生物化學-8-糖的代謝

1、 肝臟中糖的去路 糖有氧氧化 糖酵解（胞液） 丙酮酸氧化脫羧（線粒體） 三羧酸循環(huán)（線粒體） 氧化磷酸化（線粒體） 磷酸戊糖途徑（胞液） 糖轉(zhuǎn)化為脂肪 輸出血糖 糖原合成 7-糖的代謝7-糖的代謝 第一部分 糖酵解作用 第二部分 檸檬酸循環(huán) 第三部分 戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑 第四部分 糖原的分解和生物合成 第五部分 光合作用第一部分 糖酵解作用 (glycolysis)糖酵解作用糖酵解作用一、糖酵解概述n機體內(nèi)主要提供能量的物質(zhì)是ATP。nATP形成主要有兩條途徑： -由葡萄糖徹底氧化為CO2和水，從中釋放出自由能形成大量的ATP。 -無氧條件下，由葡萄糖降解為丙酮酸，在此過程中放出2

2、分子ATP。n糖酵解作用：在無氧條件下，葡萄糖進行分解，形成2分子丙酮酸并提供能量，這一過程為糖酵解作用。n糖酵解過程，是真核細胞以及細菌攝入體內(nèi)的葡萄糖最初經(jīng)歷的酶促分解過程，也是葡萄糖分解代謝所經(jīng)歷的共同途徑。糖酵解及其相關(guān)途徑二、糖酵解過程糖酵解是葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬囊幌盗蟹磻?yīng)。生物學意義：在不需要氧供應(yīng)的條件下，產(chǎn)生ATP的一種供能方式。由六碳糖變成兩個三碳糖。C6H12O6 + 2Pi + 2ADP 2CH3CHOHCOOH + 2ATP+2H2O乳酸酵解作用的反應(yīng)式：C6H12O6 + 2Pi + 2ADP 2CH3CH2OH + 2ATP+2H2O+2CO2乙醇酒精發(fā)酵作用的反應(yīng)

3、式：二、糖酵解過程C6H12O6-2（2H）2CH3COCOOH2CH3CH(OH)COOH+2(2H)-2CO2 糖酵解糖酵解 Glycolysis2CH3CHO2CH3CH2OH乙醇發(fā)酵乙醇發(fā)酵 Fermentation二、糖酵解過程n糖酵解過程由葡萄糖到所有的中間產(chǎn)物都是以磷酸化合物的形式來實現(xiàn)的。n糖酵解過程從葡萄糖到形成丙酮酸共包括10步反應(yīng)，可劃分為兩個主要階段： -前5步為準備階段，葡萄糖通過磷酸化、異構(gòu)化裂解為三碳糖。每裂解一個已糖分子，共消耗2分子ATP。 -后5步為產(chǎn)生ATP的貯能階段。每分子三碳糖產(chǎn)生2分子ATP。n整個過程需要10種酶，都存在于胞質(zhì)溶膠中，大部分過程都有

4、Mg2+離子作為輔助因子。三、糖酵解和酒精發(fā)酵的全過程圖解四、糖酵解第一階段的反應(yīng)機制（一）葡萄糖的磷酸化（一）葡萄糖的磷酸化 催化此反應(yīng)的酶是已糖激酶。 激酶是能夠在ATP和任何一種底物之間起催化作用，轉(zhuǎn)移磷酸基團的一類酶。 已糖激酶主要分布在肝腎以外的不能合成糖原的組織中，專一性不強，可活化六碳糖。 一般情況下細胞內(nèi)葡萄糖濃度=4mmol，已糖激酶是可以激活葡萄糖的酶。 當血糖濃度很高時，葡萄糖激酶在肝臟中活化葡萄糖，隨后通過產(chǎn)生UDPG合成糖原。 已糖激酶是變構(gòu)酶，6-磷酸葡萄糖和ADP是它的變構(gòu)抑制劑。（二）葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)化形成果糖-6-磷酸 磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（phospho-g

5、lucose isomerase）催化葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸。 這是一個醛糖酮糖同分異構(gòu)化反應(yīng)，反應(yīng)是可逆的。 葡萄糖-6-磷酸的-異頭物首先與葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶結(jié)合，在酶的活性部位形成開鏈式的葡萄糖-6-磷酸，然后進行醛糖酮糖轉(zhuǎn)換，開鏈式的果糖-6-磷酸環(huán)化形成-D-呋喃果糖-6-磷酸。 很小的自由能變化，所以是逆反應(yīng)（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸 磷酸果糖激酶（phosphofructokinase，PFK）催化ATP中的磷酸基團轉(zhuǎn)移到果糖-6-磷酸的C-1的羥基上，生成果糖-1,6-二磷酸。 要注意的是，盡管葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶催化反應(yīng)生成的產(chǎn)物是-D-

6、果糖-6-磷酸，但果糖-6-磷酸果糖激酶的底物卻是的異頭物-D-果糖-6-磷酸，果糖-6-磷酸的和異頭物在水溶液中是處于非酶催化的快速平衡中。 這一步是磷酸化反應(yīng)，也是使用第二個ATP分子的反應(yīng)。（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸 磷酸果糖激酶（PFK）是變構(gòu)酶，該步反應(yīng)是糖酵解關(guān)鍵步驟 ATP抑制，AMP解除抑制 檸檬酸也是一種抑制劑 果糖2，6-二磷酸是變構(gòu)激活劑 低的能量狀態(tài)（ATP濃度?。┘せ頟FK 高的能量狀態(tài)（ATP濃度高）抑制PFK（四）果糖-1,6-二磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸和二羥丙酮磷酸 己糖磷酸果糖-1,6-二磷酸,在醛縮酶(aldolase)的作用下使 C-3

7、和C-4之間的鍵斷裂，生成甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮。 平衡有利于逆反應(yīng)方向，但在生理條件下，甘油醛-3-磷酸不斷地轉(zhuǎn)化成丙酮酸，大大地降低了甘油醛-3-磷酸的濃度，從而驅(qū)動反應(yīng)向裂解方向進行。 （五）丙糖磷酸異構(gòu)酶催化甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮的相互轉(zhuǎn)換 果糖-1,6-二磷酸裂解形成的甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮，只有甘油醛-3-磷酸是酵解下一步反應(yīng)的底物，所以磷酸二羥丙酮需要在丙糖磷酸異構(gòu)酶（triose phosphate isomerase）的催化下轉(zhuǎn)化為甘油醛-3-磷酸，才能進一步酵解，實際上等于一分子的果糖-1,6-二磷酸裂解生成了能進一步酵解的兩分子的甘油醛-3-磷酸。

8、酵解進行到這一步，一分子葡萄糖被裂解成兩分子的甘油醛-3-磷酸，通過放射性同位素追蹤實驗發(fā)現(xiàn)，一分子甘油醛-3-磷酸中的C-1，C-2和C-3分別來自于葡萄糖分子中的C-4、C-5和C-6，而另一分子的甘油醛-3-磷酸（由磷酸二羥丙酮轉(zhuǎn)換來的）的C-1，C-2和C-3則分別來自于葡萄糖分子中的C-3、C-2和C-1，就是說，葡萄糖分子中的C-4和C-3轉(zhuǎn)換成了甘油醛-3-磷酸的C-1；而C-5和C-2變成了甘油醛-3-磷酸的C-2；葡萄糖分子中的C-6和C-1變成了甘油醛-3-磷酸的C-3。 四、糖酵解第一階段的反應(yīng)機制 葡萄糖通過2步磷酸化而激活為活潑的FBP FBP裂解為2分子三碳糖 2步

9、磷酸化反應(yīng)分別由已糖激酶和磷酸果糖激酶催化，為不可逆反應(yīng) 磷酸果糖激酶是糖酵解的重要關(guān)鍵酶五、酵解第二階段放能階段的反應(yīng)機制（六）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸n甘油醛-3-磷酸在NAD和H3PO4存在下，由甘油醛-3-磷酸脫氫酶（glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase）催化生成1,3-二磷酸甘油酸。n這是酵解中唯一的一步氧化反應(yīng)。n反應(yīng)中一分子NAD被還原成NADH，同時在1,3-二磷酸甘油酸中形成一個高能酸酐鍵，在下一步酵解反應(yīng)中，保存在酸酐化合物中的的能量可以使得能量可以使得ADPADP變成變成ATPATP。甘油醛-3-磷酸脫氫酶的催

10、化機制（七）1,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能磷酸基團形成ATP 1,3-二磷酸甘油酸在磷酸甘油酸激酶（phosphoglycerate kinase）的作用下，將高能磷?；鶑母缓芰康乃狒?,3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)給ADP形成ATP 和3-磷酸甘油酸。 此過程是底物水平磷酸化作用，即ATP的形成直接與一個代謝中間物上的磷?；D(zhuǎn)移相耦聯(lián)。 底物水平磷酸化不需要氧，是酵解中形成ATP的機制。 這步反應(yīng)是酵解中第一次產(chǎn)生ATP的反應(yīng)，反應(yīng)是可逆的。 （八）3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸變位酶（phosphoglycerate mutase）催化3-磷酸甘油酸和2-磷酸甘油酸之間的相互轉(zhuǎn)換。

11、變位酶是一種催化一個基團從底物分子的一個部分轉(zhuǎn)移到同分子的另一部分的異構(gòu)酶。 （九）2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式酮酸n在烯醇化酶（enolase）（需要Mg2）的催化下，2-磷酸甘油酸中的、位脫去水形成磷酸烯醇式丙酮酸，反應(yīng)是可逆的。n磷酸烯醇式丙酮酸具有很高的磷?；D(zhuǎn)移潛能，因為它的磷?；且砸环N不穩(wěn)定的烯醇式互變異構(gòu)形式存在的。（十）丙酮酸激酶催化磷?；鶑牧姿嵯┐际奖徂D(zhuǎn)移給ADP，生成丙酮酸和ATPn這是酵解中第二個底物水平磷酸化反應(yīng)，反應(yīng)是由丙酮酸激酶（pyruvate kinase）催化的。n當磷?；鶑牧姿嵯┐际奖徂D(zhuǎn)移到ADP的-磷酸基團上時，形成ATP和烯醇式丙酮酸，反應(yīng)

12、是不可逆的。n與酶結(jié)合的烯醇式丙酮酸異構(gòu)化形成更穩(wěn)定的丙酮酸，丙酮酸是酵解中第一個不再被磷酸化的化合物。五、酵解第二階段放能階段的反應(yīng)機制 此階段為產(chǎn)能過程 但丙酮酸的去向何處？六、 丙酮酸的去路（一）生成乳酸（無氧條件）n絕大多數(shù)生物缺少丙酮酸脫羧酶，不能象酵母那樣將丙酮酸轉(zhuǎn)化成乙醇，但可以通過乳酸脫氫酶（LDH）催化的一個可逆反應(yīng)使丙酮酸還原為乳酸。n一旦形成乳酸，乳酸除了重新轉(zhuǎn)換成丙酮酸之外再沒有其它的代謝途徑了，因此乳酸是代謝的死胡同。n由于形成乳酸的同時，可以使NADH氧化成NAD+，這樣酵解途徑就完整了，因為生成的NAD+又可用于甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化的反應(yīng)，就象在酒精發(fā)酵途徑

13、所看到的那樣。酵解作用的反應(yīng)式C6H12O6 + 2Pi + 2ADP 2CH3CHOHCOOH + 2ATP+2H2O乳酸（二）生成乙醇n在厭氧狀態(tài)下，酵母細胞將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醇和CO2，同時NADH被氧化為NAD。n這一過程涉及二個反應(yīng)：首先，在丙酮酸脫羧酶（pyruvate decarboxylase）催化下，丙酮酸脫羧生成乙醛；然后，乙醛在醇脫氫酶（alcohol dehydrogenase）催化下還原為乙醇的同時，NADH被氧化為NAD。七、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算七、由葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)閮煞肿颖崮芰哭D(zhuǎn)變的估算糖酵解過程中各步反應(yīng)的能量變化八、糖酵解作用的調(diào)節(jié) （一）己

14、糖激酶的調(diào)控 己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受葡萄糖-6-磷酸的抑制。 當葡萄糖-6-磷酸積累、不再需要生產(chǎn)能量或進行糖原貯存時，即葡萄糖-6-磷酸不能快速消耗時，己糖激酶活性被葡萄糖-6-磷酸抑制。 由于己糖激酶對葡萄糖具有很低的Km值（104至106M之間），葡萄糖-6-磷酸抑制屬于非競爭性抑制。 （二）磷酸果糖激酶的調(diào)控磷酸果糖激酶（PFK）催化果糖-6-磷酸磷酸化為果糖-1,6-二磷酸反應(yīng)是酵解途徑的第二個別構(gòu)調(diào)節(jié)部位，該酶是一個別構(gòu)調(diào)節(jié)酶。細菌和哺乳動物PFK都是四聚體，哺乳動物酶的分子量很大。酵母中的PFK是個八聚體酶。ATP既是PFK的底物，又是該酶的別構(gòu)抑制劑，ATP可以使

15、得酶對它的底物果糖-6-磷酸的親和性降低。在哺乳動物細胞中，AMP是個別構(gòu)激活劑。檸檬酸（檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物）是PFK的另一個重要的抑制劑，因為檸檬酸循環(huán)與丙酮酸的進一步氧化聯(lián)系在一起，檸檬酸水平升高表明有充足底物進入了檸檬酸循環(huán)，所以檸檬酸對PFK的調(diào)節(jié)是一種反饋抑制，它調(diào)節(jié)丙酮酸向檸檬酸循環(huán)的供給。分布于哺乳動物、真菌和植物中的果糖-2,6-二磷酸也是PFK的激活劑。果糖-2,6-二磷酸是在磷酸果糖激酶-2（phosphofructokinase-2，PFK-2）催化下果糖-6-磷酸磷酸化生成的。 （三）丙酮酸激酶的調(diào)控 在哺乳動物組織中存在著四種丙酮酸激酶同功酶，這些同功酶受到果糖-1

16、,6-二磷酸別構(gòu)激活和受到ATP的別構(gòu)抑制。 由于果糖-1,6-二磷酸是丙酮酸激酶的別構(gòu)激活劑，而果糖-1,6-二磷酸又是PFK催化反應(yīng)的產(chǎn)物，所以PFK的激活自然會引起丙酮酸激酶的激活，這種類型的調(diào)控方式稱之前饋激活（feed-forward activation）。 （三）丙酮酸激酶的調(diào)控 酵解的3個主要調(diào)控部位，分別是己糖激酶，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反應(yīng)。 九、其他六碳糖進入糖酵解途徑第二部分 檸檬酸循環(huán)第二部分 檸檬酸循環(huán)n檸檬酸循環(huán),又稱為三羧酸循環(huán)(tri-carboxylic acid cycle),簡稱TCA循環(huán)。n在有氧條件下,葡萄糖并不停止在丙酮酸,而是繼續(xù)進行有氧

17、分解,最后形成CO2和H2O。n檸檬酸循環(huán)是在細胞的線粒體內(nèi)進行的。n丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)進行脫羧和脫氫反應(yīng);羧基形成CO2,氫原子則隨著載體(NAD+、FAD)進入電子傳遞鏈經(jīng)過氧化磷酸化作用，形成水分子并將釋放出的能量合成ATP。n檸檬酸不只是丙酮酸氧化所經(jīng)歷的途徑，也是脂肪酸、氨基酸等各種燃料分子氧化分解所經(jīng)歷的共同途徑。檸檬酸循環(huán)的中間體還可作為許多生物合成的前體.可以說是分解、合成兩用途徑第二部分 檸檬酸循環(huán)一、丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)的準備階段形成乙酰-CoA 丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)之前需先轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴］o酶A（乙酰-CoA）。 在真核生物中，丙酮酸首先要轉(zhuǎn)運到線粒體內(nèi)，然后才能進行轉(zhuǎn)換成乙

18、酰CoA的反應(yīng)（糖酵解反應(yīng)是在細胞溶膠（胞液）中進行的）。一、丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)的準備階段形成乙酰-CoAn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)成的一個丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的。n丙酮酸脫氫酶復(fù)合物（pyruvate dehydrogenase complex）是個多酶集合體，復(fù)合物中的酶分子通過非共價鍵聯(lián)系在一起，催化一個連續(xù)反應(yīng)，即酶復(fù)合物中一個酶反應(yīng)中形成的產(chǎn)物立刻被復(fù)合物中下一個酶作用。n丙酮酸脫氫酶復(fù)合物位于線粒體膜上。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體=3個酶+6個輔助因子（Mg2+）E1：丙酮酸脫氫酶，焦磷酸硫胺素（TPP）E2：二氫硫辛酰轉(zhuǎn)

19、乙?；福蛐了?，CoA-SHE3:二氫硫辛酸脫氫酶，NAD+,FAD一、丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)的準備階段形成乙酰-CoA輔酶A結(jié)構(gòu)圖二、檸檬酸循環(huán)n檸檬酸循環(huán)有兩個基本特征，即碳原子的流向和富含能量分子的生成。n檸檬酸循環(huán)的第一個反應(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。n當一個六碳酸和一個五碳酸經(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)換為草酰乙酸，用于下一輪與新進入循環(huán)的乙酰CoA的縮合反應(yīng)。n由于草酰乙酸可循環(huán)使用，所以檸檬酸循環(huán)可以看作是一個多步催化反應(yīng)，使得乙酰CoA中的二碳單位乙?；趸蒀O2，每完成一輪反應(yīng)后

20、又回到起始點。碳數(shù)目的變化二、檸檬酸循環(huán)TCA循環(huán)共8個步驟琥珀酰-CoA三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 (一)草酰乙酸(oxaloacetate)與乙酰-CoA縮合(condense)形成檸檬酸 這是檸檬酸循環(huán)的第一個反應(yīng)，乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸和CoASH，反應(yīng)是由檸檬酸合成酶（citrate synthase）催化的 。 為不可逆反應(yīng)。三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 (二) 檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸 檸檬酸是個三級醇，不能被氧化為酮酸，順烏頭酸酶（aconitase）把檸檬酸轉(zhuǎn)化為可氧化的二級醇異檸檬酸（isocitrate），酶的名稱來自與酶結(jié)合的反應(yīng)中間產(chǎn)物順烏頭酸（cisaconi

21、tate）。 檸檬酸由順烏頭酸酶催化脫水，形成CC雙鍵，然后還是在順烏頭酸酶催化下，通過水的立體特異性添加，生成異檸檬酸。結(jié)果：H和一個-OH互換位置三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 （三）異檸檬酸氧化形成-酮戊二酸 這一步反應(yīng)是檸檬酸循環(huán)中四個氧化還原反應(yīng)的第一個。 是由異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase）催化的。NAD作為酶的輔酶。 異檸檬酸脫氫使NAD還原為NADH 、H的同時生成一個不穩(wěn)定的-酮酸草酰琥珀酸，草酰琥珀酸經(jīng)非酶催化的脫羧作用生成-酮戊二酸和CO2 。 反應(yīng)是不可逆的 。第一次氧化脫羧三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 （四）-酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰-CoA

22、 反應(yīng)是由a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物（a-ketoglutarate dehydrogenase complex）催化的，產(chǎn)物琥珀酰CoA同樣是一個高能的硫酯。 這步反應(yīng)是檸檬酸循環(huán)中第二個氧化脫羧反應(yīng)。 a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物包括：E1，含有TPP ；E2，含有硫辛酰胺 E3，含有黃素蛋白 ；三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 循環(huán)進行到-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA這步反應(yīng)為止，被氧化的碳原子數(shù)目（生成了兩個CO2）剛好等于進入檸檬酸合成酶催化的反應(yīng)的碳原子數(shù)（乙酰CoA分子中乙酰基的兩個碳）。三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 （五）琥珀酸-CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸并產(chǎn)生一個高能磷酸鍵 琥珀酰CoA合成酶（s

23、uccinate dehydrogenase）（或稱琥珀酸硫激酶）催化琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化為琥珀酸，琥珀酰CoA的硫酯鍵水解會釋放出很多的自由能，這些能量可用于驅(qū)動GTP(哺乳動物中)或ATP(植物和一些細菌中)的合成。 檸檬酸循環(huán)中唯一的一步底物水平磷酸化反應(yīng)。 三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 （六）琥珀酸脫氫形成延胡索酸 這是檸檬酸循環(huán)中的第三步氧化還原反應(yīng)，帶有輔基FAD的琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase）催化琥珀酸脫氫生成延胡索酸（反丁烯二酸），同時使FAD還原為FADH2。 生成的FADH2再被輔酶Q氧化生成FAD，而輔酶Q還原為還原型輔酶Q（QH2）。 QH2被釋

24、放到線粒體的基質(zhì)中。 三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 （七）延胡索酸水合形成L-蘋果酸 延胡索酸酶（fumarase）（延胡索酸水化酶 fumarate hydratase）通過將H2O 立體特異添加到延胡索酸雙鍵上，催化延胡索酸水化生成L-蘋果酸，反應(yīng)是可逆的。 該酶的催化反應(yīng)具有嚴格的立體專一性。 延胡索酸也象檸檬酸一樣是一個前手性分子，當延胡羧酸被定位在酶的活性部位時，底物的雙鍵只受到來自一個方向的攻擊。三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制 （八）L-蘋果酸脫氫形成草酰乙酸 是循環(huán)中的第4步氧化還原反應(yīng)。 L-蘋果酸在以NAD+為輔酶的蘋果酸脫氫酶（malate dehydroge

25、nase）催化下氧化生成草酰乙酸，同時NAD+還原生成NADH反應(yīng)是可逆的。 四、檸檬酸循環(huán)的化學總結(jié)算CH3COSCoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi2CO2 + 3NADH + 2H+ + FADH2 + CoA-SH + GTP四、檸檬酸循環(huán)的化學總結(jié)算2個碳原子的乙酰CoA結(jié)合于草酰乙酸上形成檸檬酸而進入循環(huán)2個碳原子在異檸檬酸脫氫酶和酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體催化下氧化脫羧以CO2形式釋放，釋放出的CO2中的2個C原子并不是進入循環(huán)的乙酰CoA中的2個C原子氧化釋放的能量通過還原下述物質(zhì)而貯存 -1NAD+在異檸檬酸的氧化脫羧作用中被還原 -1NAD+在-

26、酮戊二酸的氧化脫羧作用下被還原 -1FAD在琥珀酸的氧化過程中被還原 -1NAD+在蘋果酸的氧化過程被還原產(chǎn)生一個高能磷酸酯鍵（GTP）：從乙酰CoA的高能硫酯鍵轉(zhuǎn)移到GDP而生成2分子的水被消耗 -1分子水消耗于檸檬酸合成時，水解開乙酰CoA的高能硫酯鍵 -1分子水消耗于延胡索酸的水合作用五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控n檸檬酸循環(huán)可概括成來自兩方面的調(diào)控： -檸檬酸循環(huán)本身所具有的內(nèi)部相互制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié) -ADP、ATP和Ca2+對檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)n在檸檬酸循環(huán)中存在著3個不可逆反應(yīng)，可能是潛在的調(diào)節(jié)部位，它們分別是由檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶催化的反應(yīng)。的反應(yīng)。五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)

27、控n檸檬酸合成酶催化檸檬酸循環(huán)中第一步反應(yīng),在體外實驗中,ATP抑制該酶,但在體內(nèi)的抑制機制并沒有確定。n哺乳動物的異檸檬酸脫氫酶受到Ca2和ADP的別構(gòu)激活，而受到NADH的抑制。但在原核生物中，這個酶在蛋白激酶作用下，酶中的Ser殘基磷酸化，結(jié)果使酶完全失活，有趣的是同樣的蛋白激酶分子中的另一個結(jié)構(gòu)域具有磷酸酶活性，可以催化磷酸Ser的去磷酸，重新激活異檸檬酸脫氫酶。異檸檬酸、草酰乙酸、丙酮酸和酵解的中間代謝物3-磷酸甘油酸別構(gòu)激活該蛋白分子的磷酸酶活性，而抑制它的激酶活性。na-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化的反應(yīng)類似于丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的反應(yīng)，兩個復(fù)合物也很相似，但它們的調(diào)節(jié)特征卻完全不

28、同。Ca2與復(fù)合物中的E1結(jié)合，降低了酶對a-酮戊二酸的Km值，導致琥珀酰CoA形成速度的增加。在體外實驗中，NADH和琥珀酰CoA是a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的抑制劑。六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用 第三部分 戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑一、戊糖磷酸途徑(pentose phosphate pathway) 磷酸戊糖途徑主要是為細胞提供重要的代謝物核糖-5-磷酸和NADPH。 產(chǎn)生的核糖-5-磷酸主要用于核酸的生物合成；而NADPH主要用于需要還原力的生物合成。戊糖磷酸途徑在乳腺、肝臟等合成脂肪酸、膽固醇的組織最活躍。 催化戊糖磷酸途徑的所有酶都存在于胞液中。 磷酸戊糖途徑可以分為氧化階段和非氧化

29、階段。葡萄糖-6-磷酸2NADP+H2O核糖-5-磷酸2NADPH2HCO2一、戊糖磷酸途徑(pentose phosphate pathway)n磷酸戊糖途徑的第一個反應(yīng)是，葡萄糖-6-磷酸脫氫轉(zhuǎn)化成6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯，反應(yīng)由葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（glucose-6-phosphate dehydroge-nase）催化，反應(yīng)中NADP被還原生成NADPH。n這步反應(yīng)是整個戊糖磷酸途徑的主要調(diào)節(jié)部位，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶受NADPH的別構(gòu)抑制。n通過這一簡單調(diào)節(jié)，戊糖磷酸途徑可以自我限制NADPH的生產(chǎn)。一、戊糖磷酸途徑(pentose phosphate pathway)n氧化階段的

30、第二個酶是葡萄糖酸內(nèi)酯酶（gluconolactonase），它催化6-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成6-磷酸葡萄糖酸，最后6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（6-phospho-gluconate dehydrogenase）的作用下氧化脫羧生成核酮糖-5-磷酸、CO2和另一分子的NADPH。n氧化階段的最重要的功能是提供NADPH。一、戊糖磷酸途徑(pentose phosphate pathway)n戊糖磷酸途徑的非氧化階段是一條轉(zhuǎn)換途徑，通過這個途徑，氧化階段產(chǎn)生的核酮糖-5-磷酸轉(zhuǎn)換為糖酵解的中間產(chǎn)物果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。n在非氧化階段，核酮糖-5-磷酸在差向異構(gòu)酶和異構(gòu)

31、酶的催化下，轉(zhuǎn)換為木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸。一、戊糖磷酸途徑(pentose phosphate pathway) 然后木酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸經(jīng)轉(zhuǎn)酮酶（transketolase）催化形成7碳產(chǎn)物景天庚酮糖-7-磷酸和3碳產(chǎn)物甘油醛-3-磷酸； 這兩種產(chǎn)物再經(jīng)轉(zhuǎn)醛酶（transaldolase）催化轉(zhuǎn)換為果糖-6-磷酸和赤蘚糖-4-磷酸，生成的赤蘚糖-4-磷酸再與另一分子的木酮糖-5-磷酸經(jīng)轉(zhuǎn)酮酶催化生成果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。 生成的果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸都是糖酵解的中間產(chǎn)物，可以進行分解代謝，也可以經(jīng)糖異生途徑生成葡萄糖。一、戊糖磷酸途徑(pentos

32、e phosphate pathway)戊糖磷酸途徑反應(yīng)速度的調(diào)控n戊糖磷酸途徑階段的第一步反應(yīng)，即葡萄糖-6-磷酸脫氫酶催化的葡萄糖-6-磷酸的脫氫反應(yīng)，實質(zhì)上是不可逆的。n在生理條件下屬于限速反應(yīng)，是一個重要的調(diào)控點。n最重要的調(diào)控因子是NADP+的水平。一、戊糖磷酸途徑(pentose phosphate pathway)戊糖磷酸途徑的生物學意義n戊糖磷酸途徑是細胞產(chǎn)生還原力(NADPH)的主要途徑,NADPH留在細胞溶膠而不進入呼吸鏈,是加氫反應(yīng)氫的供體,是有機物合成的還原動力。n戊糖磷酸途徑是細胞內(nèi)不同結(jié)構(gòu)糖分子的重要來源,并為各種單糖的相互轉(zhuǎn)變提供條件:5-磷酸核糖是核酸合成中戊糖

33、的來源,如ATP、CoA、NAD+、FAD、DNA、RNA等；提供各種三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖、七碳糖。二、糖的其他代謝途徑 葡萄糖異生作用:葡萄糖異生作用(gluconeogenesis)。 定義:以非糖物質(zhì)作為前體合成葡萄糖的作用。用以維持血糖濃度的恒定。糖異生和酵解兩個過程中的許多中間代謝物是相同的，一些反應(yīng)以及催化反應(yīng)的酶也是一樣的。但糖異生并非是糖酵解的逆轉(zhuǎn)，其中由丙酮酸激酶、磷酸果糖激酶和己糖激酶催化的三個高放能反應(yīng)就是不可逆轉(zhuǎn)的，需要消耗能量走另外途徑，或由其它的酶催化，來克服這三個不可逆反應(yīng)帶來的能障。 只要能繞開三個能量障礙就能使非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化為葡萄糖（其他反應(yīng)是可逆的，

34、因此糖異生差不多是糖酵解的逆近程）二、糖的其他代謝途徑 葡糖異生對糖酵解的不可逆過程采取的迂回措施如下：1、迂回措施之一：丙酮酸通過草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸。分兩步進行：在丙酮酸羧化酶（生物素作為輔基）的催化下，丙酮酸羧化生成草酰乙酸，反應(yīng)消耗一分子的ATP。生物素是丙酮酸羧化所必需的。丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，反應(yīng)受乙酰CoA別構(gòu)抑制。丙酮酸羧化生成的草酰乙酸經(jīng)磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化生成磷酸烯醇式丙酮酸。這個脫羧反用GTP作為高能磷酰基的供體。在體內(nèi)該反應(yīng)是不可逆的。二、糖的其他代謝途徑迂回措施之二：磷酸烯醇式丙酮酸和果糖-1,6-二磷酸之間的糖異生反應(yīng)都是糖酵解途徑中相

35、應(yīng)反應(yīng)的逆反應(yīng)，但果糖-1,6-二磷酸不能再沿著酵解的逆反應(yīng)生成果糖-6-磷酸，因為酵解中由果糖-6-磷酸生成果糖-1,6-二磷酸的反應(yīng)是一個由磷酸果糖激酶1催化的不可逆反應(yīng)。所以糖異生途徑使用另一個果糖-1,6-二磷酸酶(fructose-1,6-bisphosphatase）催化果糖-1,6-二磷酸水解生成果糖-6-磷酸，反應(yīng)釋放出大量的自由能，反應(yīng)也是不可逆的。迂回措施之三：在糖異生途徑中，葡萄糖-6-磷酸水解為葡萄糖和無機磷酸則需要另一個葡萄糖-6-磷酸酶（glucose-6-phosphatase），葡萄糖-6-磷酸水解反應(yīng)是不可逆的。 二、糖的其他代謝途徑迂回措施之三迂回措施之二迂

36、回措施之一糖酵解和葡糖異生反應(yīng)中的酶的差異糖酵解葡糖異生作用1已糖激酶葡萄糖-6-磷酸酶2磷酸果糖激酶果糖-1,6-二磷酸酶3丙酮酸激酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶二、糖的其他代謝途徑 葡糖異生需消耗4個額外的高能鍵。 這4個額外的高能磷酸鍵的能量即用于將不可能逆行的確過程轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡芡ㄐ械姆磻?yīng)。 2丙酮酸4ATP2GTP2NADH2H+6H2O葡萄糖4ADP2GDP6Pi2NAD二、糖的其他代謝途徑 檸檬酸循環(huán)中所有的中間代謝產(chǎn)物都可以通過草酰乙酸脫羧形成丙酮酸而異生成糖。二、糖的其他代謝途徑氨基酸的異生途徑葡糖異生作用的調(diào)節(jié) 葡糖異生作用和糖酵解作用有密切的相互協(xié)調(diào)關(guān)系。 磷酸果糖激酶

37、和果糖-1，6-二磷酸酶的調(diào)節(jié) 丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶之間的調(diào)節(jié)三、葡萄糖出入動物細胞的特殊運載機構(gòu) 葡萄糖出入細胞質(zhì)膜是靠葡萄糖的特殊運送機構(gòu)，稱為葡萄糖運載蛋白（glucose trans-porter）。 以紅細胞為例：紅細胞的跨膜運載蛋白往復(fù)進行著兩種形式構(gòu)象的變化。 在一種構(gòu)象狀態(tài)下，這種運載蛋白與葡萄糖的結(jié)合部分面向細胞質(zhì)膜的外面；另一構(gòu)象狀態(tài)下，其結(jié)合部位則面向質(zhì)膜內(nèi)面。 已發(fā)現(xiàn)的葡萄糖運載蛋白命名為GLUT1、GLUT2、GLUT3、GLUT4、GLUT5及GLUT7等（GLUT為glucose transporter縮寫）。四、乙醛酸途徑(glyoxylate pathway)乙醛酸循環(huán)的名稱來自循環(huán)中的一個2碳中間代謝物乙醛酸，這途徑中存在于植物和微生物中。主要內(nèi)容實際是通過乙醛酸途徑使乙酰-CoA轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜釓亩M入檸檬酸循環(huán)。乙醛酸循環(huán)可以說是檸檬酸循環(huán)的一個支路。乙醛酸循環(huán)的一些反應(yīng)與檸檬酸循環(huán)是共同的，例如從乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成檸檬酸，然后又轉(zhuǎn)換成異檸檬酸的反應(yīng)都是相同的。但生成的異檸檬酸不走檸檬酸循環(huán)的路了，而是沿著乙醛酸循環(huán)途徑代謝。異檸檬酸首先在異檸檬酸裂解酶（isocitrate lyase）的催化下裂解生成乙醛酸和琥珀酸，其中乙醛酸在蘋果酸合