1、糖 代 謝 （二）,Metabolism of Saccharide,第四節(jié)糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Saccharide,有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程 （1）葡萄糖分解成丙酮酸 （2）丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA （3）三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化 有氧氧化的生理意義 有氧氧化的調(diào)節(jié) 巴斯德效應(yīng),糖的有氧氧化(aerobic oxidation)指在機(jī)體氧供充足時(shí)，葡萄糖徹底氧化成H2O和CO2，并釋放出能量的過(guò)程。是機(jī)體主要供能方式。,部位：胞液及線粒體,概念,Question,起點(diǎn)？終點(diǎn)？ 關(guān)鍵酶？ 耗能 or 產(chǎn)能？多少？,一、糖有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程包括糖酵解途徑、丙酮酸氧

2、化脫羧、三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化,第一階段：酵解途徑,第二階段：丙酮酸的氧化脫羧,第三階段：三羧酸循環(huán),G（Gn）,第四階段：氧化磷酸化,丙酮酸,乙酰CoA,H2O,O,ATP,ADP,TAC循環(huán),胞液,線粒體,糖的有氧氧化概況,胞液,線粒體,丙酮酸,一、有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程,第一階段：糖酵解途徑（胞液）,第二階段：丙酮酸的氧化脫羧（線粒體）,第三階段：三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化 （線粒體）,（一）葡萄糖循糖酵解途徑分解為丙酮酸,總反應(yīng)式:,（二）丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成,E1：丙酮酸脫氫酶 E2：二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶 E3：二氫硫辛酰胺脫氫酶,TPP（硫胺素焦

3、磷酸） 硫辛酸（ ) HSCoA FAD, NAD+,酶,輔酶,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的反應(yīng)過(guò)程：,1. 丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP，由丙酮酸脫氫酶催化(E1)。 2. 由二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)催化形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3. 二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)催化生成乙酰CoA, 同時(shí)使硫辛酰胺上的二硫鍵還原為2個(gè)巰基。 4. 二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)使還原的二氫硫辛酰胺脫氫，同時(shí)將氫傳遞給FAD。 5. 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+。,CO2,CoASH,NAD+,NADH+H+,5. NADH+H+的生成,1. -羥乙基-

4、TPP的生成,2.乙酰硫辛酰胺的生成,3.乙酰CoA的生成,4. 硫辛酰胺的生成,三羧酸循環(huán)(Tricarboxylic Acid Cycle, TAC)也稱為檸檬酸循環(huán)，這是因?yàn)檠h(huán)反應(yīng)中的第一個(gè)中間產(chǎn)物是一個(gè)含三個(gè)羧基的檸檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循環(huán)的學(xué)說(shuō)，故此循環(huán)又稱為Krebs循環(huán)，它由一連串反應(yīng)組成。,二、三羧酸循環(huán)是以形成檸檬酸為起始物的循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng),概述,反應(yīng)部位：線粒體,（一）TAC循環(huán)由8步代謝反應(yīng)組成,乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸 檸檬酸經(jīng)順烏頭酸轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕?異檸檬酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)?酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶催化底物

5、水平磷酸化反應(yīng) 琥珀酸脫氫生成延胡索酸 延胡索酸加水生成蘋(píng)果酸 蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,檸檬酸合酶,順烏頭酸酶,異檸檬酸脫氫酶,-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脫氫酶,延胡索酸酶,蘋(píng)果酸脫氫酶,總反應(yīng)方程式,乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O,2CO2 +3NADH +3H+ +FADH2 +GTP +HSCoA,三羧酸循環(huán)的要點(diǎn),一次底物水平磷酸化（1分子GTP） 二次脫羧（2分子CO2） 三次不可逆反應(yīng) 關(guān)鍵酶有：

6、檸檬酸合酶 異檸檬酸脫氫酶 -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 四次脫氫 (1分子FADH2，3分子NADH+H+ ),小結(jié)：,三羧酸循環(huán)的概念：指乙酰CoA和草酰乙酸縮合生成含三個(gè)羧基的檸檬酸，反復(fù)的進(jìn)行脫氫脫羧，又生成草酰乙酸，再重復(fù)循環(huán)反應(yīng)的過(guò)程。 TAC過(guò)程的反應(yīng)部位是線粒體。,經(jīng)過(guò)一次三羧酸循環(huán)， 消耗一分子乙酰CoA； 經(jīng)四次脫氫，二次脫羧，一次底物水平磷酸化； 生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2， 1分子GTP； 關(guān)鍵酶有：檸檬酸合酶，異檸檬酸脫氫酶，-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。,整個(gè)循環(huán)反應(yīng)為不可逆反應(yīng)。,三羧酸循環(huán)的要點(diǎn)：,三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物起催化劑的作用，本身無(wú)量的變

7、化，不可能通過(guò)三羧酸循環(huán)直接從乙酰CoA合成草酰乙酸或三羧酸循環(huán)中其他產(chǎn)物，同樣中間產(chǎn)物也不能直接在三羧酸循環(huán)中被氧化為CO2及H2O。,三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物：,表面上看來(lái)，三羧酸循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的草酰乙酸在三羧酸循環(huán)中是不會(huì)消耗的，它可被反復(fù)利用。實(shí)際上：,例如：,.機(jī)體內(nèi)各種物質(zhì)代謝之間是彼此聯(lián)系、相互配合的，TAC中的某些中間代謝物能夠轉(zhuǎn)變合成其他物質(zhì)，借以溝通糖和其他物質(zhì)代謝之間的聯(lián)系。,.機(jī)體糖供不足時(shí)，可能引起TAC運(yùn)轉(zhuǎn)障礙，這時(shí)蘋(píng)果酸、草酰乙酸可脫羧生成丙酮酸，再進(jìn)一步生成乙酰CoA進(jìn)入TAC氧化分解。,所以，草酰乙酸必須不斷被更新補(bǔ)充。,草酰乙酸的來(lái)源如下：,三羧酸循環(huán)的生理意

8、義,是三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化分解的共同途徑； 是三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝聯(lián)系的樞紐； 為其它物質(zhì)代謝提供小分子前體； 為呼吸鏈提供H+ + e。,二、有氧氧化的調(diào)節(jié),關(guān)鍵酶, 酵解途徑：己糖激酶, 丙酮酸的氧化脫羧：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體, 三羧酸循環(huán)：檸檬酸合酶,丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶-1,異檸檬酸脫氫酶 -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,（一）丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)節(jié),別構(gòu)調(diào)節(jié),別構(gòu)抑制劑：乙酰CoA；NADH；ATP 別構(gòu)激活劑：AMP；ADP；NAD+,乙酰CoA / HSCoA或 NADH / NAD+時(shí)，其活性也受到抑制。這兩種情況見(jiàn)于饑餓、大量脂酸被動(dòng)員利用時(shí)，這時(shí)糖的有氧氧化被抑制，大多數(shù)組織器官利

9、用脂酸作為能量來(lái)源以確保腦等重要組織對(duì)葡萄糖的需要。,共價(jià)修飾調(diào)節(jié),（二）TAC循環(huán)受底物、產(chǎn)物和關(guān)鍵酶活性的調(diào)節(jié),TAC循環(huán)主要受其底物、產(chǎn)物、關(guān)鍵酶活性3種因素的調(diào)控。 TAC循環(huán)的速率和流量主要受3種因素的調(diào)控：底物的供應(yīng)量，催化循環(huán)最初幾步反應(yīng)酶的反饋別構(gòu)抑制，產(chǎn)物堆積的抑制作用。,1TAC循環(huán)中有3個(gè)關(guān)鍵酶,檸檬酸合酶 異檸檬酸脫氫酶 -酮戊二酸脫氫酶,異檸檬酸 脫氫酶,檸檬酸合酶,-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,檸檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影響, 產(chǎn)物堆積引起抑制,循環(huán)中后續(xù)反應(yīng)中間產(chǎn)物別位反饋抑制前面反應(yīng)中的酶,其他，如Ca2+可激活許多酶,2TAC循環(huán)與上游和下游反應(yīng)協(xié)調(diào),在正

10、常情況下，（糖）酵解途徑和TAC循環(huán)的速度是相協(xié)調(diào)的。這種協(xié)調(diào)不僅通過(guò)高濃度的ATP、NADH的抑制作用，亦通過(guò)檸檬酸對(duì)磷酸果糖激酶-1的別構(gòu)抑制作用而實(shí)現(xiàn)。 氧化磷酸化的速率對(duì)TAC循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)也起著非常重要的作用。,有氧氧化的調(diào)節(jié)特點(diǎn), 有氧氧化的調(diào)節(jié)通過(guò)對(duì)其關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)。 ATP/ADP或ATP/AMP比值全程調(diào)節(jié)。該比值升高，所有關(guān)鍵酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影響三羧酸循環(huán)。前者速率降低，則后者速率也減慢。 三羧酸循環(huán)與酵解途徑互相協(xié)調(diào)。三羧酸循環(huán)需要多少乙酰CoA，則酵解途徑相應(yīng)產(chǎn)生多少丙酮酸以生成乙酰CoA。,體內(nèi)ATP濃度是AMP的50倍，經(jīng)上述反應(yīng)后，ATP/AMP變動(dòng)比A

11、TP變動(dòng)大，有信號(hào)放大作用，從而發(fā)揮有效的調(diào)節(jié)作用。,有氧氧化全過(guò)程中許多酶的活性都受細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP或ATP/AMP比率的影響，因而能得以協(xié)調(diào)。,三、有氧氧化的生理意義,糖的有氧氧化是機(jī)體產(chǎn)能最主要的途徑。它不僅產(chǎn)能效率高，而且由于產(chǎn)生的能量逐步分次釋放，相當(dāng)一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,H+ + e 進(jìn)入呼吸鏈徹底氧化生成H2O 的同時(shí)ADP偶聯(lián)磷酸化生成ATP。,有氧氧化生成的ATP,*取決于還原當(dāng)量進(jìn)入線粒體的穿梭機(jī)制,糖的有氧氧化是機(jī)體產(chǎn)能最主要的途徑。它不僅產(chǎn)能效率高，而且由于產(chǎn)生的能量逐步分次釋放，相當(dāng)一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。,糖酵解與有氧氧化的儲(chǔ)

12、能效率,糖酵解： 1G +2ADP+2Pi 2乳酸 +2ATP+2H2O G0 - 47kcal/mol （每mol ATP儲(chǔ)能7.3kcal） 儲(chǔ)能效率=2 7.3 / 47= 31%,提問(wèn)：其余能量何處去？ 答案：以熱量形式。一部分維持體溫，一部分散失。,有氧氧化：C6H12O6 + 3032ADP + 3032Pi6O2 3032ATP + 6CO244 H2O G0 -679kcal/mol 儲(chǔ)能效率=32 (30)7.3/679= 34.4%（32.3%),Question,起點(diǎn)？終點(diǎn)？ 葡萄糖CO2、H2O 2. 關(guān)鍵酶？ 己糖激酶、 6-磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 3. 耗能 or 產(chǎn)能？多少？ 一個(gè)葡萄糖獲得30 or 32個(gè)ATP,四、巴斯德效應(yīng)是指糖有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象,概念,機(jī)制,有氧時(shí)，NADH+H+進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化，丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化而不生成乳酸; 缺氧時(shí)，NADH+H+不能被氧化，丙酮酸作為氫接受體生成乳酸。氧化磷酸化受阻，ADP/ATP比例升高，酶活性增強(qiáng)，酵解途徑加強(qiáng) 。,巴斯德效應(yīng)(Pastuer effect) 指有氧氧化抑制糖酵解的現(xiàn)象。,糖的有氧氧化與糖酵解的比較,機(jī)體產(chǎn)能的主要方式,生理意義,