糖代謝與合成培訓(xùn)課件糖酵解糖酵解概述首先，ATP的主要包括兩個途徑。一是由葡萄糖徹底氧化成二氧化碳和水，從中釋放大量的自由能形成大量的ATP，另一條是在沒有氧分子參加的條件下，即在無氧條件下，由葡萄糖降解為丙酮酸，生成兩分子ATP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，這一過程稱為糖酵解作用。糖酵解是葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)楸岬囊幌盗蟹磻?yīng)，酵解過程的生物學(xué)意義在于它是在不需要氧供應(yīng)的條件下，產(chǎn)生ATP的一種供能方式從能量的觀點出發(fā)，可以把酵解過程劃分為兩個方面。一方面從葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗崾俏镔|(zhì)分解的過程，其中伴隨有自由能的釋放。即放能過程，另一方面ADP和無極磷酸形成ATP則是吸收能量的過程?？偰芰孔兓瘉砜紤]，是一個方能過程。值得注意的是，糖酵解過程中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。其意義在于：1.帶有負電荷的磷酸基團使中間產(chǎn)物具有極性從而使這些產(chǎn)物不易透過脂膜而失散2.磷酸基團在各反應(yīng)步驟中，對酶來說，起信號基團的作用，有利于與酶結(jié)合而被催化3.磷酸基團經(jīng)酵解作用后，最終形成ATP的末端磷酸基團，因此具有保存能量的作用。糖酵解過程從葡萄糖到丙酮酸共包括10步反應(yīng)，可分為兩個階段。前五步為準備階段，葡萄糖通過磷酸化、異構(gòu)化裂解為3碳糖。每裂解一個己糖分子，共消耗2分子ATP。使己糖分子的1，6位磷酸化。磷酸化的己糖裂解和異構(gòu)化，最后形成一個共同中間產(chǎn)物即甘油醛-3-磷酸后五步為產(chǎn)生ATP的貯能階段。碳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。這些酶都存在于細胞溶膠中，大部分有鎂離子作為輔助離子。糖酵解的全過程丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸時叫做酵解，丙酮酸轉(zhuǎn)化為乙醛、乙醇時稱為發(fā)酵一、葡糖的磷酸化（葡糖糖＋ＡＴＰ－－－葡萄糖－６－磷酸＋ADP＋氫離子），此反應(yīng)在己糖激酶（HK）的催化下，有鎂離子，，不可逆)發(fā)生酵解的第一步是Ｄ－葡萄糖分子在第六位的磷酸化，形成葡萄糖－６－磷酸，簡寫Ｇ６Ｐ。這是一個磷酸基團的轉(zhuǎn)移反應(yīng)，轉(zhuǎn)移的是ATP的－磷酸基團。由于能量的損失，使得這一步反應(yīng)基本上是不可逆的。這一反應(yīng)保證了進入細胞的葡萄糖可立即被轉(zhuǎn)化為磷酸化形式，、。不但為葡萄糖隨后的裂解活化了葡萄糖分子，還保證了葡糖糖分子一旦進入細胞就有效的被捕獲，不會再透出胞外。己糖激酶所催化的底物不只是Ｄ－葡萄糖。對一些六碳糖都有催化作用。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。六碳糖激酶存在于所有細胞內(nèi)，在肝臟中還存在一種專一性強的葡萄糖激酶又稱葡糖激酶，這種酶在維持血糖的恒定起作用。己糖激酶在起催化作用是，先結(jié)合葡萄糖分子和鎂離子－ＡＴＰ分子，形成一個三元復(fù)合物。隨后己糖激酶由葡萄糖分子誘發(fā)，而顯現(xiàn)出明顯的構(gòu)象變化，這種變化著正好使ATP分子和葡萄糖的第六位碳原子的羥基靠攏。大大有利ATP的磷酸基團向葡萄糖第６碳原子羥基的轉(zhuǎn)移。己糖激酶是一種調(diào)節(jié)酶。它催化的反應(yīng)產(chǎn)物葡萄糖－６－磷酸和ADP能使ADP能使該酶受到變構(gòu)抑制（指某些代謝物與關(guān)鍵酶分子活性中心以外的某個部位特異性的結(jié)合，使酶發(fā)生變構(gòu)而改變其催化活性）。但是葡萄糖磷酸激酶卻不受葡萄糖－６－磷酸的抑制。它的米氏常數(shù)比己糖激酶大得多，因此只有在葡萄糖濃度相當高的時候，葡萄糖激酶才起作用。當血液中和肝細胞內(nèi)游離葡萄糖的濃度增高時，它催化葡萄糖形成葡萄糖－６－磷酸，該物質(zhì)是葡萄糖合成糖原的中間產(chǎn)物，由肝臟合成糖原?？煞蛛x出4種電泳行為不同的己糖激酶，分別為型。在有機體的分布情況不同，催化的性質(zhì)也不完全相同。4型只存在于肝臟中，123大都存在于基本不能合成糖原的組織中。無機磷酸解除葡萄糖-6-磷酸和ADP對123型酶的抑制作用，葡萄糖激酶（4型）主要分布在肝臟細胞當中，其合成受胰島素的誘導(dǎo)，使肝臟中葡萄糖磷酸維持在較高水平。當肝細胞或患糖尿病時，此酶的合成速度降低，不僅糖的合成受阻礙。糖的降解也受影響。酶的區(qū)域性分布，是機體對酶活性調(diào)控的一種方式。二、葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)化成果糖-6-磷酸（可逆）此反應(yīng)的催化酶是磷酸葡萄糖異構(gòu)酶（這個酶具有絕對的底物專一性和立體專一性），這一反應(yīng)的自由能變化是及其微小的，所以這一反應(yīng)是可逆的。在正常情況下，葡糖糖-6-磷酸與果糖-6-磷酸保持或接近平衡狀態(tài)。這一步反應(yīng)中葡萄糖第一位的碳原子上的羰基不像6位上的羥基那樣容易磷酸化，所以下一步反應(yīng)是使葡萄糖分子發(fā)生異構(gòu)化。這就是葡萄糖的羰基從碳1位上轉(zhuǎn)移到碳2位上，使葡萄糖分子由醛式變成酮式的果糖，其碳1位生即形成了自由羥基。葡萄糖-6-磷酸和果糖-6-磷酸的存在形式都是以環(huán)式為主，而異構(gòu)化反應(yīng)需要以開鏈形式進行。異構(gòu)形成的果糖-6-磷酸又形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。果糖-6-磷酸形成果糖-1，6-二磷酸（FBP）(不可逆）這是糖酵解的第二個磷酸化反應(yīng)，也是糖酵解過程中使用第二個ATP分子的反應(yīng)，在磷酸果糖激酶（PFK）的催化下，生成果糖-1，6-二磷酸和ADP和氫離子。同時也需要鎂離子參與此反應(yīng)是不可逆反應(yīng)。磷酸果糖激酶是一種變構(gòu)酶。它的催化效率很低，糖酵解的速率嚴格地依賴該酶的活力水平。它是哺乳動物糖酵解途徑最重要的調(diào)控關(guān)鍵酶，該酶由四個亞基組成，是一個四聚體。磷酸果糖激酶的活性受到許多因素的控制。例如肝腫的磷酸果糖激酶受到高濃度ATP的抑制，ATP可降低該酶對果糖－６－磷酸的親和力，這是一種變構(gòu)效應(yīng)，ATP結(jié)合到磷酸果糖激酶的一個特殊的調(diào)控部位上，調(diào)節(jié)部位不同于催化部位。但是這種變構(gòu)抑制可以被AMP。因此ATP／AMP的比例關(guān)系對此酶也有明顯的調(diào)節(jié)作用。特別是氫離子對該酶活性的影響，當PH下降時，氫離子對該酶有抑制作用。在生物體內(nèi)這種抑制作用具有重要的生物學(xué)意義。因為通過它可以阻止整個糖酵解途徑的繼續(xù)進行，從而防止乳酸的繼續(xù)形成；這又可防止血液Ph的下降，有利于避免酸中毒。從兔分離得到的磷酸果糖激酶有三種同工酶（ABC），這三種同工酶對影響酶活力的不同因素反應(yīng)各異。A對磷酸肌酸、檸檬酸和無極磷酸的抑制作用最為敏感。B對2，3-二磷酸甘油酸的抑制作用最敏感，C對腺嘌呤核苷酸的作用最為敏感。通過上述三個步驟，葡萄糖磷酸化到了果糖-1，6-二磷酸，可以說為下一步的分子裂解完成了條件準備。四、果糖-1，6-二磷酸轉(zhuǎn)（FBP）變?yōu)楦视腿?3-磷酸（GAP）和二羥基丙酮酸（DHAP）（可逆)這是果糖-1，6-二磷酸裂解成兩個三碳糖的過程。在醛縮酶的作用下發(fā)生裂解。這一反應(yīng)的標準吉布斯自由能是正的，所以在標準情況下，這一反應(yīng)是向縮合的方向進行，但是在細胞條件下，該反應(yīng)是很容易進行的。酶分子活性部位的半胱氨酸和組氨酸殘基在酶的催化反應(yīng)中，相當于酸和堿的作用，他們有增強質(zhì)子轉(zhuǎn)移的作用。五、二羥基丙酮酸轉(zhuǎn)化為甘油醛-3-磷酸果糖-1，6-二磷酸所裂解成的兩分子三碳糖中，只有甘油醛-3-磷酸才可以進入糖酵解途徑，所以二羥基丙酮酸必須轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸才能進入糖酵解途徑。丙糖磷酸異構(gòu)酶正是擔(dān)負這一轉(zhuǎn)變的酶。這兩個三碳糖分子式醛酮化合物的互變異構(gòu)關(guān)系，它們的互變之所以可能實現(xiàn)，是因為它們通過一個共同中間體即順式-單烯二羥負離子中間體。實驗證明，丙糖磷酸異構(gòu)酶的活性部位是以谷氨酸殘基的游離羧基與底物相結(jié)合，這個酶催化的反應(yīng)是及其迅速的，只要酶與底物分子一旦發(fā)生碰撞，反應(yīng)就立刻完成。因此，任何加速丙糖磷酸異構(gòu)酶催化效率的措施都不能再提高它的反應(yīng)速度。所以甘油酸-3-磷酸與二羥丙酮磷酸總是維持在反應(yīng)的平衡狀態(tài)。但是二羥丙酮磷酸的濃度在平衡點遠遠超過甘油醛-3-磷酸的濃。但是甘油醛-3-磷酸不斷在糖酵解中被消耗，所以二羥丙酮磷酸也就不斷地轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿?3-磷酸。接下來到了酵解的第二階段——方能階段六、甘油醛-3-磷酸（BPG）氧化成1，3-二磷酸甘油酸甘油-3-磷酸的醛基氧化為羧基時，將氧化過程產(chǎn)生的能量貯存到ATP分子中。此過程是在甘油醛-3-磷酸脫氫酶的作用下，由和無極磷酸（Pi）參加實現(xiàn)的，生成１，３－二磷酸甘油酸和NADH和氫離子。此反應(yīng)中，醛基氧化釋放的能量推動了1，3-二磷酸甘油醛的形成，這是一個?；姿?，酰基磷酸。?；姿崾蔷哂懈吣芰姿峄鶊F轉(zhuǎn)移勢能的化合物。甘油-3-磷酸的氧化是放能的，但是磷酸酐鍵的形成是吸能的。整個反應(yīng)是稍吸能的。砷酸鹽破壞1，3-二磷酸甘油酸的形成砷酸鹽（）在結(jié)構(gòu)和反應(yīng)方面都和無極磷酸極為相似，以此能夠代替磷酸進攻硫脂中間產(chǎn)物的高能鍵，產(chǎn)生1-砷酸-3-磷酸甘油酸，砷酸化合物是很不穩(wěn)定的化合物。它迅速的進行水解產(chǎn)生3-磷酸甘油酸。砷酸鹽代替磷酸與甘油醛-3-磷酸結(jié)合并氧化，生成的不是1，3-二磷酸甘油酸。在砷酸鹽存在下，雖然酵解過程照常進行，但是卻沒有生成高能磷酸鍵。甘油醛-3-磷酸氧化釋放出的能量，未能與磷酸化作用相偶聯(lián)而被貯存。因此砷酸鹽起著解偶聯(lián)的作用，即解除了氧化和磷酸化的偶聯(lián)作用。從以上事實得到的啟發(fā)式，在生物分子的進化中為什么選擇了具有較大動力學(xué)穩(wěn)定性的磷酸基團作為遞能基團，而不是砷酸。七、1，3-二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)移高能磷酸基團形成ATP這是糖酵解開始收獲的階段，在此過程中產(chǎn)生ATP。３－二磷酸甘油醛＋ADP——－３，磷酸甘油酸＋ATP此反應(yīng)是在磷酸甘油酸激酶（PGK）的作用下，將其以高能磷酸酐鍵連接在ｃ１位上的高能磷酸基團轉(zhuǎn)移到ADP分子上形成ATP分子，此過程也需鎂離子。這是一個高效的放能反應(yīng)，因此能夠推動前一步反應(yīng)的順利進行。（上一個反應(yīng)不是稍吸能的么）磷酸甘油酸激酶分子的外觀和己糖激酶極其相似。都由兩葉構(gòu)成，很像鉗子，中間有很深的裂縫?；钚圆课辉诹芽p的底部。八、3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸此反應(yīng)是由磷酸甘油酸變位酶催化的。通常將催化分子內(nèi)化學(xué)基團移位的酶稱為變位酶。此反應(yīng)是為酵解過程的下一步驟準備反應(yīng)。磷酸甘油酸變位酶的活性部位結(jié)合有一個磷酸基團，當3-磷酸甘油酸作為酶的底物結(jié)合到酶的活性部位后，原來結(jié)合在酶活性部位的那個磷酸基團便立即轉(zhuǎn)移到底物分子上，形成一個與酶結(jié)合的二磷酸的中間產(chǎn)物，2，3-二磷酸甘油酸（2，3，BPG），這個中間產(chǎn)物又立即使酶分子的活性部位再磷酸化，同時產(chǎn)生游離的2-磷酸甘油酸，2，3，BPG不止在磷酸甘油酸變位酶的催化過程中起著重要作用，在紅細胞對氧的轉(zhuǎn)運過程中還起著調(diào)節(jié)劑的作用。２，３－二磷酸甘油酸的合成和降解是糖酵解途徑中的一個短支路。以上這兩步反應(yīng)都是不可逆的，此外，２，３－二磷酸甘油酸是二磷酸甘油酸變位酶強有力的競爭性抑制劑。２，３－二磷酸甘油酸的濃度不僅取決于二磷酸甘油酸變位酶的活力，還取決于２，３－磷酸甘油酸磷酸酶的活力。一般將催化磷酸酯水解的酶總稱磷酸酶。九、２－磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸這一反應(yīng)是在烯醇化酶的催化下完成的，烯醇化酶在和底物結(jié)合前先與二價陽離子如錳離子或鎂離子結(jié)合形成一個復(fù)合物，才有活性。烯醇磷酸酯具有高基團轉(zhuǎn)移勢能。如此高的磷酸基團轉(zhuǎn)移勢能是由于磷酸基團轉(zhuǎn)移后形成的烯醇緊接著又形成丙酮酸，由烯醇向酮轉(zhuǎn)變，如此巨大的標準自由能變化便成了磷酸烯醇式丙酮酸上磷酸基團高的轉(zhuǎn)移勢能的巨大推動力。氟化物是烯醇化酶的強烈抑制劑。十、烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)楸徇@是糖酵解的最后一步反應(yīng)，催化此反應(yīng)的是丙酮酸激酶（PK），磷酸基團由磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)移到ADP上同時形成丙酮酸是一個不可逆反應(yīng)。因為磷酸烯醇式丙酮酸水解的自由能變化為-61.92，而ATP合成則是30.54，二者能量的差別表示該反應(yīng)是一個高度方能得反應(yīng)。丙酮酸激酶的催化活性需要鎂離子或者錳離子。它是糖酵解途徑中的一個重要的變構(gòu)調(diào)節(jié)酶。ATP、長鏈脂肪酸、乙酰－ＣｏＡ、丙氨酸都對該酶具有抑制作用，而果糖１，６－二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸對該酶具有激活作用。該酶至少有三種不同類型的同工酶?？傔^程就系這樣C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+－－－－－2CH3COCOOH+2ATP+2H2O+2（NADH+H+）無氧條件下丙酮酸的去路糖酵解作用的調(diào)節(jié)磷酸果糖激酶是關(guān)鍵酶在代謝途徑中，催化基本不可逆反應(yīng)的酶所處的部位都是控制代謝反應(yīng)的有力部位。在糖酵解途徑中，催化基本上不可逆反應(yīng)的酶所處的部位都是控制代謝反應(yīng)的有力部位。在糖酵解途徑中由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反應(yīng)實際上都是不可逆反應(yīng)，因此這三種酶都具有調(diào)節(jié)糖酵解途徑的作用。它們的活性受到變構(gòu)效應(yīng)物可逆地結(jié)合以及酶共價修飾的調(diào)節(jié)。磷酸果糖激酶是哺乳動物糖酵解途徑的重要調(diào)節(jié)酶，，該酶受到高濃度ATP的抑制，高濃度的ATP濃度使酶與底物果糖-6-磷酸結(jié)合曲線從雙曲線變成S形。糖酵解的作用不只是在無氧條件下提供能量，也為生物合成提供碳骨架，因此，碳骨架需要的情況也必然影響糖酵解的速度。檸檬酸對磷酸果糖激酶的抑制作用正是具有這種意義。細胞內(nèi)的檸檬酸含量高，意味著有豐富的生物合成前體存在，葡萄糖無需為提供合成前體而降解，檸檬酸是通過加強ATP的抑制效應(yīng)來抑制磷酸果糖激酶的活性，從而使糖酵解過程減慢。因磷酸果糖激酶是糖酵解作用的限速酶，因此，對此酶的調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)酵解作用的關(guān)鍵步驟。果糖-2，6-二磷酸（F-2,6-BP）對酵解的調(diào)節(jié)作用果糖-2，6-二磷酸是新發(fā)現(xiàn)的酵解過程的調(diào)節(jié)物。它是磷酸果糖激酶強有力的激動劑。在肝臟中，果糖-2，6-二磷酸提高果糖激酶與果糖-6-磷酸的親和力并降低ATP的抑制效應(yīng)。實際上果糖-2，6-二磷酸是一個變構(gòu)激活劑。它控制果糖磷酸激酶的構(gòu)想轉(zhuǎn)換，維持構(gòu)象之間的平衡關(guān)系。果糖-2，6-二磷酸的形成是由磷酸果糖激酶2（PFK2）催化果糖-6磷酸，使其在C2位上磷酸化而形成的。磷酸果糖激酶與磷酸果糖激酶2是兩種不同的酶。它們的催化機制不同。果糖-2，6-二磷酸的水解也是由一種特殊的磷酸酶，稱為果糖二磷酸酶2催化的。催化的產(chǎn)物是果糖-6磷酸。有趣的是，磷酸果糖激酶2與果糖二磷酸酶2處于單一的多肽鏈上，這是一個具有雙重功能的酶。果糖-6-磷酸有加速果糖-2，6-二磷酸合成的作用，還有抑制該化合物被水解的作用。因此高的果糖-6-磷酸濃度可以導(dǎo)致果糖-2，6-二磷酸的形成。果糖-2，6-二磷酸又進一步激活果糖磷酸激酶。這種過程叫做前反饋抑制。磷酸果糖激酶2與果糖二磷酸酶2的活性由酶分子上的一個絲氨酸殘基往復(fù)地磷酸化所控制。當葡萄糖缺乏時，血液中的胰高血糖素啟動環(huán)AMP的級聯(lián)效應(yīng)，從而引起該雙重功能酶的磷酸化。酶的共價修飾使果糖二磷酸酶2激活，同時使磷酸果糖激酶2受到抑制，結(jié)果使果糖-2，6-二磷酸減少。葡糖糖過剩時，磷酸基團從酶分子上脫落，果糖-2，6-二磷酸的含量上升，使糖酵解過程加速，稱為協(xié)同控制作用。因激酶和磷酸酶的結(jié)構(gòu)域同處在一條肽鏈上，形成一個調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域而使上述的協(xié)同控制作用得到加強。己糖激酶對糖酵解的調(diào)節(jié)作用己糖激酶的催化作用受到產(chǎn)物葡萄糖-6-磷酸的抑制。磷酸果糖激酶不活躍的話，果糖-6磷酸的濃度會上升，這必然使得葡萄糖-6-磷酸的濃度增加。葡萄糖-6--磷酸與果糖-6-磷酸是維持一種相對平衡的濃度。這就使得己糖激酶受到抑制。為什么磷酸果糖激酶是限速酶而不是己糖激酶呢？因為葡萄糖-6-磷酸不是唯一的糖酵解的中間產(chǎn)物，葡萄糖-6-磷酸還可以轉(zhuǎn)變成糖原，經(jīng)五碳糖磷酸循環(huán)進行氧化。對酵解途徑單獨具有的不可逆反應(yīng)，即關(guān)鍵步驟。就是磷酸果糖激酶催化的由果糖-6-磷酸形成的果糖-1，6-二磷酸的反應(yīng)。丙酮酸激酶對糖酵解的調(diào)節(jié)作用丙酮酸激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。丙酮酸是一個共同的代謝中物，它可進一步被氧化，或用作結(jié)構(gòu)元件。丙酮酸激酶控制著丙酮酸的外流量。果糖-1，6-二磷酸對丙酮酸激酶的激活作用使糖酵解過程的反應(yīng)中間物能夠順利地往下一步進行。當能量貯存足夠時，ATP對丙酮酸激酶的變構(gòu)抑制效應(yīng)使酵解過程減慢。如果血液中葡萄糖水平下降，激起肝臟中丙酮酸激酶的磷酸化，使該酶變?yōu)椴换钴S的形式，從而降低了酵解作用的進行，使血糖濃度得以維持正常水平。丙氨酸對丙酮酸激酶的變構(gòu)抑制效應(yīng)，也是酵解過程減慢。丙氨酸是丙酮酸接受一個氨基形成的，丙氨酸濃度增加意味著作為丙氨酸的前體過量，因此丙氨酸對丙酮酸的抑制效應(yīng)也是維持代謝動態(tài)平衡的一種有效措施。丙酮酸激酶也是通過磷酸化和去磷酸化轉(zhuǎn)變其活性。活躍形式是去磷酸化，不活躍形式是磷酸化。其他六碳糖進入糖酵解途徑淀粉和糖原經(jīng)消化后都轉(zhuǎn)遍為葡萄糖進入糖酵解途徑。水果和由蔗糖水解產(chǎn)生的果糖，由乳糖水解產(chǎn)生的半乳糖，由糖蛋白經(jīng)消化產(chǎn)生的甘露糖都是通過轉(zhuǎn)bain成糖酵解途徑的中間產(chǎn)物而進入酵解途徑。果糖通過己糖激酶催化磷酸化形成果糖-6-磷酸半乳糖經(jīng)五個步驟轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸，半乳糖血癥是一種遺傳病，這種患者體內(nèi)不能將半乳糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖，原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿苷酰轉(zhuǎn)移酶。不能使半乳糖-1-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)閁DP-半乳糖。結(jié)果使血中半乳糖積累，進一步造成眼睛晶狀體半乳糖含量升高，并還原成半乳糖醇。甘露糖經(jīng)兩步反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)楣?6-磷酸檸檬酸循環(huán)無氧條件下，葡糖糖分解代謝形成丙酮酸，或無氧發(fā)酵形成乳酸和乙醇，但是在有氧條件下，糖的分解并不停止在丙酮酸，而是繼續(xù)進行有氧分解，最后形成二氧化碳和水。它經(jīng)歷的途徑分為兩個階段，分別為檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化檸檬酸循環(huán)、三羧酸循環(huán)、TCA、Krebs循環(huán)檸檬酸循環(huán)是是在線粒體中進行的。丙酮酸通過檸檬酸循環(huán)進行脫羧和脫氫反應(yīng)。羧基形成二氧化碳，氫原子則隨著載體（NAD+、FAD）進入電子傳遞鏈進行氧化磷酸化作用，形成水分子并將釋放出的能量合成ＡＴＰ檸檬酸循環(huán)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。此外檸檬酸循環(huán)的中間體還可作為許多生物合成的前體。也可以說檸檬酸循環(huán)是兩用代謝途徑。丙酮酸形成乙酰CoA丙酮酸在進入檸檬酸循環(huán)之前需要先轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴＃茫顰，可概括4步反應(yīng)。催化這些反應(yīng)的酶是包括丙酮酸脫氫酶在內(nèi)的多酶復(fù)合體，由3種酶高度組合在一起形成的，統(tǒng)稱丙酮酸脫氫酶復(fù)合體或丙酮酸脫氫酶系。除了輔酶A和NAD＋，其實還有其它的輔助因子，即硫胺素焦磷酸（TPP）、硫辛酰胺和黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）丙酮酸脫氫酶系的作用過程主要分4個步驟丙酮酸脫酸反應(yīng)發(fā)生在TPP輔基的催化反應(yīng)，丙酮酸與TPP反應(yīng)生成羥乙基—TPP和二氧化碳羥乙基氧化成乙?；阴；D(zhuǎn)移到ＣｏＡ分子上形成乙酰－CoA還原型二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；秆趸?，生成氧化型的二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；?，這一步反應(yīng)是氧化型硫辛酰胺再生的反應(yīng)。催化此反應(yīng)的酶是E3還原型E3的再氧化砷化物對硫辛酰胺的毒害作用（聯(lián)想砷酸鹽的在甘油醛-3-脫氫酶的催化反應(yīng)中代替磷酸鹽使氧化解偶聯(lián)的作用硫辛酰胺是E2的輔基砷化物對有機體的毒害不僅限于對糖酵解的抑制作用，亞砷酸鹽及有機砷化物自古即是人們所熟知的劇毒物，其代表作用機制就是與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的E2輔基硫辛酰胺的巰基發(fā)生共價結(jié)合，使還原型硫辛酰胺形成失去催化能力砷化物這類砷化物抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的機制同樣表現(xiàn)在對-酮戊二酸脫氫酶的抑制作用。微生物中許多酶對有機砷化物的毒害比人類更敏感，曾將砷化物作為抗生藥用于治療蟲病。三氧化二砷就是砒霜丙酮酸脫氫酶系復(fù)合體的調(diào)控丙酮酸脫氫酶復(fù)合體在丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA過程中起著重要催化作用，這一途徑也是哺乳動物使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴?CoA的唯一途徑。乙酰輔酶A既是檸檬酸循環(huán)的入口物質(zhì)，又是合成脂類如膽固醇的起始物質(zhì)，這就意味著丙酮酸既可走向繼續(xù)分解提供能量的途徑，又可走向生物合成途徑。關(guān)鍵在于丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性的調(diào)控。試試手它正是接受者嚴格的調(diào)控產(chǎn)物控制：即NADH和乙酰輔酶A控制，這兩種產(chǎn)物表現(xiàn)的抑制作用是和酶的作用底物即ＮＡＤ＋和輔酶Ａ競爭酶的活性部位，是競爭性抑制。乙酰COA抑制Ｅ２，NADH抑制Ｅ３，產(chǎn)物比底物的比值高。則Ｅ２處于與乙?；Y(jié)合的狀態(tài)，這是不可能接受Ｅ１酶與TPP結(jié)合的羥基基團，使E1酶上的TPP停留在與羥乙基結(jié)合的狀態(tài)，從而抑制了丙酮酸脫羧作用的運行。磷酸和去磷酸化的控制：E1的磷酸和去磷酸化是丙酮酸脫氫酶復(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份上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種稱為激酶，一種稱為磷酸酶。激酶使丙酮酸脫氫酶組分磷酸化，磷酸酶則是脫去丙酮酸脫氫酶的磷酸基團從而使丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活化。鈣離子通過刺激磷酸酶的作用，也使丙酮酸脫氫酶活化?？傊崦摎涿傅幕罨蛞种聘鶕?jù)細胞能荷的的高低和生物合成對中間產(chǎn)物的需求，受到多種因素靈活的調(diào)控。檸檬酸循環(huán)概貌檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制（包括8個步驟）一、草酰乙酸與乙酰COA縮合成檸檬酸（先生成檸檬酰-COA，再分解為檸檬酸和COA）催化此反應(yīng)的酶叫做檸檬酸合酶，這個酶是由兩個亞基構(gòu)成的二聚體，由每個亞基的兩個結(jié)構(gòu)域構(gòu)成一個很深的裂縫。其中含有一個草酰乙酸稽核位點，當酶與草酰乙酸結(jié)合后，酶的構(gòu)象發(fā)生改變，造成酶分子的裂縫合攏，同時又暴露出與乙酰COA的結(jié)合部位。上述事實說明乙酰COA的催化反應(yīng)是有序地動態(tài)催化反應(yīng)。由草酰乙酸與酶結(jié)合后誘導(dǎo)而出的構(gòu)象變化，產(chǎn)生了乙酰COA的結(jié)合部位并且杜絕了草酰乙酸的干擾。這是一個典型的由于底物與酶結(jié)合而誘導(dǎo)產(chǎn)生的誘導(dǎo)契合模型。己糖激酶和底物的誘導(dǎo)效應(yīng)也是誘導(dǎo)契合機制。檸檬酸合酶催化的反應(yīng)屬于醛醇-克萊森脂縮合反應(yīng)，檸檬酸合酶屬于調(diào)控酶。它的活性受ATP、NADH、琥珀酰－COA的控制，它是檸檬酸循環(huán)中的限速酶氟乙酸形成的氯乙酰－COA可被檸檬酸合酶催化與草酰乙酸形成氟檸檬酸。它取代檸檬酸結(jié)合到順-烏頭酸酶的活性部位上，從而抑制了檸檬酸循環(huán)的下一步反應(yīng)。因此這個反應(yīng)稱為致死性合成反應(yīng)。用這一特性可以用于制造殺蟲劑或滅鼠藥。另一種檸檬酸合酶的抑制劑是丙酮基-COA，它是乙酰輔酶Ａ的類似物，對乙酰輔酶Ａ的反應(yīng)產(chǎn)生抑制效應(yīng)，所以可以代替乙酰COA與檸檬酸合酶結(jié)合，用這種方法測點出檸檬酸合酶上乙酰COA的結(jié)合部位。二、檸檬酸異構(gòu)化成異檸檬酸這一步反應(yīng)是適應(yīng)檸檬素進一步氧化的需要。因為檸檬酸是一個叔醇化合物，它的羥基所處的位置妨礙檸檬酸的進一步氧化。異檸檬酸是可以氧化的仲醇。催化檸檬酸轉(zhuǎn)變的是烏頭酸酶，因該酶在催化過程中形成順-烏頭酸中間產(chǎn)物而得名異檸檬酸氧化形成-酮戊二酸在檸檬酸循環(huán)中包括4個氧化-還原步驟。異檸檬酸氧化脫羧是一個氧化還原步驟，也是檸檬酸循環(huán)中兩次氧化脫羧中的第一個反應(yīng)。氧化的中間產(chǎn)物是一個不穩(wěn)定的酮酸，即草酰琥珀酸，催化這一氧化脫羧的酶稱異檸檬酸脫氫酶此反應(yīng)的吉布斯標準自由能變化有利于向氧化的方向進行。異檸檬酸脫氫酶主要有兩種，一種以NAD+為輔酶，一種以NADP+為輔酶（NADP，輔酶２，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），前者只存在于線粒體中，后者在細胞溶膠中也有發(fā)現(xiàn)。以NAD+為輔酶的異檸檬酸脫氫酶需要鎂離子或錳離子激活，這種酶只存在與于線粒體中。異檸檬酸脫氫酶催化的反應(yīng)在生物化學(xué)中具有代表性，由-羥酸氧化成-酮酸，從而引起脫羧反應(yīng)，也就是促進相鄰C-C鍵的斷裂，稱為-裂解，這種裂解是生物化學(xué)中最常見的一種C-C鍵的催化方式。異檸檬酸脫氫酶催化的氧化脫羧反應(yīng)還具有重要的生物學(xué)意義?？梢哉f通過這一步反應(yīng)，使生物體解決了具有兩個碳原子的乙?；趸徒到獾膯栴}。該酶所催化的氧化脫羧反應(yīng)中，其所催化斷裂的C-C鍵正是檸檬酸循環(huán)第一步反應(yīng)中，進入循環(huán)的乙?；?，連接乙?；膬蓚€碳原子之間的鍵。在乙?；膬蓚€碳原子之間是共價鍵，這個共價鍵不可能通過一般任何一種斷裂方式打開，在二碳分子中也不可能發(fā)生這樣的裂解。但是乙酰基一旦與草酰乙酸縮合，就形成了對-裂解敏感的產(chǎn)物。因此這種縮合就成了乙酰基C——C鍵裂解的必要條件異檸檬酸脫氫酶是一個變構(gòu)調(diào)節(jié)酶。它的活性受ADP變構(gòu)激活。ADP可增強酶與底物的親和力該酶與異檸檬酸、鎂離子、ＮＡＤ＋、ADP都有相互協(xié)同作用。與NAD+和ADP的作用相反，NADH和ATP對該酶起變構(gòu)抑制作用。在能荷低的情況下，NAD+的含量升高，不僅有利于檸檬酸脫氫酶，對其他需要以ＮＡＤ＋為輔助因子的酶促反應(yīng)也有推動作用。異檸檬酸脫氫酶所具有的調(diào)節(jié)酶的作用。細菌中的異檸檬酸脫氫酶受磷酸化的抑制。在酶活性部位的絲氨酸若被磷酸化，就直接抑制了酶與異檸檬酸底物的結(jié)合。使異檸檬酸脫氫酶磷酸化的酶，稱異檸檬酸脫氫酶激酶，使磷酸化了的異檸檬酸脫氫酶脫去磷酸的酶，成為異檸檬酸脫氫酶磷酸酶，這兩種不同的作用的酶處于同一肽鏈上（丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的磷酸化與去磷酸化、果糖－２，６－二磷酸）實際上在許多植物和有些喜劇體內(nèi)，異檸檬酸的轉(zhuǎn)變途徑有兩條途徑。當需要能量是，即進行氧化脫羧形成－酮戊二酸。當能量充足時，異檸檬酸裂解成琥珀酸和乙醛酸，－酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰－CoA這是檸檬酸訓(xùn)話兩次氧化脫羧作用中的第二次脫羧，改反應(yīng)為－酮戊二酸＋（NAD＋）＋ＣｏＡＳＨ＝琥珀?！茫铮粒玁ADH＋氫離子＋二氧化碳此反應(yīng)不可逆此反應(yīng)釋放出的能量有三方面的作用，一是使氧化型輔酶１還原，二是促使反應(yīng)向氧化方向進行并大量放能，三是相當?shù)哪芰恳早牾oA的高能硫脂鍵形式保存起來。催化上述反應(yīng)的酶是－酮戊二酸脫氫酶。該酶和丙酮酸脫氫酶復(fù)合體及其相似，也是一個多酶復(fù)合體，由－酮戊二酸脫氫酶（E1）、二氫硫辛酰轉(zhuǎn)琥珀酰酶（E2）、二氫硫辛酰脫氫酶（E3）組成。這里的E3和丙酮酸脫氫酶系中的E3是相同的。由于－酮戊二酸是一復(fù)合體，又稱－酮戊二酸脫氫酶系。反應(yīng)機制和丙酮酸脫氫酶系一致。催化的產(chǎn)物是琥珀酰-CoA，是高能硫脂化物。－酮戊二酸脫氫酶是一個變構(gòu)調(diào)節(jié)酶，其受調(diào)控方面與丙酮酸脫氫酶系很相似，同樣受產(chǎn)物控制（NADH和琥珀酰-CoA），也同樣受高能荷控制。因此當細胞的ATP充裕時，檸檬酸循環(huán)行進的速度就減慢。與丙酮酸脫氫酶不同的是，丙酮酸脫氫酶復(fù)合體中的E1受磷酸化和去磷酸化共價修飾的調(diào)節(jié)。磷酸化使E1失去活性，而－酮戊二酸脫氫酶不受磷酸化、去磷酸化共價修飾的調(diào)節(jié)。五、琥珀酰-CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸并產(chǎn)生一個高能磷酸鍵琥珀酰-CoA的硫酯鍵是一個高能鍵，它的斷裂與鳥苷二磷酸的磷酸化相偶聯(lián)。，所以會生成ＧＴＰ催化此反應(yīng)的酶叫做琥珀酰－CoA合成酶，也稱琥珀酰硫激酶，這一命名指的是催化相反方向的反應(yīng)，上述反應(yīng)極易向正反兩個方向進行，雖然習(xí)慣上稱琥珀酰－ＣｏＡ合成酶，但是在檸檬酸循環(huán)中都是向生成琥珀酸的方向進行。要點在于產(chǎn)生一個高能磷酸鍵，在哺乳動物中形成一分子GTP，在植物和微生物直接形成ATP。這是檸檬酸循環(huán)中唯一直接產(chǎn)生一個高能磷酸鍵的步驟，GTP在生物合成中有其特殊作用，它在蛋白質(zhì)的生物合成中是磷?；奶峁┱?，即磷酰基供體，在于視覺興奮有關(guān)的信號結(jié)合蛋白的活化和鈍化中期控制作用六、琥珀酸脫氫酶形成延胡索酸催化這一反應(yīng)的是琥珀酸脫氫酶，這個酶是以FAD作為其脫險電子的受體，而不是ＮＡＤ＋。琥珀酰脫氫酶與FAD的關(guān)系是以共價鍵相互連接，因此它們是酶與輔酶的關(guān)系。盡管琥珀酸脫氫酶的作用是專一的，與它的底物在結(jié)構(gòu)上類似的化合物如丙二酸還可以與酶結(jié)合，但是酶不能催化其脫氫，因此丙二酸是琥珀酸脫氫酶的強抑制劑。琥珀酰脫氫酶與檸檬酸循環(huán)中其他酶不同，是唯一嵌入到線粒體內(nèi)膜的酶，是線粒體內(nèi)膜的一個重要組成部分，而其他的酶大多存在于線粒體的基質(zhì)。事實上琥珀酰脫氫酶是直接連在電子傳遞鏈上的。七、延胡索酸水合成Ｌ－蘋果酸催化延胡索酸水合形成蘋果酸的酶是延胡索酸酶，該酶催化反應(yīng)具有嚴格的立體專一性，八、Ｌ－蘋果酸脫氫形成草酰乙酸這是檸檬酸循環(huán)的最后一個步驟。Ｌ－蘋果酸的羥基氧化成羰基。催化這一反應(yīng)的酶叫做蘋果酸脫氫酶。輔酶是NAD+此反應(yīng)在熱力學(xué)上市不利的，但是草酰乙酸和乙酰-CoA的縮合反應(yīng)是高度的方能反應(yīng)，通過草酰乙酸不斷地被消耗，使蘋果酸氧化成草酰乙酸的反向得以進行。乳酸脫氫酶、醇脫氫酶、甘油-3-磷酸脫氫酶以及蘋果酸脫氫酶這些脫氫酶都具有立體結(jié)構(gòu)的專一性，都以ＮＡＤ＋為電子受體檸檬酸的化學(xué)總結(jié)算每一次循環(huán)以GTP的形成產(chǎn)生一個高能鍵，并消耗兩個水分子雖然檸檬酸循環(huán)中沒有氧分子直接參加反應(yīng)，但是檸檬酸循環(huán)只有在有氧條件下進行。因為檸檬酸循環(huán)所產(chǎn)生的３個NADH和一個ＦＡＤＨ２分子只能通過電子傳遞鏈和氧分子才能夠再次被氧化。檸檬酸循環(huán)的調(diào)控隨著心肌收縮對ATP的需要，檸檬酸循環(huán)中的酶活性幾乎作為一個功能整體和肌細胞對氧的利用速度成正比關(guān)系。因此氧的利用，NADH的再氧化和ATP的生成都是密切相關(guān)的。檸檬酸循環(huán)可概括地看作來自兩個方面的調(diào)控檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié)在檸檬酸循環(huán)中，雖有九種酶參加反應(yīng)，但是調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起關(guān)鍵作用的可視為三種酶：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、－酮戊二酸脫氫酶。檸檬酸循環(huán)中的酶活性主要靠底物提供的情況推動，并受其生成產(chǎn)物濃度的抑制。循環(huán)中最關(guān)鍵的底物應(yīng)推乙酰－ＣｏＡ、草酰乙酸、產(chǎn)物NADH（抑制）乙酰輔酶A和草酰乙酸在細胞線粒體中的濃度并不能使檸檬酸合酶達到飽和的程度。因此該酶對底物催化的速度受著底物濃度而變化，也就是酶活性受底物供給情況所控制。乙酰輔酶A來源于丙酮酸，所以還受丙酮酸脫氫酶活性的調(diào)節(jié)。草酰乙酸來自蘋果酸，它與蘋果酸弄蘇保持一定的平衡關(guān)系，NADH／NAD+的比例也保持一定的平衡關(guān)系。呼吸作用加強是，線粒體中的NADH的濃度下降，結(jié)果使草酰乙酸的濃度加強，檸檬酸合酶的活性增。檸檬酸合酶活性的強弱直接關(guān)系到檸檬酸的合成。一般情況下細胞對于檸檬酸的利用速度總是高于它的合成。檸檬酸是檸檬酸底物之一的草酰乙酸的競爭性抑制劑，檸檬酸濃度的下降有促進檸檬酸的合成。琥珀酰-CoA和乙酰CoA結(jié)構(gòu)相似，對檸檬酸合酶有競爭性反饋抑制作用二、ATP、ADP和鈣離子對檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)機體活動增加總要消耗更多的ATP。與ATP的水解相伴隨的是ADP濃度的增加。ADP是異檸檬酸脫氫酶的變構(gòu)促進劑，從而增加了該酶對底物的親和力。機體處于靜息狀態(tài)時，ATP的消耗下降，濃度上升，對該酶產(chǎn)生抑制效應(yīng)。至于鈣離子，鈣離子在生物功能是多方面的，它在檸檬酸循環(huán)也間接地起著重要作用。它刺激糖原的降解、啟動肌肉收縮，還對許多激素的信號起中介作用，在檸檬酸循環(huán)中對丙酮酸脫氫酶的磷酸酶即丙酮酸脫氫酶磷酸酶起激活作用，對異檸檬酸脫氫酶和－酮戊二酸脫氫酶都有激活作用。肝臟中檸檬酸循環(huán)不僅在提供能量中起重要作用，由于肝臟功能的多樣性，檸檬酸循環(huán)還有對其他代謝提供中間產(chǎn)物的作用。因此，肝臟中的檸檬酸循環(huán)受到的調(diào)控關(guān)系就更加錯綜復(fù)雜，雖然它在各種組織中受到的調(diào)控機制都是相同的（廢話?。幟仕嵫h(huán)的雙重作用許多合成代謝中都利用檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物作為生物合成的前體來源，從這個意義上來看，檸檬酸循環(huán)就有分解代謝和合成代謝的雙重性稱兩用性。檸檬酸循環(huán)中由于參與其他代謝途徑而失去的中間產(chǎn)物必須得到及時補充，才能保證檸檬酸循環(huán)順利的、不間斷的運轉(zhuǎn)直接利用檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物的生物合成途徑有：葡糖糖合成途徑（稱糖異生作用）、脂類的生物合成，包括脂肪酸和膽固醇的生成，氨基酸的生成等，對檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物有補充作用的反應(yīng)稱填補反應(yīng)。屬于此類反應(yīng)的有丙酮酸羧化反應(yīng)丙酮酸＋二氧化碳＋ATP＋水＝草酰乙酸＋ADP＋Ｐｉ＋２氫離子催化這一反應(yīng)的是丙酮酸羧化酶。由于草酰乙酸或者檸檬酸循環(huán)中任何一種中間產(chǎn)物的不足而引起檸檬酸循環(huán)速度有任何的降低都會使乙酰輔酶Ａ的濃度增加，而乙酰輔酶A是丙酮酸羧化酶的激動劑，結(jié)果會產(chǎn)生更多的草酰乙酸，從而提高檸檬酸循環(huán)的速度。過量的草酰乙酸則會轉(zhuǎn)運到線粒體處用于合成葡萄糖。有些降解反應(yīng)可生成檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，不少反應(yīng)是可逆的，方向決定了代謝的方向。因此，這些反應(yīng)在調(diào)節(jié)檸檬酸循環(huán)中都發(fā)揮著應(yīng)有的作用。綜上所述，檸檬酸循環(huán)的確是新陳代謝的中心環(huán)節(jié)。戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑戊糖磷酸途徑又稱戊糖支路，己糖單磷酸途徑、磷酸葡萄糖氧化途徑及戊糖磷酸循環(huán)。這些名稱強調(diào)的是從磷酸化的六碳糖形成磷酸的五碳糖。此途徑是糖代謝的第二條重要途徑，是葡萄糖分解的另一種機制，這條途徑在細胞溶膠內(nèi)進行，廣泛存在與動植物細胞內(nèi)。它是由一個循環(huán)式的反應(yīng)體系構(gòu)成。該反應(yīng)體系的起始物為葡萄糖－６－磷酸，經(jīng)過氧化分解后產(chǎn)生五碳糖、二氧化碳、無極磷酸和NADPH（即還原型煙酰胺嘌呤二核苷酸磷酸，特么就是還原型輔酶２）總反應(yīng)式為：一般可將其分為兩個階段：氧化階段和非氧化階段氧化階階段包括六碳糖脫羧形成五碳糖，并使NADP＋還原成NAPDH。共包括三個階段：葡萄糖－６－磷酸在葡萄糖－６－磷酸脫氫酶的作用下形成６－磷酸葡萄糖酸－－內(nèi)酯。該反應(yīng)是１Ｃ羧基和５碳C羥基之間發(fā)生的之花反應(yīng)，催化過程需要NADP+作為輔酶。此反應(yīng)高度嚴格地以NADP+為電子受體６－磷酸葡萄糖酸－－內(nèi)酯在一個專一內(nèi)酯酶的作用下水解，形成6-磷酸葡萄糖酸6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶作用下，形成核酮糖-5-磷酸。該酶也是NADP+為電子受體，催化的反應(yīng)包括脫氫和脫羧步驟。非氧化階段包括核酮糖-5-磷酸還通過差向異構(gòu)形成木酮糖-5-磷酸，再通過轉(zhuǎn)酮基反應(yīng)和轉(zhuǎn)醛基反應(yīng)，將戊糖磷酸途徑與糖酵解途徑聯(lián)系起來，并使葡萄糖-6-磷酸再生。戊糖磷酸途徑反應(yīng)速度的調(diào)控第一步即葡萄糖-6-磷酸在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。在生理條件下屬于限速反應(yīng)，是一個重要的調(diào)控點。最重要的調(diào)控因子是NADP+的水平，因為其起到電子受體的作用。形成的還原型NADPH與NADP+爭相與酶的活性部位結(jié)合從而引起酶活性的降低，即競爭抑制，所以NADP+/NADPH的比值直接影響到葡萄糖-6-磷酸脫氫酶的活性。只要NADP+的濃度稍高于NADPH，即能夠使酶激活從而保證所產(chǎn)生的NADPH及時滿足還原性生物合成以及其他方面需要。戊糖磷酸途徑中葡萄糖-6-磷酸的去路，可受到機體對NADPH、核糖－５－磷酸和ATP不同需要的調(diào)節(jié)，可能有３種情況：第一種情況是有機體對核糖－５－磷酸的需要遠遠超過對NADPH的需要這種情況可見于細胞分裂期，這時需要核糖－５－磷酸合成DNA的前體核苷酸。為了滿足這種需要，大量的葡萄糖-6-磷酸通過糖酵解途徑轉(zhuǎn)變?yōu)楣?6-磷酸和甘油醛-3-磷酸。這時由轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶將兩分子果糖-6-磷酸和一分子甘油醛-3-磷酸通過反方向戊糖磷酸途徑反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)?分子核糖-5-磷酸，全部的反應(yīng)是：第二種情況是機體對NADPH的需要和對核糖－５－磷酸的需要處于平衡狀態(tài)這時戊糖磷酸途徑的氧化階段處于優(yōu)勢。通過這一階段形成２分子NADPH和一分子核糖－５－磷酸。反應(yīng)式為：第三種情況是機體需要NADPH遠遠超過核糖-5—磷酸于是葡萄糖-6-磷酸徹底氧化成二氧化碳。例如脂肪組織需要大量的NADPH作為還運力合成脂肪酸，組織對NADPH的需要促使一下３組反應(yīng)活躍起來。一是由戊糖磷酸途徑在氧化階段形成２分子NADPH和一分子核糖－５－磷酸二是核糖－５－磷酸由轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)變?yōu)楣牵叮姿岷透视腿常姿崛枪牵叮姿岷透视腿常姿幔ㄟ^糖異生途徑形成葡萄糖－６－磷酸戊糖磷酸的生物學(xué)意義主要概括為兩個方面：１.戊糖磷酸途徑是細胞產(chǎn)生還原力NADPH的主要途徑生活細胞將獲得的燃料分子經(jīng)分解代謝將一部分高潛能的電子通過電子傳遞鏈傳至氧氣，產(chǎn)生ATP提供能量消耗的需要，另一部分高潛能的電子并不產(chǎn)生ATP，而是以還原力的形式保存下來，供還原性生物合成的需要。NADPH分子不只是因為它的核糖單位的第二個碳原子由一個磷酸基團而在結(jié)構(gòu)上區(qū)別于NADH，它的功能在大多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)中也和NADH根本不同。NADH的作用主要是通過呼吸鏈提供ATP分子，而NADPH在還原性生物合成中起負氫離子供體的作用，例如脂肪酸和固醇類生物合成中，在光合作用中戊糖磷酸途徑的部分途徑參加由二氧化碳合成葡萄糖的途徑，由核糖核苷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槊撗鹾颂呛塑账岫夹枰狽ADPH戊糖磷酸途徑的酶類在骨骼肌肉組織中含量很低，而在脂肪組織以及其他合成脂肪酸和固醇類活躍的組織如乳腺、腎上腺素等，它們的含量是很高的，主要是因為脂肪酸固醇類的合成需要還原力。在脊椎動物的紅細胞中戊糖磷酸途徑酶類的活性也很高，因為在紅細胞中戊糖磷酸途徑提供的還原力可以保證紅細胞中的谷胱甘肽處于還原狀態(tài)。紅細胞需要大量的還原型谷胱甘肽，一方面紅細胞與還原型谷胱甘肽共用－SH基團來維持其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的完整性；另一方面用于保護質(zhì)膜防止被氧化物、過氧化物等氧化；在一方面就是維持細胞內(nèi)血紅素的鐵原子處于２價狀態(tài)，因為含有三價鐵離子的高鐵血紅蛋白沒有運輸氧的能力。NADPH水平的降低可使蛋白質(zhì)發(fā)生變化，使脂類發(fā)生過氧化作用，使紅細胞產(chǎn)生高血紅素，所有的變化都是細胞膜變?nèi)?，?dǎo)致紅細胞對損傷敏感，往往引起溶血。有些人群，在國外多為黑人，因遺傳缺陷葡萄糖－６－磷酸脫氫酶，他們的紅細胞中NADPH濃度達不到需要水平，很容易患貧血癥。２.戊糖磷酸途徑是細胞內(nèi)不同結(jié)構(gòu)湯分子的重要來源，并為各種單糖的相互轉(zhuǎn)變提供條件糖的碳骨架都是細胞內(nèi)糖類不同的結(jié)構(gòu)分子，其中核糖和衍生物ATP、CoA、NAD+、FAD、RNA、DNA等都是重要生物分子的組成部分，它們都來源于戊糖磷酸途徑糖異生糖異生是指以非糖物質(zhì)作為前體合成葡萄糖的作用。非糖物質(zhì)包括乳酸、丙酮酸、丙酸、氨基酸等。一般情況下機體內(nèi)的葡萄糖含量足夠維持一天的需要，但是如果機體處于饑餓狀態(tài)，則必須由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變成葡萄糖提供急需。身體中大多數(shù)租主主要利用葡萄糖供能。集體必須將血糖維持在一定水平，才使這些器官及時得到葡萄糖的供應(yīng)。因此即使每日從攝食得到葡萄糖而且體內(nèi)有儲存的糖原，機體仍需要不斷從非糖物質(zhì)合成葡萄糖提供那些主要依賴葡萄糖為能源的組織。糖異生的途徑糖異生并不是糖酵解的簡單逆反應(yīng)，主要是因為糖酵解有三個不可逆反應(yīng)，因此必須采?。硞€不可逆過程采取迂回措施繞道而行。迂回措施一：丙酮酸通過草酰乙酸形成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸的羧化分兩步進行一是丙酮酸羧化酶在ATP參與下與二氧化碳結(jié)合使其成為活化的形式，消耗ＡＴＰ二是活化的羧基從羧化生物素轉(zhuǎn)移到烯醇式丙酮酸上形成草酰乙酸草酰乙酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶的催化下，形成磷酸烯醇式丙酮酸，該反應(yīng)消耗一個GTP分子。此過程中涉及丙酮酸羧化酶，此酶是線粒體酶，而糖異生作用中導(dǎo)致形成葡萄糖－６－磷酸的其他酶都是細胞溶膠酶。所以丙酮酸羧化形成的草酰乙酸，必須穿過線粒體膜才能作為磷酸烯醇式丙酮酸激酶的底物催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，因為細胞不存在直接使草酰乙酸跨膜的運送蛋白，一般情況下，草酰乙酸通過形成蘋果酸的途徑跨過線粒體膜。草酰乙酸在線粒體內(nèi)由與NADH相聯(lián)的蘋果酸脫氫酶催化，還原為蘋果酸，跨過線粒體膜后，又由蘋果酸脫氫酶使其再氧化成草酰乙酸，迂回措施二：果糖-1，6-二磷酸在果糖-1，6-二磷酸酶催化下，形成果糖-6-磷酸此反應(yīng)是方能反應(yīng)，容易進行，并且此反應(yīng)的特殊意義在于它避開了不可能進行的直接你反應(yīng)，即形成一個ATP分子和果糖－６－磷酸的吸能反應(yīng)，將其改變?yōu)獒尫艧o極磷酸的方能反應(yīng)。迂回措施之三：葡萄糖－６－磷酸在葡萄糖－６－磷酸酶的作用下催化水解為葡萄糖葡萄糖－６－磷酸酶是結(jié)合在光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的一種酶。它的活性需有一種與鈣離子結(jié)合的穩(wěn)定蛋白的協(xié)同作用。葡萄糖－６－磷酸在轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟侵氨仨毾绒D(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)才能接受葡萄糖－６－磷酸酶的水解作用，形成的葡萄糖和無極磷酸，通過不同的轉(zhuǎn)運途徑又回到細胞溶膠中。肝臟腎內(nèi)由葡萄糖－６－磷酸形成的葡萄糖進入血液，對維持血液中葡萄糖（血糖）濃度的平衡起著重要作用。腦和肌肉中不存在葡萄糖－６－磷酸酶，以此腦和肌肉細胞不能利用葡萄糖－６－磷酸酶形成葡萄糖。葡萄糖－６－磷酸酶的主要功能就是維持血糖濃度的穩(wěn)定，在肝臟中，糖異生作用的主要物質(zhì)是骨骼肌活動的產(chǎn)物乳酸和丙氨。葡萄糖經(jīng)酵解途徑形成丙酮酸可以產(chǎn)生兩個ATP分子。由丙酮酸合成葡萄糖需要消耗4個ATP分子和兩個GTP分子即6個高能磷酸鍵?？偹闫饋?，葡糖異生需要消耗4個額外的高能鍵，這4個額外的高能鍵的能量將用于將不可能逆行的過程轉(zhuǎn)變成可以通行的反應(yīng)。糖異生的調(diào)節(jié)糖異生作用和糖酵解作用有密切的相互協(xié)調(diào)關(guān)系。如果糖酵解作用活躍，則糖異生作用必受一定限制。如果糖酵解的主要酶受到抑制，則糖異生作用的酶的活性就受到促進。這種相互制約又相互協(xié)調(diào)的關(guān)系主要由兩種途徑。葡萄糖的濃度對糖酵解起調(diào)節(jié)作用，乳酸濃度以及其他葡萄糖前體的濃度對葡糖異生都起調(diào)節(jié)作用。另外，無論是糖酵解作用還是葡糖異生作用都是高度的放能過程，除了上述協(xié)調(diào)的關(guān)系外，不存在熱力學(xué)上的調(diào)控抑制關(guān)系。這兩種過程都可同時進行，即一方面葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸，另一方面丙酮酸又重新合成葡萄糖。在這種往復(fù)轉(zhuǎn)變的過程中，對機體來說，只是消耗了2個ATP分子和兩個GTP分子，因此，這種循環(huán)又有“無用循環(huán)”之稱。磷酸果糖激酶（PFK）和果糖－１，６－二磷酸酶的調(diào)節(jié)AMP對磷酸果糖激酶有激活作用，當AMP濃度高時，表明有機體需要合成更多的ATP。ＡＭＰ刺激磷酸果糖激酶使糖酵解過程加速，同時果糖-1，6--二磷酸激酶受到抑制從而降低了糖酵解作用，同時檸檬酸又刺激果糖-1，6-二磷酸磷酸酶，通過它使糖異生作用加速進行。當饑餓時，機體血糖含量下降，刺激血液中的胰高血糖素水平升高。胰高血糖素有啟動cAMP級聯(lián)反映的作用，使果糖二磷酸酶2和磷酸果糖激酶2都發(fā)生磷酸化，結(jié)果導(dǎo)致果糖二磷酸酶2受到激活，同時磷酸果糖激酶2受到抑制。磷酸果糖激酶2使果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化為果糖-2，6-二磷酸（F-2,6-BP)。果糖-2，6-二磷酸是一個信號分子，它對磷酸果糖激酶和果糖-1，6-二磷酸酶具有協(xié)同調(diào)控作用。對磷酸果糖激酶具有強烈的激活作用，對果糖-1，6-二磷酸具有抑制作用。果糖-2，6-二磷酸在果糖-2，6-二磷酸酶的催化下水解成果糖-6-磷酸丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸激酶之間的調(diào)節(jié)（肝臟中丙酮酸激酶受高ATP濃度和丙氨酸的抑制。高濃度的ATP和丙氨酸是能荷高和細胞結(jié)構(gòu)原件豐富的信號，因此當ATP和丙酮酸等供生物合成所需的中間物充足時，糖酵解作用就受到抑制。催化丙酮酸作為起始物合成葡萄糖的第一個酶，丙酮酸羧化酶受乙酰-CoA的激活和ADP的抑制，當乙酰-CoA的含量充分時，丙酮酸羧化酶受到激活從而促進葡萄糖異生作用。但是如果細胞的功能情況不夠充分，ADP濃度升高，丙酮酸羧化酶受到激活從而促進葡糖異生作用。但是如果細胞的功能情況不夠充分，ADP的濃度升高，丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶都受到抑制，而使葡萄糖異生作用停止進行，因這時的ATP水平很低，丙酮酸激酶解除了抑制，于是糖酵解作用又發(fā)揮其有效作用。丙酮酸激酶還收到果糖－１，６－二磷酸的正反饋激活作用，也加速糖酵解作用的進行當機體處于饑餓狀態(tài)時，為首先保證腦和肌肉中有足夠的血糖，肝臟中的丙酮酸激酶受到抑制而限制了糖酵解作用的進行。因胰高血糖素的分泌加強，進入血液后激活ｃＡＭＰ的級聯(lián)效應(yīng)應(yīng)使丙酮酸激酶由于磷酸化也失去了活性。乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)，名稱來源是因在在這個途徑中經(jīng)過一系列反應(yīng)最終產(chǎn)生乙醛酸，這一途徑在動物體內(nèi)并不存在，只存在與植物和微生物中。它的主要內(nèi)容是通過乙醛酸途徑使乙酰輔酶A轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜岫M入檸檬酸循環(huán)。催化乙醛酸途徑的酶既存在于線粒體，也存在于一種為植物膜所特有的他細胞結(jié)構(gòu)稱乙醛酸循環(huán)體。特有的酶包括異檸檬酸裂合酶和蘋果酸合酶。形成的草酰乙酸不能透過線粒體內(nèi)膜，必須在天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的作用下結(jié)構(gòu)谷氨酸分子的氨基形成天冬氨酸，才能跨越線粒體內(nèi)膜，乙醛酸循環(huán)的全部反應(yīng)可以看作是將兩個乙酰ＣｏA分子轉(zhuǎn)變?yōu)橐环肿硬蒗Ｒ宜?，同時將兩分子NAD+和一分子FAD還原。其在植物種子中有特別重要的意義，它使萌發(fā)的種子將貯存的三酰甘油通過乙酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰Ｌ窃暮铣膳c分解糖原和淀粉都是由葡萄糖分子聚合成的高聚物，統(tǒng)稱為葡聚糖糖原是動物細胞中葡萄糖的貯存形式。淀粉是植物體內(nèi)貯存的多聚葡萄糖糖原的生物學(xué)意義糖原的生物學(xué)意義子啊與它是貯存能量的、容易動員的多糖。當機體細胞中能量充足時，細胞即合成糖原將能量進行儲存。當能量供應(yīng)不足時，貯存的糖原即降解為葡糖糖從而提供ATP。因此糖原是生物體所需能量的貯存庫。糖原的存在保證了機體在最需要能量供應(yīng)的腦和肌肉緊張活動時對能量的需要；同時也保證了不間斷地供給維持恒定水平的血糖。因為組織所利用的葡萄糖直接來源于血糖，如果血糖水平低于正常水平，就會嚴重影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的正常功能，以致產(chǎn)生休克和死亡。糖原是一種高效能的儲存形式，糖原降解產(chǎn)物是葡萄糖－１－磷酸，不消耗ATP，葡萄糖-1-磷酸轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?6-磷酸也不消耗ATP。糖原分子百分之九十降解為葡萄糖－１－磷酸，其余百分之十水解為葡萄糖分子，糖原的降解糖原以顆粒狀存在于細胞溶膠中，貯存糖原的器官主要是肝臟和肌肉。機體的貯脂比糖原豐富得多，為什么還要選擇糖原作為不可缺少的貯能物質(zhì)呢？：首先肌肉不可能像動員糖原那樣迅速地動員貯脂，其次脂肪的脂肪酸殘基不可能在無氧條件下分解代謝，再者，動物不能將脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟堑那绑w，因此單純的脂肪酸代謝不可能維持血糖的正常水平。血糖水平的穩(wěn)定對確保細胞執(zhí)行正常功能具有重要意義，饑餓時只要農(nóng)用肝糖原，肌肉中的動員不如肝臟迅速，肌肉的糖原主要剔紅肌肉運動時的需要；而肝臟中的糖原在維持血糖水平的穩(wěn)定中起重要作用。糖原降解需要三種酶的作用：糖原磷酸化酶、糖原脫支酶和磷酸葡萄糖變位酶。糖原磷酸化酶的催化的特點是，從糖原分子的非還原性末端