基礎(chǔ)生物化學(xué)糖類分解代謝

1、5 糖類分解代謝糖類分解代謝5.1 新陳代謝概論新陳代謝概論5.2 生物體內(nèi)的糖類生物體內(nèi)的糖類5.3 雙糖和多糖的酶促降解雙糖和多糖的酶促降解5.4 糖酵解糖酵解5.5 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)5.6 磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑5.7 糖醛酸途徑糖醛酸途徑5.1 新陳代謝概論新陳代謝概論新陳代謝是生物于周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交新陳代謝是生物于周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的過程。包括同化作用換的過程。包括同化作用(assimilation)和異和異化作用化作用(dissimilation)兩個(gè)方面。兩個(gè)方面。生物體通過同化作用生物體通過同化作用(合成代謝合成代謝) 不斷地從環(huán)境不斷地從環(huán)境中攝取物質(zhì)，

2、經(jīng)一系列生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽约褐袛z取物質(zhì)，經(jīng)一系列生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽约旱慕M分；通過異化作用的組分；通過異化作用(分解代謝分解代謝) 將原有的將原有的組分經(jīng)一系列生化反應(yīng)，分解為簡(jiǎn)單成分重組分經(jīng)一系列生化反應(yīng)，分解為簡(jiǎn)單成分重新利用或排出體外。新利用或排出體外。各種生物都具有各自特異的新陳代謝類型，此各種生物都具有各自特異的新陳代謝類型，此特異方式主要決定于遺傳，環(huán)境條件也有一特異方式主要決定于遺傳，環(huán)境條件也有一定的影響。定的影響。新陳代謝類型的特點(diǎn)：新陳代謝類型的特點(diǎn)：絕大多數(shù)代謝反應(yīng)在溫和條件下，由酶催化絕大多數(shù)代謝反應(yīng)在溫和條件下，由酶催化進(jìn)行。進(jìn)行。繁多的代謝反應(yīng)相互配合，有條不紊，彼此繁多

3、的代謝反應(yīng)相互配合，有條不紊，彼此協(xié)調(diào)且有嚴(yán)格的順序性。協(xié)調(diào)且有嚴(yán)格的順序性。新陳代謝是對(duì)內(nèi)外環(huán)境條件高度適應(yīng)和靈敏新陳代謝是對(duì)內(nèi)外環(huán)境條件高度適應(yīng)和靈敏調(diào)節(jié)而成的一個(gè)有規(guī)律的總過程。調(diào)節(jié)而成的一個(gè)有規(guī)律的總過程。每一代謝都有各自的代謝途徑，代謝反應(yīng)中每一代謝都有各自的代謝途徑，代謝反應(yīng)中任一反應(yīng)物、中間物或產(chǎn)物，都稱為代謝物任一反應(yīng)物、中間物或產(chǎn)物，都稱為代謝物(metabolite)；生物大分子的合成和分解都是逐步進(jìn)行的，生物大分子的合成和分解都是逐步進(jìn)行的，并伴隨著能量的吸收和釋放。并伴隨著能量的吸收和釋放。5.1.2 代謝的研究方法代謝的研究方法代謝研究主要是指中間代謝的研究方法。所謂

4、代謝研究主要是指中間代謝的研究方法。所謂中間代謝指某一代謝中的一系列酶促反應(yīng)。中間代謝指某一代謝中的一系列酶促反應(yīng)。研究方法主要包括：研究方法主要包括：5.1.2.1 示蹤法示蹤法苯環(huán)化合物示蹤法，如苯環(huán)化合物示蹤法，如Knoop利用苯甲酸、利用苯甲酸、苯乙酸標(biāo)記脂肪酸，提出了脂肪酸苯乙酸標(biāo)記脂肪酸，提出了脂肪酸 -氧化學(xué)氧化學(xué)說。說。 穩(wěn)定同位素示蹤法，如利用穩(wěn)定同位素示蹤法，如利用15NH4Cl，標(biāo)記，標(biāo)記DNA分子從而證明了分子從而證明了DNA的半保留復(fù)制方式。的半保留復(fù)制方式。 放射性同位素示蹤法等。如卡爾文以放射性同位素示蹤法等。如卡爾文以14CO2飼喂植物，再用紙層析分離飼喂植物，

5、再用紙層析分離CO2代謝的中間代謝的中間物，提出光合作用中物，提出光合作用中CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘堑目栁霓D(zhuǎn)變?yōu)樘堑目栁难h(huán)循環(huán)(Calvin cycle)。 5.1.2.2 抗代謝物、酶抑制劑的應(yīng)用抗代謝物、酶抑制劑的應(yīng)用在離體條件下，使用抗代謝物和酶抑制劑來阻在離體條件下，使用抗代謝物和酶抑制劑來阻抑、改變反應(yīng)，觀察這些反應(yīng)被抑制或改變抑、改變反應(yīng)，觀察這些反應(yīng)被抑制或改變以后的結(jié)果，從而推測(cè)中間代謝的情況。以后的結(jié)果，從而推測(cè)中間代謝的情況。5.1.2.3 體內(nèi)試驗(yàn)和體外試驗(yàn)體內(nèi)試驗(yàn)和體外試驗(yàn)體內(nèi)研究體內(nèi)研究(in vivo)以生物整體進(jìn)行中間代謝研究稱為體內(nèi)研究，以生物整體進(jìn)行中間代謝研究稱

6、為體內(nèi)研究，包括用整體器官或微生物細(xì)胞群進(jìn)行的研究。包括用整體器官或微生物細(xì)胞群進(jìn)行的研究。 如如Knoop以犬為研究對(duì)象，飼喂苯環(huán)標(biāo)記的以犬為研究對(duì)象，飼喂苯環(huán)標(biāo)記的脂肪酸，再研究犬尿中苯標(biāo)記物狀態(tài)，是脂肪酸，再研究犬尿中苯標(biāo)記物狀態(tài)，是“體內(nèi)研究體內(nèi)研究”；體外研究體外研究(in vitro， no vivo)以組織切片、勻漿、提取液為材料進(jìn)行研究稱以組織切片、勻漿、提取液為材料進(jìn)行研究稱為體外研究。為體外研究。 如如Krebs以肌肉糜以肌肉糜(勻漿勻漿)為材為材料，研究酶抑制劑和反應(yīng)物的加入對(duì)反應(yīng)中料，研究酶抑制劑和反應(yīng)物的加入對(duì)反應(yīng)中間物和代謝終產(chǎn)物的影響，確定了三羧酸循間物和代謝終產(chǎn)

7、物的影響，確定了三羧酸循環(huán)的反應(yīng)歷程。環(huán)的反應(yīng)歷程。在實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)不同的研究對(duì)象采用不同在實(shí)際工作中應(yīng)根據(jù)不同的研究對(duì)象采用不同研究方法，但以同位素示蹤法研究方法，但以同位素示蹤法(isotopic tracer technique)最常用。最常用。 5.2 生物體內(nèi)的糖類生物體內(nèi)的糖類糖是具有實(shí)驗(yàn)式糖是具有實(shí)驗(yàn)式(CH2O)n的多羥基醛或酮，它的多羥基醛或酮，它分為單糖、寡糖、多糖和結(jié)合糖四類。分為單糖、寡糖、多糖和結(jié)合糖四類。 糖的生物學(xué)作用：糖的生物學(xué)作用：糖類是生物體內(nèi)重要的能源，糖分解產(chǎn)生的糖類是生物體內(nèi)重要的能源，糖分解產(chǎn)生的ATP可供需能代謝之用?？晒┬枘艽x之用。糖分解代謝

8、的許多中間物是合成氨基酸、脂糖分解代謝的許多中間物是合成氨基酸、脂肪、核苷酸的原料。肪、核苷酸的原料。糖與蛋白質(zhì)、脂類結(jié)合成復(fù)合糖，參與細(xì)胞糖與蛋白質(zhì)、脂類結(jié)合成復(fù)合糖，參與細(xì)胞識(shí)別、防御、免疫、粘附、結(jié)構(gòu)等多種過程。識(shí)別、防御、免疫、粘附、結(jié)構(gòu)等多種過程。 結(jié)構(gòu)功能，如纖維素等結(jié)構(gòu)功能，如纖維素等 。非糖代謝底物也可以經(jīng)過其它途徑再轉(zhuǎn)化為糖非糖代謝底物也可以經(jīng)過其它途徑再轉(zhuǎn)化為糖分解代謝的中間物，徹底氧化分解或者沿糖分解代謝的中間物，徹底氧化分解或者沿糖異生途徑轉(zhuǎn)化為糖，形成了以糖為中心的代異生途徑轉(zhuǎn)化為糖，形成了以糖為中心的代謝網(wǎng)絡(luò)。謝網(wǎng)絡(luò)。5.2.1 單糖單糖 （monosacchari

9、des ）單糖是最簡(jiǎn)單的，不再被水解成更小的糖單位。單糖是最簡(jiǎn)單的，不再被水解成更小的糖單位。(CH2O)n， n=39 ，其中戊糖（，其中戊糖（pentose)和己和己糖糖(hexose）分布廣意義大。）分布廣意義大。根據(jù)單糖中碳原子數(shù)目分為丙、丁、戊、已糖根據(jù)單糖中碳原子數(shù)目分為丙、丁、戊、已糖等；等；根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為醛糖和酮糖。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為醛糖和酮糖。丙糖中的醛糖是甘油醛，它有一個(gè)不對(duì)稱碳原丙糖中的醛糖是甘油醛，它有一個(gè)不對(duì)稱碳原子，故其構(gòu)型有子，故其構(gòu)型有D-甘油醛和甘油醛和L-甘油醛之分。甘油醛之分。凡可視為凡可視為D-甘油醛衍生物的糖都是甘油醛衍生物的糖都是D糖；凡可糖

10、；凡可視為視為L(zhǎng)-甘油醛衍生物的糖都是甘油醛衍生物的糖都是L糖。丙糖中糖。丙糖中的酮糖為二羥基丙酮。的酮糖為二羥基丙酮。自然界中的單糖多為醛糖，其中以己糖最普遍、自然界中的單糖多為醛糖，其中以己糖最普遍、最重要，戊糖次之。最重要，戊糖次之。己醛糖中的葡萄糖分布最廣，是構(gòu)成淀粉、糖己醛糖中的葡萄糖分布最廣，是構(gòu)成淀粉、糖原、纖維素及其他許多糖類物質(zhì)的基本單位，原、纖維素及其他許多糖類物質(zhì)的基本單位，且是人類血液中的正常成分，給機(jī)體提供能且是人類血液中的正常成分，給機(jī)體提供能量的重要物質(zhì)。量的重要物質(zhì)。已糖多以比較穩(wěn)定的已糖多以比較穩(wěn)定的1：5氧橋的六元環(huán)結(jié)構(gòu)氧橋的六元環(huán)結(jié)構(gòu)（吡喃型）存在。（吡喃

11、型）存在。在溶液中，六元環(huán)結(jié)構(gòu)己糖常與極少量在溶液中，六元環(huán)結(jié)構(gòu)己糖常與極少量1：4氧氧橋五元環(huán)結(jié)構(gòu)（呋喃型）糖成平衡狀態(tài)。戊橋五元環(huán)結(jié)構(gòu)（呋喃型）糖成平衡狀態(tài)。戊糖以呋喃型結(jié)構(gòu)存在。糖以呋喃型結(jié)構(gòu)存在。在環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，戊糖，己糖分別含有四個(gè)和五在環(huán)狀結(jié)構(gòu)中，戊糖，己糖分別含有四個(gè)和五個(gè)不對(duì)稱碳原子，它們分別有個(gè)不對(duì)稱碳原子，它們分別有24即即16，25即即32種同分異構(gòu)體。種同分異構(gòu)體。每種糖又依據(jù)第一碳原子上羥基和氫的相對(duì)空每種糖又依據(jù)第一碳原子上羥基和氫的相對(duì)空間位置分為間位置分為 和和 型兩類，它們互為異頭物。型兩類，它們互為異頭物。 單糖具有旋光性，其旋先度可借旋光儀測(cè)得，單糖具有旋光

12、性，其旋先度可借旋光儀測(cè)得，并計(jì)算得到旋光率。它能與酸、堿起作用，并計(jì)算得到旋光率。它能與酸、堿起作用，不同條件下氧化產(chǎn)生不同類型的酸。它能被不同條件下氧化產(chǎn)生不同類型的酸。它能被還原成醇。有成蠟、成糖苷和成腙，成脎反還原成醇。有成蠟、成糖苷和成腙，成脎反應(yīng)，常借助這些反應(yīng)分析，鑒定糖。應(yīng)，常借助這些反應(yīng)分析，鑒定糖。單糖中的酮糖，與醛糖相同，亦具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，單糖中的酮糖，與醛糖相同，亦具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其五元環(huán)即呋喃型糖較常見。其五元環(huán)即呋喃型糖較常見。 5.2.2 寡糖寡糖(oligosaccharides )寡糖是少數(shù)單糖（寡糖是少數(shù)單糖（210個(gè)）的縮合產(chǎn)物。其中個(gè)）的縮合產(chǎn)物。其中最重要

13、的是雙糖，雙糖中常見的是蔗糖最重要的是雙糖，雙糖中常見的是蔗糖（sucrose）、麥芽糖）、麥芽糖(maltose)、乳糖、乳糖(lactose)。蔗糖分子中的葡萄糖和果糖經(jīng)醛、酮基縮合，蔗糖分子中的葡萄糖和果糖經(jīng)醛、酮基縮合，失去還原、成腙、變旋等特性。失去還原、成腙、變旋等特性。麥芽糖分子由兩分子葡萄糖；乳糖分子由葡萄麥芽糖分子由兩分子葡萄糖；乳糖分子由葡萄糖和半乳糖各一分子通過糖和半乳糖各一分子通過1,4-糖苷鍵連接起來。糖苷鍵連接起來。二者仍有一個(gè)自由醛基，也即半縮醛基，故二者仍有一個(gè)自由醛基，也即半縮醛基，故有還原、成脎、變旋等性質(zhì)。有還原、成脎、變旋等性質(zhì)。 5.2.3 多糖（多糖

14、（polysaccharides）多糖是多個(gè)單糖基通過糖苷鍵連接而形成的高多糖是多個(gè)單糖基通過糖苷鍵連接而形成的高聚物。聚物。常見的有由一種類型的糖基組成的淀粉常見的有由一種類型的糖基組成的淀粉（starch）、糖原（）、糖原（glycogen）和纖維素）和纖維素（cellulose）等。）等。淀粉是由淀粉是由 - D-葡萄糖縮合而成，是植物貯存的葡萄糖縮合而成，是植物貯存的養(yǎng)料，分為直鏈和支鏈淀粉，葡萄糖分子間養(yǎng)料，分為直鏈和支鏈淀粉，葡萄糖分子間多是多是 (14)糖苷健，而分支點(diǎn)上是糖苷健，而分支點(diǎn)上是 (16)糖苷健。糖苷健。淀粉遇碘液呈紫藍(lán)色反應(yīng)。能為酸或淀粉酶所淀粉遇碘液呈紫藍(lán)色反應(yīng)

15、。能為酸或淀粉酶所水解，逐步降解時(shí)遇碘可顯出不同顏色。水解，逐步降解時(shí)遇碘可顯出不同顏色。淀粉淀粉紅色糊精紅色糊精無色糊精無色糊精麥芽糖麥芽糖 葡萄糖葡萄糖 藍(lán)紫藍(lán)紫 紅色紅色 不顯色不顯色 不顯色不顯色 不顯色不顯色 直鏈淀粉溶于熱水，分子量直鏈淀粉溶于熱水，分子量1.01042.0106，約約250300個(gè)葡萄糖殘基，分子通常卷曲為螺個(gè)葡萄糖殘基，分子通常卷曲為螺旋形，每一轉(zhuǎn)有旋形，每一轉(zhuǎn)有6個(gè)葡萄糖殘基。遇碘呈紫蘭個(gè)葡萄糖殘基。遇碘呈紫蘭色，最大吸收波長(zhǎng)色，最大吸收波長(zhǎng)620680nm。支 鏈 淀 粉 不 溶 于 熱 水 ， 分 子 量支 鏈 淀 粉 不 溶 于 熱 水 ， 分 子 量5

16、.01044.0108，約，約600個(gè)葡萄糖殘基，個(gè)葡萄糖殘基，糖鏈分支點(diǎn)以糖鏈分支點(diǎn)以 （16）糖苷鍵連接，分支）糖苷鍵連接，分支短鏈的平均長(zhǎng)度為短鏈的平均長(zhǎng)度為2430個(gè)葡萄糖殘基。遇個(gè)葡萄糖殘基。遇碘顯紫紅色，最大吸收波長(zhǎng)碘顯紫紅色，最大吸收波長(zhǎng)530555nm之間。之間。糖原是動(dòng)物組織內(nèi)糖的貯存形式，如肝和肌肉糖原是動(dòng)物組織內(nèi)糖的貯存形式，如肝和肌肉中貯存的養(yǎng)分，有動(dòng)物淀粉之稱。中貯存的養(yǎng)分，有動(dòng)物淀粉之稱。其分子量較淀粉的略大，分支較支鏈淀粉略多，其分子量較淀粉的略大，分支較支鏈淀粉略多，單糖連接方式與支鏈淀粉相同，分支鏈平均單糖連接方式與支鏈淀粉相同，分支鏈平均長(zhǎng)度約長(zhǎng)度約1218

17、個(gè)葡萄糖殘基。遇碘顯棕紅色，個(gè)葡萄糖殘基。遇碘顯棕紅色，最大吸收波長(zhǎng)最大吸收波長(zhǎng)430490nm。較易溶于水，遇。較易溶于水，遇碘液呈棕紅色外，其他性質(zhì)與淀粉相似。碘液呈棕紅色外，其他性質(zhì)與淀粉相似。纖維素是構(gòu)成植物軀干的主要成分，它由許多纖維素是構(gòu)成植物軀干的主要成分，它由許多 -D-葡萄糖分子通過葡萄糖分子通過 (14)糖苷鍵縮合生成，糖苷鍵縮合生成，其分子甚大，故不溶于水，稀酸、稀堿及其其分子甚大，故不溶于水，稀酸、稀堿及其他普通有機(jī)溶劑中。他普通有機(jī)溶劑中。由一種以上類型的糖及其衍生物殘基組成。如由一種以上類型的糖及其衍生物殘基組成。如糖胺聚糖（粘多糖）為含氮多糖。有透明質(zhì)糖胺聚糖（粘

18、多糖）為含氮多糖。有透明質(zhì)酸，硫酸軟骨素、硫酸皮膚素，硫酸角質(zhì)素、酸，硫酸軟骨素、硫酸皮膚素，硫酸角質(zhì)素、肝素及硫酸乙酰肝素，存在于軟骨、腱等結(jié)肝素及硫酸乙酰肝素，存在于軟骨、腱等結(jié)締組織和各種腺體分泌的粘液中，有構(gòu)成組締組織和各種腺體分泌的粘液中，有構(gòu)成組織間質(zhì)，潤(rùn)滑劑、防護(hù)劑等多方面作用?？楅g質(zhì)，潤(rùn)滑劑、防護(hù)劑等多方面作用。多糖研究近多糖研究近20年來取得了突破性的進(jìn)展，并成年來取得了突破性的進(jìn)展，并成為近代生物化學(xué)中一個(gè)新興的活躍領(lǐng)域。為近代生物化學(xué)中一個(gè)新興的活躍領(lǐng)域。 5.3 雙糖和多糖的酶促降解雙糖和多糖的酶促降解5.3.1 蔗糖、麥芽糖、乳糖的酶促降解蔗糖、麥芽糖、乳糖的酶促降解

19、5.3.1.1 蔗糖的水解蔗糖的水解蔗糖是植物光合作用產(chǎn)物的主要運(yùn)輸形式。蔗糖是植物光合作用產(chǎn)物的主要運(yùn)輸形式。 在蔗糖合成酶作用下水解在蔗糖合成酶作用下水解在蔗糖酶（轉(zhuǎn)化酶）作用下水解在蔗糖酶（轉(zhuǎn)化酶）作用下水解5.3.1.2 麥芽糖的水解麥芽糖的水解麥芽糖酶可催化麥芽糖水解為葡萄糖。麥芽糖酶可催化麥芽糖水解為葡萄糖。5.3.1.3 乳糖的水解乳糖的水解乳糖在乳糖在 -半乳糖苷酶催化下水解為半乳糖苷酶催化下水解為D-葡萄糖和葡萄糖和D-半乳糖。半乳糖。5.3.2 淀粉淀粉(糖原糖原)的酶促降解的酶促降解淀粉（糖原）有水解和磷酸解兩種酶促降解途淀粉（糖原）有水解和磷酸解兩種酶促降解途徑。徑。5

20、.3.2.1 淀粉酶促水解淀粉酶促水解淀粉酶、淀粉酶、 -淀粉酶、脫支酶和麥芽糖酶參與淀粉酶、脫支酶和麥芽糖酶參與了植物體內(nèi)的淀粉水解。了植物體內(nèi)的淀粉水解。 -淀粉酶耐熱淀粉酶耐熱(70,15min)不耐酸不耐酸(pH3.3)，在淀粉分子內(nèi)部隨機(jī)水解在淀粉分子內(nèi)部隨機(jī)水解 -1,4糖苷鍵，將直糖苷鍵，將直鏈淀粉水解的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖；將支鏈淀粉水解的產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖；將支鏈淀粉作用產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和糊精。鏈淀粉作用產(chǎn)物為葡萄糖、麥芽糖和糊精。 -淀粉酶耐酸不耐熱，從多糖的非還原端的淀粉酶耐酸不耐熱，從多糖的非還原端的 -1,4糖苷鍵，將直鏈淀粉水解成麥芽糖；將糖苷鍵，將直鏈淀粉水

21、解成麥芽糖；將支鏈淀粉（或糖原）水解為麥芽糖和極限糊支鏈淀粉（或糖原）水解為麥芽糖和極限糊精。精。脫支酶（脫支酶（R酶）可專一水解酶）可專一水解 -1,6糖苷鍵。支糖苷鍵。支鏈淀粉經(jīng)淀粉酶水解產(chǎn)生的極限糊精，由脫鏈淀粉經(jīng)淀粉酶水解產(chǎn)生的極限糊精，由脫支酶水解去除支酶水解去除 -1,6鍵連接的葡萄糖，再在鍵連接的葡萄糖，再在 -淀粉酶和淀粉酶和 -淀粉酶作用下徹底水解。淀粉酶作用下徹底水解。麥芽糖酶水解麥芽糖和糊精中的麥芽糖酶水解麥芽糖和糊精中的 -1,4糖苷鍵，糖苷鍵，生成葡萄糖。生成葡萄糖。5.3.2.2 淀粉的磷酸解淀粉的磷酸解淀粉磷酸化酶廣泛存在于高等植物的葉片及絕淀粉磷酸化酶廣泛存在于

22、高等植物的葉片及絕大多數(shù)貯藏器官中。大多數(shù)貯藏器官中。淀粉磷酸化酶催化淀粉磷酸化酶催化 -1,4葡聚糖非還原末端的葡葡聚糖非還原末端的葡萄糖轉(zhuǎn)移給萄糖轉(zhuǎn)移給Pi，生成，生成G-1-P，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的非還原末端，繼續(xù)進(jìn)行磷酸化。的非還原末端，繼續(xù)進(jìn)行磷酸化。淀粉淀粉+nH3PO4=nG-1-P5.3.2.3 糖原的磷酸解糖原的磷酸解糖原磷酸化酶主要存在于動(dòng)物肝臟中，通過糖糖原磷酸化酶主要存在于動(dòng)物肝臟中，通過糖原分解直接補(bǔ)充血糖。原分解直接補(bǔ)充血糖。糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)是糖原是糖原降解的限速酶，有活性和非活性兩種形態(tài)，降解的限

23、速酶，有活性和非活性兩種形態(tài)，分別稱為糖原磷酸化酶分別稱為糖原磷酸化酶a(活化態(tài)活化態(tài))和糖原磷酸和糖原磷酸化酶化酶b(失活態(tài)失活態(tài))，兩者在一定條件下可相互轉(zhuǎn)，兩者在一定條件下可相互轉(zhuǎn)變。變。糖原磷酸解時(shí)，在酶糖原磷酸解時(shí)，在酶a的作用下，從糖原非還的作用下，從糖原非還原端逐個(gè)磷酸解下葡萄糖基，生成原端逐個(gè)磷酸解下葡萄糖基，生成G-1-P，切至離分支點(diǎn)切至離分支點(diǎn)4個(gè)葡萄糖殘基處停止，然后個(gè)葡萄糖殘基處停止，然后由由 -1,4-1,4-寡聚糖基轉(zhuǎn)移酶寡聚糖基轉(zhuǎn)移酶(oligosaccharyl transferase)切下分支點(diǎn)上的麥芽三糖，同時(shí)切下分支點(diǎn)上的麥芽三糖，同時(shí)將它轉(zhuǎn)移到另一鏈上

24、，以將它轉(zhuǎn)移到另一鏈上，以 -1,4糖苷鍵連接，糖苷鍵連接，被加長(zhǎng)了的支鏈仍由糖原磷酸化酶被加長(zhǎng)了的支鏈仍由糖原磷酸化酶a磷酸解，磷酸解，而連接有而連接有1個(gè)葡萄糖殘基的個(gè)葡萄糖殘基的 -1,6糖苷鍵由脫糖苷鍵由脫支酶水解形成葡萄糖。支酶水解形成葡萄糖。5.3.3 細(xì)胞壁多糖的酶促降解細(xì)胞壁多糖的酶促降解纖維素是由纖維素是由100010000個(gè)個(gè) -D-葡萄糖通過葡萄糖通過 -1，4糖苷鍵連接的直鏈分子，是植物細(xì)胞壁的主糖苷鍵連接的直鏈分子，是植物細(xì)胞壁的主要組分。纖維素可在酸或纖維素酶作用下水要組分。纖維素可在酸或纖維素酶作用下水解為解為 -葡萄糖。葡萄糖。單糖的分解代謝單糖的分解代謝在生物

25、體內(nèi)首先要將多在生物體內(nèi)首先要將多糖水解為單糖才能為糖水解為單糖才能為生命活動(dòng)提供能源或生命活動(dòng)提供能源或碳源，葡萄糖是大多碳源，葡萄糖是大多數(shù)有機(jī)體生命活動(dòng)的數(shù)有機(jī)體生命活動(dòng)的主要能源，細(xì)胞通過主要能源，細(xì)胞通過分解葡萄糖將其中所分解葡萄糖將其中所含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成細(xì)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成細(xì)胞能夠利用的形式胞能夠利用的形式（ATP）。）。葡萄糖徹底葡萄糖徹底氧化分解氧化分解成成CO2和和H2O要經(jīng)要經(jīng)歷歷EMP-TCA、電、電子傳遞和子傳遞和氧化磷酸氧化磷酸化幾個(gè)反化幾個(gè)反應(yīng)階段，應(yīng)階段，并將氧化并將氧化釋放的能釋放的能量轉(zhuǎn)變成量轉(zhuǎn)變成ATP。5.4 糖酵解（糖酵解（glycolysis）EMP5.

26、4.1 糖酵解的概念糖酵解的概念糖酵解是指葡萄糖在酶的作用下，在細(xì)胞質(zhì)中糖酵解是指葡萄糖在酶的作用下，在細(xì)胞質(zhì)中經(jīng)一系列脫氫氧化分解成丙酮酸的過程。由經(jīng)一系列脫氫氧化分解成丙酮酸的過程。由氧化分解沒有氧氣參與，故稱之為酵解。氧化分解沒有氧氣參與，故稱之為酵解。G. Embden, O. Meyerhof, J. K. Parnas在研究在研究糖酵解途徑中作出了重大貢獻(xiàn)，簡(jiǎn)稱為糖酵解途徑中作出了重大貢獻(xiàn)，簡(jiǎn)稱為EMP途徑。途徑。5.4.2 EMP的生化歷程的生化歷程糖酵解分為己糖的磷酸糖酵解分為己糖的磷酸化、磷酸己糖的裂解化、磷酸己糖的裂解和丙酮酸的生成三個(gè)和丙酮酸的生成三個(gè)階段，共階段，共10

27、個(gè)反應(yīng)組個(gè)反應(yīng)組成。成。5.4.2.1 己糖的磷酸化己糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化葡萄糖的磷酸化(phosphorylation of glucose) 在己糖激酶作用下消耗在己糖激酶作用下消耗ATP，使葡萄糖的第，使葡萄糖的第6位位碳上被磷酸化生成碳上被磷酸化生成6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖(G-6-P)，這，這不僅活化了葡萄糖，也有利于進(jìn)一步參與合不僅活化了葡萄糖，也有利于進(jìn)一步參與合成與分解代謝，同時(shí)還能使進(jìn)入細(xì)胞的葡萄成與分解代謝，同時(shí)還能使進(jìn)入細(xì)胞的葡萄糖不再逸出細(xì)胞。糖不再逸出細(xì)胞。Mg2+是己糖激酶的激活劑，是己糖激酶的激活劑，6-磷酸葡萄糖是己磷酸葡萄糖是己糖激酶的反饋抑制物。糖激酶的

28、反饋抑制物。 6-磷酸葡萄糖的異構(gòu)反應(yīng)磷酸葡萄糖的異構(gòu)反應(yīng)(isomerization of glucose-6-phosphate) 磷酸己糖異構(gòu)酶磷酸己糖異構(gòu)酶(phosphohexose isomerase)催催化化6-磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿崞咸烟寝D(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸果糖磷酸果糖(fructose-6-phosphate, F-6-P) 。 6-磷酸果糖的磷酸化磷酸果糖的磷酸化(phosphorylation of fructose-6-phosphate) 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶(phosphofructokinase, PFK)催化催化6-磷酸果糖第一位磷酸果糖第一位C上磷酸化生成上磷酸化

29、生成1,6-二磷酸二磷酸果糖，磷酸根由果糖，磷酸根由ATP供給。供給。 PFK催化的反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，它是糖的有氧催化的反應(yīng)是不可逆反應(yīng)，它是糖的有氧氧化過程中最重要的限速酶，它也是變構(gòu)酶，氧化過程中最重要的限速酶，它也是變構(gòu)酶，檸檬酸、檸檬酸、ATP等是變構(gòu)抑制劑，等是變構(gòu)抑制劑，ADP、AMP、Pi等是變構(gòu)激活劑。等是變構(gòu)激活劑。 5.4.2.2 磷酸己糖的裂解磷酸己糖的裂解1.6-二磷酸果糖的裂解二磷酸果糖的裂解(cleavage of fructose1,6 di/bis phosphate) 醛縮酶醛縮酶(aldolase)催化催化1.6-二磷酸果糖生成磷酸二磷酸果糖生成磷酸二羥丙酮

30、和二羥丙酮和3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。 磷酸二羥丙酮的異構(gòu)反應(yīng)磷酸二羥丙酮的異構(gòu)反應(yīng)(isomerization of dihydroxyacetonephosphate) 磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸丙糖異構(gòu)酶(triose phosphate isomerase)催催化磷酸二羥丙酮轉(zhuǎn)變?yōu)榛姿岫u丙酮轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油醛。至此磷酸甘油醛。至此1分子葡萄糖生成分子葡萄糖生成2分子分子3-磷酸甘油醛，通過兩磷酸甘油醛，通過兩次磷酸化作用消耗次磷酸化作用消耗2分子分子ATP。 5.4.2.3 丙酮酸的生成丙酮酸的生成3-磷酸甘油醛的氧化磷酸甘油醛的氧化(oxidation of glyceraldehy

31、de-3-phosphate）3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde 3-phosphatedehydrogenase)催化催化3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛氧化脫氫并磷酸化生成含有氧化脫氫并磷酸化生成含有1個(gè)高能磷酸鍵的個(gè)高能磷酸鍵的1,3-二磷酸甘油酸，反應(yīng)脫下的氫和電子轉(zhuǎn)給二磷酸甘油酸，反應(yīng)脫下的氫和電子轉(zhuǎn)給NAD生成生成NADH，磷酸根來自無機(jī)磷酸。，磷酸根來自無機(jī)磷酸。 1.3-二磷酸甘油酸的高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移反應(yīng)二磷酸甘油酸的高能磷酸鍵轉(zhuǎn)移反應(yīng) 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸激酶(phosphaglycerate kinase,PGK)催化催化1.3-二磷酸甘油酸生成二

32、磷酸甘油酸生成3-磷酸甘油酸，同磷酸甘油酸，同時(shí)其時(shí)其C1上的高能磷酸根轉(zhuǎn)移給上的高能磷酸根轉(zhuǎn)移給ADP生成生成ATP。在底物氧化過程中，將底物分子中的高能磷酸在底物氧化過程中，將底物分子中的高能磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移給基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移給ADP，偶聯(lián)生成，偶聯(lián)生成ATP的反應(yīng)的反應(yīng)稱為底物水平磷酸化稱為底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。 3-磷酸甘油酸的變位反應(yīng)磷酸甘油酸的變位反應(yīng) 磷酸甘油酸變位酶磷酸甘油酸變位酶(phosphoglycerate mutase)催催化化3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸C3位上的磷酸基轉(zhuǎn)變到位上的磷酸基轉(zhuǎn)變到C2位位上生成上生成2

33、-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。2-磷酸甘油酸的脫水反應(yīng)磷酸甘油酸的脫水反應(yīng) 由烯醇化酶由烯醇化酶(enolase)催化，催化，2-磷酸甘油酸脫水磷酸甘油酸脫水的同時(shí)，能量重新分配，生成含高能磷酸鍵的同時(shí)，能量重新分配，生成含高能磷酸鍵的磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate PEP)。磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸轉(zhuǎn)移磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸轉(zhuǎn)移 在丙酮酸激酶在丙酮酸激酶(pyruvate kinase, PK)催化下，催化下，磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根轉(zhuǎn)移至磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根轉(zhuǎn)移至ADP生成生成ATP，這是第二次底物水平的磷酸，這是第二次底物水平的磷酸化

34、過程。化過程。5.4.3 糖酵解的化學(xué)計(jì)量于生物學(xué)意義糖酵解的化學(xué)計(jì)量于生物學(xué)意義1分子葡萄糖經(jīng)過分子葡萄糖經(jīng)過EMP途徑氧化分解產(chǎn)生途徑氧化分解產(chǎn)生2個(gè)丙個(gè)丙酮酸，酮酸，2個(gè)個(gè)ATP和和2個(gè)個(gè)NADH。生成的生成的2NADH若進(jìn)入有氧的徹底氧化途徑可產(chǎn)若進(jìn)入有氧的徹底氧化途徑可產(chǎn)生生6ATP。G+2Pi+2NAD+2ADP2Pyr+2ATP+2NADH+2H+2H2OEMP的生物學(xué)意義的生物學(xué)意義EMP是糖的有氧氧化和無氧氧化的一段共同是糖的有氧氧化和無氧氧化的一段共同途徑；途徑；EMP是有機(jī)體在無氧條件下獲得能量的一種是有機(jī)體在無氧條件下獲得能量的一種適應(yīng)方式。適應(yīng)方式。EMP的一些中間產(chǎn)

35、物可以作為合成其它重要的一些中間產(chǎn)物可以作為合成其它重要生命生命 物質(zhì)的原料。物質(zhì)的原料。EMP在糖與非糖物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)變過程中起著在糖與非糖物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)變過程中起著重要作用。重要作用。5.4.4 糖酵解的其它底物糖酵解的其它底物許多糖類可轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒獾牡孜锘蛑虚g產(chǎn)物進(jìn)許多糖類可轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒獾牡孜锘蛑虚g產(chǎn)物進(jìn)入酵解途徑。入酵解途徑。5.4.5 丙酮酸的去路丙酮酸的去路 糖酵解終產(chǎn)物進(jìn)一步分解代謝的去路取決于氧糖酵解終產(chǎn)物進(jìn)一步分解代謝的去路取決于氧的有無。在有氧條件下丙酮酸進(jìn)入線粒體脫的有無。在有氧條件下丙酮酸進(jìn)入線粒體脫氫氧化生成乙酰氫氧化生成乙酰CoA，進(jìn)入，進(jìn)入TCA繼續(xù)進(jìn)行氧繼續(xù)進(jìn)行氧化

36、分解；缺氧時(shí)丙酮酸被還原成乳酸或乙醇?；纸?；缺氧時(shí)丙酮酸被還原成乳酸或乙醇。乳酸的生成乳酸的生成乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase)催催化丙酮酸生成乳酸?；嵘扇樗帷７磻?yīng)中丙酮酸作為反應(yīng)中丙酮酸作為氫接受體將氫接受體將3-磷酸磷酸甘油醛脫氫生成的甘油醛脫氫生成的NADH氧化為氧化為NAD，使糖酵解繼續(xù)進(jìn)行。使糖酵解繼續(xù)進(jìn)行。 生成乙醇生成乙醇在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸脫羧酶催化在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸脫羧酶催化丙酮酸脫羧變成乙醛，乙醛在醇脫氫酶催化丙酮酸脫羧變成乙醛，乙醛在醇脫氫酶催化下被下被NADH還原形成乙醇。還原形成乙醇。乙醇發(fā)酵存在于真菌

37、和缺氧的植物器官乙醇發(fā)酵存在于真菌和缺氧的植物器官(如淹如淹水的根水的根)中。乙醇發(fā)酵可用于釀酒、面包制作中。乙醇發(fā)酵可用于釀酒、面包制作等。在有氧條件下乙醛可被氧化生成乙酸。等。在有氧條件下乙醛可被氧化生成乙酸。 5.4.6 糖酵解的調(diào)節(jié)糖酵解的調(diào)節(jié) 代謝受到嚴(yán)格而精確的調(diào)節(jié)，以滿足機(jī)體的需代謝受到嚴(yán)格而精確的調(diào)節(jié)，以滿足機(jī)體的需要，保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。這種控制主要是通要，保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。這種控制主要是通過調(diào)節(jié)酶的活性來實(shí)現(xiàn)的。過調(diào)節(jié)酶的活性來實(shí)現(xiàn)的。在一個(gè)代謝過程中往往催化不可逆反應(yīng)的酶限在一個(gè)代謝過程中往往催化不可逆反應(yīng)的酶限制代謝反應(yīng)速度，這種酶稱為調(diào)節(jié)酶。制代謝反應(yīng)速度，這種酶稱為調(diào)

38、節(jié)酶。糖酵解途徑中己糖激酶糖酵解途徑中己糖激酶(HK)，磷酸果糖激酶，磷酸果糖激酶-1(PFK-1)和丙酮酸激酶和丙酮酸激酶(PK)是主要的調(diào)節(jié)酶，是主要的調(diào)節(jié)酶，調(diào)節(jié)著糖酵解的速度，以滿足細(xì)胞對(duì)調(diào)節(jié)著糖酵解的速度，以滿足細(xì)胞對(duì)ATP和和合成原料的需要。合成原料的需要。5.4.6.1 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶三個(gè)調(diào)節(jié)酶中起決定作用的是催化效率最低的三個(gè)調(diào)節(jié)酶中起決定作用的是催化效率最低的酶酶PFK。因此它是一個(gè)限速酶，酵解速度主。因此它是一個(gè)限速酶，酵解速度主要決定于其活性。要決定于其活性。 6-磷酸果糖、磷酸果糖、ADP和和AMP是磷酸果糖激酶的是磷酸果糖激酶的別構(gòu)激活劑，而別構(gòu)激活劑，而A

39、TP、檸檬酸等是該酶的別、檸檬酸等是該酶的別構(gòu)抑制劑。構(gòu)抑制劑。ATP既是該酶作用的底物，又起抑制作用。酶既是該酶作用的底物，又起抑制作用。酶活性中心對(duì)活性中心對(duì)ATP的的Km值低，而別構(gòu)中心對(duì)值低，而別構(gòu)中心對(duì)ATP的的Km值高。因此，當(dāng)值高。因此，當(dāng)ATP濃度低時(shí)，濃度低時(shí)，ATP和酶的活性中心結(jié)合作為底物，酶發(fā)揮和酶的活性中心結(jié)合作為底物，酶發(fā)揮正常的催化功能；當(dāng)正常的催化功能；當(dāng)ATP濃度高時(shí)，濃度高時(shí)，ATP可可被酶的別構(gòu)中心結(jié)合，引起酶構(gòu)象改變而失被酶的別構(gòu)中心結(jié)合，引起酶構(gòu)象改變而失活，活，ATP是別構(gòu)抑制劑。是別構(gòu)抑制劑。ATP通過濃度變化影響磷酸果糖激酶活性，調(diào)通過濃度變化影

40、響磷酸果糖激酶活性，調(diào)節(jié)糖酵解速度。節(jié)糖酵解速度。檸檬酸和脂肪酸對(duì)磷酸果糖激酶的別構(gòu)抑制檸檬酸和脂肪酸對(duì)磷酸果糖激酶的別構(gòu)抑制檸檬酸和脂肪酸分別是糖有氧分解中間物和以檸檬酸和脂肪酸分別是糖有氧分解中間物和以糖分解中間物為原料合成的產(chǎn)物。糖分解中間物為原料合成的產(chǎn)物。果糖果糖-2,6-二磷酸對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)二磷酸對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)果糖果糖-2,6-二磷酸激酶二磷酸激酶(PFK2)催化果糖催化果糖-6-磷酸磷酸(F-6-P)磷酸化形成果糖磷酸化形成果糖-2,6-二磷酸二磷酸(F-2,6-BP)；而果糖而果糖-2,6-二磷酸酯酶二磷酸酯酶(FBPase)催化催化F-2,6-BP水解去磷酸形成水

41、解去磷酸形成F-6-P。但這兩個(gè)相反催化活性的酶是集兩種活性為同但這兩個(gè)相反催化活性的酶是集兩種活性為同一多肽鏈的雙功能酶，即一多肽鏈的雙功能酶，即N端一半為端一半為PFK2的的活性中心，活性中心，C端一半為端一半為FBPase2活性中心，一活性中心，一般寫作般寫作PPK2/FBPase2。F-6-P激活其激活其PFK2活性而抑制其活性而抑制其FBPase2活性，活性，而而F-2,6-BP強(qiáng)烈激活強(qiáng)烈激活PFK。因此，。因此，F(xiàn)-6-P高時(shí)高時(shí)促進(jìn)糖酵解進(jìn)行。促進(jìn)糖酵解進(jìn)行。當(dāng)血液中葡萄糖水平降低時(shí)，激活胰高血糖素當(dāng)血液中葡萄糖水平降低時(shí)，激活胰高血糖素釋放于血液中，啟動(dòng)釋放于血液中，啟動(dòng)cA

42、MP級(jí)聯(lián)系統(tǒng)使級(jí)聯(lián)系統(tǒng)使PFK2/PBPase2多肽上特定的一個(gè)多肽上特定的一個(gè)Ser殘基磷殘基磷酸化，而使酸化，而使FBPase2活化、活化、PFK2抑制，使抑制，使F-2,6-BP水平降低，從而也降低了糖酵解水平。水平降低，從而也降低了糖酵解水平。反之，當(dāng)葡萄糖水平高時(shí)，蛋白磷酸酶水解反之，當(dāng)葡萄糖水平高時(shí)，蛋白磷酸酶水解PFK2/FBPase2上的磷酸導(dǎo)致上的磷酸導(dǎo)致F-2,6-BP升高，升高，提高糖酵解速率。提高糖酵解速率。 H+對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)對(duì)磷酸果糖激酶的調(diào)節(jié)PFK被被H+抑制，因此，在抑制，因此，在PH明顯下降時(shí)糖酵明顯下降時(shí)糖酵解速率降低。這防止在缺氧條件下形成過量解速率

43、降低。這防止在缺氧條件下形成過量的乳酸而導(dǎo)致酸毒癥。的乳酸而導(dǎo)致酸毒癥。5.4.6.2 己糖激酶己糖激酶己糖激酶的別構(gòu)抑制劑為其產(chǎn)物己糖激酶的別構(gòu)抑制劑為其產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖。當(dāng)磷酸果糖激酶活性被抑制時(shí)，底物當(dāng)磷酸果糖激酶活性被抑制時(shí)，底物6-磷酸磷酸果糖積累，進(jìn)而使果糖積累，進(jìn)而使6-磷酸葡萄糖的濃度升高，磷酸葡萄糖的濃度升高，從而引起己糖激酶活性下降。從而引起己糖激酶活性下降。 5.4.6.3 丙酮酸激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶具有變構(gòu)酶性質(zhì)，高濃度丙酮酸激酶具有變構(gòu)酶性質(zhì)，高濃度ATP、丙、丙氨酸、乙酰氨酸、乙酰CoA等代謝物抑制其活性，這是等代謝物抑制其活性，這是生成物對(duì)反應(yīng)本

44、身的反饋抑制。當(dāng)生成物對(duì)反應(yīng)本身的反饋抑制。當(dāng)ATP的生的生成量超過細(xì)胞自身需要時(shí)，通過丙酮酸激酶成量超過細(xì)胞自身需要時(shí)，通過丙酮酸激酶的別構(gòu)抑制使糖酵解速度減低。的別構(gòu)抑制使糖酵解速度減低。cAMP激活激活的蛋白激酶也可使丙酮酸激酶磷酸化而失活。的蛋白激酶也可使丙酮酸激酶磷酸化而失活。ADP是變構(gòu)激活劑，是變構(gòu)激活劑，Mg2+或或K+可激活丙酮酸可激活丙酮酸激酶的活性。激酶的活性。5.5 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) (tricarboxylic acid cycle，TCA）1937年，年，H.A.Krebs以鴿胸肌為材料，研究丙以鴿胸肌為材料，研究丙酮酸有氧條件下在線粒體中被氧化分解為酮酸有氧條

45、件下在線粒體中被氧化分解為CO2，整個(gè)氧化分解過程構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，且，整個(gè)氧化分解過程構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，且反應(yīng)中有三個(gè)羧基的有機(jī)酸，稱為三羧酸循反應(yīng)中有三個(gè)羧基的有機(jī)酸，稱為三羧酸循環(huán)，又稱環(huán)，又稱Krebs環(huán)。由于環(huán)。由于TCA中乙酰中乙酰CoA與與草酰乙酸縮合生成了檸檬酸，又稱為檸檬酸草酰乙酸縮合生成了檸檬酸，又稱為檸檬酸循環(huán)循環(huán)(citric acid cycle)。EMP的終產(chǎn)物丙酮酸在有氧條件下丙酮酸進(jìn)入的終產(chǎn)物丙酮酸在有氧條件下丙酮酸進(jìn)入線粒體，氧化分解為線粒體，氧化分解為CO2的過程。的過程。糖降解代謝大部分是在有氧條件下進(jìn)行的，糖糖降解代謝大部分是在有氧條件下進(jìn)行的，糖的有氧降解實(shí)際

46、上是丙酮酸在有氧條件下的的有氧降解實(shí)際上是丙酮酸在有氧條件下的徹底氧化分解，因此無氧酵解和有氧氧化是徹底氧化分解，因此無氧酵解和有氧氧化是在丙酮酸生成以后才分歧的。在丙酮酸生成以后才分歧的。丙酮酸在線粒體中的氧化可分為兩個(gè)階段：丙丙酮酸在線粒體中的氧化可分為兩個(gè)階段：丙酮酸氧化為乙酰酮酸氧化為乙酰CoA和乙酰和乙酰CoA的乙?；康囊阴；糠纸?jīng)過三羧酸循環(huán)氧化為分經(jīng)過三羧酸循環(huán)氧化為CO2。 5.5.1 丙酮酸氧化為乙酰丙酮酸氧化為乙酰CoA 丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系(pyruvate dehydrogenase system)催化丙酮酸氧化脫羧生成乙酰催化丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA。丙

47、酮酸脫氫酶系是一個(gè)多酶復(fù)合體，位于線粒丙酮酸脫氫酶系是一個(gè)多酶復(fù)合體，位于線粒體內(nèi)膜上，由丙酮酸脫羧酶體內(nèi)膜上，由丙酮酸脫羧酶(E1)，硫辛酸乙，硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶酰轉(zhuǎn)移酶(E2)，二氫硫辛酸脫氫酶，二氫硫辛酸脫氫酶(E3)3種酶種酶組成。組成。多酶復(fù)合體形成了緊密相連的連鎖反應(yīng)機(jī)構(gòu)，多酶復(fù)合體形成了緊密相連的連鎖反應(yīng)機(jī)構(gòu)，提高了催化效率。酶系催化的反應(yīng)分提高了催化效率。酶系催化的反應(yīng)分5步進(jìn)步進(jìn)行。涉及焦磷酸硫胺素行。涉及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和和Mg2+等等6種輔因子。種輔因子。丙酮酸到乙酰丙酮酸到乙酰CoA處于代謝途徑的分支點(diǎn)，是處于代謝途徑的分支

48、點(diǎn)，是一個(gè)重要的步驟。丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)過程一個(gè)重要的步驟。丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)過程的第一步脫羧反應(yīng)是不可逆的，這一反應(yīng)體的第一步脫羧反應(yīng)是不可逆的，這一反應(yīng)體系受到產(chǎn)物和能量物質(zhì)的調(diào)節(jié)。系受到產(chǎn)物和能量物質(zhì)的調(diào)節(jié)。產(chǎn)物抑制產(chǎn)物抑制丙酮酸氧化脫羧的丙酮酸氧化脫羧的3個(gè)產(chǎn)物，其中乙酰個(gè)產(chǎn)物，其中乙酰CoA抑制抑制硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2，NADH抑制二氫硫辛抑制二氫硫辛酸脫氫酶酸脫氫酶E3。抑制效應(yīng)可以被。抑制效應(yīng)可以被CoA-SH和和NAD+逆轉(zhuǎn)。逆轉(zhuǎn)。 核苷酸調(diào)節(jié)核苷酸調(diào)節(jié)丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶E1受受GTP抑制，為抑制，為AMP活化，活化，即當(dāng)細(xì)胞內(nèi)富有活躍的化學(xué)能時(shí)，丙酮酸脫

49、即當(dāng)細(xì)胞內(nèi)富有活躍的化學(xué)能時(shí)，丙酮酸脫氫酶系活性降低。氫酶系活性降低。共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾調(diào)節(jié)當(dāng)細(xì)胞內(nèi)當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP、NADH/NAD+或或乙乙酰酰CoA/CoA-SH比值高時(shí)，丙酮酸脫羧酶比值高時(shí)，丙酮酸脫羧酶分子上特殊的分子上特殊的Ser殘基可被專一的磷酸激酶殘基可被專一的磷酸激酶磷酸化，失去活性，當(dāng)酶上的磷酸基團(tuán)被專磷酸化，失去活性，當(dāng)酶上的磷酸基團(tuán)被專一的磷酸酶水解時(shí)，活性恢復(fù)。一的磷酸酶水解時(shí)，活性恢復(fù)。5.5.2 三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)乙酰乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸與草酰乙酸縮合成檸檬酸在檸檬酸合成酶在檸檬酸合成酶(citrate synthetase)催化

50、下，乙催化下，乙酰酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸，此反應(yīng)是與草酰乙酸縮合成檸檬酸，此反應(yīng)是一個(gè)放能過程，反應(yīng)不可逆。一個(gè)放能過程，反應(yīng)不可逆。乙酰乙酰CoA具有硫酯鍵，乙?；凶銐蚰芰颗c草具有硫酯鍵，乙?；凶銐蚰芰颗c草酰乙酸酰乙酸(oxaloacetate)的羧基進(jìn)行醛醇型縮合。的羧基進(jìn)行醛醇型縮合。先從先從CH3CO基上除去一個(gè)基上除去一個(gè)H+，生成的陰離子，生成的陰離子對(duì)草酰乙酸的羰基碳進(jìn)行親核攻擊，生成檸對(duì)草酰乙酸的羰基碳進(jìn)行親核攻擊，生成檸檬酰檬酰CoA中間體，然后高能硫酯鍵水解放出中間體，然后高能硫酯鍵水解放出游離的檸檬酸。游離的檸檬酸。由草酰乙酸和乙酰由草酰乙酸和乙酰CoA合成檸

51、檬酸是三羧酸循合成檸檬酸是三羧酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)（限速酶），檸檬酸合成酶環(huán)的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)（限速酶），檸檬酸合成酶是一個(gè)變構(gòu)酶，是一個(gè)變構(gòu)酶，ATP是檸檬酸合成酶的變構(gòu)是檸檬酸合成酶的變構(gòu)抑制劑，此外，抑制劑，此外，-酮戊二酸、酮戊二酸、NADH能變構(gòu)能變構(gòu)抑制其活性，抑制其活性，AMP可對(duì)抗可對(duì)抗ATP的抑制而起激的抑制而起激活作用?；钭饔?。異檸檬酸形成異檸檬酸形成在順烏頭酸酶催化下，檸檬酸脫水生成順烏頭在順烏頭酸酶催化下，檸檬酸脫水生成順烏頭酸，加水生成異檸檬酸。酸，加水生成異檸檬酸。 異檸檬酸氧化脫羧生成異檸檬酸氧化脫羧生成 -酮戊二酸酮戊二酸在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸氧化脫氫在異檸檬

52、酸脫氫酶作用下，異檸檬酸氧化脫氫生成草酰琥珀酸生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate) 中間產(chǎn)物，中間產(chǎn)物，再脫羧生成再脫羧生成 -酮戊二酸酮戊二酸( -ketoglutarate)、NADH和和CO2，此反應(yīng)為，此反應(yīng)為 -氧化脫羧，此酶氧化脫羧，此酶需要需要Mn2+作為激活劑。作為激活劑。 -酮戊二酸氧化脫羧酮戊二酸氧化脫羧在在 -酮戊二酸脫氫酶系作用下，酮戊二酸脫氫酶系作用下， -酮戊二酸氧酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀?；擊壬社牾oA、NADH和和CO2，氧，氧化產(chǎn)生的能量中一部分儲(chǔ)存于琥珀?；a(chǎn)生的能量中一部分儲(chǔ)存于琥珀酰CoA的的高能硫酯鍵中。高能硫酯鍵中。 -酮戊二酸脫氫

53、酶系由酮戊二酸脫氫酶系由 -酮戊二酸脫羧酶、硫酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀?；D(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酸脫氫酶等辛酸琥珀酰基轉(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酸脫氫酶等3個(gè)酶和個(gè)酶和TPP、硫辛酸、硫辛酸、HSCoA、NAD、FAD等等5個(gè)輔酶組成。個(gè)輔酶組成。 -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受ATP、GTP、NAPH和琥珀酰和琥珀酰CoA抑制，但不受磷酸化抑制，但不受磷酸化/去去磷酸化的調(diào)控。磷酸化的調(diào)控。 琥珀酸的生成琥珀酸的生成在琥珀酸硫激酶在琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)的作用下，的作用下，琥珀酰琥珀酰CoA的硫酯鍵水解，生成琥珀酸，釋的硫酯鍵水解，生成琥珀酸，釋放的自由能

54、用于合成放的自由能用于合成GTP。在細(xì)菌和高等生物可直接生成在細(xì)菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳動(dòng)，在哺乳動(dòng)物中，先生成物中，先生成GTP，再生成，再生成ATP，此時(shí)，琥，此時(shí)，琥珀酰珀酰CoA生成琥珀酸和輔酶生成琥珀酸和輔酶A。 二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶GTP+ADP GDP+ATP琥珀酸脫氫生成延胡索酸琥珀酸脫氫生成延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶(succinate dehydrogenase)催化琥催化琥珀酸氧化成為延胡索酸。珀酸氧化成為延胡索酸。琥珀酸脫氫酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，而其他三琥珀酸脫氫酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，而其他三羧酸循環(huán)的酶都存在于線粒體基質(zhì)中。羧酸循環(huán)的酶都存在

55、于線粒體基質(zhì)中。琥珀酸脫氫酶含有鐵硫中心和共價(jià)結(jié)合的琥珀酸脫氫酶含有鐵硫中心和共價(jià)結(jié)合的FAD，來自琥珀酸的電子通過來自琥珀酸的電子通過FAD和鐵硫中心，然和鐵硫中心，然后進(jìn)入電子傳遞鏈到后進(jìn)入電子傳遞鏈到O2，丙二酸是琥珀酸的，丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸脫氫酶強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)性抑類似物，是琥珀酸脫氫酶強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)性抑制物，所以可以阻斷制物，所以可以阻斷TCA。蘋果酸的生成蘋果酸的生成延胡索酸在延胡索酸酶的作用下水化生成蘋果延胡索酸在延胡索酸酶的作用下水化生成蘋果酸。酸。延胡索酸酶僅對(duì)延胡索酸的反式雙鍵起作用，延胡索酸酶僅對(duì)延胡索酸的反式雙鍵起作用，而對(duì)順丁烯二酸而對(duì)順丁烯二酸(馬來酸馬來酸

56、)無催化作用，因而無催化作用，因而是高度立體特異性的。是高度立體特異性的。草酰乙酸再生草酰乙酸再生在蘋果酸脫氫酶在蘋果酸脫氫酶(malic dehydrogenase)作用下，作用下，蘋果酸脫氫氧化生成草酰乙酸。蘋果酸脫氫氧化生成草酰乙酸。NAD是脫氫酶的輔酶，接受氫成為是脫氫酶的輔酶，接受氫成為NADH。 5.5.2.2 草酰乙酸的回補(bǔ)反應(yīng)草酰乙酸的回補(bǔ)反應(yīng)三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物可參與合成其他物質(zhì)，三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物可參與合成其他物質(zhì)，而其他物質(zhì)也可不斷通過多種途徑而生成中而其他物質(zhì)也可不斷通過多種途徑而生成中間產(chǎn)物，所以三羧酸循環(huán)組分處于不斷更新間產(chǎn)物，所以三羧酸循環(huán)組分處于不斷更新之中。

57、之中。三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物是很多物質(zhì)合成的原料。三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物是很多物質(zhì)合成的原料。例如例如 -酮戊二酸和草酰乙酸是谷氨酸和天冬酮戊二酸和草酰乙酸是谷氨酸和天冬氨酸合成的碳架，琥珀酰氨酸合成的碳架，琥珀酰CoA是卟啉環(huán)合成是卟啉環(huán)合成的前體，檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞液后裂解成乙酰的前體，檸檬酸轉(zhuǎn)運(yùn)至胞液后裂解成乙酰CoA用于脂肪酸合成。這會(huì)導(dǎo)致草酰乙酸濃用于脂肪酸合成。這會(huì)導(dǎo)致草酰乙酸濃度的下降而影響三羧酸循環(huán)的運(yùn)行，通過丙度的下降而影響三羧酸循環(huán)的運(yùn)行，通過丙酮酸的羧化、酮酸的羧化、PEP的羧化、天冬氨酸和谷氨的羧化、天冬氨酸和谷氨酸轉(zhuǎn)氨等回補(bǔ)反應(yīng)可維持其濃度，使三羧酸酸轉(zhuǎn)氨等回補(bǔ)反應(yīng)可維持其濃

58、度，使三羧酸循環(huán)正常運(yùn)行。循環(huán)正常運(yùn)行。草酰乙酸的回補(bǔ)主要途徑草酰乙酸的回補(bǔ)主要途徑丙酮酸的羧化丙酮酸的羧化丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸。丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸。在動(dòng)植物和微生物中，還存在由蘋果酸酶和蘋在動(dòng)植物和微生物中，還存在由蘋果酸酶和蘋果酸脫氫酶聯(lián)合催化，由丙酮酸合成草酰乙果酸脫氫酶聯(lián)合催化，由丙酮酸合成草酰乙酸的反應(yīng)。酸的反應(yīng)。PEP的羧化的羧化PEP在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶作用下形成草在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶作用下形成草酰乙酸。反應(yīng)在胞液中進(jìn)行，生成的草酰乙酰乙酸。反應(yīng)在胞液中進(jìn)行，生成的草酰乙酸需轉(zhuǎn)變成蘋果酸后穿梭進(jìn)入線粒體，然后酸需轉(zhuǎn)變成蘋果酸后穿梭進(jìn)入

59、線粒體，然后再脫氫生成草酰乙酸。再脫氫生成草酰乙酸。天冬氨酸和谷氨酸轉(zhuǎn)氨作用天冬氨酸和谷氨酸轉(zhuǎn)氨作用天冬氨酸和谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用可形成草酰乙酸天冬氨酸和谷氨酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用可形成草酰乙酸和和 -酮戊二酸。異亮氨酸、纈氨酸和蘇氨酸、酮戊二酸。異亮氨酸、纈氨酸和蘇氨酸、甲硫氨酸也可形成琥珀酰甲硫氨酸也可形成琥珀酰CoA。5.5.2.3 TCA中的化學(xué)計(jì)量和特點(diǎn)中的化學(xué)計(jì)量和特點(diǎn)CO2的生成的生成TCA中有中有3次脫羧基反應(yīng)，通過脫羧作用生成次脫羧基反應(yīng)，通過脫羧作用生成CO2是機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生是機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生CO2的普遍規(guī)律，可見機(jī)的普遍規(guī)律，可見機(jī)體體CO2的生成與體外燃燒生成的生成與體外燃燒生成CO2的過程截

60、的過程截然不同。然不同。脫氫反應(yīng)脫氫反應(yīng)三羧酸循環(huán)的三羧酸循環(huán)的5次脫氫，其中次脫氫，其中4對(duì)氫原子還原對(duì)氫原子還原NAD生成生成NADH，1對(duì)氫原子還原對(duì)氫原子還原FAD生成生成FADH2，它們又經(jīng)線粒體內(nèi)遞氫體系傳遞，它們又經(jīng)線粒體內(nèi)遞氫體系傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，在此過程中釋放出來最終與氧結(jié)合生成水，在此過程中釋放出來的能量使的能量使ADP和和Pi結(jié)合生成結(jié)合生成ATP。乙酰乙酰CoA進(jìn)入循環(huán)與草酰乙酸縮合生成檸檬進(jìn)入循環(huán)與草酰乙酸縮合生成檸檬酸，在三羧酸循環(huán)中有二次脫羧生成酸，在三羧酸循環(huán)中有二次脫羧生成2分子分子CO2，與進(jìn)入循環(huán)的二碳乙?；奶荚訑?shù)，與進(jìn)入循環(huán)的二碳乙?；奶荚?/p>