糖有氧氧化和三羧酸循環(huán)

1、糖有氧氧化和三羧酸循環(huán)這一途徑普遍存在動(dòng)、植物及微生物細(xì)胞中，不僅是糖分解的主要途徑，也是脂肪、蛋白質(zhì)分解代謝的最終途徑，有重要的生理意義。為此獲1953年的諾貝爾獎(jiǎng)三三. TCA循環(huán)循環(huán)共有共有8 8步，（步，（P95P95，圖圖13-913-9）1.1. 1 1、乙酰輔酶乙酰輔酶A A與草酰乙酸縮合形成檸檬酸：與草酰乙酸縮合形成檸檬酸： TCA TCA循環(huán)起始步驟，由檸檬酸合成酶（檸檬酸縮合酶）催化，乙酰輔酶循環(huán)起始步驟，由檸檬酸合成酶（檸檬酸縮合酶）催化，乙酰輔酶A A的的甲基移去質(zhì)子形成負(fù)碳離子，親核攻擊草酰乙酸的酮基碳，縮合生成檸檬酰輔甲基移去質(zhì)子形成負(fù)碳離子，親核攻擊草酰乙酸的酮基

2、碳，縮合生成檸檬酰輔酶酶A A，再由高能硫酯鍵水解推動(dòng)總反應(yīng)進(jìn)行，生成檸檬酸。再由高能硫酯鍵水解推動(dòng)總反應(yīng)進(jìn)行，生成檸檬酸。鍵。形成的檸檬酰鍵。形成的檸檬酰CoACoA使酶結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變化，活性中心增加了一個(gè)天冬氨酸殘基捕使酶結(jié)構(gòu)進(jìn)一步變化，活性中心增加了一個(gè)天冬氨酸殘基捕獲水分子以水解硫酯鍵。獲水分子以水解硫酯鍵。CoACoA和檸檬酸相繼離開酶，酶恢復(fù)成開放型。此酶是一個(gè)和檸檬酸相繼離開酶，酶恢復(fù)成開放型。此酶是一個(gè)調(diào)控酶，可受調(diào)控酶，可受ATPATP、NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA和長(zhǎng)鏈脂酰和長(zhǎng)鏈脂酰CoACoA抑制。故此反應(yīng)是可調(diào)控的限抑制。故此反應(yīng)是可調(diào)控的限速步驟。速步驟。

3、 檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶 ： 草酰乙酸草酰乙酸1.構(gòu)象變化：構(gòu)象變化： 開放型開放型 關(guān)閉型關(guān)閉型 HSCOA、檸檬酸檸檬酸2.活性中心：活性中心： His 草酰乙酸；草酰乙酸； His 乙酰乙酰COA； Asp H2O3.可調(diào)節(jié)酶：可調(diào)節(jié)酶： ATPATP、NADHNADH、琥珀酰琥珀酰CoACoA和長(zhǎng)鏈脂酰和長(zhǎng)鏈脂酰CoACoA可抑制此酶活性?？梢种拼嗣富钚浴顟B(tài)時(shí)被激活。異檸檬酸脫氫酶是狀態(tài)時(shí)被激活。異檸檬酸脫氫酶是TCATCA循環(huán)中第二個(gè)調(diào)節(jié)酶。循環(huán)中第二個(gè)調(diào)節(jié)酶。 4 4。-酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰CoACoA： 第二次氧化反應(yīng)且伴有脫羧，由第二次氧化反

4、應(yīng)且伴有脫羧，由-酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系催化催化 5. 5. 琥珀酰琥珀酰COACOA轉(zhuǎn)化成琥珀酸并產(chǎn)生轉(zhuǎn)化成琥珀酸并產(chǎn)生GTPGTP； 這是這是TCATCA中唯一底物水平磷酸化直接產(chǎn)生高能磷酸鍵的步驟中唯一底物水平磷酸化直接產(chǎn)生高能磷酸鍵的步驟。 GTP + ADP GDP + ATP6. 6. 6 6、 琥珀酸脫氫生成延胡索酸：琥珀酸脫氫生成延胡索酸：第三步氧化還原反應(yīng)，由琥珀酸脫氫酶催化，氫受體：酶的輔基第三步氧化還原反應(yīng)，由琥珀酸脫氫酶催化，氫受體：酶的輔基FADFAD 7 7、延胡索酸水化成蘋果酸：、延胡索酸水化成蘋果酸：延胡索酸酶延胡索酸酶具有立體異構(gòu)特異性，具有立體異構(gòu)

5、特異性，OHOH只加在延胡索酸一側(cè)，形成只加在延胡索酸一側(cè)，形成L-L-蘋果蘋果酸。酸。8. 8. 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸：蘋果酸脫氫生成草酰乙酸： TCA TCA中第中第4 4次氧化還原反應(yīng)，由次氧化還原反應(yīng)，由L-L-蘋果酸脫氫酶催化，蘋果酸脫氫酶催化，NADNAD+ +是輔酶。是輔酶。 在標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)條件下，平衡有利于逆反應(yīng)。但在生理情況下，反應(yīng)產(chǎn)物草在標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)條件下，平衡有利于逆反應(yīng)。但在生理情況下，反應(yīng)產(chǎn)物草酰乙酸不斷因合成檸檬酸而移去，使其在細(xì)胞內(nèi)濃度極低（小于酰乙酸不斷因合成檸檬酸而移去，使其在細(xì)胞內(nèi)濃度極低（小于1010-6 -6 mol/Lmol/L）, ,而使反應(yīng)向右進(jìn)行。

6、而使反應(yīng)向右進(jìn)行。注：有氧氧化第注：有氧氧化第3 3階段即階段即TCATCA循環(huán)的關(guān)鍵酶是：循環(huán)的關(guān)鍵酶是：檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶、異檸檬異檸檬 酸脫氫酶酸脫氫酶、 -酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系有氧氧化第有氧氧化第2 2階段的關(guān)鍵酶：階段的關(guān)鍵酶： 丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系有氧氧化第有氧氧化第1 1階段的關(guān)鍵酶：即階段的關(guān)鍵酶：即糖酵解的三個(gè)關(guān)鍵酶糖酵解的三個(gè)關(guān)鍵酶 四、四、 TCATCA中中ATPATP生成與生物學(xué)意義：生成與生物學(xué)意義： （1 1）供能：）供能： 共產(chǎn)生共產(chǎn)生12 12 ATP ATP 乙酰乙酰C CO OA A進(jìn)入進(jìn)入TCA TCA ，每一次循環(huán)有：每一次循環(huán)

7、有： 4 4次脫氫反應(yīng)次脫氫反應(yīng) 3 3 NADH 3NADH 3* *3 = 3 = 9 ATP9 ATP 1 FADH2 2 1 FADH2 2* *1 = 1 = 2 ATP 2 ATP 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 1 1GTP GTP 1 ATP1 ATP 體外燃燒 有效利能率有效利能率：84.6 / 209.1 *100 % = 42 %42 % （見P 100 圖13-10） 1乙酰輔酶千卡， 7.3*12 = 84.6 千卡， （2 2）提供碳骨架：）提供碳骨架：例 草酰乙酸 + NH2 Asp （見P101 圖13-11） （3 3） 有氧氧化有氧氧化 （可凈生成3636或3

8、838 ATP） （琥珀酰（琥珀酰C CO OA A合成酶催化的反應(yīng)）合成酶催化的反應(yīng)）2丙酮酸 2乙酰輔酶A ：2 NADH 2 2* * 3 3 ATP G酵解：2 2 ATP + 2 NADH 肌細(xì)胞等：2 2* *2 2 ATP （穿梭） 肝細(xì)胞等：2 2* *3 3 ATP2乙酰輔酶A TCA循環(huán)：1212* *2 = 242 = 24 ATP三三. 五、五、TCATCA中碳骨架的不對(duì)稱反應(yīng)中碳骨架的不對(duì)稱反應(yīng) 乙酰乙酰C CO OA A經(jīng)經(jīng)TCATCA，產(chǎn)生產(chǎn)生2 2 COCO2 2；草酰乙酸經(jīng)循環(huán)可再次生成。但是用同位素草酰乙酸經(jīng)循環(huán)可再次生成。但是用同位素 1414C C、 1

9、3 13C C分別標(biāo)記乙酰分別標(biāo)記乙酰C CO OA A的甲基和羰基碳，發(fā)現(xiàn)在第一輪循環(huán)中沒有的甲基和羰基碳，發(fā)現(xiàn)在第一輪循環(huán)中沒有標(biāo)記的標(biāo)記的COCO2 2釋放，說明第一輪循環(huán)釋放的二個(gè)碳原子并非乙酰釋放，說明第一輪循環(huán)釋放的二個(gè)碳原子并非乙酰C CO OA A的碳原子。的碳原子。（P101 P101 圖圖13-1113-11、1212） 有人解釋其原因是順烏頭酸酶與檸檬酸結(jié)合不對(duì)稱，脫水時(shí) H 僅來自草酰乙酸，故TCA第一輪沒有標(biāo)記的CO2出現(xiàn)。 六、六、TCATCA的回補(bǔ)反應(yīng)的回補(bǔ)反應(yīng) 3. 3. 天冬氨酸及谷氨酸的轉(zhuǎn)氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸；異亮天冬氨酸及谷氨酸的轉(zhuǎn)氨作用可以形

10、成草酰乙酸和酮戊二酸；異亮氨酸、氨酸、 纈氨酸和蘇氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰纈氨酸和蘇氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰COACOA而補(bǔ)充而補(bǔ)充TCATCA。 4. 4. 蘋果酸酶蘋果酸酶 ： （胞液） （線粒體） NADPH NAD+三三. 七、乙醛酸循環(huán)七、乙醛酸循環(huán) 特殊生理意義：（特殊生理意義：（1 1）將脂肪酸分解產(chǎn)生的乙酰輔酶）將脂肪酸分解產(chǎn)生的乙酰輔酶A A轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁?，可合成糖；轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁?，可合成糖?（2 2）凈結(jié)果為：）凈結(jié)果為：2 2乙酰輔酶乙酰輔酶A A 琥珀酸琥珀酸 回補(bǔ)回補(bǔ)TCATCA 第四節(jié)第四節(jié) 磷酸戊糖途徑（磷酸己糖支路）磷酸戊糖途徑（磷酸己糖支路） 一一 磷酸戊糖

11、途徑的生理意義：磷酸戊糖途徑的生理意義：19551955年年GunsalasGunsalas發(fā)現(xiàn)并提出單磷酸己糖支路（發(fā)現(xiàn)并提出單磷酸己糖支路（HMPHMP），），又稱戊糖途徑。又稱戊糖途徑。 二二. . 磷酸戊糖途徑：磷酸戊糖途徑： 氧化階段；氧化階段；G-6-P G-6-P 脫氫脫羧脫氫脫羧 5- 5-磷酸核糖磷酸核糖 可分為可分為 非氧化階段：磷酸戊糖分子重排非氧化階段：磷酸戊糖分子重排 磷酸單糖磷酸單糖 酵解酵解 1. 1、 G-6-PG-6-P脫氫脫羧轉(zhuǎn)化成脫氫脫羧轉(zhuǎn)化成5-5-磷酸核酮糖磷酸核酮糖（1 1）6-6-磷酸葡萄糖脫氫酶催化磷酸葡萄糖脫氫酶催化G-6-PG-6-P脫氫生成

12、脫氫生成6-6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯，反應(yīng)以磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯，反應(yīng)以NADPNADP為氫為氫受受 體形成體形成NADPHNADPH；（2 2）6-6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯在磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯在6-6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯酶催化下水解成磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯酶催化下水解成6-6-磷酸葡萄糖酸；磷酸葡萄糖酸； （3） 3 3） 6- 6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化下，磷酸葡萄糖酸脫氫酶催化下，6-6-磷酸葡萄糖酸脫氫脫羧產(chǎn)生磷酸葡萄糖酸脫氫脫羧產(chǎn)生5-5-磷酸核酮糖，反應(yīng)以磷酸核酮糖，反應(yīng)以NADPNADP為氫受體形成為氫受體形成NADPHNADPH； 6-6-磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶是此階段的是此階段的調(diào)控酶調(diào)

13、控酶，催化不可逆反應(yīng)，催化不可逆反應(yīng)，NADPHNADPH反饋抑制酶活性。反饋抑制酶活性。 1. 2 2、 磷酸戊糖同分異構(gòu)化生成磷酸戊糖同分異構(gòu)化生成5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖（ （1 1）磷酸戊糖異構(gòu)酶催化）磷酸戊糖異構(gòu)酶催化5-5-磷酸核酮糖同分異構(gòu)化成磷酸核酮糖同分異構(gòu)化成5-5-磷酸核糖；磷酸核糖； （2 2）磷酸戊糖差向酶催化）磷酸戊糖差向酶催化5-5-磷酸核酮糖轉(zhuǎn)化成磷酸核酮糖轉(zhuǎn)化成5-5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖 H1. 3、 磷酸戊糖通過轉(zhuǎn)酮反應(yīng)及轉(zhuǎn)醛反應(yīng)生成酵解途徑的中間磷酸戊糖通過轉(zhuǎn)酮反應(yīng)及轉(zhuǎn)醛反應(yīng)生成酵解途徑的中間產(chǎn)物產(chǎn)物6- 磷酸果糖和磷酸果

14、糖和3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛（反應(yīng)機(jī)制見P 105） （2）轉(zhuǎn)醛反應(yīng) 由轉(zhuǎn)醛酶催化使磷酸酮糖（7-磷酸景天酮糖）上的三碳單位（二羥丙酮基）轉(zhuǎn)到另一個(gè)磷酸醛糖（3-磷酸甘油醛）的C1上，生成6-磷酸果糖和4-磷酸赤蘚糖。（3 3） 轉(zhuǎn)酮反應(yīng)：轉(zhuǎn)酮反應(yīng)： 4- 4-磷酸赤蘚糖經(jīng)轉(zhuǎn)酮反應(yīng)接受磷酸赤蘚糖經(jīng)轉(zhuǎn)酮反應(yīng)接受5-5-磷酸木酮糖上的二碳單位形成磷酸木酮糖上的二碳單位形成 6- 6-磷酸果糖與磷酸果糖與3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸戊糖途徑（簡(jiǎn)稱HMP）可總結(jié)如下： 2（G-6-P） （2*6C） 2 NADP+ 2 NADPH+H+ 2 2（G-6-PG-6-P酸）酸） （2 2* *6 6C

15、 C） 2 NADP+ 2 NADPH+H+ + 2CO2 2 2（5-5-P P核酮糖）（核酮糖）（2 2* *5 5C C） （ 5- 5-P P核糖）核糖） （5-5-P P木酮糖木酮糖 ） （7 7C C）7-P7-P景天酮糖景天酮糖 3- 3-P P甘油醛甘油醛 （3 3C C） 另1分子G-6-P （4C4C） 4-P 4-P赤蘚糖赤蘚糖 6-6-P P果糖果糖 （6 6C C） 5-5-P P木酮糖木酮糖 3 3 C C 3-P3-P甘油醛甘油醛 （3 3C C）COCO2 2 2 C 2 C 6-P 6-P果糖果糖 （6 6C C） HMPHMP總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為： 3 3

16、（G-6-PG-6-P）+ 6 NADP+ 6 NADP+ + + 3 H+ 3 H2 2O 2O 2（6-P6-P果糖果糖）+ 3 + 3 COCO2 2 + 6+ 6（NADPH+HNADPH+H+ +）3-3-P P甘油醛甘油醛 糖醛酸途徑糖醛酸途徑糖醛酸途徑及生理意義糖醛酸途徑及生理意義: :第五節(jié)第五節(jié) 糖原合成與分解糖原合成與分解一一. . 糖原分解代謝糖原分解代謝 磷酸化酶磷酸化酶 使（無活性）磷酸化酶使（無活性）磷酸化酶 b b 磷酸化酶磷酸化酶 a (a (有活性有活性) ) 磷酸化酶磷酸化酶催化的反應(yīng)機(jī)制如下：催化的反應(yīng)機(jī)制如下： 2. 2. 去分支酶去分支酶催化糖原分支點(diǎn)

17、的催化糖原分支點(diǎn)的1 1，6-6-糖苷鍵斷裂糖苷鍵斷裂: : 3. 3. G-1-P G-1-P 轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成 G-6-PG-6-P；由由磷酸葡萄糖變位酶磷酸葡萄糖變位酶（活性中心有磷酸化絲氨（活性中心有磷酸化絲氨酸）酸） 催化完成。催化完成。 G-1-P G-6-P 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + + H H2 2O O 葡萄糖葡萄糖 + + PiPi 在肝肝的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上含有 葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸酶磷酸酶 可催化此反應(yīng)，而骨骼肌和腦組織細(xì)胞內(nèi)缺乏此酶缺乏此酶。故故肝糖原肝糖原可直接水解補(bǔ)充血糖，為其它組織細(xì)胞提供能可直接水解補(bǔ)充血糖，為其它組織細(xì)胞提供能量，而量，而肌糖原則需通過乳酸循環(huán)

18、才能轉(zhuǎn)變成葡萄糖。肌糖原則需通過乳酸循環(huán)才能轉(zhuǎn)變成葡萄糖。二二. 二、糖原的合成代謝二、糖原的合成代謝1. 1. G-1-PG-1-P在在UDPUDP葡萄糖焦磷酸化酶葡萄糖焦磷酸化酶催化下生成催化下生成UDPUDP葡萄糖葡萄糖3. 3. 合成具有合成具有1 1，6=6=糖苷鍵的有分支的糖原，反應(yīng)由糖苷鍵的有分支的糖原，反應(yīng)由分支酶分支酶催化：催化： 糖原分解與糖原合成二條途徑總結(jié)如下糖原分解與糖原合成二條途徑總結(jié)如下： 糖糖 原原 去分支酶去分支酶 分支酶分支酶 轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶 糖原合成酶糖原合成酶( (關(guān)鍵酶) 糖原糖原 （關(guān)鍵酶）（關(guān)鍵酶）磷酸化酶磷酸化酶 UDPG UDPG 焦磷酸化酶焦磷

19、酸化酶 糖原糖原 分解分解 合成合成 G 1P 變位酶變位酶 G 6P H2O ADP (肝)葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸酶磷酸酶 葡萄糖激酶葡萄糖激酶（肝） Pi ATP 葡葡 萄萄 糖糖 注：（骨骼肌C內(nèi)缺乏此酶，故肌糖原只能分解為G-6-P，經(jīng)糖酵解生成乳酸，由乳酸循環(huán)運(yùn)輸?shù)礁闻K，再經(jīng)糖異生轉(zhuǎn)變成葡萄糖或肝糖原。）第六節(jié)第六節(jié) 糖的異生糖的異生糖的異生即形成糖的異生即形成“新新”糖的意思，是指從非糖物質(zhì)合成葡萄糖的過程糖的意思，是指從非糖物質(zhì)合成葡萄糖的過程。 一、一、 糖異生的生理意義糖異生的生理意義 （3 3）生糖氨基酸可經(jīng)此途徑轉(zhuǎn)變成葡萄糖，是氨基酸代謝途徑之一。）生糖氨基酸可經(jīng)此途徑轉(zhuǎn)變成葡萄糖，是氨基酸代謝途徑之一。 例：天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸 G一一. 二、二、 糖異生的途徑糖異生的途徑 4. 6- 4. 6-磷酸果糖至葡萄糖磷酸果糖至葡萄糖 6-磷酸果糖至葡萄糖經(jīng)酵解途徑逆向變成6-磷酸葡萄糖，再