第十九章糖代謝

1、2012年 王鏡巖版生物化學(xué)考研參考筆記 - 20 -安雨（整理）第十九章 糖代謝 自養(yǎng)生物 分解代謝 糖代謝包括 異養(yǎng)生物 自養(yǎng)生物 合成代謝 異養(yǎng)生物 能量轉(zhuǎn)換（能源）糖代謝的生物學(xué)功能 物質(zhì)轉(zhuǎn)換（碳源）可轉(zhuǎn)化成多種中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成氨基酸、脂肪酸、核苷酸。糖的磷酸衍生物可以構(gòu)成多種重要的生物活性物質(zhì)：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。分解代謝：酵解（共同途徑）、三羧酸循環(huán)（最后氧化途徑）、磷酸戊糖途徑、糖醛酸途徑等。合成代謝：糖異生、糖原合成、結(jié)構(gòu)多糖合成以及光合作用。分解代謝和合成代謝，受神經(jīng)、激素、別構(gòu)物調(diào)節(jié)控制。第一節(jié) 糖酵解 glycolysis一、 酵解

2、與發(fā)酵1、 酵解 glycolysis （在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行）酵解酶系統(tǒng)將Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的過(guò)程。它是動(dòng)物、植物、微生物細(xì)胞中Glc分解產(chǎn)生能量的共同代謝途徑。在好氧有機(jī)體中，丙酮酸進(jìn)入線粒體，經(jīng)三羧酸循環(huán)被徹底氧化成CO2和H2O，產(chǎn)生的NADH經(jīng)呼吸鏈氧化而產(chǎn)生ATP和水，所以酵解是三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化的前奏。若供氧不足，NADH把丙酮酸還原成乳酸（乳酸發(fā)酵）。2、 發(fā)酵fermentation厭氧有機(jī)體（酵母和其它微生物）把酵解產(chǎn)生的NADH上的氫，傳遞給丙酮酸，生成乳酸，則稱(chēng)乳酸發(fā)酵。若NAPH中的氫傳遞給丙酮酸脫羧生成的乙醛，生成乙醇，此過(guò)程是酒精發(fā)酵。O2葡萄糖 酵解

3、丙酮酸 + NADH厭氧三羧酸循環(huán)乳酸發(fā)酵酒精發(fā)酵有些動(dòng)物細(xì)胞即使在有O2時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生乳酸，如成熟的紅細(xì)胞（不含線粒體）、視網(wǎng)膜。二、 糖酵解過(guò)程（EMP）Embden-Meyerhof Pathway ，1940在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行1、 反應(yīng)步驟酵解途徑，三個(gè)不可逆步驟是調(diào)節(jié)位點(diǎn)。（1）、 葡萄糖磷酸化形成G-6-P反應(yīng)式此反應(yīng)基本不可逆，調(diào)節(jié)位點(diǎn)。G0= - 4.0Kcal/mol使Glc活化，并以G-6-P形式將Glc限制在細(xì)胞內(nèi)。催化此反應(yīng)的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。激酶：催化ATP分子的磷酸基（r-磷?；┺D(zhuǎn)移到底物上的酶稱(chēng)激酶，一般需要Mg2+或Mn2+作為輔因子，底物誘導(dǎo)的裂縫關(guān)閉

4、現(xiàn)象似乎是激酶的共同特征。己糖激酶與底物結(jié)合時(shí)的構(gòu)象變化已糖激酶：專(zhuān)一性不強(qiáng)，可催化Glc、Fru、Man（甘露糖）磷酸化。己糖激酶是酵解途徑中第一個(gè)調(diào)節(jié)酶，被產(chǎn)物G-6-P強(qiáng)烈地別構(gòu)抑制。葡萄糖激酶：對(duì)Glc有專(zhuān)一活性，存在于肝臟中，不被G-6-P抑制。Glc激酶是一個(gè)誘導(dǎo)酶，由胰島素促使合成，肌肉細(xì)胞中已糖激酶對(duì)Glc的Km為0.1mmol/L，而肝中Glc激酶對(duì)Glc的Km為10mmol/L，因此，平時(shí)細(xì)胞內(nèi)Glc濃度為5mmol/L時(shí)，已糖激酶催化的酶促反應(yīng)已經(jīng)達(dá)最大速度，而肝中Glc激酶并不活躍。進(jìn)食后，肝中Glc濃度增高，此時(shí)Glc激酶將Glc轉(zhuǎn)化成G-6-P，進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成糖元，貯

5、存于肝細(xì)胞中。（2）、 G-6-P異構(gòu)化為F-6-P 反應(yīng)式：由于此反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)自由能變化很小，反應(yīng)可逆，反應(yīng)方向由底物與產(chǎn)物的含量水平控制。此反應(yīng)由磷酸Glc異構(gòu)酶催化，將葡萄糖的羰基C由C1移至C2 ，為C1位磷酸化作準(zhǔn)備，同時(shí)保證C2上有羰基存在，這對(duì)分子的斷裂，形成三碳物是必需的。（3）、 F-6-P磷酸化，生成F-1.6-P反應(yīng)式：此反應(yīng)在體內(nèi)不可逆，調(diào)節(jié)位點(diǎn)，由磷酸果糖激酶催化。磷酸果糖激酶既是酵解途徑的限速酶，又是酵解途徑的第二個(gè)調(diào)節(jié)酶（4）、 F-1.6-P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮（DHAP）反應(yīng)式：該反應(yīng)在熱力學(xué)上不利，但是，由于具有非常大的G0負(fù)值的F-1.6-2P

6、的形成及后續(xù)甘油醛-3-磷酸氧化的放能性質(zhì)，促使反應(yīng)正向進(jìn)行。同時(shí)在生理環(huán)境中，3-磷酸甘油醛不斷轉(zhuǎn)化成丙酮酸，驅(qū)動(dòng)反應(yīng)向右進(jìn)行。該反應(yīng)由醛縮酶催化，反應(yīng)機(jī)理 （5）、 磷酸二羥丙酮（DHAP）異構(gòu)化成3-磷酸甘油醛反應(yīng)式：（注意碳原子編號(hào)的變化）由磷酸丙糖異構(gòu)酶催化。已糖轉(zhuǎn)化成3-磷酸甘油醛后，C原子編號(hào)變化：F-1.6-P的C1-P、C6-P都變成了3-磷酸甘油醛的C3-P（6）、 3-磷酸甘油醛氧化成1.3二磷酸甘油酸反應(yīng)式：由磷酸甘油醛脫氫酶催化。此反應(yīng)既是氧化反應(yīng)，又是磷酸化反應(yīng)，氧化反應(yīng)的能量驅(qū)動(dòng)磷酸化反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)機(jī)理： 3-磷酸甘油醛脫氫酶的催化機(jī)理碘乙酸可與酶的-SH結(jié)合，

7、抑制此酶活性，砷酸能與磷酸底物競(jìng)爭(zhēng)，使氧化作用與磷酸化作用解偶連（生成3-磷酸甘油酸）（7）、 13二磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化成3磷酸甘油酸和ATP反應(yīng)式：由磷酸甘油酸激酶催化。這是酵解過(guò)程中的第一次底物水平磷酸化反應(yīng)，也是酵解過(guò)程中第一次產(chǎn)生ATP的反應(yīng)。一分子Glc產(chǎn)生二分子三碳糖，共產(chǎn)生2ATP。這樣可抵消Glc在兩次磷酸化時(shí)消耗的2ATP。（8）、 3磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化成2磷酸甘油酸反應(yīng)式：磷酸甘油酸變位酶催化，磷?；鶑腃3移至C2。（9）、 2磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸反應(yīng)式：烯醇化酶2磷酸甘油酸中磷脂鍵是一個(gè)低能鍵（G= -17.6Kj /mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇鍵是高能鍵

8、（G= -62.1Kj /mol），因此，這一步反應(yīng)顯著提高了磷?；霓D(zhuǎn)移勢(shì)能。（10）、 磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。反應(yīng)式：不可逆，調(diào)節(jié)位點(diǎn)。由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途徑的第三個(gè)調(diào)節(jié)酶，這是酵解途徑中的第二次底物水平磷酸化反應(yīng)，磷酸烯醇式丙酮酸將磷?；D(zhuǎn)移給ADP，生成ATP和丙酮酸EMP總反應(yīng)式：1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+2H2O2、 糖酵解的能量變化糖酵解途徑中ATP的生成無(wú)氧情況下：凈產(chǎn)生2ATP（2分子NADH將2分子丙酮酸還原成乳酸）。有氧條件下：NADH可通過(guò)呼吸鏈間接地被氧化，生成更多的ATP。 1分子NA

9、DH3ATP 1分子FAD 2ATP因此，凈產(chǎn)生8ATP（酵解2ATP，2分子NADH進(jìn)入呼吸氧化，共生成6ATP）。但在肌肉系統(tǒng)組織和神經(jīng)系統(tǒng)組織：一個(gè)Glc酵解，凈產(chǎn)生6ATP（+*）。甘油磷酸穿梭：2分子NADH進(jìn)入線粒體，經(jīng)甘油磷酸穿梭系統(tǒng)，胞質(zhì)中磷酸二羥丙酮被還原成3磷酸甘油，進(jìn)入線粒體重新氧化成磷酸二羥丙酮，但在線粒體中的3磷酸甘油脫氫酶的輔基是FAD，因此只產(chǎn)生4分子ATP。：胞液中磷酸甘油脫氫酶。：線粒體磷酸甘油脫氫酶。蘋(píng)果酸穿梭機(jī)制：胞液中的NADH可經(jīng)蘋(píng)果酸脫氫酶催化，使草酰乙酸還原成蘋(píng)果酸，再通過(guò)蘋(píng)果酸2酮戊二酸載休轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)入線粒體內(nèi)，由線粒體內(nèi)的蘋(píng)果酸脫氫酶催化，生成N

10、ADH和草酰乙酸。而草酰乙酸經(jīng)天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶作用，消耗Glu而形成Asp。Asp經(jīng)線粒體上的載體轉(zhuǎn)運(yùn)回胞液。在胞液中，Asp經(jīng)胞液中的Asp轉(zhuǎn)氨酶作用，再產(chǎn)生草酰乙酸。經(jīng)蘋(píng)果酸穿梭，胞液中NADH進(jìn)入呼吸鏈氧化，產(chǎn)生3個(gè)ATP。蘋(píng)果酸脫氫酶（胞液）酮戊二酸轉(zhuǎn)位酶蘋(píng)果酸脫氫酶（線粒體基質(zhì)）谷草轉(zhuǎn)氨酶GluAsp轉(zhuǎn)位酶谷草轉(zhuǎn)氨酶草酰乙酸：蘋(píng)果酸：酮戊二酸：3、 糖酵解中酶的反應(yīng)類(lèi)型 糖酵解反應(yīng)氧化還原酶（1種）：3磷酸甘油醛脫氫酶轉(zhuǎn)移酶（4種）：己糖激酶、磷酸果糖激酶、磷酸甘油酸激酶、丙酮酸激酶裂合酶（1種）：醛縮酶異構(gòu)酶（4種）：磷酸Glc異構(gòu)酶、磷酸丙糖異構(gòu)酶、磷酸甘油酸變位酶、烯醇化酶三、

11、糖酵解的調(diào)節(jié) 糖酵解的調(diào)節(jié)糖酵解過(guò)程有三步不可逆反應(yīng)，分別由三個(gè)調(diào)節(jié)酶（別構(gòu)酶）催化，調(diào)節(jié)主要就發(fā)生在三個(gè)部位。1、 已糖激酶調(diào)節(jié)別構(gòu)抑制劑（負(fù)效應(yīng)調(diào)節(jié)物）：G6P和ATP別構(gòu)激活劑（正效應(yīng)調(diào)節(jié)物）：ADP2、 磷酸果糖激酶調(diào)節(jié)（關(guān)鍵限速步驟）抑制劑：ATP、檸檬酸、脂肪酸和H+激活劑：AMP、F2.62PATP：細(xì)胞內(nèi)含有豐富的ATP時(shí)，此酶幾乎無(wú)活性。檸檬酸：高含量的檸檬酸是碳骨架過(guò)剩的信號(hào)。H+：可防止肌肉中形成過(guò)量乳酸而使血液酸中毒。3、 丙酮酸激酶調(diào)節(jié)抑制劑：乙酰CoA、長(zhǎng)鏈脂肪酸、Ala、ATP激活劑：F-1.6-P、四、 丙酮酸的去路1、 進(jìn)入三羧酸循環(huán)2、 乳酸的生成在厭氧酵解

12、時(shí)（乳酸菌、劇烈運(yùn)動(dòng)的肌肉），丙酮酸接受了3磷酸甘油醛脫氫酶生成的NADH上的氫，在乳酸脫氫酶催化下，生成乳酸?？偡磻?yīng)： Glc + 2ADP + 2Pi 2乳酸 + 2ATP + 2H2O動(dòng)物體內(nèi)的乳酸循環(huán) Cori 循環(huán)：肌肉收縮，糖酵解產(chǎn)生乳酸。乳酸透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入血液，在肝臟中異生為Glc，解除乳酸積累引起的中毒。Cori循環(huán)是一個(gè)耗能過(guò)程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6個(gè)ATP。3、 乙醇的生成酵母或其它微生物中，經(jīng)糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，可以經(jīng)丙酮酸脫羧酶催化，脫羧生成乙醛，在醇脫氫酶催化下，乙醛被NADH還原成乙醇?？偡磻?yīng)：Glc+2pi+2ADP+2H+2乙醇+2CO2+2ATP

13、+2H20在厭氧條件下能產(chǎn)生乙醇的微生物，如果有氧存在時(shí)，則會(huì)通過(guò)乙醛的氧化生成乙酸，制醋。4、 丙酮酸進(jìn)行糖異生五、 其它單糖進(jìn)入糖酵解途徑除葡萄糖外，其它單糖也可進(jìn)行酵解 各種單糖進(jìn)入糖酵解的途徑1糖原降解產(chǎn)物G1P2D果糖 有兩個(gè)途徑3D半乳糖4D甘露糖 第二節(jié) 三羧酸循環(huán)葡萄糖的有氧氧化包括四個(gè)階段。糖酵解產(chǎn)生丙酮酸（2丙酮酸、 2ATP、2NADH）丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA三羧酸循環(huán)（CO2、H2O、ATP、NADH）呼吸鏈氧化磷酸化（NADH-ATP）三羧酸循環(huán)：乙酰CoA經(jīng)一系列的氧化、脫羧，最終生成CO2、H2O、并釋放能量的過(guò)程，又稱(chēng)檸檬酸循環(huán)、Krebs循環(huán)。原核生物：

14、階段在胞質(zhì)中真核生物：在胞質(zhì)中，在線粒體中一、 丙酮酸脫羧生成乙酰CoACH3COCOOH + CoA-SH + NAD+丙酮酸脫氫酶復(fù)合體CH3CO-S-CoA + NADH + H+ + CO21、 反應(yīng)式：此反應(yīng)在真核細(xì)胞的線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，這是連接糖酵解與TCA的中心環(huán)節(jié)。2、 丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系是一個(gè)十分龐大的多酶體系，位于線粒體膜上，電鏡下可見(jiàn)。E.coli丙酮酸脫氫酶復(fù)合體：分子量：4.5×106，直徑45nm，比核糖體稍大。 酶 輔酶 每個(gè)復(fù)合物亞基數(shù)丙酮酸脫羧酶（E1） TPP 24二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶（E2） 硫辛酸 24二氫硫辛酸脫氫酶（E3） FAD、

15、NAD+ 12此外，還需要CoA、Mg2+作為輔因子這些肽鏈以非共價(jià)鍵結(jié)合在一起，在堿性條件下，復(fù)合體可以解離成相應(yīng)的亞單位，在中性時(shí)又可以重組為復(fù)合體。所有丙酮酸氧化脫羧的中間物均緊密結(jié)合在復(fù)合體上，活性中間物可以從一個(gè)酶活性位置轉(zhuǎn)到另一個(gè)酶活性位置，因此，多酶復(fù)合體有利于高效催化反應(yīng)及調(diào)節(jié)酶在反應(yīng)中的活性。3、 反應(yīng)步驟（1）丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP（2）二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（E2）使羥乙基氧化成乙?；?）E2將乙?；D(zhuǎn)給CoA，生成乙酰-CoA（4）E3氧化E2上的還原型二氫硫辛酸（5）E3還原NAD+生成NADH4、 丙酮酸脫氫酶系的活性調(diào)節(jié)從丙酮酸到乙酰CoA是代謝途徑的分支點(diǎn)

16、，此反應(yīng)體系受到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)控制，此酶系受兩種機(jī)制調(diào)節(jié)。（1）可逆磷酸化的共價(jià)調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶激酶（EA）（可被ATP激活）丙酮酸脫氫酶磷酸酶（EB）磷酸化的丙酮酸脫氫酶（無(wú)活性）去磷酸化的丙酮酸脫氫酶（有活性）（2）別構(gòu)調(diào)節(jié)ATP、CoA、NADH是別構(gòu)抑制劑ATP抑制E1CoA抑制E2NADH抑制E35、 能量 1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA，產(chǎn)生1分子NADH（3ATP）。二、 三羧酸循環(huán)（TCA）的過(guò)程TCA循環(huán)：每輪循環(huán)有2個(gè)C原子以乙酰CoA形式進(jìn)入，有2個(gè)C原子完全氧化成CO2放出，分別發(fā)生4次氧化脫氫，共釋放12ATP。1、 反應(yīng)步驟 概述三羧酸循環(huán)（1）、 乙酰CoA+草酰乙

17、酸檸檬酸反應(yīng)式：檸檬酸合酶，TCA中第一個(gè)調(diào)節(jié)酶：受ATP、NADH、琥珀酰CoA、和長(zhǎng)鏈脂肪酰CoA的抑制；受乙酰CoA、草酸乙酸激活。檸檬酸合酶上的兩個(gè)His殘基起重要作用：一個(gè)與草酰乙酸羰基氧原子作用，使其易受攻擊；另一個(gè)促進(jìn)乙酰CoA的甲基碳上的質(zhì)子離開(kāi)，形成烯醇離子，就可與草酰乙酸縮合成C-C鍵，生成檸檬酰CoA，后者使酶構(gòu)象變化，使活性中心增加一個(gè)Asp殘基，捕獲水分子，以水解硫酯鍵，然后CoA和檸檬酸相繼離開(kāi)酶。氟乙酰CoA可與草酰乙酸生成氟檸檬酸，抑制下一步反應(yīng)的酶，據(jù)此，可以合成殺蟲(chóng)劑、滅鼠藥。氟乙酸本身無(wú)毒，氟檸檬酸是烏頭酸酶專(zhuān)一的抑制劑，氟檸檬酸結(jié)合到烏頭酸酶的活性部位上

18、，并封閉之，使需氧能量代謝受毒害。它存在于某些有毒植物葉子中，是已知最能致死的簡(jiǎn)單分子之一。LD50 為0.2mg/Kg體重，它比強(qiáng)烈的神經(jīng)毒物二異丙基氟磷酸的LD50小一個(gè)數(shù)量級(jí)。（2）、 檸檬酸異檸檬酸反應(yīng)式：這是一個(gè)不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)，由順鳥(niǎo)頭酸酶催化 順烏頭酸酶與檸檬酸的不對(duì)稱(chēng)結(jié)合順烏頭酸酶只能以?xún)煞N旋光異構(gòu)方式中的一種與檸檬酸結(jié)合，結(jié)果，它催化的第一步脫水反應(yīng)中的氫全來(lái)自草酰乙酸部分，第二步的水合反應(yīng)中的OH也只加在草酰乙酸部分。這種酶與底物以特殊方式結(jié)合（只選擇兩種順?lè)串悩?gòu)或旋光異構(gòu)中的一種結(jié)合方式）進(jìn)行的反應(yīng)稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)。結(jié)果，TCA第一輪循環(huán)釋放的CO2全來(lái)自草酰乙酸部分，乙酰CoA

19、羰基碳在第二輪循環(huán)中釋放，甲基碳在第三輪循環(huán)中釋放50%，以后每循環(huán)一輪釋放余下的50%。檸檬酸上的羥基是個(gè)叔醇，無(wú)法進(jìn)一步被氧化。因此，檸檬酸需轉(zhuǎn)變成異檸檬酸，將不能被氧化的叔醇，轉(zhuǎn)化成可以被氧化的仲醇。90%檸檬酸、4%順烏頭酸、6%異檸檬酸組成平衡混合物，但檸檬酸的形成及異檸檬酸的氧化都是放能反應(yīng)，促使反應(yīng)正向進(jìn)行。（3）、 異檸檬酸氧化脫羧生成-酮戊二酸和NADH 反應(yīng)式：這是三羧酸循環(huán)中第一次氧化脫羧反應(yīng)，異檸檬酸脫氫酶，TCA中第二個(gè)調(diào)節(jié)酶：Mg2+（Mn2+ ）、NAD+和ADP可活化此酶，NADH和ATP可抑制此酶活性。細(xì)胞在高能狀態(tài)：ATP/ADP、NADH/NAD+比值高時(shí)

20、，酶活性被抑制。線粒體內(nèi)有二種異檸檬酸脫氫酶，一種以NAD+為電子受體，另一種以NADP+為受體。前者只在線粒體中，后者在線粒體和胞質(zhì)中都有。（4）、 -酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA和NADH反應(yīng)式：-酮戊二酸脫氫酶系，TCA循環(huán)中的第三個(gè)調(diào)節(jié)酶：受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+、ATP、GTP抑制-酮戊二酸脫氫酶系為多酶復(fù)合體，與丙酮酸脫氫酶系相似（先脫羧，后脫氫）（5）、 琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP反應(yīng)式：琥珀酰CoA合成酶（琥珀酸硫激酶）這是TCA中唯一的底物水平磷酸化反應(yīng)，直接生成GTP。在高等植物和細(xì)菌中，硫酯鍵水解釋放出的自由能，可直接合成ATP。在哺乳動(dòng)物中，先合成GT

21、P，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP轉(zhuǎn)化成ATP。（6）、 琥珀酸脫氫生成延胡索酸（反丁烯二酸）和FADH反應(yīng)式：琥珀酸脫氫酶是TCA循環(huán)中唯一嵌入線粒體內(nèi)膜的酶。丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，可阻斷三羧酸循環(huán)。（7）、 延胡索酸水化生成L-蘋(píng)果酸 反應(yīng)式：延胡索酸酶具有立體異構(gòu)特性，OH只加入延胡索酸雙鍵的一側(cè)，因此只形成L-型蘋(píng)果酸。（8）、 L-蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸和NADH 反應(yīng)式：L-蘋(píng)果酸脫氫酶平衡有利于逆反應(yīng)，但生理?xiàng)l件下，反應(yīng)產(chǎn)物草酰乙酸不斷合成檸檬酸，其在細(xì)胞中濃度極低，少于10-6mol/L，使反應(yīng)向右進(jìn)行。2、 TCA循環(huán)小結(jié)（1）、 三羧酸循環(huán)示意圖（標(biāo)出C

22、編號(hào)的變化）（2）、 總反應(yīng)式：丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP 4NADH + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O（3）、 一次底物水平的磷酸化、二次脫羧反應(yīng)，三個(gè)調(diào)節(jié)位點(diǎn)，四次脫氫反應(yīng)。3NADH、FADH2進(jìn)入呼吸鏈（4）、 三羧酸循環(huán)中碳骨架的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)同位素標(biāo)記表明，乙酰CoA上的兩個(gè)C原子在第一輪TCA上并沒(méi)有被氧化。被標(biāo)記的羰基碳在第二輪TCA中脫去。在第三輪TCA中，兩次脫羧，可除去最初甲基碳的50%，以后每循環(huán)一次，脫去余下甲基碳的5

23、0%u 問(wèn)題：標(biāo)記Glucose的第二位碳原子，跟蹤EMP、TCA途徑，C2的去向。3、 一分子Glc徹底氧化產(chǎn)生的ATP數(shù)量（在肝臟中）反應(yīng)酶ATP消耗產(chǎn)生ATP方式ATP數(shù)量合計(jì)糖 酵 解已糖激酶1-18磷酸果糖激酶1-1磷酸甘油醛脫氫酶NADH呼吸鏈氧化磷酸化2×3磷酸甘油酸激酶底物水平磷酸化2×1丙酮酸激酶底物水平磷酸化2×1TCA丙酮酸脫氫酶復(fù)合物NADH2×330異檸檬酸脫氫酶NADH2×3-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物NADH2×3琥珀酸脫氫酶FADH22×2蘋(píng)果酸脫氫酶NADH2×3琥珀酰CoA合成酶底物水

24、平磷酸化2×1凈產(chǎn)生：38ATP在骨骼肌、腦細(xì)胞中，凈產(chǎn)生：36ATP甘油磷酸穿梭，1個(gè)NADH生成2個(gè)ATP蘋(píng)果酸穿梭，1個(gè)NADH生成3個(gè)ATP4、 三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)參閱P122 圖 13-26 三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)（1）、 檸檬酸合酶（限速酶）受ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制。受乙酰CoA、草酰乙酸激活（2）、 異檸檬酸脫氫酶NADH、ATP可抑制此酶ADP可活化此酶，當(dāng)缺乏ADP時(shí)就失去活性。（3）、 -酮戊二酸脫氫酶受NADH和琥珀酰CoA抑制。三、 TCA的生物學(xué)意義1、 提供能量線粒體外的NADH，可通過(guò)3-磷酸甘油穿梭和蘋(píng)果酸穿梭機(jī)制，運(yùn)到線粒體內(nèi)，經(jīng)

25、呼吸鏈再氧化，這兩種機(jī)制在不同組織的細(xì)胞中起作用。（1）、 磷酸甘油穿梭機(jī)制：磷酸二羥丙酮+NADH+H+3-磷酸甘油+NAD+3-磷酸甘油進(jìn)入線粒體，將2H交給FAD而生成FADH2，F(xiàn)ADH2可傳遞給輔酶Q，進(jìn)入呼吸鏈，產(chǎn)生2ATP（3-磷酸甘油脫氫酶的輔酶是FAD）。（2）、 蘋(píng)果酸穿梭機(jī)制：胞液中NADH可經(jīng)蘋(píng)果酸酶催化，使草酰乙酸還原成蘋(píng)果酸，再通過(guò)蘋(píng)果酸-酮戊二酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)入線粒體，由線粒體內(nèi)蘋(píng)果酸脫氫酶催化，生成NADH和草酰乙酸，NADH進(jìn)入呼吸鏈氧化，生成3ATP。（蘋(píng)果酸脫氫酶的輔酶是NAD+）1分子Glc在肝、心中完全氧化，產(chǎn)生38ATP，在骨骼肌、神經(jīng)系統(tǒng)組織中，產(chǎn)生

26、36ATP。2、 TCA是生物體內(nèi)其它有機(jī)物氧化的主要途徑，如脂肪、氨基酸、糖3、 TCA是物質(zhì)代謝的樞紐一方面，TCA是糖、脂肪、氨基酸等徹底氧化分解的共同途徑，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TCA將各種有機(jī)物的代謝聯(lián)系起來(lái)。TCA是聯(lián)系體內(nèi)三大物質(zhì)代謝的中心環(huán)節(jié)，為合成其它物質(zhì)提供C架。四、 TCA的回補(bǔ)反應(yīng)三羧酸循環(huán)中間物的的回補(bǔ)在TCA循環(huán)中，有些中間產(chǎn)物是合成其它物質(zhì)的前體，如卟啉的主要碳原子來(lái)自琥珀酰CoA，Glu、Asp可以從-酮戊二酸和草酰乙酸衍生而成，一旦草酰乙酸濃度下降，則會(huì)影響TC

27、A循環(huán)，因此這些中間產(chǎn)物必須不斷補(bǔ)充，以維持TCA循環(huán)。產(chǎn)生草酰乙酸的途徑有三個(gè)：（1）、 丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸P102 反應(yīng)式：丙酮酸羧化酶是一個(gè)調(diào)節(jié)酶，乙酰CoA可以增加其活性。需要生物素為輔酶（2）、 磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)化成草酰乙酸P102 反應(yīng)式：在腦、心臟中存在這個(gè)反應(yīng)。（3）、 Asp、Glu轉(zhuǎn)氨可生成草酰乙酸和-酮戊二酸Ile、Val、Thr、Met也會(huì)形成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸。五、 乙醛酸循環(huán)三羧酸循環(huán)是所有生物共有的有氧化謝途徑，某些植物和微生物除進(jìn)行TCA外，還有一個(gè)乙醛酸循環(huán)，作為T(mén)CA的補(bǔ)充。循環(huán)途徑：乙醛酸循環(huán)是通過(guò)

28、一分子乙酰CoA和草酰乙酸縮合成檸檬酸，經(jīng)異檸檬酸，由異檸檬酸裂解酶裂解成乙醛酸和琥珀酸。琥珀酸經(jīng)脫氫、水化、脫氫生成草酰乙酸，補(bǔ)償開(kāi)始消耗掉的草酰乙酸。乙醛酸縮與另一分子乙酰CoA合成蘋(píng)果酸，脫氫生成草酰乙酸。過(guò)量的草酰乙酸可以糖異生成Glc，因此，乙醛酸循環(huán)可以使脂肪酸的降解產(chǎn)物乙酰CoA經(jīng)草酰乙酸轉(zhuǎn)化成Glc，供給種子萌發(fā)時(shí)對(duì)糖的需要。植物中，乙醛酸循環(huán)只存在于子苗期，而生長(zhǎng)后期則無(wú)乙醛酸循環(huán)。哺乳動(dòng)物及人體中，不存在乙醛酸循環(huán)，因此，乙酰CoA不能在體內(nèi)生成糖和氨基酸。總反應(yīng)：2乙酰CoA + NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoA + NADH + 2H+第三節(jié) 磷酸已糖支路（

29、HMS）也稱(chēng)磷酸戊糖途徑，發(fā)生在胞質(zhì)中。細(xì)胞內(nèi)Glc的氧化分解，除通過(guò)糖酵解，三羧酸循環(huán)和發(fā)酵外，還能直接氧化分解。即反應(yīng)開(kāi)始，在G-6-P上的C2原子上直接氧化，通過(guò)一系列轉(zhuǎn)化被分解，此為磷酸戊糖途徑。兩個(gè)事實(shí)：用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（磷酸甘油醛脫氫酶）發(fā)現(xiàn)Glc的消耗并不因此而受影響，證明葡萄糖還有其它的分解途徑用14C分別標(biāo)記Glc的C1和C6，然后分別測(cè)定14CO2生成量，發(fā)現(xiàn)C1標(biāo)記的Glc比C6標(biāo)記的Glc更快、更多地生成14CO2 ，如果糖酵解是唯一的代謝途徑，那么14C1和14C2生成14CO2的速度應(yīng)該相同。一、 反應(yīng)過(guò)程Glc經(jīng)磷酸戊糖途徑氧化分解可分為兩個(gè)階段。第一階

30、段：6-磷酸葡萄糖氧化脫羧生成5-磷酸核糖第二階段：磷酸戊糖分子重排，產(chǎn)生不同碳鏈長(zhǎng)度的磷酸單糖1、 6-磷酸葡萄糖脫氫脫羧生成5-磷酸核酮糖P104 反應(yīng)式：在此氧化脫羧階段中，Glc經(jīng)兩次脫氫，一次脫羧，生成5-磷酸核酮糖及NADPH。6-磷酸葡萄糖脫氫酶是磷酸戊糖途徑的調(diào)控酶，NADPH反饋抑制此酶活性。2、 磷酸戊糖異構(gòu)生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖P105 反應(yīng)式：5-磷酸木酮糖產(chǎn)率：2/35-磷酸核糖產(chǎn)率：1/33、 磷酸戊糖通過(guò)轉(zhuǎn)酮、轉(zhuǎn)醛反應(yīng)生成酵解途徑的中間產(chǎn)物（F-6-P，3-磷酸甘油醛）（1）、 轉(zhuǎn)酮反應(yīng)：P105反應(yīng)式：5-磷酸木酮糖將自身的二碳單位（羥乙酰基）轉(zhuǎn)到5-

31、磷酸核糖的C1上，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。轉(zhuǎn)酮酶需TPP為輔酶，作用機(jī)理與丙酮酸脫氫酶中的TPP類(lèi)似。（2）、 轉(zhuǎn)醛反應(yīng)P106 反應(yīng)式：轉(zhuǎn)醛酶將7-磷酸庚酮糖上的三碳單位（二羥丙酮基）轉(zhuǎn)到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鮮糖和6-磷酸果糖。（3）、 轉(zhuǎn)酮反應(yīng)（轉(zhuǎn)酮酶）P107反應(yīng)式：4-磷酸赤鮮糖接受另一分子5-磷酸木酮糖上的二碳單位（羥乙酰基），生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛磷酸戊糖分子重排的總結(jié)果是：2個(gè)5-磷酸木酮糖 + 1個(gè)5-磷酸核糖 2個(gè)（F-6-P） + 1個(gè)3磷酸甘油醛由于5-磷酸木酮糖可以由5-磷酸核糖經(jīng)差向酶轉(zhuǎn)化而來(lái)，所以上式可寫(xiě)成：3個(gè)5-磷酸核

32、糖 2個(gè)（F-6-P） + 1個(gè)3磷酸甘油醛。因此，在細(xì)胞中若形成過(guò)量的磷酸戊糖可以經(jīng)磷酸戊糖途徑轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，與糖酵解途徑相連。二、 磷酸戊糖途徑小結(jié)1、 通過(guò)此途徑，可將G-6-P徹底氧化G-6-P + 12NADP+ + 6H2O 12NADPH + 12H+ + 6CO2 相當(dāng)于（36-1）個(gè)ATP 磷酸已糖支路第一階段：第二階段2、 轉(zhuǎn)酮酶（TPP）、轉(zhuǎn)醛酶催化的反應(yīng)是可逆的它們轉(zhuǎn)移的是酮，受體是醛。轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)移的是二碳單位（羥乙酰基），轉(zhuǎn)醛酶轉(zhuǎn)移的是三碳單位（二羥丙酮基）。3、 磷酸戊糖途徑的中間產(chǎn)物，可進(jìn)入糖酵解途徑的中間產(chǎn)物中，反之亦可。主要是6-磷酸果糖和

33、3-磷酸甘油醛。4、 碳的釋放磷酸戊糖途徑釋放14C1在TCA循環(huán)中：先釋放：C3、C4（丙酮酸脫羧）TCA第二輪后釋放：C2、C5（乙酰CoA的羰基碳：CH3C*=O-CoA，100%）TCA第三輪后釋放：C1、C6（乙酰CoA的甲基碳：*CH3C=O-CoA，每循環(huán)一輪釋放50%）三、 磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)6-磷酸葡萄糖脫氫酶是磷酸戊糖途徑的限速酶，催化不可逆反應(yīng)。其活性主要受NADP+/NADPH比例的調(diào)節(jié)。機(jī)體內(nèi)，NAD+/NADH為700，而NADP+/NADPH僅為0.014，這就使NADPH可以進(jìn)行有效地反饋抑制調(diào)節(jié)6-磷酸葡萄糖脫氫酶和6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性。只有NADPH

34、被生物合成消耗后，才能解除抑制。非氧化階段戊糖的轉(zhuǎn)變主要受控于底物的濃度。5-磷酸核糖過(guò)多時(shí)可以轉(zhuǎn)化為6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛進(jìn)行酵解。四、 磷酸戊糖途徑與糖酵解途徑的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)G-6-P的流向取決于對(duì)NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。（1）需要核糖-5-P（用于合成嘌呤核苷酸）的量比NADPH的量大得多時(shí)，大多數(shù)G-6-P轉(zhuǎn)變成5-磷酸核糖。還可由轉(zhuǎn)酮酶、轉(zhuǎn)醛酶催化，將2分子F-6-P和一分子甘油醛-3-P轉(zhuǎn)變成3分子核糖-5-P。G-6-P + 2NADP+ +H2O 核糖-5-P + 2NADPH + 2H+2 果糖-6-P + 甘油醛-3-P 3 核糖-5-P（2）對(duì)NADPH和5

35、-磷酸核糖的需要量平衡時(shí)，代謝就通過(guò)氧化階段由G-6-P氧化脫羧，生成2個(gè)NADPH和1個(gè)核糖-5-P反應(yīng)：G-6-P+2NADP+H2O核糖-5-P+2NADP+2H+CO2 （3）需要NADPH的量比5-磷酸核糖的量多得多時(shí)，G-6-P就完全氧化成CO2反應(yīng)式：6（G-6-P）+12NADP+6H2O6（5-磷酸核糖）+12NADPH+12H+6CO2生成的5-磷酸核糖通過(guò)非氧化重組及Glc異生作用，再合成G-P-6。G-6-P + 12NADP+ + 6H2O 12NADPH + 12H+ + 6CO2(4)需要 NADPH和 ATP更多時(shí)，G-6-P轉(zhuǎn)化成丙酮酸磷酸戊糖途徑3-磷酸甘油

36、醛+6-磷酸果糖糖酵解3(G-6-P)+6NADP+5NAD+5Pi+8ADP5丙酮酸+6NADPH+5NADH2+8ATP+2H2O+8H+3CO2五、 磷酸戊糖途徑的生理意義1、 產(chǎn)生大量的NADPH，為細(xì)胞的各種合成反應(yīng)提供主要的還原力。NADPH作為主要的供氫體，為脂肪酸、固醇、四氫葉酸等的合成，非光合細(xì)胞中硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原，及氨的同化等所必需。哺乳動(dòng)物的脂肪細(xì)胞和紅細(xì)胞中占50%，肝中占10。2、 中間產(chǎn)物為許多化合物的合成提供原料產(chǎn)生的磷酸戊糖參加核酸代謝。4-磷酸赤蘚糖與糖酵解中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）可合成莽草酸，經(jīng)莽草酸途徑可合成芳香族a.a。3、 是植物光合作用中

37、CO2合成Glc的部分途徑4、 NADPH主要用于還原反應(yīng)，其電子通常不經(jīng)電子傳遞鏈傳遞，一般不用于ATP合成。如NADPH用于供能，需通過(guò)兩個(gè)偶聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)行穿梭轉(zhuǎn)運(yùn)，將氫轉(zhuǎn)移至線粒體NAD+上。胞液內(nèi)：-酮戊二酸+CO2+NADPH+H+=異檸檬酸+NADP+異檸檬酸能自由通過(guò)線粒體膜，傳遞氫。線粒體內(nèi)：異檸檬酸+NAD+=-酮戊二酸+CO2+NADH+H+一分子Glc經(jīng)磷酸戊糖途徑，完全氧化，產(chǎn)生12分子NADPH，可生成（36-1）=35ATP第四節(jié) 糖醛酸途徑糖醛酸途徑：從G-1-P或G-6-P開(kāi)始，經(jīng)UDP-葡萄糖醛酸生成糖醛酸的途徑。在肝臟中糖醛酸可與（毒素、藥物等）含-OH、-C

38、OOH、-NH2、-SH基的異物（毒素、藥物等）結(jié)合，生成可溶于水的化合物，隨尿排出，具有解毒作用。一、 糖醛酸途徑：P108 圖13-15二、 糖醛酸的生理意義1. 在肝中糖醛酸與藥物（含芳環(huán)的苯酚、苯甲酸）或含-OH、-COOH、-NH2、-SH基的異物結(jié)合成可溶于水的化合物，隨尿、膽汁排出，起解毒作用。2. UDP糖醛酸是糖醛酸基的供體，用于合成粘多糖（硫酸軟骨素、透明質(zhì)酸、肝素等）。3. 從糖醛酸可以轉(zhuǎn)變成抗壞血酸（人及靈長(zhǎng)動(dòng)物不能，缺少L-古洛糖酸內(nèi)酯氧化酶）4從糖醛酸可以生成5-磷酸木酮糖，可與磷酸戊糖途徑連接。 第五節(jié) 糖的合成代謝糖的合成代謝有：光合作用 ，糖異生，單糖多糖，結(jié)

39、構(gòu)多糖的生物合成一、 光合作用：葡萄糖的生物合成卡爾文循環(huán)Calvin由CO2和H2O合成已糖，是綠色植物光合作用的基本過(guò)程合成動(dòng)力（能量）是葉綠素吸收的光能。第一階段：原初反應(yīng)，吸收光能，并將光能轉(zhuǎn)化成電能。第二階段：電子傳遞和光合磷酸化。將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，推動(dòng)ATP和NADPH的合成，后兩者稱(chēng)為同化力。同時(shí)水被分解放出O2。第三階段：CO2的固定和還原，又稱(chēng)CO2同化。利用同化力將固定在1、5二磷酸核酮糖（RuBP）上的CO2，通過(guò)一系列反應(yīng)進(jìn)行還原，最終產(chǎn)和F6P，再由此轉(zhuǎn)化成果糖或Glc。卡爾文循環(huán)生成的中間產(chǎn)物，大多是3碳至7碳糖的磷酸酯。二、 糖的異生作用糖異生是指從非糖物質(zhì)合成

40、Glc的過(guò)程。植物利用光、CO2和H2O合成糖。動(dòng)物可以將丙酮酸、甘油、乳酸及某些氨基酸等非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成糖。1、 糖異生的證據(jù)及生理意義證據(jù)：大鼠禁食24h，肝糖原由7%降至1%。再喂乳酸、丙酮酸或TCA中間產(chǎn)物，肝糖原會(huì)增加。意義：糖異生是一個(gè)十分重要的生物合成葡萄糖的途徑。紅細(xì)胞及大腦是以Glc為主要能量，成人每天需160克Glc，而其中120克Glc用于腦代謝。糖異生主要在肝臟中進(jìn)行，腎上腺皮質(zhì)中也有，腦和肌肉細(xì)胞中很少。因此，在血中葡萄糖濃度降低時(shí)首先是腦受到傷害。2、 異生途徑糖異生起源于細(xì)胞線粒體內(nèi)。由丙酮酸生成Glc是糖異生的主要途徑。P112 圖1316 糖異生及降解途徑。從丙

41、酮酸到葡萄糖的糖異生途徑不是糖酵解的簡(jiǎn)單逆轉(zhuǎn)，因?yàn)樵谔墙徒庵杏?步是不可逆步驟，糖異生時(shí)必須饒過(guò)這3步：Glc到G-6-P ，F(xiàn)-6-P到F-1.6-P PEP到丙酮酸（1）、 丙酮酸被羧化成草酰乙酸（線粒體內(nèi)）丙酮酸 + CO2 + ATP 草酰乙酸 + ADP丙酮酸羥化酶需要生物素為輔酶。人和哺乳動(dòng)物的丙酮酸羧化酶主要存在于肝臟和腎的線粒體內(nèi)，所以細(xì)胞液中的丙酮酸要經(jīng)過(guò)運(yùn)載載體進(jìn)入線粒體后才能羧化成草酰乙酸。丙酮酸羧化酶還催化三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)，所以，草酰乙酸既是糖異生的中間物，又是三羧酸循環(huán)的中間物，丙酮酸羧化酶聯(lián)系著三羧酸循環(huán)和糖異生作用丙酮酸羧化酶是別構(gòu)酶，受乙酰CoA和高比值A(chǔ)TP/ADP的激活。若細(xì)胞內(nèi)ATP含量高，則三羧酸循環(huán)的速度降低，糖異生作用加強(qiáng)。（2）、 草酰乙酸被還原成蘋(píng)果酸（線粒體內(nèi)）草酰乙酸 + NADH + H+蘋(píng)果酸脫氫酶蘋(píng)果酸 + NAD+ 該反應(yīng)的逆反應(yīng)就是TCA。生