關(guān)于糖的分解代謝第1頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

糖是有機體重要的能源和碳源。糖分解產(chǎn)生能量，可以供給有機體生命活動的需要，糖代謝的中間產(chǎn)物又可以轉(zhuǎn)變成其他的含碳化合物如氨基酸、脂肪酸、核酸等。糖的磷酸衍生物可以形成重要的生物活性物質(zhì)，如NAD、FAD、DNA、RNA、ATP等。糖蛋白、糖脂與細(xì)胞的免疫反應(yīng)，識別作用有關(guān)。

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糖代謝可分為糖的分解與糖的合成兩方面。糖的分解代謝包括酵解—－糖的共同分解途徑；三羧酸循環(huán)——糖的最后氧化的途徑。糖的合成途徑包括糖異生——非糖物質(zhì)形成糖的途徑，糖原合成，結(jié)構(gòu)多糖的合成。糖的中間代謝還有磷酸戊糖途徑，糖醛酸途徑等。糖代謝受神經(jīng)、激素及別構(gòu)物的調(diào)節(jié)控制。代謝紊亂會引起各種疾病。對糖代謝的研究將有利于疾病的防治。第3頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)糖類的消化、吸收及轉(zhuǎn)運一、糖的消化在動物的消化器官中，淀粉經(jīng)唾液淀粉酶的作用，其中一部分水解形成麥芽糖，在小腸中，α－淀粉酶水解，產(chǎn)生麥芽二糖和極限糊精；二糖及寡糖經(jīng)小腸上皮細(xì)胞分泌的寡糖酶從非還原末端水解；蔗糖由α－葡萄糖苷酶水解；而乳糖則由β－半乳糖苷酶分解。第4頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五二、糖的吸收食物中的糖經(jīng)消化后以D—葡萄糖、D—果糖、D—半乳糖等單糖形式被小腸粘膜細(xì)胞吸收進入血液。不能被消化的二糖、寡糖及多糖也不能被吸收，它們經(jīng)腸道細(xì)菌的分解后，以酸、CH4、CO2或H2的形式放出或參加代謝。三、糖的轉(zhuǎn)運小腸內(nèi)轉(zhuǎn)運單糖的主要系統(tǒng)為小腸腔上表皮細(xì)胞膜內(nèi)的Na+—單糖協(xié)同轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，其主要功能是轉(zhuǎn)運D—葡萄糖和D—半乳糖。還有一個不需要Na+的易化擴散系統(tǒng)，主要對D－果糖有特殊的轉(zhuǎn)運活性。

Na+—葡萄糖轉(zhuǎn)運系統(tǒng)可被根皮苷抑制，不需Na+的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)則可被細(xì)胞松弛素所抑制。第5頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)酵解一、酵解與發(fā)酵1．酵解：是酶將葡萄糖降解成丙酮酸并伴隨著生成ATP的過程。它是動物、植物、微生物細(xì)胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。在好氧有機體中，酵解生成的丙酮酸進入線粒體經(jīng)三羧酸循環(huán)被徹底氧化成CO2和H2O，酵解生成的NADH經(jīng)呼吸鏈氧化而產(chǎn)生ATP和水。所以，酵解是氧化磷酸化和三羧酸循環(huán)的前奏。第6頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五2．發(fā)酵：厭氧有機體(如酵母或其他微生物)把酵解生成的NADH中的氫交給丙酮酸脫羧生成的乙醛，使之形成乙醇。這個過程稱為酒精發(fā)酵。若將氫交給丙酮酸生成乳酸，則是乳酸發(fā)酵。現(xiàn)在對發(fā)酵的定義是：葡萄糖或有機物降解產(chǎn)生ATP的過程，其中有機物既可作為電子的供體，又可作為電子的受體。由于產(chǎn)物不同，又可分為乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵等。第7頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五二、酵解的研究歷史糖酵解的研究是從酒精發(fā)酵的研究開始的。我國早在4000年前，就有釀酒的記載(戰(zhàn)國策記載夏禹公元前23世紀(jì)時儀狄作酒)。但是糖變酒的過程，直到19世紀(jì)才搞清楚。

1897年，HansBuchner和EduardBuchner兄弟發(fā)現(xiàn)，酵母汁可以把蔗糖變成酒精，證明了發(fā)酵可以在活細(xì)胞以外進行。從而Buchner兄弟打開了現(xiàn)代生物化學(xué)發(fā)展的大門，使新陳代謝成為可以認(rèn)識的化學(xué)過程。

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1905年ArthurHarden和wi11iamYoung把酵母汁加入葡萄糖中，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中無機磷酸鹽逐漸消失，只有不斷補充無機磷酸鹽才能使發(fā)酵速度不降低，因此推測發(fā)酵與無機磷將糖磷酸化有關(guān)。他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將酵母汁透析或加熱到50℃，就會失去發(fā)酵能力。當(dāng)加熱失活的酵母汁與透析失活的酵母汁混合后又恢復(fù)了發(fā)酵能力。由此證明發(fā)酵活性取決于兩類物質(zhì)；一類是熱不穩(wěn)定的，不可透析的組分稱為釀酶，一類是熱穩(wěn)定，可透析的組分稱為輔酶，還有金屬離子。

1940年，酵解的全過程才被全面了解。GustarEmbden和OttoMeyerhof等人發(fā)現(xiàn)肌肉中也存在著與酵母發(fā)酵十分類似的不需氧的分解葡萄糖并產(chǎn)生能量的過程，他們稱此為酵解過程，這一發(fā)現(xiàn)揭示了生物化學(xué)過程的普遍性。因此有時稱酵解為Embden－Meyerhof途徑。第9頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五1905年HardenA和YangWJ發(fā)現(xiàn)糖分解過程中生成磷酸酯，隨后發(fā)現(xiàn)這一過程有輔酶參與。1897年Buchner兄弟發(fā)現(xiàn)糖轉(zhuǎn)化為乙醇不需要活細(xì)胞。第10頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五30年代Embden和Meyerhof對糖的無氧分解進行深入研究，基本搞清了無氧分解的途徑，故這一途徑也稱作Embden-Meyerhof途徑。第11頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五糖酵解

（Glycolysis）

概念：糖酵解是描述葡萄糖通過果糖二磷酸酯的途徑降解為丙酮酸并提供ATP的一系列反應(yīng)。它是首先被闡明的代謝途徑，由于G.Emlden,O.Meyerhof,J.K.Parnas三人的貢獻最大，又稱EMP途徑。第12頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五三、酵解途徑從葡萄糖開始，酵解全過程共有10步，可分為兩個階段：1、前4步為準(zhǔn)備階段，此階段中，葡萄糖通過磷酸化分解成三碳糖，每分解一個己糖分子消耗2分子ATP。2、后6步為產(chǎn)生ATP的貯能階段，磷酸三碳糖變成丙酮酸，每分子三碳糖產(chǎn)生2分子ATP。整個過程需要10種酶，這些酶都在細(xì)胞質(zhì)中，大部分過程中都需Mg2＋第13頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第14頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五1、葡萄糖磷酸化形成6—磷酸葡萄糖(G—6—P)。葡萄糖是被ATP磷酸化而形成G—6—P。

凡是催化磷?；IATP分子轉(zhuǎn)移到受體上的酶都稱為激酶，己糖激酶就是其中之一。這是一個耗能的反應(yīng)。

第15頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五催化這個反應(yīng)的酶有：(1)己糖激酶(分子量52000)以六碳糖為底物，其專一性不強，不僅可以作用于葡萄糖，還可以作用于D—果糖和D—甘露糖。己糖激酶像其他激酶一樣，需為Mg2+或其他二價金屬如Mn2+所活化。實際上Mg2+與ATP形成的復(fù)合物才是酶的真正底物。第16頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

x射線結(jié)晶學(xué)研究表明，在己糖激酶催化反應(yīng)時有構(gòu)象變化，其變化大致是：酶與葡萄糖結(jié)合時，結(jié)合裂縫兩側(cè)的酶葉關(guān)緊，糖被酶蛋白環(huán)繞造成非極性環(huán)境，從而促使ATP的磷?；D(zhuǎn)移，防止水作為底物攻擊ATP。這種底物誘導(dǎo)的裂縫關(guān)閉現(xiàn)象似乎是激酶的共同特征。

己糖激酶是酵解過程中第一個調(diào)節(jié)酶。這一步是酵解中第一個調(diào)節(jié)步驟。肌肉己糖激酶是一個別構(gòu)酶，被其產(chǎn)物G—6—P強烈地別構(gòu)抑制。第17頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第18頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五(2)葡萄糖激酶存在于肝細(xì)胞中。它對D—葡萄糖有特異活性，不被G—6—P所抑制。肌肉己糖激酶對D—葡萄糖的km值為0.1mmol／L,肝葡萄糖激酶的km約為10mmol／L。因此平時細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度為5mmol／L時，已糖激酶的酶促反應(yīng)已達最大速度，而葡萄糖激酶并不活躍。只有當(dāng)進食以后，肝細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度變高時才起作用，將葡萄糖轉(zhuǎn)化成G—6—P，再以糖原形式貯存于細(xì)胞中。葡萄糖激酶是一個誘導(dǎo)酶，是由胰島素促使合成。第19頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五2、6—磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)化成6—磷酸果糖（F－6－P）。這是一個同分異構(gòu)化反應(yīng)，由磷酸葡萄糖異構(gòu)酶所催化。這一步酶促反應(yīng)將羰基鍵Cl移至C2，為Cl磷酸化作了準(zhǔn)備。反應(yīng)中間物是酶結(jié)合的烯醇化合物。由于此反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化很小，反應(yīng)是可逆的。反應(yīng)方向是由底物與產(chǎn)物含量水平來控制。第20頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五3、F－6－P磷酸化成1，6—二磷酸果糖(F—1，6—2P)F—6—P被磷酸果糖激酶所催化，將ATP上的磷?；D(zhuǎn)移到Cl位置上形成F—1，6—2P。

這一步反應(yīng)是酵解中的關(guān)鍵反應(yīng)步驟。酵解的速度決定于此酶的活性，因此它是一個限速酶。磷酸果糖激酶是分子量為3400的四聚體。它是一個別構(gòu)酶，ATP對此酶有抑制效應(yīng)，在有檸檬酸、脂肪酸時加強抑制效應(yīng)。然而AMP，ADP或無機磷可消除抑制，增加酶的活性。第21頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五4．F—1，6—2P裂解成3—磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮。

F—1，6—2P在1，6－二磷酸果糖醛縮酶的催化下使C3和C4之間鍵斷裂。產(chǎn)生二個三碳糖，一個酮糖即磷酸二羥丙酮及一個醛糖即3－磷酸甘油醛。

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1，6—二磷酸果糖醛縮酶催化的反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能變化為十24千焦耳／摩爾(十5.73千卡/摩爾)，平衡有利于逆反應(yīng)方向，醛縮酶的名稱就是由此而來的。凡是連接兩個羰基化合物，例如一個醛和一個酮化合物形成一個醛醇化合物就是醛縮反應(yīng)。但是正常生理條件下，由于3—磷酸甘油醛不斷轉(zhuǎn)化成丙酮酸，大大降低了細(xì)胞中的3—磷酸甘油醛的濃度，從而驅(qū)動反應(yīng)向裂解方向進行。第23頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

醛縮酶的反應(yīng)機理是酶的活性中心上特殊的賴氨酸上的ε氨基與磷酸二羥丙酮上的羰基形成一個四面體中間物，然后去水變成質(zhì)子化的Schiff氏堿又稱酮亞胺，它促使磷酸二羥丙酮形成烯醇化的負(fù)碳原子，與3—磷酸甘油醛形成質(zhì)子化的Schiff氏堿，F(xiàn)—1，6—2P酮亞胺，然后再去質(zhì)子化和水解除去Schiff氏堿產(chǎn)生F—1，6—2P和酶。1，6—二磷酸果糖的裂解就是這個反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)。動物組織中的醛縮酶有多種同功酶，肌肉中主要是A型，肝中主要是B型，腦中是C型的，它們對金屬離子或其他輔助因子無要求；而來自酵母和許多種細(xì)菌的酶則被Fe2+、Co2+或Zn2+所激活，并被這些金屬的結(jié)合試劑所抑制。第24頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第25頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五5．磷酸三碳糖的同分異構(gòu)化。磷酸三碳糖中只有3—磷酸甘油醛能繼續(xù)進入酵解途徑。磷酸二羥丙酮則不能，但是它可以在磷酸丙糖異構(gòu)酶的催化下迅速轉(zhuǎn)化成3—磷酸甘油醛。第26頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

已糖轉(zhuǎn)化成三碳糖后，碳原子順序數(shù)顛倒，已糖原來的碳原子數(shù)的C3和C4是3—磷酸甘油醛的C1，C5和C2變成C2，C1和C6變成C3。

磷酸丙糖同分異構(gòu)酶的分子量是56000，是由8股平行的β折疊鏈及外圍繞8股α螺旋環(huán)繞中心而構(gòu)成的。上述酵解的前5步需消耗2分子ATP，產(chǎn)生2分子3—磷酸甘油醛。以后5步則為產(chǎn)能階段。第27頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五6、3—磷酸甘油醛轉(zhuǎn)化成3—磷酸甘油酸磷酸，又稱1，3－二磷酸甘油酸。

3—磷酸甘油醛在有NAD＋和磷酸時，被磷酸甘油醛脫氫酶所催化，形成1，3－二磷酸甘油酸。

這個反應(yīng)既是氧化反應(yīng)又是磷酸化反應(yīng)。第28頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

磷酸甘油醛脫氫酶活性位置上半胱氨酸殘基的一SH就是親核基團，它與醛基作用形成中間化合物，可將羥基上的氫移至與酶緊密結(jié)合的NAD＋上，從而產(chǎn)生NADH和高能硫酯中間物，然后NADH從酶上解離下來，另外的NAD＋與酶活性位置結(jié)合，磷酸攻擊硫酯鍵就形成1，3—二磷酸甘油酸(1，3—P—G)。第29頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

酯酰磷酸化反應(yīng)是熱力學(xué)不利的反應(yīng)、其ΔG0’＝49.56千焦耳／摩爾(＋11.8千卡／摩爾)，但是氧化反應(yīng)的ΔG0’＝一43.2千焦耳／摩爾（一10.3千卡／靡爾)。兩個反應(yīng)由硫酯中間物而偶聯(lián)在一起，氧化反應(yīng)的能量驅(qū)動磷酸化反應(yīng)進行。碘乙酸可強烈抑制此酶的活性，因為碘乙酸可與一SH基反應(yīng)，所以證明一SH基是酶活性所必須的。

砷酸鹽(AsO43-)可以與磷酸競爭同高能硫酯中間物結(jié)合，形成不穩(wěn)定的化合物1—砷—3磷酸甘油酸，它可以進一步分解產(chǎn)生3—磷酸甘油酸，但沒有磷酸化作用。因此砷酸使這一步的氧化作用和磷酸化作用解偶聯(lián)。第30頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五7、3—磷酸甘油酸磷酸將磷?；D(zhuǎn)給ADP形成了磷酸甘油酸和ATP。催化這個反應(yīng)的酶是磷酸甘油酸激酶，反應(yīng)時需Mg2+。

3—磷酸甘油醛氧化產(chǎn)生的高能中間物最后轉(zhuǎn)化成3—磷酸甘油酸并產(chǎn)生ATP，這是酵解過程中第一次產(chǎn)生ATP的反應(yīng)，也是底物水平的磷酸化反應(yīng)。因為一分子葡萄糖產(chǎn)生2分子三碳糖，因此共產(chǎn)生2分子ATP，這樣就抵消了葡萄糖在磷酸化過程中消耗的2分子ATP。

第31頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五8、3—磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變成2－磷酸甘油酸。磷酸甘油酸變位酶催化磷酰基從3—磷酸甘油酸的C3移至C2。凡是催化分子內(nèi)化學(xué)功能基團的位置移動的酶都稱為變位酶。Mg2+在催化反應(yīng)中是必須的。

哺乳動物中至少有二種磷酸甘油酸變位酶，它的分子量是65700。其一存在于成人肌肉中，對Hg高度敏感；另一存在于胎兒肌肉中，對Hg不敏感。成年人的心和骨骼中則是二者的混合物。第32頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五9、2—磷酸甘油酸脫水形成磷酸烯醇式丙酮酸。反應(yīng)在有Mg2+或Mn2+存在下，經(jīng)烯醇化酶催化。

這是一個可逆反應(yīng)，反應(yīng)的自由能變化很小，但是分子內(nèi)能重新分布的變化很大。2—磷酸甘油酸的磷酯鍵是—個低能鍵，其水解的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化是一17.6千焦耳／摩爾(一4.2千卡/摩爾)，磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇鍵是高能鍵，其水解的標(biāo)準(zhǔn)自由能的變化為一62.1千焦耳/摩爾(一14.8千卡／摩爾)，因此這一步反應(yīng)顯著地提高了磷?；霓D(zhuǎn)移勢能。第33頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五10、磷酸烯醇式丙酮酸將磷?；D(zhuǎn)移給ADP形成ATP和丙酮酸。這又是一個底物水平的磷酸化反應(yīng)，經(jīng)丙酮酸激酶催化，將磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸鍵移到ADP上，從而形成ATP和烯醇式丙酮酸，反應(yīng)基本上是不可逆，反應(yīng)需K＋，Mg2＋或Mn2＋參加。第34頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

在PH7.0時烯醇式丙酮酸分子迅速重排形成丙酮酸，這一反應(yīng)不需要酶的參加，因為反應(yīng)平衡點大大傾向于向右進行，遵循質(zhì)量作用定律推動反應(yīng)向右進行。

現(xiàn)已得到丙酮酸激酶，分子量是250000，是由55000的亞基組成的四聚體。它有幾種同功酶，在肝中L型占優(yōu)勢，肌肉和腦中M型占優(yōu)勢，其他組織是A型。這些同功酶結(jié)構(gòu)相似，但調(diào)控機制不同。丙酮酸激酶是一個別構(gòu)酶，酵解途徑中的重要調(diào)節(jié)酶。長鏈脂肪酸，乙酰CoA，ATP和丙氨酸能抑制該酶活性。1，6－二磷酸果糖活化此酶。第35頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五四、酵解過程ATP的合成一分子葡萄糖降解成2分子丙酮酸，消耗2分子ATP，產(chǎn)生4分子ATP，因此凈得2分子ATP。葡萄糖酵解的總反應(yīng)式為：第36頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第37頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五六、丙酮酸的去路所有有機體從葡萄糖酵解到丙酮酸的途徑是十分的相似，而丙酮酸以后的途徑卻各不相同。1、變?yōu)橐阴oA：在有氧條件下丙酮酸進入線粒體變成乙酰CoA參加三羧酸循環(huán)，最后氧化成CO2和H2O。第38頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五2、生成乳酸：在厭氧酵解時，例如某些厭氧乳酸菌或肌肉由于劇烈運動而造成暫時缺氧狀態(tài)，或出于呼吸、循環(huán)系統(tǒng)機能障礙暫時供氧不足時，丙酮酸接受3－磷酸甘油醛脫氫酶形成的NADH上的氫，在乳酸脫氫酶催化下，形成乳酸。從葡萄糖酵解成乳酸的總反應(yīng)式為：第39頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五3、生成乙醇：在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸可經(jīng)丙酮酸脫羧酶催化，以焦磷酸硫胺素為輔酶，脫羧變成乙醛，繼而在醇脫氫酶的催化下，由NADH還原形成乙醇。第40頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

乙醇脫氫酶含有Zn2+，它與酶的兩個半胺氨酸的硫原子和組氨酸上的氮原子螯合，其催化機制如下：第41頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五EMP的討論（以G為底物）

1、細(xì)胞定位：細(xì)胞質(zhì)總反應(yīng)式：C6H12O6+2NAD++2ADP→2C3H4O3+2NADH+2H++2ATP2、EMP反應(yīng)中大部分可逆，只有已糖激酶（1），磷酸已糖激酶（3），丙酮酸激酶（10）催化的反應(yīng)不可逆，這三個反應(yīng)稱限速反應(yīng)，三種酶稱限速酶。3、EMP中ATP的計量

反應(yīng)ATP的變化1）G→G-6-P-13）F-6-P→FDP-17）1,3-二磷酸甘油酸→

3-磷酸甘油酸+210）PEP→丙酮酸+2

凈變化+2第42頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五七、EMP的生理意義

(1)在缺氧情況下快速釋放能量，使機體仍能進行生命活動，這對肌肉收縮更為重要．(2)成熟的紅細(xì)胞沒有線粒體，完全依賴糖酵解提供能量．(3)神經(jīng)、白細(xì)胞、骨髓等代謝極為活躍，即使不缺氧也常由糖酵解提供部分能量．(4)酵解過程的中間產(chǎn)物可為機體其它生物合成提供碳架。第43頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五八、糖酵解的調(diào)節(jié)糖酵解途徑的中三個不可逆反應(yīng)分別為：己糖激酶磷酸果糖激酶糖酵解途徑的調(diào)節(jié)酶丙酮酸激酶第44頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五1、己糖激酶對糖酵解的調(diào)節(jié)(1)己糖激酶為變構(gòu)酶，受其產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸的強烈抑制；葡萄糖激酶分子內(nèi)不存在葡萄糖-6-磷酸的變構(gòu)部位，故不受葡萄糖-6-磷酸的影響。(2)長鏈脂酰CoA對其有變構(gòu)抑制作用，在饑餓時減少肝和其他組織攝取葡萄糖有一定意義．(3)胰島素可誘導(dǎo)葡萄糖激酶基因的轉(zhuǎn)錄，促進酶的合成．第45頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五2、磷酸果糖激酶-Ⅰ是控制糖酵解的關(guān)鍵酶（限速酶）(1)變構(gòu)調(diào)節(jié)①6-磷酸果糖激酶-Ⅰ是一四聚體，受多種變構(gòu)調(diào)節(jié)劑的影響．②ATP和檸檬酸是6-磷酸果糖激酶-Ⅰ的變構(gòu)抑制劑．③6-磷酸果糖激酶-Ⅰ的變構(gòu)激活劑有AMP，ADP，2,6-二磷酸果糖．第46頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五④1,6-二磷酸果糖是6-磷酸果糖激酶-Ⅰ的反應(yīng)產(chǎn)物，這中產(chǎn)物正反饋作用是比較少見的，它有利于糖的分解．⑤果糖-2，6-二磷酸是6-磷酸果糖激酶-Ⅰ最強的的變構(gòu)激活劑．⑥果糖-2，6-二磷酸由6-磷酸果糖激酶-Ⅱ催化6-磷酸果糖C2磷酸化而成．⑦

6-磷酸果糖激酶-Ⅱ?qū)嶋H上是一種雙功能酶，在酶蛋白中具有兩個分開的催化中心，故同時具有6-磷酸果糖激酶-Ⅱ和果糖雙磷酸酶-Ⅱ兩種活性．第47頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五3、丙酮酸激酶對糖酵解的調(diào)節(jié)(1)果糖-1,6-二磷酸是丙酮酸激酶的變構(gòu)激活劑，而長鏈脂肪酸、乙酰CoA、ATP則有抑制作用．(2)在肝內(nèi)丙氨酸也有變構(gòu)抑制作用．(3)共價修飾方式調(diào)節(jié)①依賴cAMP的蛋白激酶和依賴Ca2+、鈣調(diào)蛋白的蛋白激酶均可使其磷酸化而失活．②胰高血糖素可通過cAMP抑制丙酮酸激酶的活性．第48頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五(1)當(dāng)能量消耗多，細(xì)胞內(nèi)ATP/AMP比值降低時，6-磷酸果糖激酶-Ⅰ和丙酮酸激酶均被激活，加速葡糖的分解．反之,細(xì)胞內(nèi)ATP的儲備豐富時，通過糖酵解分解的葡萄糖就少．(2)正常進食時，肝亦僅氧化少量葡萄糖，主要由氧化脂肪獲得能量．(3)進食后，胰高血糖素分泌減少，胰島素分泌增加，果糖-2，6-二磷酸的合成增加，加速糖循糖酵解途徑分解，主要是生成乙酰CoA以合成脂肪酸．(4)饑餓時，胰高血糖素分泌增加，抑制了果糖-2，6-二磷酸的合成和丙酮酸激酶的活性，即抑制糖酵解，這樣才能有效地進行糖異生，維持血糖的水平．4、共同調(diào)節(jié)第49頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)糖的需氧分解

一、丙酮酸氧化脫羧成CH3COCoA

1、總反應(yīng)式：丙酮酸脫氫酶系CH3COCOO-+HS-CoA+NAD+

TPP、FAD、硫辛酸CH3CO-SCoA+CO2+NADH+H+第50頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五葡萄糖有氧氧化的概況O2O2O2H2OH++eCO2乙酰CoA丙酮酸丙酮酸6-磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖線粒體胞液（第一階段）（第二、三階段）第51頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五2、丙酮酸脫氫酶系組成與裝配1）

三種酶：

a)丙酮酸脫羧酶（E1）

b)硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（E2）

c)二氫硫辛酸脫氫酶（E3）

若干調(diào)控酶（對丙酮酸氧化脫羧起調(diào)控作用）2）若干輔助因子：TPP、硫辛酸、CoA-SH、NAD+、FAD、Mg2+等。第52頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五大腸桿菌中的丙酮酸脫氫酶復(fù)合物為圓球狀多面體，由3種酶60條多肽鏈和6種輔因子組成;X-射線研究表明，有8個硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶的三聚體組合在一起，形成中空的方型結(jié)構(gòu)，其他兩種酶與這個核心結(jié)合，成為一體。第53頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五3、丙酮酸氧化脫羧的機理丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP-E1;由二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶（E2）催化使羥乙基-TPP-E1上的羥乙基被氧化成乙?；瑫r轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺，形成乙酰硫辛酰胺-E2；二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶（E2）還催化乙酰硫辛酰胺的乙酰基轉(zhuǎn)移給CoA生成乙酰CoA，離開酶復(fù)合體，同時氧化過程中的2個電子使硫辛酰胺上的二硫鍵還原為2個巰基；二氫硫辛酰胺脫氫酶（E3）使還原的二氫硫辛酰胺脫氫重新生成硫辛酰胺，以進行下一輪反應(yīng)．同時將氫傳遞給FAD，生成FADH2；在二氫硫辛酰胺脫氫酶（E3）催化下，將FADH2上的H轉(zhuǎn)移給NAD+,形成NADH+H+.第54頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第55頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五4、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)控（1）產(chǎn)物控制即由NADH和乙酰-CoA控制。這兩種產(chǎn)物表現(xiàn)的抑制作用是和酶的作用底物NAD+和CoA競爭酶的活性部位，是競爭性抑制。乙酰-CoA抑制E2，NADH抑制E3。（2）核苷酸反饋調(diào)節(jié)：酶體系的活性由細(xì)胞的能荷所控制。特別是丙酮酸脫羧酶E1組分受GTP抑制，為AMP所活化。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)富有立即可利用的能量時，丙酮酸脫氫酶體系活性降低。（3）磷酸化和去磷酸化的調(diào)控

E1的磷酸化和去磷酸化是使丙酮酸脫氫酶復(fù)合體失活和激活的重要方式。在處于丙酮酸脫氫酶復(fù)合體核心位置的E2分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種稱為激酶，另一種稱為磷酸酶。激酶使丙酮酸脫羧酶組分磷酸化，磷酸酶則是脫去丙酮酸脫氫酶的磷酸基團，從而使之活化。Ca2+通過激活磷酸酶的作用，也使丙酮酸脫氫酶活化。第56頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五二、三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle，TCA）

TCA循環(huán)：指從乙酰CoA與OAA縮合成檸檬酸，再經(jīng)一系列氧化、脫羧，重新產(chǎn)生OAA的循環(huán)過程，乙酰基則在循環(huán)中氧化成CO2放出。（脫羧）

Krebs循環(huán)1937年由德國科學(xué)家HansKrebs提出，1953年獲諾貝爾獎。第57頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史

1937年HansKrebs提出檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制,其主要的依據(jù)有:Krebs于1932年發(fā)現(xiàn)乙酸，琥珀酸，延胡索酸，蘋果酸，檸檬酸，草酰乙酸可以促進組織勻漿或切片的氧化作用；AlbertSzent-Gyoryi發(fā)現(xiàn)少量的四碳二羧酸可以加快糖類氧化反應(yīng)的速度，提出可能存在一個酶促的系列反應(yīng)。他還發(fā)現(xiàn)了丙二酸對琥珀酸脫氫酶的抑制作用；CarlMartius和FranzKnoop發(fā)現(xiàn)檸檬酸可以轉(zhuǎn)化為圖示的其他有機酸；Krebs發(fā)現(xiàn)草酰乙酸可以和活性乙酸反應(yīng)生成檸檬酸，在反映體系中過量加入其中的任意一種有機酸可以很快轉(zhuǎn)化為其他的有機酸，因而提出反應(yīng)體系構(gòu)成一個循環(huán)。第58頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

大多數(shù)動、植物和微生物，在有氧的情況下將酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成CO2和H2O，并產(chǎn)生能量的過程稱三羧酸循環(huán)又稱檸檬酸循環(huán)，簡寫為TCA循環(huán)，因為它是由H.A.Krebs正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。(一)、三羧酸循環(huán)是環(huán)狀酶促反應(yīng)途徑的發(fā)現(xiàn)1．早期工作：1920年Thunberg，1932年H.Krebs，1935年AlbertSzeut－Gyorgyi發(fā)現(xiàn)在肌肉糜中加入檸檬酸和四碳二羧酸如琥珀酸，延胡索酸，蘋果酸，草酰乙酸可刺激氧的消耗。1937年CarlMartins和FranzKnoop闡明了從檸檬酸經(jīng)順烏頭酸、異檸檬酸、α—酮戊二酸到琥珀酸的氧化途徑。第59頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

2．1937年Krebs證實了六碳三羧酸(檸檬酸、順烏頭酸、異檸檬酸)和α—酮戊二酸，及四碳二羧酸(琥珀酸、延胡索酸、蘋果酸、草酰乙酸)強烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，其他天然存在的有機酸都沒有上述幾種酸活性強。3．Krebs發(fā)現(xiàn)丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑，即使在肌肉懸浮液中加入上述活性有機酸，也還有抑制效應(yīng)，說明此酶催化的反應(yīng)在丙酮酸氧化途徑中起著重要的作用。在其抑制的肌肉糜懸浮液中有檸檬酸、α－酮戊二酸和琥珀酸的積累，證明沒有丙二酸時，上述物質(zhì)轉(zhuǎn)化成琥珀酸。通過總結(jié)前人的經(jīng)驗及上述一系列實驗，Krebs1937年提出了三羧酸循環(huán)。后來發(fā)現(xiàn)，這一途徑在動、植物，微生物細(xì)胞中普遍存在，不僅是糖分解代謝的主要途徑，也是脂肪、蛋白質(zhì)分解代調(diào)的最終途徑，具有重要的生理意義。為此1953年Krebs獲得諾貝爾獎，并被稱為ATP循環(huán)之父。第60頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五三羧酸循環(huán)草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸a-酮戊二酸琥珀酸輔酶A琥珀酸延胡索酸蘋果酸乙酰輔酶A第61頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

三羧酸循環(huán)共有8步，見圖：第62頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五1．乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合形成檸檬酸。這是循環(huán)的起始步驟，由檸檬酸合成酶或稱檸檬酸縮合酶催化乙酰CoA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酶A，然后高能硫酯鍵水解推動總反應(yīng)進行，生成檸檬酸：第63頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

哺乳類動物中檸檬酸合成酶由2個49000亞基組成。X射線晶體圖譜表明此酶在催化反應(yīng)時與底物結(jié)合會產(chǎn)生很大的構(gòu)象變化。酶先與草酰乙酸結(jié)合導(dǎo)致酶結(jié)構(gòu)重排成關(guān)閉型，創(chuàng)造了與乙酰CoA的結(jié)合位點，使兩個底物接近通過調(diào)整鍵的極性使其縮合。合酶上的兩個組氨酸殘基起著重要的作用。其中一個與草酰乙酸羰基氧原子作用使其易受攻擊，另一個組氨酸殘基促進乙酰CoA的甲基碳上的質(zhì)子離開，形成烯醇離子，就可以與草酰乙酸縮合成C—C鍵。第64頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

此酶是一個調(diào)控酶、體外實驗表明，酶的活性受ATP、NADH、琥珀酰CoA和長鏈脂肪酰CoA抑制。體內(nèi)也許不完全如此，但是這個三羧酸循環(huán)途徑的第一步是一個可調(diào)控的限速步驟。氟乙酸CoA可與檸檬酸合酶反應(yīng)形成氟檸檬酸，因為它可抑制下一步反應(yīng)的酶，因此稱這反應(yīng)為致死合成。但可以利用這一特性合成殺蟲劑或滅鼠藥。第65頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五2．檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸。檸檬酸由順烏頭酸酶催化，脫水，然后又加水，從而改變分子內(nèi)OH—和H＋的位置，生成異檸檬酸。催化這兩步反應(yīng)的是同一酶，由于其中間產(chǎn)物為順烏頭酸，故此得名。其標(biāo)準(zhǔn)自由能變化ΔG0’相應(yīng)的為十8.4千焦耳／摩爾，一2.1千焦耳／摩爾，由于異檸檬酸不斷消失，推動反應(yīng)進行。

順烏頭酸酶是個相當(dāng)復(fù)雜的酶，其中含有由4個鐵原子、4個無機硫原子及4個半胱氨酸硫原子結(jié)合的鐵硫中心簇參與底物的去水和加水反應(yīng)。這個酶是含鐵的非鐵卟啉蛋白。第66頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五3．異檸檬酸氧化脫羧生成α—酮戊二酸。這是三羧酸循環(huán)中第一次氧化作用，被異檸檬酸脫氫酶所催化。反應(yīng)的中間物是草酰琥珀酸，它是一個不穩(wěn)定的β—酮酸，當(dāng)與酶結(jié)合則脫羧形成α—酮戊二酸。第67頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

線粒體內(nèi)含有二種異檸檬酸脫氫酶，一種是以NAD＋為電子受體，另—種是以NADP＋為受體。前者僅在線粒體內(nèi)，后者也在細(xì)胞質(zhì)中存在。需NAD＋異檸檬酸脫氫酶被Mg2＋、Mn2＋活化，它是一個別構(gòu)酶，正調(diào)控物是ADP，ADP可增加酶和底物的親和力。當(dāng)缺乏ADP時就失去活性。NAD＋、Mg2＋和ADP有協(xié)同作用。NADH和ATP可以抑制酶活性?？傊?，細(xì)胞在具有高能狀態(tài)時即ATP／ADP，NADH／NAD＋比值高時酶活性被抑制。在低能狀態(tài)時被激活。異檸檬酸脫氫酶是三羧酸循環(huán)中第二個調(diào)節(jié)酶。第68頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五4．α—酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰輔酶A。這是三羧酸循環(huán)中第二個氧化脫羧反應(yīng)，是由α—酮戊二酸脫氫酶系所催化的。第69頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

α—酮戊二酸脫氫酶體系與丙酮酸脫氫酶體系相似，由三個酶即α—酮戊二酸脫羧酶E1，硫辛酸琥珀酰轉(zhuǎn)移酶E2和二氫硫辛酸脫氫酶E3組成。也需要TPP，硫辛酸，CoA，F(xiàn)AD和NAD＋，Mg2＋6種輔助因子。琥珀酰轉(zhuǎn)移酶處于核心位置，其氧化脫羧機制也類似。其E1和E2與丙酮酸脫氫酶中相應(yīng)的脫羧及酰基轉(zhuǎn)移酶不同，但二氫硫辛酸脫氫酶是相同的。此酶也是一個調(diào)節(jié)酶，受其產(chǎn)物NADH、琥珀酰CoA和Ca2＋抑制，細(xì)胞高能荷時，ATP、GTP也可反饋抑制酶的活性。

第70頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五5．琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸，并產(chǎn)生GTP。這是三羧酸循環(huán)中唯一底物水平磷酸化直接產(chǎn)生高能磷酸鍵的步驟。由琥珀酸硫激酶催化。第71頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

琥珀酰CoA硫酯鍵水解的ΔG0’＝一33.6千焦耳／摩爾，它是一個高能硫酯鍵，因此它可以在琥珀酰CoA合成酶的催化下，使二磷酸鳥苷(GDP)磷酸化成三磷酸鳥苷（GTP）。

GTP可以用于蛋白質(zhì)合成，也可以在二磷酸核苷激酶的催化下將磷?；D(zhuǎn)給ADP生成ATP。第72頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五6．琥珀酸脫氫生成延胡索酸。這是三羧酸循環(huán)中第三步氧化還原反應(yīng)，由琥珀酸脫氫酶催化，氫的受體是酶的輔基FAD，因為反應(yīng)自由能變化不足以還原NAD＋。

FAD是通過異咯嗪環(huán)上的第7位碳上的甲基與蛋白質(zhì)中的組氨酸殘基上的咪唑環(huán)氮3位置相連接。第73頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

琥珀酸脫氫酶是三羧酸循環(huán)中唯一摻入線粒體內(nèi)膜的酶，心肌線粒體內(nèi)膜提純的酶分子量是100000，由70000和29000兩個亞基組成。琥珀酸脫氫酶直接與呼吸鏈聯(lián)系。琥珀酸脫氫產(chǎn)生的FADH2可以轉(zhuǎn)移到酶的鐵硫中心，然后進入呼吸鏈。琥珀酸脫氫酶中會有三種不同的鐵硫簇；2Fe—2S(二個鐵原子與二個無機硫結(jié)合)，3Fe—4S和4Fe—4S。所形成的延胡索酸是反丁烯二酸，而不是順丁烯二酸(馬來酸)，后者不能參加代謝，對有機體有毒性。

丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。第74頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五7．延胡索酸被水化生成蘋果酸。延胡索酸酶催化這個水化反應(yīng)，用標(biāo)記氚的實驗證明H＋和OH—以反式加成，酶具有立體異構(gòu)特異性，OH只加入延胡索酸雙鍵的一側(cè)，因此只形成L－型蘋果酸。

從豬心獲得此酶的結(jié)晶，分子量為200000由4個相同亞基組成，各含3個自由巰基為酶的活性所必需。第75頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五8．蘋果酸脫氫生成草酰乙酸。這是三羧酸循環(huán)中第4次氧化還原反應(yīng)，也是最后一步。反應(yīng)由L－蘋果酸脫氫酶所催化，NAD＋是氫的受體。

在標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)條件下，平衡有利于逆反應(yīng)。但是在生理情況下，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)胞中濃度極低，約少于10—6mol/L，使反應(yīng)向右進行。第76頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五三．三羧酸循環(huán)所生成的ATP

乙酰CoA進入三羧酸循環(huán)，每一次循環(huán)由琥珀酰CoA合成酶催化的反應(yīng)通過GTP產(chǎn)生一個ATP分子。共有4個脫氫步驟，其中有3對電子經(jīng)NADH轉(zhuǎn)遞給線粒體的膜嵴上的電子傳遞鏈，最后遞給氧生成水，每對電子產(chǎn)生2.5分子ATP，3對電子共產(chǎn)生7.5分子ATP，有一對電子經(jīng)FADH2轉(zhuǎn)遞至電子傳遞鏈，可以產(chǎn)生1.5分子ATP。

因此每一次循環(huán)共產(chǎn)生7.5十1.5十1＝10分子ATP。若從丙酮酸脫氫開始計算，共產(chǎn)生12.5分子ATP。每分子葡萄糖可以產(chǎn)生2分子丙酮酸，因此每分子葡萄糖經(jīng)酵解，三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化3個階段共產(chǎn)生：

5或7十2X12.5＝30—32個ATP分子。第77頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五線粒體外NADH的氧化磷酸化作用

磷酸甘油穿梭系統(tǒng)

蘋果酸—天冬氨酸穿梭系統(tǒng)

酵解（細(xì)胞質(zhì)）氧化磷酸化

（線粒體）第78頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第79頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五-磷酸甘油穿梭（線粒體基質(zhì)）磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油磷酸二羥丙酮3-磷酸甘油FADFADH2NADHFMNCoQbc1caa3O2NADHNAD+線粒體內(nèi)膜（細(xì)胞液）第80頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五第81頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五蘋果酸穿梭作用細(xì)胞液線粒體內(nèi)膜體天冬氨酸-酮戊二酸蘋果酸草酰乙酸谷氨酸-酮戊二酸天冬氨酸蘋果酸谷氨酸NADH+H+NAD+草酰乙酸NAD+線粒體基質(zhì)蘋果酸脫氫酶NADH+H+ⅣⅠⅡⅢ蘋果酸脫氫酶谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為膜上的轉(zhuǎn)運載體）呼吸鏈第82頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五四、TCA循環(huán)的生物學(xué)意義1、三羧酸循環(huán)是體內(nèi)產(chǎn)生CO2和能量的主要機制之一。

1）G有氧分解中，每個G通過TCA環(huán)可得25個ATP，遠遠超過EMP或G無氧降解所產(chǎn)生ATP的數(shù)目。

2）脂肪、氨基酸等有機物作為呼吸底物分解，徹底氧化時所產(chǎn)生的能量也主要通過TCA循環(huán)。第83頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五2、三羧酸循環(huán)是糖、脂、某些氨基酸代謝聯(lián)系和互變的樞紐。（1）TCA是糖、脂肪、氨基酸等徹底分解的共同途徑。（2）TCA中產(chǎn)生的OAA、α-酮戊二酸、檸檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料，因此能將各種有機物代謝聯(lián)系起來，起到物質(zhì)代謝的樞紐作用。第84頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五3、三羧酸循環(huán)是糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)最終氧化的共同途徑。

4、獲得微生物發(fā)酵產(chǎn)品的途徑檸檬酸、谷氨酸第85頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五五、三羧酸循環(huán)的調(diào)控

調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)速度的關(guān)鍵酶：檸檬酸合酶；異檸檬酸脫氫酶；α-酮戊二酸脫氫酶。

三羧酸循環(huán)中的酶的活性主要靠底物提供的情況推動，并受其生成產(chǎn)物的抑制，同時還受到變構(gòu)效應(yīng)物的調(diào)節(jié)。第86頁，共100頁，2023年，2月20日，星期五

檸檬酸合酶——檸檬酸和琥珀酰CoA分別是檸檬酸合酶的底物草酰乙酸和乙酰CoA的競爭性抑制劑，二者濃度的增加，抑制檸檬酸合酶的活性，另外，該酶還受到NADH的抑制。異檸檬酸脫氫酶（別構(gòu)酶）——ADP是別構(gòu)激活劑，異檸檬酸、NAD+等對酶