以糖無氧酵解為產(chǎn)生ATP的主要方式，這種現(xiàn)象稱為Cratree效應或反巴斯德效應。三、乙醛酸循環(huán)某些植物和微生物除進行TCA外，還有一個乙醛酸循環(huán)，作為TCA的補充。乙醛酸循環(huán)是通過一分子乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸，經(jīng)異檸檬酸，由異檸檬酸裂解酶裂解成乙醛酸和琥珀酸。琥珀酸經(jīng)脫氫、水化、脫氫生成草酰乙酸，補償開始消耗掉的草酰乙酸。乙醛酸與另一分子乙酰CoA縮合成蘋果酸，脫氫生成草酰乙酸。過量的草酰乙酸可以糖異生成Glc，因此，乙醛酸循環(huán)可以使脂肪酸的降解產(chǎn)物乙酰CoA經(jīng)草酰乙酸轉

36、化成Glc，供給種子萌發(fā)時對糖的需要。植物中，乙醛酸循環(huán)只存在于子苗期，而生長后期則無乙醛酸循環(huán)。哺乳動物及人體中，不存在乙醛酸循環(huán)，因此，乙酰CoA不能在體內生成糖和氨基酸?？偡磻?乙酰CoA + NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoA + NADH + 2H+第四節(jié)磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway）是葡萄糖氧化分解的另一條重要途徑，它的功能不是產(chǎn)生ATP，而是產(chǎn)生細胞所需的具有重要生理作用的特殊物質，如NADPH和5-磷酸核糖。這條途徑存在于肝臟、脂肪組織、甲狀腺、腎上腺皮質、性腺、紅細胞等組織中。代謝相關的酶存在于細胞質中。也稱磷酸已糖

37、支路（HMS）。即反應開始，在G-6-P上的C2原子上直接氧化，通過一系列轉化被分解，此為磷酸戊糖途徑一、 磷酸戊糖途徑反應過程 磷酸戊糖途徑是一個比較復雜的代謝途徑： 6分子葡萄糖經(jīng)磷酸戊糖途徑可以使1分子葡萄糖轉變?yōu)?分子CO2。反應可分為兩個階段：第一階段是氧化反應，產(chǎn)生NADPH及5-磷酸核糖；第二階段是非氧化反應，是一系列基團的轉移過程。第一階段：氧化反應6-磷酸葡萄糖由6-磷酸葡萄糖脫氫酶（glucose 6-phosphate dehydrogenase,G-6-PD）及6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的催化作用，NADP+是它們的輔酶，G-6-P在第一位碳原子上脫氫脫羧而轉變?yōu)?-磷酸核

38、酮糖，同時生成2分子NADPH+H+及1分子CO2。5-磷酸核酮糖在異構酶的作用下成為5-磷酸核糖。 在這一階段中產(chǎn)生了NADPH+H+和5-磷酸核糖這兩個重要的代謝產(chǎn)物。第二階段：非氧化反應-一系列基團的轉移 在這一階段中磷酸戊糖繼續(xù)代謝，通過一系列的反應，循環(huán)再生成G-6-P。5-磷酸核酮糖經(jīng)異構反應轉變?yōu)?-磷酸核糖或5-磷酸木酮糖，三種形式的磷酸戊糖經(jīng)轉酮醇酶催化轉移酮醇基(CO-CH20H)及轉醛醇酶催化轉移醛醇基(-CHOH-CO-CH20H)，進行基團轉移，中間生成三碳、七碳、四碳和六碳等的單糖磷酸酯，最后轉變成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛，進一步代謝成為G-6-P。二、磷酸戊糖

39、途徑的調節(jié)6-磷酸葡萄糖脫氫酶是磷酸戊糖途徑的限速酶，催化不可逆反應。其活性主要受NADP+/NADPH比例的調節(jié)。三、生理意義磷酸戊糖途徑不是供能的主要途徑，它的主要生理作用是提供生物合成所需的一些原料。1、磷酸戊糖途徑是細胞產(chǎn)生還原力(NADPH)的主要途徑. 2.磷酸戊糖途徑為DNA、RNA和多種輔酶的合成提供核糖-5-磷酸。3.磷酸戊糖途徑是細胞內不同結構糖分子的重要來源，并為各種單糖的相互轉變提供條件。 遺傳性G-6-P脫氫酶缺乏的患者，磷酸戊糖途徑不能正常進行，造成NADPH+H+減少，GSH含量低下，紅細胞易破壞而發(fā)生溶血性貧血。 第七節(jié)糖原合成和糖原分解糖原是體內糖的儲存形式，

40、主要以肝糖原、肌糖原形式存在。肝糖原的合成與分解主要是為了維持血糖濃度的相對恒定；肌糖原是肌肉糖酵解的主要來源。糖原由許多葡萄糖通過-1，4-糖苷鍵(直鏈)及-1，6-糖苷鍵(分枝)相連而成的帶有分枝的多糖，存在于細胞質中。 糖原合成(glycogenesis)是由葡萄糖合成糖原的過程。反之，糖原分解(glycogenolysis)則是指肝糖原分解為葡萄糖的過程。糖原合成及分解反應都是從糖原分支的非還原性末端開始，分別由兩組不同的酶催化。一、 糖原合成 糖原合成首先以葡萄糖為原料合成尿苷二磷酸葡萄糖（UDP-Glc），在限速酶糖原合酶(glycogen synthase)的作用下，將UDP-Glc轉給肝、肌肉中的糖原引物（糖原蛋白）上，延長糖鏈合成糖原。其次糖鏈在分支酶的作用下再分支合成多支的糖原。反應可以分為二個階段：第一階段：糖鏈的延長 游離的葡萄糖不能直接合成糖原，它必須先磷酸化為G-6-P再轉變?yōu)镚-1-P，后者與UTP作用形成UDP-Glc及焦磷酸(PPi)。UDP-Glc是糖原合成的底物，葡萄糖殘基的供體，稱為活性葡萄糖。UDP-Glc在糖原合酶催化下將葡萄糖殘基轉移到糖原蛋白中糖原的直鏈分