1、,第七章 糖代謝,一、新陳代謝的概念,二、糖的酶促水解,三、糖的分解代謝,（一）糖酵解,（二）糖的有氧氧化,（三）乙醛酸循環(huán),（四）磷酸戊糖途徑,四、糖的合成代謝,（一）糖異生作用,（二）蔗糖的合成,（三）糖原的合成,（四）淀粉的合成,五、糖代謝主要途徑的相互聯(lián)系,一、新陳代謝的概念,（一）新陳代謝的概念,新陳代謝是生物最基本的特征，是生命存在的前提。新陳代謝是生物與外界環(huán)境進行物質交換與能量交換的全過程。生物一方面不斷地從周圍環(huán)境中攝取物質，通過一系列生化反應，轉變?yōu)樽约旱慕M成成分，另一方面，將原有的組成成分經(jīng)過一系列的生化反應，分解為不能再利用的物質排出體外，不斷地進行自我更新。,新陳代謝

2、包括生物體內所發(fā)生的一切合成和分解作用。一般說來，生物體把從外界攝取的含低能量的較簡單的化合物，轉化成高能量的復雜的細胞結構的化合物。也就是說在新陳代謝所包括的合成代謝與分解代謝中，前者是吸能反應，后者是放能反應，合成與分解代謝既表現(xiàn)著生物體內物質分子的改變，又體現(xiàn)出生物體在生命活動中能量的變化。,生物體通過新陳代謝所產(chǎn)生的生命現(xiàn)象，是建立在合成代謝與分解代謝矛盾對立和統(tǒng)一的基礎上的，它們間是相互聯(lián)系、相互依存，而且是相互制約的。一個合成代謝過程，常常包括許多分解反應；一個分解過程也常常包括許多合成反應。在能量代謝的放能與吸能兩方面上也是相互聯(lián)系，相互制約的。,在機體的生命過程中合成代謝(同化

3、作用)與分解代謝(異化作用)的主次關系也是相互轉化的，由于這種轉化就使生物個體的發(fā)展呈現(xiàn)出生長、發(fā)育和衰老等不同的階段?？梢?，生命機體通過新陳代謝獲得它所必需的能量；通過新陳代謝建造和修復生物體；通過新陳代謝完成遺傳信息的貯存、傳遞和表達過程，使得生物物種世代繁衍、生生不息。總之，合成為分解準備了物質前提，外部物質變?yōu)閮炔课镔|；同時，分解為合成提供必需的能量，內部物質又能轉變?yōu)橥獠课镔|。 各種生物都具有各自特異的新陳代謝類型，此特異方式?jīng)Q定于遺傳，環(huán)境條件也有一定的影響。,（二）新陳代謝的特點,生物體內的絕大多數(shù)代謝反應是在溫和的條件下，由酶所催化進行的；,新陳代謝實質上就是錯綜復雜的化學反應

4、相互配合，彼此協(xié)調，對周圍環(huán)境高度適應而成的一個有規(guī)律的總過程。,新陳代謝過程包括營養(yǎng)物質的消化吸收、中間代謝以及代謝產(chǎn)物的排泄等階段。中間代謝一般僅指物質在細胞中的合成和分解過程，不涉及營養(yǎng)物質的消化吸收與代謝產(chǎn)物的排泄等。本課程著重討論中間代謝。,生物體內反應與步驟雖然繁多，但相互配合，有條不紊，彼此協(xié)調，而有嚴格的順序性；,生物體對內外環(huán)境條件有高度的適應性和靈敏的自動調節(jié)能力.,各種生物的新陳代謝過程雖然復雜，但卻有共同的特點:,（三）新陳代謝的研究方法,代謝研究的方法很多。代謝研究方法的選擇，要考慮 研究的對象和所要解決的問題。常用的方法有以下幾種。,1、同位素示蹤法 同位素示蹤法(

5、isotopic tracertechnique)也稱為體內(in vivo) 水平的代謝研究。原子序數(shù)相同，化學性質相同，但質量不 同的元素叫做某元素的同位素，即同位素的質子數(shù)相同，中 子數(shù)不同。同位素有穩(wěn)定同位素和放射性同位素兩種；天然 同位素都是穩(wěn)定同位素。放射性同位素的核能夠自己發(fā)生變 化，放出帶有電荷的粒子或不帶電荷的射線。穩(wěn)定同位素和 放射性同位素都可用于代謝研究，但放射性同位素要比穩(wěn)定 同位素應用方便些。,對于所有的元素，都能用人工的方法得到它們的放射 性同位素；放射性同位素都有一定的半衰期。生物化學研 究中常用的放射性同位素有：氚(3H，半衰期為12年)、 碳14(14C，半衰

6、期為51005730年)、磷32(32P，半衰期為 14天)、碘131(131I，半衰期為8天)、鈣45(45Ca，半衰期為 152天)和硫35(35S，半衰期為88天)。 同位素示蹤法簡便、靈敏度高、特異性強；是物質代 謝研究中十分重要的方法。,2、酶抑制劑和拮抗物的應用 也稱為體外(invitro)水平的代謝研究。由于代謝反應 都是酶促反應，使用某種酶的抑制劑或抗代謝物，觀察某 一反應被抑制后的結果，從而推測某物質在體內的代謝變 化。這些實驗一般在體外進行，所以稱為體外水平的代謝 研究。 3、整體水平的代謝研究 如克諾普(Knoop)以活的動物犬為實驗對象，給犬喂不 同碳原子數(shù)的脂肪酸后,

7、分析它的排泄物成分，提出了脂肪 酸盧氧化作用的學說。,4、器官水平代謝研究 如對排尿素動物尿素合成部位的研究。切除動物的肝 臟，發(fā)現(xiàn)動物血液中氨基酸水平和血氨水平均升高，而尿 中尿素含量下降，動物不久即死亡。切除腎臟卻無此現(xiàn)象， 說明肝臟與尿素合成有關。,5、細胞、亞細胞水平的代謝研究 新陳代謝所包括的所有反應幾乎都是酶催化的過程。將 組織勻漿液進行差速離心或密度梯度離心，可分離到不同的 亞細胞成分；由于不同的亞細胞成分所含有的酶系不同，功 能不同；因而發(fā)現(xiàn)了糖類物質、脂類物質的分解代謝主要是 在線粒體中進行的，而脂肪酸的合成主要是在胞漿中進行的。 一些亞細胞成分及所含的酶系如下所示。,二、糖

8、的酶促水解,（一）淀粉的酶促水解,直鏈淀粉的分子結構較為簡單，水解較容易，枝鏈 淀粉分子結構則較為復雜，需要比水解直鏈淀粉更多的 酶參與，才能徹底水解為葡萄糖。參與淀粉水解的酶有 -淀粉酶、-淀粉酶、脫枝酶和麥芽糖酶。,水解淀粉的酶類, -淀粉酶,-淀粉酶：存在植物體內,-糊精酶：動物粘膜,R-酶：,唾液淀粉酶,胰淀粉酶,植物a-淀粉酶,微生物a-淀粉酶,動物消化道,水解a-1，4糖苷鍵,存在植物體內,水解a-1，6糖苷鍵,葡糖淀粉酶：主要存在微生物體內，動物消化 道也有?？伤鈇-1，4、a-1，6糖苷鍵，理論上可將支鏈、直鏈淀粉徹底水解。,1-淀粉酶 為淀粉內切酶，其作用方式是在淀粉分子內

9、部任意切斷(水解)-1,4-糖苷鍵，直鏈淀粉先被水解成-1,4糊精，枝鏈淀粉除生成-1,4糊精外，還生成-1,4-1,6糊精。對上述各種糊精-淀粉酶可繼續(xù)內切。隨糊精鏈長度的縮短，酶對底物的親和力漸漸降低，水解速度減慢，但最終可將-1,4糊精水解為麥芽糖和葡萄糖，-l,4-1,6糊精最終被水解為少量的麥芽糖，異麥芽糖，葡萄糖和大量的-極限糊精(帶有分枝和直鏈的多于3個葡萄糖殘基的寡聚糖，為-淀粉酶水解枝鏈淀粉的極限)。,2-淀粉酶 為淀粉外切酶，水解-1，4苷鍵， 作用有嚴格的順序性，只能從淀粉的非還原端開始，依 次水解下一個麥芽糖單位。 -淀粉酶不能越過分枝點水 解淀粉內部的-1,4糖苷鍵。

10、在進行水解時，由于該酶 能使基團發(fā)生轉位反應，將-型轉變?yōu)?型，故水解 下的為-麥芽糖。直鏈淀粉被水解后生成定量的-麥 芽糖，而枝鏈淀粉除生成麥芽糖外，還生成帶有許多分枝 的不再被-淀粉酶水解的-極限糊精。,此外，水解直鏈淀粉時，還有一種環(huán)糊精酶，能將直鏈淀 粉的螺旋管“切斷”，得到含68個葡萄糖單位的閉合環(huán)，即環(huán) 糊精。,3. 脫枝酶（R酶） 枝鏈淀粉經(jīng)-淀粉酶、-淀粉酶水解后留下的極限糊精中均帶有1,6糖苷鍵，有脫枝酶將它水解，得到不帶分枝的葡聚糖繼續(xù)在-淀粉酶和-淀粉酶作用下水解，生成麥芽糖和葡萄糖。,由上可知，枝鏈淀粉的徹底水解需要-淀粉酶、-淀粉酶，脫枝酶和麥芽糖酶共同作用。,4麥芽

11、糖酶 有-葡萄糖苷酶之稱，能水解麥芽糖以及糊精中的-1，4糖苷鍵。淀粉水解剩下的麥芽糖在麥芽糖酶的作用下，徹底水解成葡萄糖。麥芽糖酶有水解活性不同的多種同工酶。,（二）糖原的降解（磷酸解）,（三）纖維素的酶促水解,已知纖維素酶是復合酶，至少包括以下成分；內切-1，4葡聚糖酶，能隨機切斷-1，4苷鍵，捉供許多可供反應的末端，外切-1，4葡聚糖酶，該酶又可分為從非還原性末端開始切下一個-葡萄糖和切下一個-葡聚二糖(纖維二糖)的兩種，纖維二糖酶，能將纖維二糖水解成-葡萄糖。,纖維素不能被人體利用作為營養(yǎng)，但食草動物依靠胃腸中能分泌纖維素酶的細菌的作用，可將食入的纖維素降解為葡萄糖加以利用。此外，自然

12、界中也存在能分解纖維的許多細菌，如青霉菌、枯草桿菌等，以及某些真菌(如多孔菌)。它們能合成和分泌纖維素酶，分解和利用草類和木材中的纖維素作為碳源，如木耳、香菇等食用菌的裁培即是如此。但在植物體中卻很少有纖維素酶，只在少數(shù)發(fā)芽的種子和幼苗(如大麥、玉米、菠菜等)中有所發(fā)現(xiàn)。,（四）雙糖的水解,二糖酶中最重要的為蔗糖酶、麥芽糖酶、和乳糖酶。它們都屬于糖苷酶類。這三種酶廣泛分布于微生物、人體及動物小腸液中。其催化反應為：,（五）糖類的消化、吸收及轉化,糖的消化 植物經(jīng)光合作用產(chǎn)生的淀粉是動物的重要營養(yǎng)來源。在動物中，淀粉經(jīng)唾液淀粉酶的作用，其中一部分形成麥芽糖。在小腸中，淀粉經(jīng)-淀粉酶水解，產(chǎn)生麥芽

13、糖和極限糊精。 食物中的二糖及寡糖由小腸上皮細胞分泌的寡糖酶從非還原末端水解。蔗糖由-葡萄糖苷酶水解，乳糖由-半乳糖苷酶水解。,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胞吸收進入血液。不能被消化的二糖，寡糖及多糖不能被吸收。,糖的轉運 小腸內轉運單糖的主要系統(tǒng)為小腸腔上表皮細胞膜內的Na+-單糖協(xié)同轉運系統(tǒng)，其主要功能是轉運D-葡萄糖和D-半乳糖。,細胞膜還有一個不需要Na+的易化擴散系統(tǒng)，主要對D- 果糖有特殊的轉運活性。,在易化擴散中，底物與膜上載體蛋白有特異親和力，可發(fā)生可逆結合，生成復合物。在結合或釋放底物時，由于載體蛋白發(fā)生變構現(xiàn)象而促進了

14、底物的轉運。 載體蛋白有R型和T型兩種構象。R型對底物S的親和力較高，T型對底物S的親和力較低。當膜外側存在底物S時，S可與R型載體結合，形成RS，進而發(fā)生變構，RS轉變?yōu)門S，使載體與底物S的親和力降低，同時，載體蛋白與底物S的結合部位轉向膜的內側，并釋放底物S。 底物S從膜外轉運到膜內。,三、糖的分解代謝,糖的分解代謝是生物體取能的方式，為了要盡量地利用糖分子中蘊藏的能，生物體所采用的取能方式是復雜的、微妙的、也是高效率的。糖的分解代謝實質上就是它的氧化作用。,生物體內葡萄糖(或糖原)的分解代謝途徑有很多，但最主要的有3條途徑：,(1)在無氧情況下，葡萄糖(糖原)經(jīng)酵解生成乳酸。 葡萄糖丙

15、酮酸乳酸,(2)在有氧情況下，葡萄糖(糖原)最后經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底氧化為水和二氧化碳。,(3)葡萄糖(糖原)經(jīng)戊糖磷酸循環(huán)被氧化為水和二氧化碳。,植物體、微生物體的分解代謝，除上述動物體的3條途徑外，還有生醇發(fā)酵及乙醛酸循環(huán)等。,（一）糖的無氧氧化,糖酵解（glycolysis）是通過一系列酶促反應將葡萄糖降解成丙酮酸并伴有ATP生成過程的途徑簡稱EMP途徑。糖酵解是動物、植物以及微生物細胞中葡萄糖分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。事實上在所有的細胞中都存在著糖酵解途徑，對于某些細胞，糖酵解是唯一生成ATP的途徑。,1.糖酵解是個普遍存在的糖代謝途徑,糖酵解途徑涉及10個酶催化反應，途徑中的酶都位于細

16、胞質中，一分子葡萄糖通過該途徑被轉換成兩分子丙酮酸。,2.糖酵解的反應歷程,上圖中給出的酵解途徑是一個概括圖，我們現(xiàn)在按照圖中的反應序號依次對每一步反應的化學和酶的特性進行比較詳細的討論。就象圖中表示的那樣，每一步反應的產(chǎn)物都是下一步反應的底物。,糖酵解10步酶催化反應：,1） 己糖激酶催化葡萄糖磷酸化形成葡萄糖-6-磷酸，消耗一分子ATP。,2）葡萄糖-6-磷酸異構酶催化葡萄糖-6-磷酸轉化為果糖-6-磷酸,3）磷酸果糖激酶-I催化果糖-6-磷酸磷酸化生成果糖-1,6-二磷酸，消耗了第二個ATP分子。,4）醛縮酶催化果糖-1,6-二磷酸裂解，生成甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮。,5）丙糖磷酸

17、異構酶催化甘油醛-3-磷酸和磷酸二羥丙酮的相互轉換,6）甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化甘油醛-3-磷酸氧化為1,3-二磷酸甘油酸,7）磷酸甘油酸激酶催化1,3-二磷酸甘油酸轉變?yōu)?-磷酸甘油酸，同時生成ATP。,8）磷酸甘油酸變位酶催化3-磷酸甘油酸轉換為2-磷酸甘油酸,9） 烯醇化酶催化2-磷酸甘油酸形成磷酸烯醇式丙酮酸,10）丙酮酸激酶催化磷?；鶑牧姿嵯┐际奖徂D移給ADP，生成丙酮酸。,酵解進行到這一步，除了凈生成二分子ATP外，還使得二分子的NAD還原為NADH。,葡萄糖2ADP2NAD2Pi 2丙酮酸2ATP2NADH2H2H2O,動畫,在厭氧狀態(tài)下，酵母細胞將丙酮酸轉化為乙醇和CO2

18、，同時NADH被氧化為NAD，這一過程涉及二個反應。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。 一分子葡萄糖經(jīng)酵解和丙酮酸轉化為乙醇的總反應為：,3.酵母于厭氧條件下可將丙酮酸轉化成乙醇,葡萄糖2Pi2ADP2H2乙醇2CO22ATP2H2O,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化成乙醇，但可以通過乳酸脫氫酶（LDH）催化的一個可逆反應使丙酮酸還原為乳酸。一旦形成乳酸，乳酸除了重新轉換成丙酮酸之外再沒有其它的代謝途

19、徑了，因此乳酸是代謝的死胡同。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，就象在酒精發(fā)酵途徑所看到的那樣。,4.在絕大多數(shù)細胞中丙酮酸可以轉化為乳酸,葡萄糖2Pi2ADP2H2乳酸2ATP2H2O,5.酵解過程中ATP的合成及酵解反應總結,如果酵解從糖原開始，可以產(chǎn)生幾個ATP？, 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，凈產(chǎn)量是2分子ATP。, 葡萄糖的無氧分解途徑，無O2的參與，但有氧化還原反應。, 部位：胞液（線粒體外）。, 葡萄糖酵解的總反應式： 葡萄糖 + 2Pi +2AD

20、P + 2NAD+ 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O, 在無氧條件下，酵解共產(chǎn)生2分子ATP，2分子NADH。NADH將H+交給2分子丙酮酸，生成2分子乳酸。 葡萄糖 + 2ADP + 2Pi 2乳酸 + 2ATP + 2H2O,酵解的3個主要調控部位,6. 酵解途徑的調控,酵解過程最關鍵的限速酶,酵解過程有三步不可逆反應，即有三個調控步驟，分別被己糖激酶，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶調節(jié)。 己糖激酶控制葡萄糖的進入，丙酮酸激酶調節(jié)酵解的出口。細胞在不同的生理條件下需要不同的酶進行調節(jié)。 磷酸果糖激酶是酵解過程最關鍵的限速酶。,酵解調節(jié)的總結,1)糖酵解在所有生物體

21、中普遍存在，它在無氧及有氧條件下都能進行，是葡萄糖進行有氧或無氧分解的共同代謝途徑。通過糖酵解，生物體獲得生命活動所需的能量。其中糖通過糖酵解途徑的無氧降解是厭氧生物獲得能量的主要方式，因而是這類生物能在缺氧環(huán)境中生存的主要原因。需氧生物則可通過糖的有氧降解，獲得比糖酵解更多的能量，更利于進行生命活動，這在地球的演變(從缺氧有氧)過程中，生物因此得以進化(從厭氧生物兼性厭氧生物需氧生物)。,8.糖酵解的生物學意義,2)糖酵解途徑中形成多種中間產(chǎn)物，其中某些中間產(chǎn)物可作為合成其它物質的原料離開糖酵解途徑轉移到其它代謝途徑，生成別的化合物。如3-磷酸甘油醛或磷酸二羧丙酮可轉變?yōu)楦视?，丙酮酸可轉變?yōu)?/p>

22、丙氨酸，6-磷酸葡萄糖可進入磷酸戊糖途徑，從而使糖酵解與其它代謝途徑聯(lián)系起來，實現(xiàn)某些物質間的相互轉化。,3)糖酵解途徑雖然有三步反應不可逆，但其余反應均可逆轉，所以，它為糖異生作用提供基本途徑。,（二）糖的有氧氧化,從己糖分解到乳酸或丙酮酸，僅釋放有限的能。大部分生物的糖代謝是在 有氧條件下進行的，糖的有氧分解代謝實際上是糖的無氧分解代謝的繼續(xù)。從 丙酮酸生成以后，無氧酵解與有氧氧化才開始有了分歧，因此糖的有氧氧化， 實質上是丙酮酸如何被氧化的問題，但丙酮酸以后的氧化都是在線粒體上進行 的。,葡萄糖的有氧分解代謝途徑是一條完整的代謝途徑。是從葡萄糖到丙酮酸 經(jīng)三羧酸循環(huán)，徹底氧化成二氧化碳與

23、水的一系列連續(xù)反應。,檸檬酸循環(huán)又稱之三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle 簡寫TCA循環(huán)），因為循環(huán)中存在三羧酸中間產(chǎn)物。又因為該循環(huán)是由H.A.Krebs首先提出的，所以又叫做Krebs循環(huán)（1953年獲諾貝爾獎）。 三羧酸循環(huán)是有氧代謝的樞紐，糖、脂肪和氨基酸的有氧分解代謝都匯集在檸檬酸循環(huán)的反應，同時檸檬酸循環(huán)的中間代謝物又是許多生物合成途徑的起點。因此檸檬酸循環(huán)既是分解代謝途徑，又是合成代謝途徑，可以說是分解、合成兩用途徑。,三羧酸循環(huán)中的酶分布在原核生物的細胞質和真核生物的線粒體中。因為細胞質中通過酵解生成的丙酮酸可以進入檸檬酸循環(huán)，但必須首先轉換成乙酰Co

24、A。在真核生物中，丙酮酸首先要轉運到線粒體內，然后才能進行轉換成乙酰CoA的反應。 線粒體是由雙層膜包圍著的一個亞細胞器，丙酮酸可以擴散通過線粒體外膜，但進入基質需要內膜上的蛋白轉運。嵌在內膜中的丙酮酸轉運酶可以特異地將丙酮酸從膜間質轉運到線粒體的基質中，進入基質的丙酮酸脫羧生成乙酰CoA，經(jīng)三羧酸循環(huán)進一步被氧化。,無論是在原核生物，還是在真核生物中，丙酮酸轉化為乙酰CoA和CO2，都是由一些酶和輔酶構成的一個丙酮酸脫氫酶復合物催化的，總反應為：,1. 丙酮酸脫氫酶復合物將丙酮酸轉化為乙酰CoA,丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase）（E1）,二氫硫辛酸轉乙?；福╠i

25、hydrolipoyl transacetylase）（E2）,二氫硫辛酸脫氫酶（dihydrolipoyl dehydrogenase）（E3）,TPP、CoASH、硫辛酸、FAD 、NAD和Mg2+,3種酶：,6種輔助因子：,（1）E1催化丙酮酸脫羧，并將剩下的二碳片段轉移到E2的組成成分硫辛酰胺（lipoamide）上。丙酮酸首先與E1的輔基焦磷酸硫胺素（TPP）反應，釋放出CO2后，生成羥乙基-TPP（hydroxyethylthiamine pyrophosphate），然后羥乙基被轉移至E2的輔基硫辛酰胺上。硫辛酰胺是由硫辛酸通過酰胺鍵與E2中的賴氨酸殘基共價結合形成的。,硫辛酰胺

26、輔基象一個擺動臂在E1和E3的活性部位之間運動。二碳單位羥乙基從E1轉移至E2的硫辛酰胺輔基上涉及羥乙基-TPP被硫辛酰胺氧化生成乙酰-TPP，硫辛酰胺本身轉化為二氫硫辛酰胺，以及乙酰-TPP中的乙?；俦晦D移至二氫硫辛酰胺生成乙酰-二氫硫辛酰胺的過程。,（2）輔酶A與乙酰-二氫硫辛酰胺中的乙?；磻梢阴oA，并釋放出二氫硫辛酰胺。至此丙酮酸轉換為乙酰CoA 的反應已經(jīng)完成，為了能夠進行下一輪的丙酮酸轉換為乙酰CoA 的反應，必須要將二氫硫辛酰胺轉換為硫辛酰胺。 （3）E3催化E2的二氫硫辛酰胺氧化重新形成硫辛酰胺，帶有硫辛酰胺的E2再參與下一輪反應。E3的輔基黃素腺苷二核苷酸（E3-F

27、AD）使二氫硫辛酰胺氧化，同時輔基本身被還原生成E3-FADH2，然后E3-FADH2再使NAD還原，生成NADH和起始的全酶E3-FAD。 丙酮酸轉化為乙酰CoA的反應實際上不是檸檬酸循環(huán)中的反應，而是酵解和檸檬酸循環(huán)之間的橋梁，真正進入三羧酸循環(huán)的是丙酮酸脫羧生成的乙酰CoA。,2.三羧酸循環(huán)包括八步酶促反應,由丙酮酸形成的乙酰CoA或者是其它代謝途徑（如脂肪酸或氨基酸的分解代謝途徑）產(chǎn)生的乙酰CoA可以通過三羧酸循環(huán)氧化，三羧酸循環(huán)涉及八步酶促反應。,檸檬酸合成酶,順烏頭酸酶,異檸檬酸脫氫酶,異檸檬酸脫氫酶,-酮戊二酸脫氫酶系,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脫氫酶,延胡索酸酶,蘋果酸脫氫酶,

28、在詳細討論8個具體反應之前，我們先關注一下檸檬酸循環(huán)的兩個基本特征，即碳原子的流向和富含能量分子的生成。檸檬酸循環(huán)的第一個反應是乙酰CoA分子中的二碳乙?；c四碳分子草酰乙酸縮合形成六碳的中間產(chǎn)物檸檬酸，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)過幾步反應后又重新轉換為草酰乙酸，用于下一輪與新進入循環(huán)的乙酰CoA的縮合反應。由于草酰乙酸可以再生，所以檸檬酸循環(huán)可以看作是一個催化多步反應的催化劑，使得乙酰CoA中的二碳單位乙?；趸蒀O2，每完成一輪反應后又回到起始點。,(1) 檸檬酸合成酶催化乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸 這是檸檬酸循環(huán)的第一個反應，乙酰C

29、oA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸和CoASH，反應是由檸檬酸合成酶（citrate synthase）（也稱檸檬酸縮合酶）催化的。該步反應基本上是不可逆的。,(2)順烏頭酸酶催化前手性分子檸檬酸轉化成手性分子異檸檬酸 檸檬酸是個三級醇，不能被氧化為酮酸，順烏頭酸酶（aconitase）把檸檬酸轉化為可氧化的二級醇異檸檬酸（isocitrate），酶的名稱來自與酶結合的反應中間產(chǎn)物順烏頭酸（cis-aconitate）。 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。,順烏頭酸酶含有一個共價結合的鐵-硫輔基，這個輔基既結合檸檬酸C-3上的

30、COO，又結合C-3上的OH，協(xié)助酶使檸檬酸正確地定位在酶上，檸檬酸正確定位在順烏頭酸酶的活性部位是立體特異反應所必需的。 檸檬酸是個前手性分子，就是說它有一個帶有3種類型取代基團的C原子（Caacd），只要用第4種類型取代基團取代兩個同等類型中的一個就可以將前手性分子檸檬酸轉化成手性分子異檸檬酸（Cabcd），在異檸檬酸分子中產(chǎn)生了兩個手性中心。,這是一個很難解釋的酶作用機制。當Krebs提出檸檬酸循環(huán)時，由檸 檬酸到異檸檬酸的反應成了人們接受該循環(huán)的主要障礙，因為同位素標記 表明，細胞內只生成了異檸檬酸的一種異構體。按理說檸檬酸分子是個對 稱分子，人們認為順烏頭酸酶向兩端碳移動羥基的幾率是

31、相等的，可以生 成異檸檬酸的兩種異構體。直至1948年Alexander Ogston給出了一種解釋， 即酶分子中的不對稱活性部位能夠區(qū)分檸檬酸分子上兩個化學上等價的基 團，Ogston認為檸檬酸是以三點附著的方式與酶的不對稱活性部位結合的，這三點是檸檬酸的三個非等同基團。一旦檸檬酸與酶的不對稱活性部位結合，檸檬酸的兩個-CH2COO基團就有了特定的取向，它們也就不再等價了（下圖）。表明順烏頭酸酶能識別檸檬酸的“上半部分和下半部分”，檸檬酸雖然是一個對稱分子，但卻可以以不對稱方式去反應，這類分子稱之前手性分子，即分子兩半彼此呈鏡象關系。,非洲的南部有一種植物（Dicha petalum cym

32、osum）可以產(chǎn)生出氟乙酸（fluoroacetate），氟乙酸有劇毒，在細胞內它可以轉化為氟乙酰CoA，氟乙酰CoA在檸檬酸合成酶的催化下又可與草酰乙酸縮合生成氟檸檬酸。氟檸檬酸類似于檸檬酸，是順烏頭酸酶的一個很強的抑制劑，所以氟乙酸會終止經(jīng)檸檬酸循環(huán)的有氧代謝。以前人們常利用氟乙酸這一致死特性將氟乙酸作成滅鼠藥。,（3）異檸檬酸脫氫酶催化異檸檬酸氧化生成-酮戊二酸和CO2 這一步反應是檸檬酸循環(huán)中四個氧化還原反應的第一個，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NADHH的同時生成一個不穩(wěn)定的-酮酸草酰琥珀

33、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。,（4）-酮戊二酸脫氫酶復合物催化-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA -酮戊二酸的氧化脫羧反應非常類似丙酮酸脫氫酶復合物催化的反應。不可逆。反應是由-酮戊二酸脫氫酶復合物（-ketoglutarate dehydrogenase complex）催化的，產(chǎn)物琥珀酰CoA同樣是一個高能的硫酯。這步反應是檸檬酸循環(huán)中第二個氧化還原反應。-酮戊二酸脫氫酶復合物類似于丙酮酸脫氫酶復合物，涉及同樣的輔酶，反應機制也很類似。-酮戊二酸脫氫酶復合物包括-酮戊二酸脫氫酶（-ketoglutarate dehydrogenase）（E1，含有TPP），二

34、氫硫辛酰胺琥珀酰轉移酶（dihydrolipoamide succinyl transferase）（E2，含有硫辛酰胺），和二氫硫辛酰胺脫氫酶（dihydrolipoamide dehydrogenase）（E2，含有黃素蛋白）。,循環(huán)進行到 -酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA這步反應為止，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的碳原子數(shù)（乙酰CoA分子中乙?；膬蓚€碳）。在循環(huán)的后4個反應中，琥珀酰CoA 的四碳琥珀?；晦D換回草酰乙酸。,（5）琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化 琥珀酰CoA合成酶（succinate dehydrogenase）（或稱

35、琥珀酸硫激酶）催化琥珀酰CoA轉化為琥珀酸，琥珀酰CoA的硫酯鍵水解會釋放出很多的自由能，這些能量可用于驅動GTP或ATP的合成，在哺乳動物中合成的是GTP，而在植物和一些細菌中合成的是ATP。這個反應類似于酵解中的甘油磷酸激酶和丙酮酸激酶催化的反應，是檸檬酸循環(huán)中唯一的一步底物水平磷酸化反應。GTP的-磷酰基通過核苷二磷酸激酶可以被轉移到ADP上生成ATP。,（6）琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸脫氫生成延胡索酸 這是檸檬酸循環(huán)中的第三步氧化還原反應，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

36、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被釋放到線粒體的基質中。真核生物琥珀酸脫氫酶內嵌在線粒體內膜中，檸檬酸循環(huán)的其它成員都位于線粒體基質中；在原核生物中，該酶內嵌在質膜中，三羧酸循環(huán)的其它成員位于胞液中。,底物類似物丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競爭性抑制劑。丙二酸結構類似于琥珀酸，也是個二羧酸，可以與琥珀酸脫氫酶的活性部位的堿性氨基酸殘基結合，但由于丙二酸不能被氧化，使得循環(huán)反應不能繼續(xù)進行。所以在分離的線粒體和細胞勻漿液中加入丙二酸后，會引起琥珀酸、-酮戊二酸和檸檬酸的堆積，這是研究三羧酸循環(huán)反應順序的早期證據(jù)。,（7）延胡索酸酶催化延胡索酸水化生成

37、L-蘋果酸 延胡索酸酶（fumarase）（延胡索酸水化酶（fumarate hydratase）通過將H2O trans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，反應是可逆的。延胡索酸也象檸檬酸一樣是一個前手性分子，當延胡索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。,（8）蘋果酸脫氫酶催化蘋果酸氧化重新形成草酰乙酸，完成一輪三羧酸循環(huán) 這是檸檬酸循環(huán)的最后一個反應，也是循環(huán)中的第4步氧化還原反應。L-蘋果酸在以NAD為輔酶的蘋果酸脫氫酶（malate dehydrogenase）催化下氧化生成草酰乙酸，同時NAD還原生成 NADH反應是可逆的。,在三羧

38、酸循環(huán)的總反應中，對于進入循環(huán)的每個乙酰CoA都可以產(chǎn)生3分子NADH、1分子FADH2和1分子的GTP或ATP。 乙酰CoA3NADFADGDP（或ADP）Pi +2H2O CoASH3 NADH3HFADH2GTP（或ATP）2 CO2,3. 三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原型輔酶成了通過氧化磷酸化生成ATP的燃料,NADH和FADH2通過位于線粒體內膜的電子傳遞鏈可以被氧化，伴隨著 氧化過程可以通過氧化磷酸化生成ATP。就象我們將在氧化磷酸化一章看 到的那樣，通過電子傳遞和氧化磷酸化每一分子的NADH被氧化為NAD時 可以生成3分子ATP；而一分子FADH2被氧化為FAD時可以產(chǎn)生2分子ATP， 因

39、此一分子乙酰CoA通過三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化可以產(chǎn)生12分子ATP。 三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸降解產(chǎn)生的乙酰CoA的最后氧化階段， 如果將酵解階段也考慮在內，一分子葡萄糖的降解可以產(chǎn)生多少ATP呢？ 一分子葡萄糖經(jīng)酵解可以凈產(chǎn)生2分子ATP和2分子丙酮酸，而2分子丙酮 酸轉化為2分子乙酰CoA可生成2分子NADH，經(jīng)氧化磷酸化可產(chǎn)生6分子ATP， 2分子乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)可生成24分子ATP，所以共產(chǎn)生32分子ATP。,上面的計算還沒有計算酵解中甘油醛脫氫酶催化的反應中生成的2分子NADH。在缺氧條件下，丙酮酸轉化為乳酸時，NADH再氧化為NAD，可使得酵解連續(xù)地進行。在有氧條件下，N

40、ADH不再氧化，而用于生產(chǎn)ATP。由于這兩個NADH位于胞液里（酵解是在胞液里進行的），而真核生物中的電子傳遞鏈是位于線粒體。兩個NADH可以通過蘋果酸穿梭途徑和甘油磷酸途徑兩種穿梭途徑進入線粒體，絕大多數(shù)的情況下，都是經(jīng)過蘋果酸穿梭途徑進入線粒體的。一分子NADH經(jīng)蘋果酸穿梭途徑進入線粒體可以產(chǎn)生3分子ATP，即2分子NADH可以產(chǎn)生6分子ATP；一分子NADH經(jīng)甘油磷酸途徑可以產(chǎn)生2分子ATP，2分子NADH產(chǎn)生4分子ATP。一分子葡萄糖降解考慮到酵解生成的2分子NADH時，它產(chǎn)生的總的ATP數(shù)量是38個或36個。,三羧酸循環(huán)的8個反應可寫成一個化學平衡方程，總反應式為： 乙酰輔酶A +

41、2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoA-SH + GTP,三羧酸循環(huán)反應要點：,（1）兩碳片段（乙酰輔酶A）與4碳受體（草酰乙酸）結合形成檸檬酸。 （2）當檸檬酸進一步代謝時， 以CO2形式失去兩個碳。 （3）有4個氧化反應，3個用NAD+作輔酶，一個用FAD作輔酶。 （4）只有一個反應直接產(chǎn)生高能磷酸化合物。 （5）草酰乙酸再產(chǎn)生，以進行下一輪循環(huán)。,在動物體積中，琥珀酰CoA合成酶反應形成的GTP在能量上與ATP相等。在后面的討論將用ATP代替GTP。,如果考慮丙酮酸脫氫酶的反應，考慮到每分子葡萄糖產(chǎn)生2

42、分子丙酮酸，葡萄糖通過酵解和三羧酸循環(huán)的分解代謝方程式為： 葡萄糖 + 6H2O + 10 NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4 Pi 6CO2 + 10 NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP 到此為止，每摩爾葡萄糖在這個方程式中只產(chǎn)生4摩爾ATP。在酵解部分產(chǎn)生的ATP是2摩爾。 葡萄糖氧化產(chǎn)生的ATP大多數(shù)不是直接從酵解和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的，而是通過還原的電子載體在呼吸鏈中再氧化產(chǎn)生的。,每一輪三羧酸循環(huán)由琥珀酰CoA合成酶催化的反應產(chǎn)生一分子GTP，GTP可產(chǎn)生ATP。 共有4個脫氫反應，其中有3對電子經(jīng)NADH進入電子傳遞鏈，最后傳遞給氧生成H2O，每對電子產(chǎn)生

43、3分子ATP，3對電子共產(chǎn)生9分子ATP。一對電子經(jīng)FADH2進入電子傳遞鏈，可產(chǎn)生2分子ATP。 每一輪循環(huán)共產(chǎn)生1 + 9 + 2 = 12分子ATP 。 若從丙酮酸脫氫酶的反應開始計算，共產(chǎn)生15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6或8 + 2X15 = 36或38個ATP分子。,葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP：,葡萄糖氧化的G0 是-2870kJ/mol, ATP水解的G0是-30.5kJ/mol。 葡萄糖完全氧化能量的利用效率為40%（38x30.5/2870）。 在標準條件下測定的值很可能要比在體內低。 糖、脂肪

44、和某些氨基酸代謝最終產(chǎn)生乙酰CoA，通過三羧酸循環(huán)徹底氧化成CO2。通過三羧酸循環(huán)進行氧化是體內最主要的產(chǎn)生ATP的途徑，在生物進化中保存下來。,1）丙酮酸脫氫酶復合物的調節(jié) 前面已經(jīng)提到丙酮酸脫氫酶復合物催化的反應并不真正屬于檸檬酸循環(huán)，但對于葡萄糖來說卻是進入檸檬酸循環(huán)的必經(jīng)之路。丙酮酸脫氫酶復合物存在別構和共價修飾兩種調控機制。乙酰CoA和NADH是丙酮酸脫氫酶復合物的抑制劑，當乙酰CoA濃度高時抑制二氫硫辛酸乙酰轉移酶（E2），高濃度的NADH也抑制二氫硫辛酸脫氫酶（E3），NAD和CoASH則是丙酮酸脫氫酶復合物的激活劑。另外丙酮酸脫氫酶復合物還受到共價調節(jié)，丙酮酸脫氫酶激酶催化復合

45、物中的丙酮酸脫氫酶（E1）磷酸化，導致該酶復合物失去活性，而丙酮酸脫氫酶磷酸酶催化脫磷酸，激活丙酮酸復合物。,4. 三羧酸循環(huán)受到嚴密的調控,（2）三羧酸循環(huán)中的調節(jié)部位 在三羧酸循環(huán)中存在著2個不可逆反應，可能是潛在的調節(jié)部位，它們分別是由檸檬酸合成酶和-酮戊二酸脫氫酶催化的反應。檸檬酸合成酶催化三羧酸循環(huán)中的第一步反應，似乎是最合適的調控部位，但該酶的調控機制現(xiàn)在還沒有確定，在體外實驗中，ATP抑制該酶，但在體內的抑制機制并沒有確定，所以有人認為ATP可能不是一個生理調節(jié)劑。,哺乳動物的異檸檬酸脫氫酶受到Ca2和ADP的別構激活，而受到NADH 的抑制。但在原核生物中，這個酶在蛋白激酶作用

46、下，酶中的Ser殘基磷酸化，結果使酶完全失活，有趣的是同樣的蛋白激酶分子中的另一個結構域具有磷酸酶活性，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-磷酸甘油酸別構激活該蛋白分子的磷酸酶活性，而抑制它的激酶活性。,-酮戊二酸脫氫酶復合物催化的反應類似于丙酮酸脫氫酶 復合物催化的反應，兩個復合物也很相似，但它們的調節(jié)特征卻 完全不同，-酮戊二酸脫氫酶復合物的調節(jié)與激酶和磷酸酶沒有 關系，主要是Ca2+與復合物中的E1結合，降低了酶對-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-酮戊二酸脫氫酶復

47、合物的抑制劑，但是否在活細胞 內具有重要的調節(jié)作用還沒有確定。,三羧酸循環(huán)的代謝調節(jié) 三羧酸循環(huán)是生物合成的中間物的來源，又是產(chǎn)生代謝能量的通道。這個循環(huán)的調節(jié)在某種程度上比它作為能量產(chǎn)生的途徑更復雜。 與酵解類似，調節(jié)在底物的進入和循環(huán)中關鍵反應的控制這兩種水平上進行。進入循環(huán)的起始物質是乙酰輔酶A。乙酰輔酶A可來自糖酵解產(chǎn)物丙酮酸的氧化脫羧反應，也可來自脂類的脂肪酸-氧化和氨基酸的分解代謝。,丙酮酸氧化的控制 整個丙酮酸氧化脫羧反應過程只有第一步脫羧反應是不可逆 的。由于從丙酮酸到乙酰CoA是一個處于代謝途徑分枝點的重要 步驟，丙酮酸脫氫酶反應體系受到嚴密的調控。 丙酮酸脫氫酶復合體活力的

48、控制包括變構抑制和共價修飾控制 變構抑制 (1）產(chǎn)物抑制： 丙酮酸氧化脫羧的兩個產(chǎn)物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脫氫酶復合體。 二氫硫辛酸乙酰轉移酶（E2）受乙酰CoA的抑制，被CoA-SH激活。 二氫硫辛酸脫氫酶（E3）受NADH的抑制，被NAD+激活。,（2）核苷酸反饋調節(jié)： 酶體系的活性由細胞的能荷所控制。 ATP是酶復合體的變構抑制劑，AMP是活化劑。當細胞富有能量時，丙酮酸脫氫酶復合體活性降低。,共價修飾控制 通過丙酮酸脫羧酶(E1)的磷酸化和脫磷酸化調節(jié)丙酮酸脫氫酶復合體的活力。,共價修飾控制 共價修飾由細胞的能量狀態(tài)控制。 在有ATP時，丙酮酸脫羧酶分子上3個特殊的絲氨酸殘基

49、被丙酮酸脫羧酶激酶磷酸化時，即失去活性。 細胞內ATP/ADP，乙酰CoA/CoA和NADH/NAD+的比值增高時，酶的磷酸化作用增加。丙酮酸抑制磷酸化作用。 丙酮酸脫羧酶磷酸酶可水解除去丙酮酸脫羧酶上的磷酸基團，使酶再活化。 丙酮酸脫羧酶磷酸酶受Mg2+和Ca2+的激活。胰島素也可增加去磷酸化作用，增加丙酮酸氧化脫羧反應的速度。,ATP和ADP與Mg2+的親和力不同，游離Mg2+的濃度反映了線粒體中ATP和ADP的比例。當ATP濃度高時，丙酮酸脫氫酶活力關閉，因為不需要進一步產(chǎn)生能量。ATP濃度低時，發(fā)出需要產(chǎn)生更多ATP的信號，酶復合體激活。 丙酮酸脫羧酶激酶是丙酮酸脫氫酶復合體的內在組分

50、。丙酮酸脫羧酶磷酸酶也是酶復合體的一個組分，但與復合體結合較松。 小結：丙酮酸脫氫酶復合體活性是由能荷，NAD+/NADH的比例，以及乙?；暮妥杂傻妮o酶A比例來控制。,三羧酸循環(huán)調節(jié)要點： 最重要的控制三羧酸循環(huán)的因子是線粒體內NAD+與NADH的比例。NAD+是三個參與循環(huán)的脫氫酶的底物，也是丙酮酸脫氫酶的底物。在電子傳遞受到抑制時，NAD+/NADH的比值減小。低濃度的NAD+抑制上述脫氫酶的活力。 在動物肝中，檸檬酸的量可有10倍的變化。檸檬酸濃度低時，檸檬酸合成酶催化的反應主要受底物濃度的控制。草酰乙酸的濃度在線粒體內很低，可以在底物水平上對檸檬酸合成酶的反應進行調節(jié)。 變構調節(jié)的主

51、要位點是異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶催化的反應。 異檸檬酸脫氫酶被ADP激活，被NADH抑制。 -酮戊二酸脫氫酶活力被琥珀酰輔酶A和NADH抑制。,小結： 通過ADP對異檸檬酸脫氫酶的變構激活，三羧酸循環(huán)流量與細胞的能量狀態(tài)相適應。 通過線粒體內NAD+濃度降低時引起的流速減低，三羧酸循環(huán)流量與細胞的氧化還原狀態(tài)相適應。 通過乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A對有關酶的抑制，三羧酸循環(huán)流量與細胞內可利用富能化合物(energy-rich compounds)的量相適應。,(1)是有機體獲得生命活動所需能量的最主要途徑。從糖有 氧分解的能量計算中已知，每個葡萄糖分子僅通過三羧酸循環(huán)階 段與電子傳遞鏈及

52、氧化磷酸化相結合)就可產(chǎn)生24分子ATP，遠遠 超過糖酵解階段或葡萄糖無氧降解所產(chǎn)生的ATP數(shù)。此外，脂肪、 氨基酸等其它有機物作為呼吸底物徹底氧化時所產(chǎn)生的能量主要也 是通過三羧酸循環(huán)。因此，三羧酸循環(huán)是生物體獲取能量的最主要 的途徑,5.三羧酸循環(huán)的生理意義：,(2)是物質代謝的樞紐。前已提到，三羧酸循環(huán)具有雙重作用。一方面，三羧酸循環(huán)是糖、脂肪和氨基酸等徹底分解的共同途徑；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。因而三羧酸循環(huán)具有將各種有機物代謝聯(lián)系起來，成為物質代謝樞紐的作用。,(3)是發(fā)酵產(chǎn)物重新氧化的途徑

53、。細胞在無氧條件下發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸)如在有氧時，可經(jīng)脫氫氧化生成丙酮酸，轉變成乙酰CoA后即可進入三羧酸循環(huán).發(fā)酵產(chǎn)物重新氧化分解,使原來未釋放的能量因此得到利用 (4)影響果實品質的形成。一些果實品質的形成和改善與三羧酸循環(huán)有關如循環(huán)中的檸檬酸、蘋果酸是柑桔、蘋果等果實中的重要成分，果實貯存期間，這些有機酸又作為呼吸底物首先被消耗，使果實由酸變甜(糖酸比增大)，改善了果實的品質。,6.要點提示 1）糖酵解是單糖分解代謝的共同途徑。催化糖酵解的10個酶都位于細胞質中。每一個己糖可以轉化為兩分子的丙酮酸，同時凈生成兩分子ATP和兩分子NADH。糖酵解分為兩個階段：己糖階段（消耗ATP）和丙糖階段（

54、生成ATP）。,2）在酵解的己糖階段，首先是葡萄糖在己糖激酶的催化下磷酸化 生成葡萄糖-6-磷酸，消耗一分子ATP，然后經(jīng)異構酶催化轉換為 果糖-6-磷酸，再經(jīng)果糖激酶催化再次磷酸化生成果糖-1,6-二磷 酸，又消耗一分子ATP；在丙糖階段，果糖-1,6-二磷酸在醛縮酶 催化下裂解生成磷酸二羥丙酮和甘油醛-3-磷酸（兩個磷酸丙糖在 異構酶催化下可以相互轉換），后者在甘油醛-3-磷酸脫氫酶催化 下生成1,3-二磷酸甘油酸，同時使NAD還原為NADH，然后1,3-二 磷酸甘油酸在甘油酸激酶催化的底物水平磷酸化反應中生成ATP和 3-磷酸甘油酸，3-磷酸甘油酸經(jīng)變位酶催化轉換為2-磷酸甘油酸， 再經(jīng)

55、烯醇化酶催化形成磷酸烯醇式丙酮酸，最后在丙酮酸激酶催化 的又一次底物水平磷酸化反應中生成丙酮酸和ATP。,3）在厭氧條件下，通過丙酮酸的還原代謝使得NADH重新氧化為NAD。在酵母的酒精發(fā)酵過程中，在丙酮酸脫羧酶催化下丙酮酸氧化脫羧生成乙醛，然后乙醛在乙醇脫氫酶的催化下被還原為乙醇，同時使NADH氧化生成NAD。而在肌肉缺氧下的酵解過程中，乳酸脫氫酶催化丙酮酸轉化為乳酸，同時也伴隨著NADH重新氧化為NAD。 4）在酵解途徑中存在3個不可逆反應，是分別由己糖激酶、磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶催化的。這3個酶正是酵解途徑的調節(jié)部位，調節(jié)涉及別構調節(jié)和共價修飾。,5）糖酵解和三羧酸循環(huán)之間的橋梁是

56、丙酮酸脫氫酶復合物。在細胞 質中酵解產(chǎn)生的丙酮酸被轉運到線粒體基質中，在線粒體中丙酮酸 在丙酮酸脫氫酶復合物催化下氧化生成乙酰CoA和CO2。丙酮酸脫氫 酶復合物是由丙酮酸脫氫酶、二氫硫辛酰胺乙?；D移酶和二氫硫 辛酰胺脫氫酶組成的，同時還需要硫胺素焦磷酸、硫辛酰胺、CoASH 、FAD和NAD等輔助因子。,6）三羧酸循環(huán)是發(fā)生在線粒體中的一系列反應，三羧酸循環(huán)由8步酶促反應組成。檸檬酸合成酶催化乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成三羧酸檸檬酸；順烏頭酸酶催化檸檬酸中的三級醇轉化為二級醇，導致異檸檬酸的生成；然后在異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復合物催化下連續(xù)進行氧化脫羧反應形成琥珀酰CoA，同時生

57、成兩分子NADH和兩分子CO2；當琥珀酰CoA的硫酯鍵被切斷形成琥珀酸和CoASH時，琥珀酰CoA合成酶同時催化GDP底物水平磷酸化生成GTP；琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸氧化形成延胡索酸，同時生成一分子FADH2；然后延胡索酸水化生成蘋果酸，最后蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下生成草酰乙酸，又生成一分子NADH，完成了一輪三羧酸循環(huán)。,7）一分子乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)氧化，使得3分子NAD還原為NADH， 一分子FAD還原為FADH2，同時由GDP和Pi生成了一分子的GTP。所以 每一分子乙酰CoA經(jīng)一輪三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的還原型輔酶NADH和FADH2 經(jīng)電子傳遞和氧化磷酸化可以生成11分子ATP。一分子

58、的葡萄糖經(jīng) 酵解、丙酮酸脫氫酶復合物，三羧酸循環(huán)以及電子傳遞和氧化磷酸 化可以產(chǎn)生36分子或38分子ATP。,8）三羧酸循環(huán)中存在幾個調節(jié)部位。丙酮酸脫氫酶復合物受到產(chǎn)物乙酰CoA和NADH 的抑制和受到CoASH和NAD的激活，同時該酶復合物還受到共價修飾調節(jié)。異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復合物受到別構調節(jié)。,9）乙醛酸循環(huán)是一個與三羧酸循環(huán)密切相關的途徑，這一途徑使得 植物和某些微生物可以利用乙酰CoA生成用于糖異生和其它生物合成 途徑中的四碳中間產(chǎn)物。乙醛酸循環(huán)中涉及動物細胞中不存在的兩 個酶：異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶。異檸檬酸裂解酶催化異檸 檬酸裂解為琥珀酸和乙醛酸，琥珀酸進入

59、三羧酸循環(huán)，而乙醛酸在 蘋果酸合成酶的催化下與乙酰CoA縮合形成蘋果酸，蘋果酸可以作為 葡萄糖合成的前體。,（三）乙醛酸循環(huán),1.植物中乙醛酸循環(huán)是三羧酸循環(huán)的支路 在后面將講到，由非糖前體生成糖時需要丙酮酸或者草酰乙酸作為合成的前體。但在動物體內，乙酰CoA不能凈合成丙酮酸或者草酰乙酸，所以乙酰CoA不能作為凈合成葡萄糖的碳源。雖然乙酰CoA中的2個碳原子經(jīng)檸檬酸循環(huán)可以整合到草酰乙酸的分子中，但實際上，每整合2個碳原子，而其它2個碳原子又以2個CO2分子通過三羧酸循環(huán)釋放出去，所以沒有凈合成草酰乙酸。可是在植物、微生物和酵母中卻存在著一個可以由2碳化合物生成糖的生物合成途徑乙醛酸循環(huán)（glyoxylate cycle）。,每一輪乙醛酸循環(huán)引入2個2碳片段，合成一個4碳的琥珀酸。這個循環(huán)發(fā)生在乙醛酸循環(huán)體上。生成乙酰輔酶A的脂肪酸-氧化也發(fā)生在乙醛酸循環(huán)體上。,在乙醛酸循環(huán)體產(chǎn)生的琥珀酸被運送到線粒體，轉換成草酰乙酸。乙醛酸循環(huán)允許許多微生物進行二碳底物的代謝，如乙酸