生物化學(xué)—新陳代謝的定義

1、 生 物 化 學(xué)第一章 新陳代謝總論 一、新陳代謝的概念（一）新陳代謝的概念新陳代謝是生物體最基本的特征，是生命存在的前提。新陳代謝（metabolisim）的概念：1、狹義概念：是指細(xì)胞內(nèi)所發(fā)生的酶促 反 應(yīng) 過 程 ， 稱 為 中 間 代 謝（intermediary metabolisim）。（這是代謝活動(dòng)的主體，也是代謝研究的主要內(nèi)容）。2、廣義概念：是生物與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的全過程。即：生物體內(nèi)所經(jīng)歷的一切化學(xué)變化。包括消化、吸收、中間代謝及排泄等階段。 新陳代謝包括生物體內(nèi)所發(fā)生的一切合成和分解作用。一方面，生物體不斷從周圍環(huán)境中攝取物質(zhì)，通過一系列生化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)樽约旱?/p>

2、組成部分；另一方面，將原有的組成成分經(jīng)過一系列生化反應(yīng)，分解成不能在利用的物質(zhì)排出體外，不斷地進(jìn)行自我更新。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(duì)立和統(tǒng)一的基礎(chǔ)上的，它們之間既相互聯(lián)系、相互依存，又相互制約。（二）新陳代謝的內(nèi)容1、包括：物質(zhì)代謝和能量代謝。（1）物質(zhì)代謝：重點(diǎn)討論各種生理活性物質(zhì)（如糖、蛋白質(zhì)、脂類、核酸等）在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生酶促反應(yīng)的途徑及調(diào)控機(jī)理，包含舊分子的分解和新分子的合成；（2）能量代謝：重點(diǎn)討論光能或化學(xué)能在細(xì)胞內(nèi)向生物能（ATP）轉(zhuǎn)化的原理和過程，以及生命活動(dòng)對(duì)能量的利用。能量代謝和物質(zhì)代謝是同一過程的兩個(gè)方面，能量轉(zhuǎn)化寓于物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程之中

3、，物質(zhì)轉(zhuǎn)化必然伴有能量轉(zhuǎn)化。2、合成代謝（anabolism）分解代謝（catabolism） 合成代謝和分解代謝并非簡單可逆反應(yīng)，發(fā)生于細(xì)胞不同部位（尤其是真核生物中最常見）。例如：脂肪酸分解成乙酰輔酶A是在線粒體中進(jìn)行，而乙酰輔酶A合成脂肪酸則在細(xì)胞漿中進(jìn)行。 但有許多代謝有共同途徑，稱 為 “ 兩 用 代 謝 途 徑 ”（amphibolic pathway）。二、新陳代謝的研究方法 中間代謝的研究內(nèi)容很多，研究目的不同，所用的生物材料和實(shí)驗(yàn)方法也不相同。為探討代謝途徑及其調(diào)節(jié)機(jī)理，動(dòng)物、植物、微生物材料都可以作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料的水平，常將實(shí)驗(yàn)分為活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和活體外實(shí)驗(yàn)。（一）

4、活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)和活體外實(shí)驗(yàn)1、活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)（整體實(shí)驗(yàn)）用整體生物材料或高等動(dòng)物離體器官或微生物細(xì)胞群體進(jìn)行中間代謝實(shí)驗(yàn)研究稱為活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，用“in vivo”表示。 活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果代表生物體在正常生理?xiàng)l件下，在神經(jīng)、體液等調(diào)節(jié)機(jī)制下的整體代謝情況，比較接近生物體的實(shí)際。典型例子：1904年，德國化學(xué)家Knoop提出的脂肪酸-氧化學(xué)說。2、活體外實(shí)驗(yàn) 用從生物體分離出來的組織切片，組織勻漿或體外培養(yǎng)的細(xì)胞、細(xì)胞器及細(xì)胞抽提物進(jìn)行中間代謝實(shí)驗(yàn)研究稱為活體外實(shí)驗(yàn)，用“in vitro”表示。典型例子：糖酵解、三羧酸循環(huán)、氧化磷酸化等。（二）代謝途徑的探討方法 探討物質(zhì)代謝途徑的常用方法有：代謝平衡實(shí)驗(yàn)、代

5、謝障礙實(shí)驗(yàn)、代謝物質(zhì)標(biāo)記追蹤實(shí)驗(yàn)、特征性酶鑒定實(shí)驗(yàn)、核磁共振波實(shí)驗(yàn)等。其中最有效的是代謝物質(zhì)標(biāo)記追蹤實(shí)驗(yàn)和核磁共振實(shí)驗(yàn)。1、代謝平衡實(shí)驗(yàn) 通過活體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究代謝物攝入和產(chǎn)出排出的平衡關(guān)系，可以了解對(duì)代謝物的利用能力及產(chǎn)物生成情況。例如測定“呼吸商”（R.Q.）可以判斷體內(nèi)能量利用情況。R.Q.=產(chǎn)CO2量（升）/耗O2量（升）糖類物質(zhì)R.Q為1，脂肪R.Q為0.7，蛋白質(zhì)R.Q為0.8。人體正常代謝時(shí)，R.Q介于0.85-0.95之間，說明三大營養(yǎng)物質(zhì)同時(shí)發(fā)生了氧化分解。饑餓狀態(tài)下：R.Q？糖尿病人：R.Q？問題：若測得生物材料的R.Q接近1，則表明能量主要來自于何類物質(zhì)分解？2、代謝障礙實(shí)驗(yàn)

6、（代謝途徑阻斷實(shí)驗(yàn)）正常生物體的中間代謝過程中，中間產(chǎn)物不會(huì)過多積累，不容易進(jìn)行分析研究；若用適當(dāng)方法造成代謝障礙，阻斷代謝途徑，則使中間產(chǎn)物積累，便于進(jìn)行分析研究。阻斷代謝途徑的方法有：造成微生物營養(yǎng)缺陷性、使用抗代謝物、專一性抑制劑等。（1）微生物營養(yǎng)缺陷性（微生物基因突變型）采取誘變劑使微生物的基因發(fā)生突變，從而造成某種酶缺損，代謝途徑中斷，缺損酶前面的中間產(chǎn)物會(huì)大量積累，致使血液中或尿液中該種物質(zhì)含量增高。應(yīng)用實(shí)例：乳糖的代謝機(jī)理。利用微生物的遺傳突變型研究新陳代謝機(jī)制，比利用其他生物有以下優(yōu)越性：容易突變；經(jīng)濟(jì)；簡便等。（2）使用抗代謝物抗代謝物，又叫代謝拮抗物，或代謝物結(jié)構(gòu)類似物。

7、其分子結(jié)構(gòu)與代謝物的分子結(jié)構(gòu)類似。實(shí)質(zhì)：競爭性抑制劑。例子：丙二酸是琥珀酸的抗代謝物，能對(duì)琥珀酸脫氫酶發(fā)生很強(qiáng)的競爭性抑制作用，造成代謝中間產(chǎn)物“琥珀酸”積累，從而證明了TCA循環(huán)中有生成琥珀酸這一反應(yīng)步驟。（3）酶的專一性抑制劑例子：碘乙酸是巰基酶的專一性抑制劑，可抑制酵母的酒精發(fā)酵，造成3-磷酸甘油醛和磷酸二羥丙酮積累。由此證明了酵解途徑中1，6-二磷酸果糖是三三裂解生成了三碳糖。（4）利用藥物造成異常動(dòng)物實(shí)驗(yàn)（病變動(dòng)物法）用人工方法使動(dòng)物發(fā)生某一過程的代謝障礙，然后給以一定量受試物質(zhì)，研究其中間代謝過程。例子1：研究維生素缺乏癥，可給以缺乏某種維生素的飼料，若干天后觀察其病變情況，在加入

8、該種維生素，觀察其癥狀有否好轉(zhuǎn)，從而確定該種維生素的功能。例子2： “人工糖尿病”。例子3：生糖氨基酸； 生酮氨基酸3、代謝物標(biāo)記追蹤實(shí)驗(yàn)將代謝底物分子適當(dāng)“標(biāo)記”，然后追蹤“標(biāo)記”在細(xì)胞中的去向，就可以了解底物分子在中間代謝中經(jīng)過什么中間產(chǎn)物，生成了什么終產(chǎn)物。這是探索代謝途徑最有效的方法。標(biāo)記方法有：化學(xué)標(biāo)記法、同位素標(biāo)記法。（1）化學(xué)標(biāo)記法1904年，德國F.Knoop首次用苯環(huán)標(biāo)記脂肪酸探討中間代謝途徑，提出著名的脂肪酸-氧化學(xué)說。缺點(diǎn)：化學(xué)標(biāo)記法使天然代謝物分子結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)發(fā)生了改變，這可能給正常代謝途徑造成某些影響。（2）同位素標(biāo)記法1941年，Rudolf Schoenheim

9、er首次采用同位素標(biāo)記法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同位素種類：穩(wěn)定同位素和放射性同位素。二者區(qū)別：是否衰變、是否有射線。常用的穩(wěn)定同位素有：重氫（2H或D）、15N、13C、18O等。用“穩(wěn)定性同位素”標(biāo)記的化合物可用質(zhì)譜儀（mass spectrometer）定量測定，也可用超離心法分離鑒定。根據(jù)放射線同位素衰變時(shí)放出的射線性質(zhì)，可以用專門儀器或?qū)Ｓ梅椒y定。常用的放射性同位素有氘（T或3H）、14C、32P、34S、131I。 儀器：蓋格計(jì)數(shù)器（Geiger counter）、閃爍計(jì)數(shù)器。例如：射線可用計(jì)數(shù)器測定；射線可用液體閃爍計(jì)數(shù)器測定。也 可 采 用 ： 放 射 自 顯 影 法（autoradiog

10、raphy）感光底片感光顯示標(biāo)記物在細(xì)胞中的位置。優(yōu)點(diǎn)：1）同位素標(biāo)記法特異性強(qiáng)，靈敏度高，測定方法簡便。2）放射性同位素分析方法比穩(wěn)定同位素更方便、靈敏，應(yīng)用更普遍。缺點(diǎn)：放射性同位素對(duì)人體有毒害，某些同位素的半衰期長，容易造成環(huán)境污染，所以需要在專門的同位素實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行。4、測定特征性酶每條代謝途徑都有其特征性酶，它的存在就表明該代謝途徑存在。例如：糖代謝途徑中的特征酶：EMP途徑：醛縮酶HMP途徑：6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶TCA途徑：檸檬酸合成酶只要證明菌體中有某條代謝途徑的特征性酶存在，就可斷定存在這條代謝途徑。5 、 核 磁 共 振 波 譜 法 （ n u c l e a r magne

11、tic resonance spectroscopy，簡稱NMR）核磁共振譜可反映分子中各個(gè)原子所處的狀態(tài)。由布洛赫（Bloch）和巴塞爾（Purcell）于1948年建立，因此獲得1952年諾貝爾獎(jiǎng)。應(yīng)用最多的有13C譜、19F譜、31P譜和15N譜。特點(diǎn)：樣品不受破壞，且能最真實(shí)地反映機(jī)體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)情況。 三、能量代謝與ATP能量代謝是新陳代謝中一個(gè)重要的組成部分。在能量代謝中起重要作用的有ATP。（一） 高能鍵及高能化合物1、高能鍵（high-energy bond）高能鍵是1941年普曼（Fritz Lipman）提出的一個(gè)概念，用“”表示，是指其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，性質(zhì)活潑，自發(fā)水解或基團(tuán)

12、轉(zhuǎn)移的趨勢很強(qiáng)，當(dāng)其發(fā)生水解或基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)時(shí)，釋放的自由能很多。高能鍵中的“高能”是指其自由能高，并非鍵能高。細(xì)胞中重要的高能鍵：高能磷酸鍵和高能硫脂鍵?！案吣苕I”與“鍵能”（energy bond）區(qū)別：化學(xué)中的“鍵能”是指斷裂一個(gè)化學(xué)鍵所需要的能量；“高能鍵”是指水解或轉(zhuǎn)移該鍵所釋放的能量。2、高能化合物概念及種類概念：分子結(jié)構(gòu)中含有高能鍵的化合物稱為高能化合物。 表1-1 高能鍵及高能化合物3、ATP的結(jié)構(gòu)及意義ATP（三磷酸腺苷，腺苷三磷酸，adenosine triphosphate）是一種很重要的高能磷酸化合物。生物體每天要消耗大量ATP，安 靜 狀 態(tài) 的 成 年 人 ： 每 天

13、 消 耗40kgATP；激烈運(yùn)動(dòng)時(shí)：每分鐘就消耗0.5kg。ATP是一分子腺嘌呤、一分子核糖和三個(gè)相連的磷酸基團(tuán)構(gòu)成的核苷酸，其結(jié)構(gòu)：意義：（1）ATP是產(chǎn)能反應(yīng)和需能反應(yīng)之間最主要的能量介質(zhì)放能反應(yīng)通過氧化磷酸化反應(yīng)合成ATP，貯存能量；需能反應(yīng)，則通過ATP水解供應(yīng)之。a、當(dāng)ATP提供能量時(shí)，在ATP遠(yuǎn)端的-磷酸基團(tuán)水解為無機(jī)磷酸分子，ATP失掉一個(gè)磷酰基而變成腺苷二磷酸。ATP+H2OADP+Pi （標(biāo)準(zhǔn)自由能變化G0= -30.514kJ/mol）b、在某些情況下，ATP的和磷酸基團(tuán)之間的高能鍵被水解（即同時(shí)水解和-磷酸基團(tuán)），形成AMP和焦磷酸。 A T P + H2O A M P

14、+ P P i （G0= -32.19kJ/mol）（2）作為磷酸基團(tuán)供體參與磷酸化反應(yīng)生化反應(yīng)中，無論是分解代謝還是合成代謝，常常需要先將反應(yīng)底物分子活化，其中，磷酸化是一種普遍活化方式。ATP具有很活潑的磷酸基團(tuán)，可作為磷酸基的供體參與細(xì)胞中的磷酸化反應(yīng)，此類反應(yīng)由激酶催化。如：反應(yīng)生成的磷酸化葡萄糖分子具有較高的自由能，易進(jìn)一步參加反應(yīng)。（3）ATP參加高能磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)ATP在磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移中起“中間傳遞體”的作用，故稱“磷酸基團(tuán)傳遞者”。 磷酸烯醇式丙酮酸和1，3-二磷酸甘油酸是葡萄糖的分解的中間產(chǎn)物，葡萄糖分解為乳酸時(shí)所釋放的大部分自由能，幾乎都保留在這兩個(gè)化合物中。在細(xì)胞中這兩個(gè)

15、化合物并不直接水解，而是通過特殊激酶作用，以轉(zhuǎn)移磷酸基團(tuán)的形式，將捕捉的自由能傳遞給ADP從而形成ATP。而ATP分子又傾向于將它的磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移給具有較低磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移勢能的化合物，例如葡萄糖和甘油，從而生成6-磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油。 其中，磷酸烯醇式丙酮酸和1，3-二磷酸甘 油 酸 叫 做 “ 超 高 能 化 合 物 ”（superhigh-energy compound），它們水解所釋放的自由能比ATP高；同理，6-磷酸葡萄糖和3-磷酸甘油叫做“低能磷酸化合物”。4、其他供能核苷酸GTP、UTP、CTP。其中，GTP對(duì)G蛋白的活化、蛋白質(zhì)生物合成、蛋白質(zhì)的尋靶、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)等作為推動(dòng)力提

16、供自由能；UTP在糖原合成中起活化葡萄糖分子的作用；CTP在合成磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺以及合成纖維素中起推動(dòng)作用等。 5、ATP系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡ATP作為自由能的貯存分子，其產(chǎn)生和利用處于動(dòng)態(tài)平衡中。一般情況下，ATP在形成后一分鐘內(nèi)就會(huì)被利用，故嚴(yán)格說來ATP不是能量的貯存形式，而是傳遞能量的物質(zhì)。細(xì)胞能量狀態(tài)的表示方法：能荷（energy charge）、磷酸化勢能（phosphorylation potential）。四、新陳代謝的調(diào)節(jié)生物體新陳代謝雖然錯(cuò)綜復(fù)雜，但互相配合有條不紊。這是因?yàn)樯矬w在長期進(jìn)化、演變過程中形成了一個(gè)嚴(yán)格的調(diào)節(jié)機(jī)制，以保證新陳代謝的正常、有序、完整和統(tǒng)一。進(jìn)化

17、越高的生物，其代謝調(diào)控機(jī)制越復(fù)雜。主要分為兩個(gè)方面：1、 整體水平調(diào)節(jié)主要指激素和神經(jīng)調(diào)節(jié)。高等真核生物有內(nèi)分泌腺，它所分泌的激素通過體液輸送到一定組織，作用于靶細(xì)胞，改變酶活性，調(diào)節(jié)代謝反應(yīng)方向和速度。高等生物還有復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接或間接控制下，通過神經(jīng)遞質(zhì)對(duì)效應(yīng)器發(fā)生直接影響或通過激素對(duì)機(jī)體進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)。2、 細(xì)胞水平調(diào)節(jié)（酶水平調(diào)節(jié)）細(xì)胞水平調(diào)節(jié)（酶水平調(diào)節(jié)）是指代謝物通過影響細(xì)胞內(nèi)酶活力和酶含量的變化來改變合成或分解速度。酶活力調(diào)節(jié)：通過酶分子結(jié)構(gòu)的改變，影響酶活力，實(shí)現(xiàn)對(duì)酶促反應(yīng)速度的調(diào)節(jié)（快速調(diào)節(jié)）。如：反饋調(diào)節(jié)與別構(gòu)酶；ATP、ADP、AMP的調(diào)節(jié)；酶的共價(jià)修飾

18、調(diào)節(jié)等酶含量調(diào)節(jié)：改變分子合成或降解速度來改變細(xì)胞內(nèi)酶的含量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)酶促反應(yīng)速度的調(diào)節(jié)。原核生物的操縱子調(diào)控模式；真核生物基因表達(dá)的調(diào)控來達(dá)到調(diào)節(jié)酶的合成。酶在細(xì)胞內(nèi)有一定布局和定位，相互有關(guān)的酶常常組成一個(gè)多酶系統(tǒng)而分布于細(xì)胞內(nèi)特定部位，這些酶相互接近，容易接觸，使反應(yīng)迅速進(jìn)行；而其它酶系統(tǒng)分布在不同部位，不至于互相干擾。例如糖酵解、磷酸戊糖途徑和脂肪酸合成的酶系存在于細(xì)胞漿中；三羧酸循環(huán)、脂肪酸的-氧化和氧化磷酸化的酶系則存在于線粒體中；核酸生物合成的酶系大多存在于細(xì)胞核中；蛋白質(zhì)生物合成的酶系在顆粒型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。這樣的隔離分布為細(xì)胞或酶水平代謝調(diào)節(jié)創(chuàng)造了有利條件，使某些酶能夠?qū)Ｒ坏赜?/p>

19、響某一細(xì)胞部分的酶活性，而不至于影響其它酶活性，從而保證代謝順利進(jìn)行。 第二章 糖的分解代謝 糖類中多糖和低聚糖，由于分子大，不能透過細(xì)胞膜，所以在被生物體利用之前必須依靠酶水解成單糖或雙糖，才能被細(xì)胞吸收，進(jìn)入中間代謝。不同生物分泌的多糖降解酶不同，因此，利用多糖的能力也不同。 多糖在細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的降解方式不同，細(xì)胞外的降解（如動(dòng)物消化道的消化，微生物胞外酶作用）是一種水解作用；細(xì)胞內(nèi)的降解則是磷酸解（加磷酸分解）。一、多糖和低聚糖的酶促降解（一）淀粉（或糖原）的酶促降解凡是能夠催化淀粉（或糖原）分子及其分子片斷中的葡萄糖苷鍵水解的酶都統(tǒng)稱為淀粉酶。動(dòng)物、植物和絕大多數(shù)微生物都能分泌淀粉酶

20、，但不同生物所分泌的淀粉酶種類不同。種類：1、-淀粉酶（淀粉-1，4-糊精酶，液化酶，編號(hào)：E.C.3.2.1.1）-淀粉酶是內(nèi)切酶，從淀粉（或糖原）分子內(nèi)部隨機(jī)切斷-1，4-糖苷鍵。不能水解淀粉中的-1，6-糖苷鍵及其非還原端相鄰的-1，4-糖苷鍵。存在：動(dòng)物的消化液、植物的種子和塊根。它能將淀粉首先打斷成短片段的糊精，故稱淀粉-1，4-糊精酶。該酶作用于粘稠的淀粉糊時(shí)，能使粘度迅速下降成稀溶液狀態(tài)，工業(yè)上稱此為“液化”。-淀粉酶可以看作是淀粉酶法水解的先導(dǎo)酶，大分子淀粉經(jīng)其作用斷裂，產(chǎn)生很多非還原性末端，為-淀粉酶或-淀粉酶提供了更多的作用點(diǎn)。工業(yè)化一般水解淀粉時(shí)，用量為每克30-60單位

21、。2、-淀粉酶（淀粉-1，4-麥芽糖苷酶，編號(hào)E.C.3.2.1.2）-淀粉酶是外切酶，從淀粉分子的非還原末端依次切割-1，4-麥芽糖苷鍵（即兩個(gè)葡萄糖單位），生成麥芽糖。不能水解淀粉中的-1，6-糖苷鍵。當(dāng)其作用于支鏈淀粉時(shí)，遇到分支點(diǎn)即停止作用。3、-淀粉酶（葡萄糖淀粉酶，糖化酶，編號(hào)E.C.3.2.1.3）-淀粉酶是外切酶，從淀粉分子非還原端依次切割-1，4-糖苷鍵和-1，6-糖苷鍵，與-淀粉酶類似，水解產(chǎn)生的游離半縮醛羥基發(fā)生轉(zhuǎn)位作用，釋放-葡萄糖。4、異淀粉酶（淀粉-1，6-葡萄糖苷酶，編號(hào)E.C.3.2.1.33）動(dòng)物、植物、微生物都產(chǎn)生異淀粉酶。來源不同，名稱也不同，如：脫支酶、

22、Q酶、R酶、普魯藍(lán)酶、茁霉多糖酶等。水解支鏈淀粉或糖原的-1，6-糖苷鍵，生成長短不一的直鏈淀粉（糊精）。主要由微生物發(fā)酵生產(chǎn)，菌種有酵母、細(xì)菌、放線菌。以上四種淀粉酶的作用特點(diǎn)，見表1-2。5、纖維素酶纖維素酶可水解-1，4-糖苷鍵，將纖維素水解成纖維二糖和葡萄糖。只存在于微生物中。某些動(dòng)物腸道細(xì)菌中含有纖維素酶，所以可以分解纖維素。6、磷酸化酶細(xì)胞內(nèi)的多糖降解主要是指糖原的磷酸解。因?yàn)樘窃肿又写嬖?1，4-糖苷鍵和-1，6-糖苷鍵，因此細(xì)胞中有兩種降解糖原的酶。降解-1，4-糖苷鍵的酶稱為磷酸化酶或糖苷轉(zhuǎn)移酶。降解-1，6-糖苷鍵的酶稱為脫支酶。糖原磷酸化酶降解的產(chǎn)物都是1-磷酸葡萄糖。

23、（二）纖維素的酶促降解人的消化道中沒有水解纖維素的酶，但很多微生物如細(xì)菌、真菌、放線菌、原生動(dòng)物等能產(chǎn)生纖維素酶及纖維二糖酶，它們能催化纖維素完全水解成葡萄糖。（三）果膠的酶促降解果膠酶：根據(jù)機(jī)理分為裂解酶和水解酶。其種類和特點(diǎn)見表2-2。來源：植物和微生物。（四）雙糖的酶促降解在雙糖酶催化下進(jìn)行，雙糖酶主要有麥芽糖酶、纖維二糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等，它們都屬于糖苷酶。存在：廣泛分布于植物、動(dòng)物小腸液、微生物中。二、糖的分解代謝概述糖的分解代謝是生物體取能的方式。糖的分解代謝實(shí)際上就是它的氧化作用。生物體內(nèi)葡萄糖（或糖原）的分解主要有三條途徑：（1）在無氧條件下，葡萄糖（糖原）經(jīng)糖酵解生成乳酸。

24、（2）在有氧條件下，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)途徑被氧化為水和二氧化碳。植物體的分解代謝，除了以上動(dòng)物體的三條途徑外，還有生醇發(fā)酵和乙醛酸循環(huán)。三、糖的無氧分解（一）概念糖的無氧分解：是指摩爾葡萄糖在無氧或供氧不足時(shí)分解生成摩爾乳酸，并釋放出少量能量的過程。由于其過程與葡萄糖生醇發(fā)酵的過程基本相同，所以稱為糖酵解。年三位生物化學(xué)家G.Embden、O.Meyerhof、J.K.Parnas提出糖酵解。又叫“EMP”途徑。糖酵解和生醇發(fā)酵的區(qū)別：相同點(diǎn)：葡萄糖生成丙酮酸的過程；都在細(xì)胞液中進(jìn)行。不同點(diǎn)：發(fā)酵的起始物是葡萄糖，酵解的起始

25、物是葡萄糖或糖原；糖酵解由丙酮酸直接還原成乳酸，而生醇發(fā)酵則是丙酮酸先生成乙醛，然后再還原成乙醇。（二）糖酵解的過程包含四個(gè)階段：己糖磷酸酯的生成（己糖磷酸化）；丙糖磷酸的生成（磷酸己糖的裂解）；丙酮酸的生成；乳酸的生成。 1、第一階段：己糖磷酸酯的生成（葡萄、第一階段：己糖磷酸酯的生成（葡萄糖分子活化）糖分子活化）葡萄糖或糖原經(jīng)磷酸化轉(zhuǎn)變成1，6-二磷酸果糖。以葡萄糖為起始物：分成三個(gè)過程：葡萄糖的磷酸化、異構(gòu)化、果糖磷酸的磷酸化。（1）葡萄糖的磷酸化反應(yīng)機(jī)理：ATP的-磷酸基團(tuán)在葡萄糖催化下，轉(zhuǎn)移到葡萄糖分子上。凡是催化ATP分子的磷酸基團(tuán)向代謝物分子轉(zhuǎn)移的酶都叫做“激酶”。意義：將葡萄糖

26、分子磷酸化成了易參加代謝反應(yīng)的活化形式；磷酸化的葡萄糖分子帶有很強(qiáng)的極性基團(tuán)，不能透過細(xì)胞膜，能夠防止細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖分子向外滲出；為以后底物水平磷酸化貯備了磷酸基。己糖激酶特性：1）需要二價(jià)金屬離子如Mg2+或Mn2+作為輔助因子，己糖激酶才有活性；2)別構(gòu)酶：G-6-P和ATP是其別構(gòu)抑制劑；3）分布很廣，動(dòng)植物及微生物細(xì)胞中均有；4）專一性：不強(qiáng)，能催化許多六碳糖，如D-果糖、D-甘露糖等，但對(duì)葡萄糖親和力較大；5）糖酵解的第一個(gè)調(diào)節(jié)酶（限速酶）。己糖激酶與葡萄糖激酶的區(qū)別：己糖激酶能催化一切己糖，存在于細(xì)菌、酵母及多種動(dòng)植物中；葡萄糖激酶只能催化葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸-葡萄糖，只存在于肝臟

27、，肌肉中沒有。肝臟中的葡萄糖激酶量比己糖激酶量高。若以糖原為起始物：糖原先經(jīng)磷酸化酶作用，磷酸解為1-磷酸葡萄糖，再由磷酸葡萄糖變位酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖，從而進(jìn)入共同分解途徑。（2）G-6-P的異構(gòu)化異構(gòu)化反應(yīng)是以開鏈形式進(jìn)行，異構(gòu)結(jié)束后又轉(zhuǎn)變成環(huán)狀結(jié)構(gòu)。己醛糖變成己酮糖。（3）F-6-P磷酸化反應(yīng)磷酸果糖激酶（PFK）特性：1）需要二價(jià)金屬離子Mg2+或Mn2+作為輔助因子；2）別構(gòu)酶：ATP是其別構(gòu)抑制劑，檸檬酸、脂肪酸可增強(qiáng)其抑制作用，ADP、AMP、無機(jī)磷是其別構(gòu)激活劑；3）限速酶：糖酵解中最重要的限速酶。2、第二階段：丙糖磷酸的生成1，6-二磷酸果糖分裂成兩分子丙糖磷酸。分成兩

28、個(gè)步驟：（1）裂解反應(yīng) 1，6-二磷酸果糖在第3與第四碳原子之間裂解為兩個(gè)三碳化合物。醛縮酶命名：由于逆反應(yīng)是一個(gè)醇醛縮合反應(yīng)而得名。醛縮酶特性：由四個(gè)亞基構(gòu)組成，相對(duì)分子量為160，000。來自動(dòng)物組織的醛縮酶有三種同工酶：肌肉型、肝型和腦型，不需要輔助因子。但來源于酵母、細(xì)菌的酶需要Fe2+、Co2+、Zn2+激活。（2）異構(gòu)化反應(yīng)平衡朝向磷酸二羥丙酮。平衡后，磷酸二羥丙酮占96%。但由于3-磷酸甘油醛不停地向前反應(yīng)，被消耗掉，故能推動(dòng)異構(gòu)化反應(yīng)不斷向3-磷酸甘油醛方向進(jìn)行。磷酸丙糖異構(gòu)酶特性：相對(duì)分子量為56，000，由不同亞基組成的二聚體。3、第三階段：3-磷酸甘油醛生成丙酮酸分成六個(gè)

29、步驟：（1）3-磷酸甘油醛氧化成1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油醛脫氫酶催化3-磷酸甘油醛脫氫氧化并磷酸化，生成高能化合物1，3-二磷酸甘油酸。3-磷酸甘油醛脫氫酶特性：1）由四個(gè)相同亞基構(gòu)成，每個(gè)亞基牢固地結(jié)合一分子NAD+。位于酶活性中心的半胱氨酸巰基是其酶活性中心的必需基團(tuán)。烷化劑（如碘乙酸）和重金屬對(duì)該酶有不可逆抑制作用。2）變構(gòu)酶。3-磷酸甘油醛脫氫酶作用機(jī)制：（2）1，3-二磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸酶是根據(jù)其逆反應(yīng)命名，相對(duì)分子量為50，000。（3）3-磷酸甘油酸變成2-磷酸甘油酸酶的相對(duì)分子量65，700。（4）2-磷酸甘油酸脫水形成2-磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶特性：1）相

30、對(duì)分子量為88，000。由兩個(gè)相同亞基組成的二聚體。2）需要Mg2+或Mn2+作為激活劑。3）氟化物是烯醇化酶的不可逆抑制劑（氟與鎂和無機(jī)磷酸形成一個(gè)復(fù)合物，取代酶分子上鎂離子的位置，從而使酶失活。）（5）磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际奖?丙酮酸激酶（pyruvate kinase）特性：1） 需要Mg2+ 、Mn2+或K+作為激活劑；2） 限速酶；3） 別構(gòu)酶：長鏈脂肪酸、乙酰輔酶A、ATP、丙氨酸是別構(gòu)抑制劑；1，6-二磷酸果糖是別構(gòu)激活劑。4） 已從動(dòng)物組織和酵母中結(jié)晶純化，相對(duì)分子量為250，000，是一個(gè)四聚體。哺乳動(dòng)物的丙酮酸激酶有四種同工酶：L、M、K和R，分別分布于肝、肌肉、

31、腎髓質(zhì)及紅細(xì)胞。（6）丙酮酸的生成不需要酶，烯醇式丙酮酸不穩(wěn)定，很容易變成丙酮酸。4、 第四階段：乳酸的生成乳酸脫氫酶特性：相對(duì)分子量為140，000，有5種同工酶。機(jī)體內(nèi)乳酸脫氫酶同工酶的比例是比較恒定的。臨床上通過測定血液中乳酸脫氫酶同工酶的比例來判斷是否患有心肌、肝臟等疾病。高等動(dòng)物肌肉中的糖酵解叫做“單純?nèi)樗岚l(fā)酵”；微生物經(jīng)過無氧條件產(chǎn)生乳酸叫做“乳酸發(fā)酵”。（三）糖酵解小結(jié)1、糖酵解總圖2、糖酵解進(jìn)行部位：細(xì)胞液。3、糖酵解產(chǎn)生能量：1mol 葡萄糖糖酵解所產(chǎn)生的ATPmol數(shù)（四）糖酵解的調(diào)控三個(gè)限速酶：果糖磷酸激酶、丙酮酸激酶、己糖激酶。 1、磷酸果糖激酶ATP和檸檬酸是此酶的變

32、構(gòu)抑制劑。這個(gè)酶所催化的反應(yīng)需要ATP，但隨著糖酵解的進(jìn)行，ATP逐漸積累，高濃度的ATP對(duì)此酶活性又有抑制作用。（這是因?yàn)榱姿峁羌っ赣袃蓚€(gè)ATP結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)處于活性中心內(nèi)，ATP作為底物與之結(jié)合；另一個(gè)位于活性中心外，為變構(gòu)效應(yīng)物接合部位，此位點(diǎn)與ATP親和力較低，只有高濃度ATP存在時(shí)它才與ATP結(jié)合，從而使酶變構(gòu)失活。）AMP、ADP、6-磷酸果糖和2，6-二磷酸果糖是磷酸果糖激酶的變構(gòu)激活劑。AMP和ADP可與ATP競爭變構(gòu)結(jié)合部位，抵消ATP的抑制作用。2，6-二磷酸果糖是由2-磷酸果糖激酶催化，由6-磷酸果糖的C2位磷酸化生成。2，6-二磷酸的作用是與AMP一起取消ATP、檸檬

33、酸對(duì)磷酸果糖激酶的變構(gòu)抑制作用。磷酸果糖激酶是個(gè)雙功能酶，它有兩個(gè)分開的活性中心，一個(gè)具有激酶活性，另一個(gè)具有磷酸酶活性。2、丙酮酸激酶6-磷酸果糖和1，6-二磷酸果糖是丙酮酸激酶的變構(gòu)劑活劑，而ATP是它的變構(gòu)抑制劑。此外，丙氨酸、乙酰CoA和脂肪酸也是它的抑制劑。此酶通過兩種方式調(diào)節(jié)活性。一種是共價(jià)修飾：磷酸化后失去活性；另一種是聚合與解聚：這個(gè)酶有二聚體和四聚體兩種形式。通常二者保持動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)?shù)孜锘蛏鲜鲋虚g物激活劑存在時(shí)，平衡傾向于形成四聚體，活力升高，Km減??；上述抑制因子則可穩(wěn)定二聚體的構(gòu)象，活力降低，Km增大。所以此酶也可以通過二聚體與四聚體的互變來調(diào)節(jié)酶的活性。3、己糖激酶主要

34、受脂肪代謝的調(diào)控，乙酰CoA和脂肪酸均具有抑制作用，另外，此酶催化的產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖是它的變構(gòu)抑制劑。上述幾種酶對(duì)糖酵解的調(diào)節(jié)，主要受細(xì)胞內(nèi)能量狀況的影響。當(dāng)能量消耗多，細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP（以及ATP/AMP）比例降低時(shí)，磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶均被激活，加速葡萄糖的分解；相反，細(xì)胞內(nèi)ATP貯存豐富活脂肪酸代謝加強(qiáng)時(shí)，葡萄糖的酵解降低。（五）糖酵解的生理意義、酵解途徑是單糖分解代謝的一條重要途徑，不僅葡萄糖，其它己糖及戊糖也能通過特定的方式進(jìn)入酵解途徑。、為機(jī)體提供能量底物為葡萄糖時(shí)，糖酵解產(chǎn)生molATP；底物為糖原時(shí)，產(chǎn)生molATP。、為某些厭氧生物及組織細(xì)胞生活所需（）厭氧微生物生

35、活所需能量完全依靠糖酵解；（）供氧充分的條件下，有少數(shù)組織細(xì)胞，如紅細(xì)胞、睪丸、視網(wǎng)膜、皮膚、腎髓質(zhì)、白細(xì)胞等所需能量主要由糖酵解中底物水平磷酸化產(chǎn)生的ATP提供。紅細(xì)胞缺少線粒體，不能進(jìn)行有氧分解，其所需能量全部依賴糖酵解。、某些情況下，如劇烈運(yùn)動(dòng)，能量需要量增加，糖氧化分解加速，此時(shí)呼吸循環(huán)加快以增加氧的供應(yīng)，若供氧量仍不能滿足有氧分解所需時(shí)，則肌肉處于相對(duì)缺氧狀態(tài)，糖酵解加強(qiáng)，以提供機(jī)體急需能量。、某些病理情況下，如嚴(yán)重貧血、失血、休克、呼吸障礙、心功能不全等，因氧供應(yīng)不足，組織細(xì)胞也可增強(qiáng)糖酵解以獲取能量。另外癌細(xì)胞中酵解作用很強(qiáng)，即使供氧充分，酵解作用對(duì)有氧分解也具有抑制作用（反巴斯

36、德效應(yīng)，Crabtree效應(yīng)）。（五）乳酸的去路正常情況下，機(jī)體可繼續(xù)利用乳酸。當(dāng)氧供給充分時(shí)，乳酸轉(zhuǎn)化成丙酮酸，循糖的有氧分解途徑分解為CO2和H2O，釋放能量。肌肉中的大量乳酸還可以通過血液運(yùn)到肝臟和腎臟，通過糖的異生作用轉(zhuǎn)變?yōu)樘?。乳酸是酸性物質(zhì)，若細(xì)胞或血液中過量堆積也可導(dǎo)致酸中毒。（六）無氧條件下丙酮酸的去路（六）無氧條件下丙酮酸的去路兼性微生物或厭氧微生物及高等動(dòng)植物的某些細(xì)胞，能將丙酮酸進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成發(fā)酵產(chǎn)物。不同生物的酶系不同，得到的發(fā)酵產(chǎn)物也不一樣。常見的有：酵母菌的生醇發(fā)酵、甘油發(fā)酵、乳酸菌的乳酸發(fā)酵等。重點(diǎn)介紹：生醇發(fā)酵生醇發(fā)酵中，丙酮酸在丙酮酸脫羧酶催化下失去CO2生成乙醛

37、，再在乙醇脫氫酶作用下生成乙醇。丙酮酸脫羧酶特性：以TPP為輔酶；動(dòng)物細(xì)胞中不存在。四、糖的有氧分解(一)概念是指在有氧條件下，葡萄糖或糖原的葡萄糖單位徹底氧化分解為CO2和H2O，并釋放出大量能量的過程。有氧分解是糖氧化分解的主要方式。(二)糖的有氧分解的過程分為三個(gè)階段：、由葡萄糖或糖原的葡萄糖單位分解生成丙酮酸，反應(yīng)在細(xì)胞液中進(jìn)行；、由丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶（acetyl-coenzymeA乙酰CoA），反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行； 、 由 乙 酰 C o A 經(jīng) 三 羧 酸 循 環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCAC）氧化分解生成CO2和H2O，反應(yīng)在線粒體中進(jìn)行。

38、三羧酸循環(huán)：又叫檸檬酸循環(huán)或Krebs循環(huán)。由草酰乙酸和乙酰CoA的乙酰基縮合生成檸檬酸開始，經(jīng)一系列反應(yīng)又生成草酰乙酸循環(huán)過程。三羧酸酶循環(huán)一周進(jìn)行兩次脫羧反應(yīng)和四次脫氫反應(yīng)，分子的乙酰基被氧化生成分子CO2生成摩爾ATP。三羧酸循環(huán)是由德國科學(xué)家Hans Krebs于年提出，生物化學(xué)領(lǐng)域的重大成就（當(dāng)時(shí)還沒有同位素示蹤法）。Krebs于年獲得諾貝爾獎(jiǎng)。具體過程：1、 糖氧化分解生成丙酮酸葡萄糖或糖原在細(xì)胞液中，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)生成丙酮酸。此過程與糖酵解途徑相同。兩條途徑的區(qū)別：3-磷酸甘油醛脫氫反應(yīng)生成的2H的去向不同。糖酵解：2H由NADH傳遞給丙酮酸，使丙酮酸還原為乳酸；有氧分解：NA

39、DH的2H轉(zhuǎn)入線粒體內(nèi)，傳遞給分子氧，在生成水的過程中釋放能量，生成ATP。2、 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A丙酮酸進(jìn)入線粒體，在丙酮酸脫氫酶系催化下，氧化脫羧后，與輔酶A（HS-CoA）結(jié)合生成乙酰CoA。丙酮酸脫氫酶系（丙酮酸脫氫酶復(fù)合體）特性：由三種酶、六種輔助因子組成。E1-丙酮酸脫羧酶（丙酮酸脫氫酶，pyruvate decarboxylase）；E 2 - - - - 二 氫 硫 辛 酸 乙 酰 基 轉(zhuǎn) 移 酶（dihydrolipoyl transacetylase）；E3-二氫硫辛酸脫氫酶（dihydrolipoyl dehydrogenase ）。六種輔助因子：TPP、硫辛酸

40、、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+。硫辛酸是一個(gè)含硫的8碳羧酸，為脂溶性維生素。分成個(gè)步驟：（1）丙酮酸脫羧極復(fù)雜。首先丙酮酸與TPP結(jié)合形成不穩(wěn)定的絡(luò)合物，后者經(jīng)丙酮酸脫氫酶催化生成羥乙基硫胺素焦磷酸。（2）羥乙基氧化并轉(zhuǎn)移與TPP連接的羥乙基氧化成乙?；⒁阴；D(zhuǎn)移到硫辛酰胺（硫辛酸-酶復(fù)合物），產(chǎn)生乙酰硫辛酸-酶復(fù)合物（乙酰硫辛酰胺）。（3）轉(zhuǎn)?；鶎⒁阴；鶑牧蛐刘０忿D(zhuǎn)移給輔酶A，生成乙酰輔酶A和二氫硫辛酰胺。（4）二氫硫辛酰胺脫氫氧化（5）FADH2脫氫用NAD+將FADH2氧化。其中，第一步反應(yīng)不可逆，其余可逆。由于第一步不可逆，因此整個(gè)酶系催化的反應(yīng)不可逆，即只能由丙酮酸向乙

41、酰輔酶A方向進(jìn)行。丙酮酸脫羧酶為限速酶。3、 三羧酸循環(huán)包含8個(gè)步驟：（1）乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合形成檸檬酸檸檬酸合成酶特性：1）相對(duì)分子量98，000；2）由兩個(gè)亞基組成；3）反應(yīng)不可逆，三羧酸循環(huán)的第一個(gè)限速酶。4）活性受ATP、NADH、琥珀酸CoA等抑制。重要抑制劑：氟乙酸（機(jī)理：檸檬酸合成酶催化氟乙酰CoA與草酰乙酸發(fā)生縮合作用生成氟檸檬酸，阻礙TCA循環(huán)）。應(yīng)用：有毒植物葉子中含有氟乙酸；殺蟲劑；滅鼠藥。 草酰乙酸可以由丙酮酸通過另外途徑轉(zhuǎn)變而來。重要途徑有三種：1）由蘋果酸酶和蘋果酸脫氫酶催化（動(dòng)物、植物、微生物）2）由丙酮酸羧化酶催化（動(dòng)物、酵母）丙酮酸羧化支路3）由磷酸丙酮

42、酸羧化酶催化（植物、微生物）（2）檸檬酸脫水生成順烏頭酸，然后加水生成異檸檬酸順烏頭酸的生成：檸檬酸在順烏頭酸催化下失水生成順烏頭酸。異檸檬酸的生成：順烏頭酸在同一種順烏頭酸酶催化下，加水生成異檸檬酸。順烏頭酸酶實(shí)際上起異構(gòu)化作用，反應(yīng)平衡時(shí)，檸檬酸占90%，順烏頭酸占4%，異檸檬酸占6%，但由于在線粒體內(nèi)，異檸檬酸不斷向下反應(yīng)，整個(gè)反應(yīng)趨向于異檸檬酸的生成。順烏頭酸酶特性：1）在有Fe2+ 、還原性谷胱甘肽或半胱氨酸存在時(shí)，活性最大；2）豬心肌順烏頭酸酶的相對(duì)分子量為89，000，由兩個(gè)亞基構(gòu)成；（3）-酮戊二酸的生成在異檸檬酸脫氫酶催化下，異檸檬酸脫去2H，其中間產(chǎn)物草酰琥珀酸迅速脫羧生成

43、-酮戊二酸。異檸檬酸脫氫酶特性：1） 具有脫氫和脫羧兩種功能，脫羧反應(yīng)需要Mn2+；2） 已發(fā)現(xiàn)兩種，一種需要NAD+和Mg2+為輔酶，另一種需要NADP+和Mn2+為輔酶。前者僅存在于線粒體，其主要功能是參與三羧酸循環(huán)；后者存在于線粒體，也存在于細(xì)胞漿，其主要功能是作為還原劑NADPH的一種來源。3）別構(gòu)酶：ADP是激活劑；ATP和NADH是抑制劑。4）限速酶此步反應(yīng)為一分界點(diǎn)，之前為三羧酸轉(zhuǎn)化，之后為二羧酸變化。 （4）-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰輔酶A反應(yīng)不可逆，與丙酮酸氧化脫羧很相似，使五碳化合物變成4碳化合物。-酮戊二酸脫氫酶系特性：1）包含三種酶（-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀酰轉(zhuǎn)移

44、酶和二氫硫辛 酸 脫 氫 酶 ） 和 六 種 輔 助 因 子（TPP、硫辛酸、CoASH、FAD、NAD+、Mg2+）。2）限速酶：受ATP、NADH和琥珀酰輔酶A的抑制。（5）琥珀酸的生成琥珀酸硫激酶，又叫琥珀酰輔酶A合成酶。三羧酸循環(huán)中唯一一次底物水平磷酸化。GTP可直接利用，也可在二磷酸核苷激酶催化下，將高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移給ADP，從而生成ATP。（6）琥珀酸脫氫生成延胡索酸（7）延胡索酸水化生成蘋果酸（8）蘋果酸氧化生成草酰乙酸至此草酰乙酸又重新生成，又可與一分子乙酰輔酶A縮合成檸檬酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)。其中,丙酮酸所含3個(gè)碳原子被氧化成3分子的CO2，其中一個(gè)是在形成乙酰輔酶A時(shí)產(chǎn)生的，另兩

45、個(gè)是在第3、4步產(chǎn)生的。 丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)及三羧酸循環(huán)中反應(yīng)3、4、6、8各脫下一對(duì)氫原子，交給NAD+和FAD，經(jīng)呼吸鏈交給氧生成水。每循環(huán)一次，經(jīng)歷兩次脫羧過程，使一分子乙酰輔酶A氧化成CO2和水。1摩爾葡萄糖產(chǎn)生2摩爾乙酰CoA，所以必須經(jīng)過2次三羧酸循環(huán)才能完全氧化成CO2 和水。（三）三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)對(duì)能量的需求主要靠糖的有氧氧化。三羧酸循環(huán)中有三種限速酶。1、檸檬酸合成酶最關(guān)鍵的限速酶?；钚允蹵TP、NADH、琥珀酰CoA抑制；草酰乙酸和乙酰CoA激活。2、異檸檬酸脫氫酶活性受ATP、NADH抑制；ADP、AMP激活。當(dāng)細(xì)胞處于低能量狀態(tài)時(shí)，ATP大量分解產(chǎn)生ADP，ADP

46、濃度增高，激活其酶活性。3、-酮戊二酸脫氫酶系調(diào)節(jié)機(jī)理相同。另外，Ca2+也可激活。4、脂肪代謝的影響當(dāng)脂肪酸分解代謝加強(qiáng)時(shí)，抑制檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和丙酮酸脫氫酶系活性，從而抑制糖的有氧氧化。說明：近年有資料報(bào)道，檸檬酸合成酶不是三羧酸循環(huán)的主要限速酶（理由：其催化產(chǎn)物檸檬酸可以轉(zhuǎn)移到細(xì)胞漿中分解為乙酰CoA，用于合成脂肪酸，因此，檸檬酸合成酶活性升高并不一定加速三羧酸循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)）?？偨Y(jié)：影響糖有氧氧化酶活性的因素主要有三方面：1） 代謝產(chǎn)物的反饋抑制作用： 乙酰輔酶A和琥珀酰CoA含量較多時(shí)，反饋抑制脫氫酶系活性。2） ATP和ADP影響： 糖有氧分解代謝速度主要決定于細(xì)胞對(duì)ATP的

47、需求。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP消耗超過ATP生成時(shí)，ATP濃度降低，ADP和AMP濃度升高，糖有氧分解代謝的調(diào)節(jié)酶活性抑制被解除，糖有氧分解速度加快。3） NADH和NAD+的影響：糖有氧分解調(diào)節(jié)酶中的脫氫酶，其輔酶都含有NAD+。糖有氧分解過程中，底物脫氫使NAD+轉(zhuǎn)變?yōu)镹ADH，這樣，NAD+不斷減少，NADH不斷增高，導(dǎo)致有氧分解速度減慢。當(dāng)NADH通過呼吸鏈氧化轉(zhuǎn)變?yōu)镹AD+時(shí)，糖的有氧分解速度又可恢復(fù)。(三)糖的有氧分解的意義1、供給能量糖有氧分解釋放能量生成ATP有兩種方式，一是底物水平磷酸化，二是氧化磷酸化。氧化磷酸化是指葡萄糖氧化過程中脫下的氫經(jīng)線粒體的呼吸鏈傳遞，最終與氧反應(yīng)生成H2O

48、，在此過程中釋放能量，使ADP生成ATP。實(shí)驗(yàn)證明：經(jīng)NADH傳遞的H 生成分子ATP，經(jīng)FADH2傳遞的H生成分子ATP。因此，摩爾葡萄糖完全氧化分解為CO2和H2O時(shí)，底物水平磷酸化次，生成摩爾ATP；脫氫反應(yīng)次，生成摩爾ATP；葡萄糖有氧分解過程消耗摩爾ATP?？偣材柶咸烟峭耆趸纸饪蓛羯赡朅TP。2、三羧酸循環(huán)是體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)徹底氧化分解的共同通路凡是能夠轉(zhuǎn)變?yōu)樘怯醒跹趸虚g產(chǎn)物的物質(zhì)均可以參加三羧酸循環(huán)。所以三羧酸循環(huán)不僅是糖完全分解的途徑和ATP生成的主要環(huán)節(jié)，也是甘油、脂肪、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)徹底氧化的共同通路。3、 有氧分解代謝途徑是體內(nèi)物質(zhì)代謝的主線糖有氧代謝途徑與糖代謝

49、的其他途徑聯(lián)系緊密，如糖無氧分解、磷酸戊糖途徑、糖異生作用等。另外，三脂酰甘油的合成與分解、氨基酸的代謝等都與糖的有氧分解代謝途徑的中間產(chǎn)物緊密相連。實(shí)例：丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸可以轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的丙酮酸、草酰乙酸等；脂肪酸分解的乙酰CoA也可通過三羧酸循環(huán)被徹底氧化。因此，三羧酸循環(huán)可以說是體內(nèi)能量和物質(zhì)代謝的樞紐。五、乙醛酸循環(huán) 許多微生物如醋酸桿菌、大腸桿菌、固氮菌等體內(nèi)含有異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶，前者催化異檸檬酸裂解生成琥珀酸和乙醛酸；后者催化乙醛酸與乙酰CoA合成蘋果酸。從而將TCA循環(huán)聯(lián)系起來。乙醛酸循環(huán)：存在：植物和微生物中。乙醛酸循環(huán)與三羧酸循環(huán)的關(guān)系：有些微生物具有乙酰C

50、oA合成酶，能利用乙酸作為碳源，使乙酸生成乙酰CoA而進(jìn)入乙醛酸循環(huán)。六、磷酸戊糖途徑（phosphopentose pathway）（一）概念糖無氧分解和有氧分解是體內(nèi)糖分解的主要途徑，但不是唯一途徑。發(fā)現(xiàn)：加入碘乙酸或氟化物后雖然糖酵解和糖的有氧氧化被阻斷，但葡萄糖依然被分解，說明細(xì)胞中存在其他分解途徑。在肝臟、脂肪組織、腎上腺皮質(zhì)、乳腺、性腺、骨髓的組織中上存在一條磷酸戊糖途徑（pentosephosphate pathway），由于此途徑是從6-磷酸葡萄糖開始，故又叫磷酸己糖旁路（簡稱HMS）等。存在：動(dòng)植物、微生物細(xì)胞中。動(dòng)物體內(nèi)約有30%的葡萄糖通過磷酸戊糖途徑分解。進(jìn)行部位：細(xì)胞

51、液。（二）磷酸戊糖途徑的反應(yīng)過程包含三個(gè)階段：磷酸戊糖的生成；磷酸戊糖間互相轉(zhuǎn)變；單糖分子間基團(tuán)轉(zhuǎn)換。1、6-磷酸葡萄糖氧化生成6-磷酸葡萄糖酸 2、6-磷酸葡萄糖酸脫羧生成5-磷酸核酮糖3、5-磷酸核酮糖經(jīng)分子異構(gòu)化生成5-磷酸核糖4、5-磷酸木酮糖的生成5、7-磷酸庚酮糖及3-磷酸甘油醛的生成反應(yīng)4生成的5-磷酸木酮糖和反應(yīng)3生成的5-磷酸核糖相互作用生成7-磷酸庚酮糖及3-磷酸甘油醛。6、4-磷酸赤蘚糖和6-磷酸果糖的生成7、6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛的生成反應(yīng)4生成的5-磷酸木酮糖與反應(yīng)6生成的4-磷酸赤蘚糖在轉(zhuǎn)酮酶作用下，發(fā)生酮醇基轉(zhuǎn)移生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。8、6-磷酸

52、葡萄糖的生成反應(yīng)6和反應(yīng)7生成的6-磷酸果糖在磷酸己糖異構(gòu)酶催化下轉(zhuǎn)變成6-磷酸葡萄糖。6-磷酸葡萄糖又可以重復(fù)反應(yīng)，形成一個(gè)環(huán)式代謝途徑。如果6個(gè)6-磷酸葡萄糖分子同時(shí)經(jīng)過HMP途徑降解，每個(gè)6-磷酸葡萄糖分子氧化脫羧失掉一個(gè)CO2，生成5個(gè)6-磷酸葡萄糖分子。即：1個(gè)葡萄糖分子徹底氧化生成6個(gè)CO2需要6分子葡萄糖同時(shí)參與反應(yīng)?？偡磻?yīng)式：（三）磷酸戊糖途徑的調(diào)節(jié)6-磷酸葡萄糖脫氫酶是HMS的限速酶。受NADPH/NADP+比例的調(diào)節(jié)。（四）磷酸戊糖途徑的生理意義1、生成NADPH，為細(xì)胞的各種合成反應(yīng)提供還原力。（1）NADPH是體內(nèi)重要的供氫體，參與多種生物合成反應(yīng)。如合成脂肪酸、膽固醇

53、及類固醇激素都需要大量的NADPH。（2）NADPH是谷胱甘肽還原酶的輔酶，它可使氧化型谷胱甘肽還原為還原型谷胱甘肽，對(duì)維持紅細(xì)胞中的G-SH含量起重要作用。G-SH是紅細(xì)胞中的重要抗氧化物質(zhì)，保護(hù)細(xì)胞中含巰基的酶和蛋白質(zhì)免遭氧化破壞，從而維護(hù)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能的完整。NADPH缺乏時(shí)，還原型谷胱甘肽濃度降低，紅細(xì)胞易破壞，常發(fā)生溶血性貧血癥（如遺傳缺陷“6-磷酸葡萄糖脫氫酶”，紅細(xì)胞中NADPH濃度較低，易患貧血病，對(duì)氧化性藥物如磺胺、阿斯匹林等過敏）。（3）NADPH參與肝內(nèi)生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有以NADHP為供氫體的加單氧酶體系，該體系與類固醇激素、藥物及毒物的生物轉(zhuǎn)化有關(guān)。2、生

54、成5-磷酸核糖體內(nèi)磷酸核糖來自磷酸戊糖途徑。6-磷酸葡萄糖可經(jīng)脫氫、脫羧反應(yīng)生成磷酸核糖。磷酸核糖是核苷酸、組氨酸、色氨酸及核苷酸類輔酶合成的原料。3、在特殊情況下，HMS途徑也為細(xì)胞提供能量。NADPH經(jīng)呼吸鏈氧化產(chǎn)能，按氧化1分子葡萄糖計(jì)算，可產(chǎn)生36分子ATP，扣除開始消耗的1分子，凈生成35分子。4、HMS途徑是戊糖代謝的主要途徑。戊糖如D-核糖、L-阿拉伯糖等在自然界中分布較廣，能被某些微生物利用，其代謝通常都以磷酸戊糖途徑形式進(jìn)入HMS途徑，并進(jìn)一步與EMP和TCA等途徑相連。第三章 糖原的分解及合成一、糖原的分解（一）進(jìn)行部位 細(xì)胞液 （二）反應(yīng)步驟1、1-磷酸葡萄糖的生成 糖原

55、分子在“磷酸化酶”催化下，糖原的非還原性末端的葡萄糖間的-1，4-糖苷鍵被磷酸解生成1-磷酸葡萄糖。在磷酸化酶不斷催化下，糖原分子逐漸變小。 由于磷酸化酶不能催化-1，6-糖苷鍵，所以磷酸解反應(yīng)到距離分支點(diǎn)約4個(gè)葡萄糖殘基時(shí)，磷酸化酶的催化作用停止。此時(shí)剩下4個(gè)葡萄糖殘基由“轉(zhuǎn)移酶”催化，將其中3個(gè)葡萄糖殘基轉(zhuǎn)移到鄰近的糖鏈上，并以-1，4-糖苷鍵相連，為磷酸化酶繼續(xù)催化其磷酸解創(chuàng)造條件，剩下一個(gè)以-1，6-糖苷鍵相連的葡萄糖殘基則由“脫支酶”（-1，6-糖苷酶）催化，水解生成游離葡萄糖。2、6-磷酸葡萄糖1-磷酸葡萄糖在變位酶催化下轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖。3、葡萄糖的生成 6-磷酸葡萄糖在6-

56、磷酸葡萄糖酶的催化下水解生成葡萄糖。其中，6-磷酸葡萄糖酶主要存在于肝臟，少量存在于腎臟。肌肉和腦中無此酶，所以只有肝、腎中的糖原可以分解為葡萄糖補(bǔ)充血糖。二、糖原的合成（一）概念葡萄糖或其它單糖為原料，合成糖原的過程稱為糖原合成。（二）進(jìn)行部位 細(xì)胞液（三）反應(yīng)步驟1、葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞后，在ATP和Mg2+存在下，由葡萄糖激酶催化生成6-磷酸葡萄糖。 反應(yīng)不可逆。2、6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸葡萄糖 在磷酸葡萄糖變位酶催化下生成。3、尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）的生成 1-磷酸葡萄糖與尿苷三磷酸（UTP）在UDPG焦磷酸化酶催化下生成UDPG，同時(shí)釋放出焦磷酸P

57、Pi。4、以-1，4-糖苷鍵連接的葡萄糖聚合物的生成糖原合成時(shí)需要體內(nèi)原有的小分子糖原參與，此小分子糖原稱為“引物”。在糖原合成酶催化下，UDPG中的葡萄糖基以-1，4-糖苷鍵與引物的非還原性末端相連，每反應(yīng)一次，糖原引物上便增加1分子葡萄糖單位。多次循環(huán)后，則生成一個(gè)線狀大分子。5、糖原的生成糖原合成酶只能催化合成-1，4-糖苷鍵，不能形成分支。分支鏈的形成需要“糖原分支酶”催化：將-1，4-糖苷鍵連接的糖鏈中的一段（6個(gè)或7個(gè)葡萄糖殘基）轉(zhuǎn)移，并以-1，6-糖苷鍵與原糖鏈中的葡萄糖殘基連接成分支鏈。糖原合成的本質(zhì)： 在引物上不斷增長碳鏈，并不是從頭合成。每增加一個(gè)葡萄糖殘基就消耗1分子UT

58、P。三、糖原合成與分解的意義 1、 維持血中葡萄糖濃度相對(duì)恒定：糖原是糖在體內(nèi)的貯存形式。進(jìn)食后多余的糖可在肝臟或其他組織合成糖原，以免血糖濃度過度升高；不進(jìn)食期間，肝糖原則分解為葡萄糖釋放入血，使血糖濃度不至于太低。2、 糖原合成和分解與鉀代謝有關(guān)：葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞合成糖原過程中，伴有K+轉(zhuǎn)移入細(xì)胞，使血K+趨于降低，所以輸注胰島素和大量葡萄糖時(shí)，要注意防止低血鉀。四、糖原合成與分解的調(diào)節(jié)糖原合成的調(diào)節(jié)：主要受糖原合成酶影響；糖原分解的調(diào)節(jié)：主要受磷酸化酶活性控制。1、兩種酶的活性均受磷酸化和脫磷酸化的共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：磷酸化的磷酸化酶有活性，而磷酸化的糖原合成酶則失去活性；脫磷酸化的糖原磷酸化酶

59、失去活性，而糖原合成酶則增加活性。2、兩種酶活性均受激素的調(diào)節(jié)：如：胰島素促進(jìn)糖原合成并降低血糖濃度；腎上腺素、胰高血糖素等促進(jìn)糖原降解并增加血糖濃度。五、糖原的異生作用（一）概念由非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)化成葡萄糖或糖原的過程叫做糖原的異生作用。（二）糖原異生的前體及途徑1、前體（1）凡是能生成丙酮酸的物質(zhì)均可轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，如乳酸、三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物（檸檬酸、酮戊二酸、蘋果酸等）；（2）凡是能轉(zhuǎn)變成丙酮酸、-酮戊二酸、草酰乙酸的氨基酸（如丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸等）均可轉(zhuǎn)變成葡萄糖；（3）脂肪水解產(chǎn)生的甘油轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岫u丙酮后轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟?，但?dòng)物體中脂肪氧化分解產(chǎn)生的乙酰CoA不能逆轉(zhuǎn)為丙酮酸，故不能異

60、生成葡萄糖；（4）反芻動(dòng)物糖異生作用很旺盛，牛胃細(xì)菌可將纖維素分解為乙酸、丙酸、丁酸等，奇數(shù)脂肪酸可轉(zhuǎn)變?yōu)殓牾oA，然后異生為葡萄糖。主要前體有：乳酸、生糖氨基酸、甘油。2、進(jìn)行部位 主要在肝臟中進(jìn)行。另外，腎臟中也可進(jìn)行糖的異生（尤其是較長時(shí)間饑餓時(shí)腎臟糖異生作用很強(qiáng)，相當(dāng)于同重量的肝臟的水平）。3、途徑各類非糖物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樘窃木唧w步驟基本上按糖酵解逆過程進(jìn)行。（1）6-磷酸葡萄糖生成葡萄糖（2）1，6-二磷酸果糖生成6-磷酸果糖（3）丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸（丙酮酸羧化支路）丙酮酸在羧化酶作用下生成草酰乙酸，后者在烯醇丙酮酸磷酸羧激酶催化下脫羧生成磷酸烯醇式丙酮酸。4、甘油、丙酮酸、