有氧分解與三羧酸循環(huán)

關(guān)于有氧分解與三羧酸循環(huán)第三節(jié)有氧分解

與三羧酸循環(huán)、乙醛酸循環(huán)一、概念二、糖有氧氧化的過程(p332)三、糖有氧氧化的生理意義四、糖酵解和有氧氧化的調(diào)節(jié)五、乙醛酸循環(huán)第2頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天一、糖有氧氧化的概念是指體內(nèi)組織在有氧條件下，葡萄糖徹底氧化分解生成CO2和H2O的過程。C6H12O6+6O26CO2+6H2O+?ATP糖的有氧氧化30/3236/38第3頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天葡萄糖→→丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoACO2+H2O+ATP檸檬酸循環(huán)糖的有氧氧化乳酸糖酵解線粒體內(nèi)胞漿CO2糖有氧氧化概況第4頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、糖有氧氧化的過程p332第三階段：乙酰CoA進(jìn)入檸檬酸循環(huán)徹底氧化

（線粒體）三個(gè)階段第一階段：丙酮酸的生成（胞漿）第二階段：丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA

（線粒體）第5頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一階段：丙酮酸的生成（胞漿）葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi

2（丙酮酸+ATP

+NADH+H+）2丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化2(NADH+H+)2H2O+3/5ATP線粒體內(nèi)膜上特異載體穿梭系統(tǒng)氧化呼吸鏈第6頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天NAD+NADH+H+

丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH輔酶A+CO2丙酮酸脫氫酶系丙酮酸+輔酶A+NAD+

乙酰CoA+CO2+NADH+H+第二階段：丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶A:線粒體第7頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天

丙酮酸氧化脫羧反應(yīng):FADFADH2TPPTPPCO2HSCoACH3CO～SCoANAD+NADH+H+丙酮酸脫氫酶Mg2+二氫硫辛酰乙?；D(zhuǎn)移酶二氫硫辛酰脫氫酶丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+

羥乙基—TPP乙酰二氫硫辛酰胺硫辛酰胺二氫硫辛酰胺第8頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天丙酮酸脫氫酶(TPP、Mg2+)二氫硫辛酰乙?；D(zhuǎn)移酶(硫辛酰胺、輔酶A)二氫硫辛酰脫氫酶(FAD、NAD+)3種酶：6種輔助因子：TPP、Mg2+、硫辛酰胺、輔酶A、FAD、NAD+

（含B1、B2、泛酸、TPP、硫辛酸五種維生素）

丙酮酸脫氫酶系（或氧化脫羧酶系）:第9頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天丙酮酸脫氫酶系的調(diào)控1.底物與產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)性抑制2.磷酸化和去磷酸化的調(diào)控（E2

分子上結(jié)合著兩個(gè)特殊的酶，激酶和磷酸酶，去磷酸化后，E1活化）3.砷化物的毒害作用4.能荷的調(diào)節(jié)：高能荷時(shí)，ATP、GTP可反饋抑制二氫硫辛酰脫氫酶(E3)：受NADH抑制二氫硫辛酰乙?；D(zhuǎn)移酶(E2)：

受乙酰CoA、砷化物抑制(與巰基共價(jià)結(jié)合)丙酮酸脫氫酶系是調(diào)節(jié)酶第10頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三階段：乙酰輔酶A進(jìn)入檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)(citricacidcycle)俗稱三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycleTCA循環(huán))或Krebs循環(huán)(Krebscycle，德國(guó)，1953年獲諾貝爾獎(jiǎng))

乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成六碳三羧酸即檸檬酸，經(jīng)過一系列代謝反應(yīng)，乙酰基被徹底氧化，草酰乙酸得以再生的過程。第11頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天

檸檬酸循環(huán):★反應(yīng)過程★TCA中碳骨架的不對(duì)稱反應(yīng)★TCA的回補(bǔ)反應(yīng)★檸檬酸循環(huán)小結(jié)第12頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)檸檬酸合酶草酰乙酸CH3CO～SCoA乙酰輔酶A(acetylCoA)檸檬酸(citrate)HSCoA乙酰CoA+草酰乙酸

檸檬酸+CoA-SH關(guān)鍵酶HHH2O⑴乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸第13頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天反應(yīng)分兩步進(jìn)行檸檬酸合酶是一個(gè)調(diào)控酶，可受ATP、NADH、琥珀酰CoA和長(zhǎng)鏈脂酰CoA抑制。故此反應(yīng)是可調(diào)控的限速步驟檸檬酸合酶是TCA循環(huán)的關(guān)鍵酶，是第一個(gè)調(diào)節(jié)酶檸檬酰輔酶A乙酰輔酶A檸檬酸第14頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)異檸檬酸(isocitrate)H2O檸檬酸(citrate)順烏頭酸烏頭酸酶檸檬酸異檸檬酸⑵檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸:第15頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)CO2NAD+異檸檬酸α-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸+NAD+α-酮戊二酸

+CO2+NADH+H+調(diào)節(jié)酶⑶異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸第一次氧化第16頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天異檸檬酸脫氫酶線粒體內(nèi)有兩種異檸檬酸脫氫酶：NAD+異檸檬酸脫氫酶，存在于線粒體。是一個(gè)別構(gòu)酶NADP+異檸檬酸脫氫酶，存在于線粒體和胞質(zhì)正調(diào)控物：Mg2+、Mn2+、ADP負(fù)調(diào)控物：NADH、ATPATP/ADP、NADH/NAD+高時(shí)，抑制TCA循環(huán)中第二個(gè)調(diào)節(jié)酶第17頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)CO2

α-酮戊二酸脫氫酶系HSCoANAD+NADH+H+琥珀酰CoA(succinylCoA)α-酮戊二酸(α-ketoglutarate)α-酮戊二酸+CoA-SH+NAD+

琥珀酰CoA

+CO2+NADH+H+

調(diào)節(jié)酶⑷α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰輔酶A第二次氧化第18頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天

α-酮戊二酸氧化脫羧反應(yīng)機(jī)制與丙酮

酸氧化脫羧相同，組成類似：含三個(gè)酶及六個(gè)輔助因子α-酮戊二酸脫氫酶、二氫硫辛酰琥珀?；D(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酰還原酶TPP、鎂離子、硫辛酰胺、輔酶A、FAD、NAD+三個(gè)酶:六個(gè)輔助因子：是調(diào)節(jié)酶：受產(chǎn)物NADH、琥珀酰CoA、Ca2+和砷化物抑制，細(xì)胞高能荷時(shí)，ATP、GTP也可反饋抑制第19頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)⑸琥珀酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)殓晁徵牾oA合成酶琥珀酰CoA(succinylCoA)GDP+PiGTP琥珀酸(succinate)HSCoA琥珀酰CoA+GDP+Pi

琥珀酸+GTP+CoA-SHADPATP唯一一次底物水平磷酸化第20頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)⑹琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸FAD琥珀酸(succinate)琥珀酸脫氫酶延胡索酸(fumarate)FADH2琥珀酸

+

FAD

延胡索酸+FADH2第三次氧化第21頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)⑺延胡索酸水合生成蘋果酸延胡索酸(fumarate)延胡索酸酶L-蘋果酸(malate)H2O延胡索酸

+H2O蘋果酸第22頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)⑻蘋果酸脫氫生成草酰乙酸

蘋果酸脫氫酶

草酰乙酸(oxaloacetate)蘋果酸(malate)NAD+NADH+H+蘋果酸

+

NAD+

草酰乙酸+NADH+H+

第四次氧化第23頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天檸檬酸循環(huán)總圖:草酰乙酸CH2CO～SoA蘋果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HH第24頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天★TCA中碳骨架的不對(duì)稱反應(yīng)乙酰-CoA經(jīng)TCA，產(chǎn)生2CO2；草酰乙酸經(jīng)循環(huán)可再次生成。但是用同位素

14C、

13C分別標(biāo)記乙酰CoA的甲基和羰基碳，發(fā)現(xiàn)在第一輪循環(huán)中沒有標(biāo)記的CO2釋放，說明第一輪循環(huán)釋放的二個(gè)碳原子并非乙酰CoA的碳原子。第25頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA中碳骨架的不對(duì)稱反應(yīng)的可能原因順烏頭酸酶與檸檬酸結(jié)合具不對(duì)稱性，脫水時(shí)H僅來自草酰乙酸，故TCA第一輪沒有標(biāo)記的CO2出現(xiàn)檸檬酸的四面體性狀以及與順烏頭酸酶的結(jié)合位點(diǎn)第26頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天★

TCA的回補(bǔ)反應(yīng)TCA循環(huán)不僅是產(chǎn)生ATP的途徑，它產(chǎn)生的中間物也是生物合成的前體。例如：卟啉的主要C原子來自琥珀酰CoA，Glu、Asp是從α-酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸濃度下降，勢(shì)必影響TCA循環(huán)的進(jìn)行。因此這些中間產(chǎn)物必須不斷補(bǔ)充才能維持TCA循環(huán)的進(jìn)行維持循環(huán)進(jìn)行的關(guān)鍵是OAA第27頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天1）PEPC的作用Mn2+第28頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天2）丙酮酸羧化酶的作用丙酮酸+CO2

+ATP草酰乙酸

+ADP+Pi+CO2

+ATP+ADP+Pi丙酮酸羧化酶生物素、Mg2+第29頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天生物素的作用機(jī)理:第30頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天3）蘋果酸酶的作用+CO2NADPH+H+NADP+NAD+NADH+H+丙酮酸草酰乙酸蘋果酸胞液線粒體第31頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天4）轉(zhuǎn)氨基作用天冬氨酸及谷氨酸的轉(zhuǎn)氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸；異亮氨酸、纈氨酸和蘇氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰CoA而補(bǔ)充TCA。

第32頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)一周的凈結(jié)果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸僅起載體作用，反應(yīng)前后無改變。乙酰輔酶A+3NAD++FAD+Pi+2H2O+GDP2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+HSCoA+GTP

14C標(biāo)記乙酰CoA進(jìn)行的研究表明，第一周循環(huán)中并無

14C出現(xiàn)在CO2中，即CO2的碳原子來自草酰乙酸而不是來自乙酰CoA，第二周循環(huán)時(shí)，才有14CO2

出現(xiàn)。TCA循環(huán)中的一些反應(yīng)在生理?xiàng)l件下是不可逆的，所以整個(gè)三羧酸循環(huán)是一個(gè)不可逆的系統(tǒng)。TCA循環(huán)的中間產(chǎn)物可轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)，故需不斷補(bǔ)充。★檸檬酸循環(huán)小結(jié)第33頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天檸檬酸循環(huán)總圖:草酰乙酸CH2CO～SoA(乙酰輔酶A)蘋果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HH第34頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天檸檬酸循環(huán)特點(diǎn):

一次底物水平磷酸化二次脫羧三個(gè)不可逆反應(yīng)四次脫氫

1mol乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底氧化凈生成10molATP。

第35頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)酶及其調(diào)節(jié):酶的名稱檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶★α-酮戊二酸脫氫酶系變構(gòu)激活劑ADP變構(gòu)抑制劑ATPNADHATP、NADH、琥珀酰CoA第36頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天P丙酮酸氧化和

三羧酸循環(huán)

的調(diào)節(jié)琥珀酰CoA草酰乙酸蘋果酸琥珀酸α-酮戊二酸異檸檬酸檸檬酸延胡索酸乙酰輔酶A丙酮酸乙酰CoA、NADH、ATPATPNADH琥珀酰CoA、NADH、ATPG第37頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天三糖有氧氧化的生理意義

糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。

糖有氧氧化是體內(nèi)三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的總樞紐。

糖有氧氧化途徑與體內(nèi)其它代謝途徑有著

密切的聯(lián)系。第38頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天糖有氧氧化過程中ATP的生成:第一階段：葡萄糖→2丙酮酸第二階段：2丙酮酸→2乙酰CoA第三階段：2乙酰CoA→2CO2+4H2O

2ATP

糖的有氧氧化底物磷酸化氧化磷酸化2×2.5ATP2×9ATP葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP

30/32ATP31/33ATP2×1.5或2.5ATP2ATP第39頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天糖與氨基酸、脂肪代謝的聯(lián)系返回第40頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、糖酵解和有氧氧化的調(diào)節(jié)1、細(xì)胞內(nèi)代謝物的調(diào)節(jié)2、激素的調(diào)節(jié)作用底物供應(yīng)的調(diào)節(jié)2)腺苷酸的調(diào)節(jié)3)脂肪酸氧化對(duì)糖分解代謝的影響1)胰島素2)糖皮質(zhì)激素3)胰高血糖素第41頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天糖酵解和有氧氧化的調(diào)節(jié)：1、細(xì)胞內(nèi)代謝物的調(diào)節(jié)

葡萄糖進(jìn)入肌肉細(xì)胞和脂肪細(xì)胞是通過膜上載體轉(zhuǎn)運(yùn)的，這是葡萄糖利用的限速過程，受胰島素的促進(jìn)。1）底物供應(yīng)的調(diào)節(jié)

肝細(xì)胞及大腦等神經(jīng)組織中葡萄糖的進(jìn)入不受胰島素的控制。第42頁(yè),共49頁(yè)，2024年2月25日，星期天2)腺苷酸的調(diào)節(jié)AMP和ADP是多種酶的別構(gòu)激活劑。

ADP和AMP是FPK-1的別構(gòu)激活劑，能強(qiáng)烈促進(jìn)糖酵解的進(jìn)行；

AMP還能激活丙酮酸脫氫酶、檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶，促進(jìn)有氧氧化和三羧酸循環(huán)，加強(qiáng)ATP的生成。ATP是FPK-1、丙酮酸激酶、異檸檬酸脫氫酶的別構(gòu)抑制劑