第3节糖的有氧氧化与三羧酸循环这一途径普遍存在动、植物及微生物细胞中，不仅是糖分解的主要途径，也是脂肪、蛋白质分解代谢的最终途径，有重要的生理意义。为此获1953年的诺贝尔奖三三.TCA循循环共有共有8 8步，（步，（P95P95，图13-913-9）1.11.1、乙乙酰辅酶A A与草与草酰乙酸乙酸缩合形成合形成柠檬酸：檬酸： TCATCA循循环起起始始步步骤，由由柠檬檬酸酸合合成成酶（柠檬檬酸酸缩合合酶）催催化化，乙乙酰辅酶A A的的甲甲基基移移去去质子子形形成成负碳碳离离子子，亲核核攻攻击草草酰乙乙酸酸的的酮基基碳碳，缩合合生生成成柠檬檬酰辅酶A A，再由高能硫再由高能硫酯键水解推水解推动总反反应进行，生成行，生成柠檬酸。檬酸。键。形形成成的的柠檬檬酰CoACoA使使酶结构构进一一步步变化化，活活性性中中心心增增加加了了一一个个天天冬冬氨氨酸酸残残基基捕捕获水水分分子子以以水水解解硫硫酯键。CoACoA和和柠檬檬酸酸相相继离离开开酶，酶恢恢复复成成开开放放型型。此此酶是是一一个个调控控酶，可可受受ATPATP、NADHNADH、琥琥珀珀酰CoACoA和和长链脂脂酰CoACoA抑抑制制。故故此此反反应是是可可调控控的的限限速速步步骤。 柠檬酸合成檬酸合成酶 ： 草草酰乙酸乙酸1.构象构象变化：化： 开放型开放型 关关闭型型 HSCOA、柠檬酸檬酸2.活性中心：活性中心： His 草草酰乙酸；乙酸； His 乙乙酰COA； Asp H2O3.可可调节酶： ATPATP、NADHNADH、琥珀琥珀酰CoACoA和和长链脂脂酰CoACoA可抑制此可抑制此酶活性。活性。状状态时被激活。异被激活。异柠檬酸脱檬酸脱氢酶是是TCATCA循循环中第二个中第二个调节酶。 4 4。-酮戊二酸氧化脱戊二酸氧化脱羧成成为琥珀琥珀酰CoACoA： 第二次氧化反第二次氧化反应且伴有脱且伴有脱羧，由，由-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶系系催化催化 5. 5. 琥珀琥珀酰COACOA转化成琥珀酸并化成琥珀酸并产生生GTPGTP； 这是是TCATCA中唯一底物水平磷酸化直接中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸生高能磷酸键的步的步骤。 GTP + ADP GDP + ATP6.6.66、 琥珀酸脱琥珀酸脱氢生成延胡索酸：生成延胡索酸：第三步氧化第三步氧化还原反原反应，由琥珀酸脱，由琥珀酸脱氢酶催化，催化，氢受体：受体：酶的的辅基基FADFAD 7 7、延胡索酸水化成苹果酸：、延胡索酸水化成苹果酸：延延胡胡索索酸酸酶具具有有立立体体异异构构特特异异性性，OHOH只只加加在在延延胡胡索索酸酸一一侧，形形成成L-L-苹苹果果酸。酸。8. 8. 苹果酸脱苹果酸脱氢生成草生成草酰乙酸：乙酸： TCA TCA中第中第4 4次氧化次氧化还原反原反应，由，由L-L-苹果酸脱苹果酸脱氢酶催化，催化，NADNAD+ +是是辅酶。 在在标准准热力力学学条条件件下下，平平衡衡有有利利于于逆逆反反应。但但在在生生理理情情况况下下，反反应产物物草草酰乙乙酸酸不不断断因因合合成成柠檬檬酸酸而而移移去去，使使其其在在细胞胞内内浓度度极极低低（小小于于1010-6 -6 mol/Lmol/L）, ,而使反而使反应向右向右进行。行。注注：有有氧氧氧氧化化第第3 3阶段段即即TCATCA循循环的的关关键酶是是：柠檬檬酸酸合合成成酶、异异柠檬檬 酸脱酸脱氢酶、 -酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶系系有氧氧化第有氧氧化第2 2阶段的关段的关键酶： 丙丙酮酸脱酸脱氢酶系系有氧氧化第有氧氧化第1 1阶段的关段的关键酶：即：即糖酵解的三个关糖酵解的三个关键酶四、四、TCATCA中中ATPATP生成与生物学意生成与生物学意义： （1 1）供能：）供能： 共共产生生12 12 ATP ATP 乙乙酰C CO OA A进入入TCA TCA ，每一次循每一次循环有：有： 4 4次脱次脱氢反反应 3 3 NADH 3*3 = NADH 3*3 = 9 ATP9 ATP 1 FADH2 2*1 = 1 FADH2 2*1 = 2 ATP 2 ATP 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 1 1GTP GTP 1 ATP1 ATP 体外燃烧 有效利能率有效利能率：84.6 / 209.1 *100 % = 42 %42 % （见P 100 图13-10） 1乙酰辅酶A 209.1千卡， 7.3*12 = 84.6 千卡， （2 2）提供碳骨架：）提供碳骨架：例 草酰乙酸 + NH2 Asp （见P101 图13-11） （3 3） 有氧氧化有氧氧化 （可净生成3636或3838 ATP） （琥珀（琥珀酰C CO OA A合成合成酶催化的反催化的反应）2丙酮酸 2乙酰辅酶A ：2 NADH 2* 32* 3 ATP G酵解：2 2 ATP + 2 NADH 肌细胞等：2*22*2 ATP （穿梭） 肝细胞等：2*32*3 ATP2乙酰辅酶A TCA循环：12*2 = 2412*2 = 24 ATP三三.五、五、TCATCA中碳骨架的不中碳骨架的不对称反称反应 乙乙酰C CO OA A经TCATCA，产生生2 2 COCO2 2；草草酰乙酸乙酸经循循环可再次生成。但是用同位素可再次生成。但是用同位素 1414C C、 1313C C分分别标记乙乙酰C CO OA A的的甲甲基基和和羰基基碳碳，发现在在第第一一轮循循环中中没没有有标记的的COCO2 2释放放，说明明第第一一轮循循环释放放的的二二个个碳碳原原子子并并非非乙乙酰C CO OA A的的碳碳原原子子。（P101 P101 图13-1113-11、1212） 有人解释其原因是顺乌头酸酶与柠檬酸结合不对称，脱水时 H 仅来自草酰乙酸，故TCA第一轮没有标记的CO2出现。六、六、TCATCA的回的回补反反应 3. 3. 天冬氨酸及谷氨酸的天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草氨作用可以形成草酰乙酸和乙酸和酮戊二酸；异亮戊二酸；异亮氨酸、氨酸、 缬氨酸和氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰COACOA而而补充充TCATCA。 4. 4. 苹果酸苹果酸酶 ： （胞液） （线粒体） NADPH NAD+三三.七、乙七、乙醛酸循酸循环 特殊生理意特殊生理意义：（：（1 1）将脂肪酸分解）将脂肪酸分解产生的乙生的乙酰辅酶A A转变为琥珀酸，可合成糖；琥珀酸，可合成糖； （2 2）净结果果为：2 2乙乙酰辅酶A A 琥珀酸琥珀酸 回回补TCATCA 第四第四节 磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路） 一一磷酸戊糖途径的生理意磷酸戊糖途径的生理意义：19551955年年GunsalasGunsalas发现并提出并提出单磷酸己糖支路（磷酸己糖支路（HMPHMP），），又称戊糖途径。又称戊糖途径。 二二. . 磷酸戊糖途径：磷酸戊糖途径： 氧化氧化阶段；段；G-6-P G-6-P 脱脱氢脱脱羧 5- 5-磷酸核糖磷酸核糖 可分可分为 非氧化非氧化阶段：磷酸戊糖分子重排段：磷酸戊糖分子重排 磷酸磷酸单糖糖 酵解酵解 1.1、G-6-PG-6-P脱脱氢脱脱羧转化成化成5-5-磷酸核磷酸核酮糖糖（1 1）6-6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖脱脱氢酶催催化化G-6-PG-6-P脱脱氢生生成成6-6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖酸酸内内酯，反反应以以NADPNADP为氢受受 体形成体形成NADPHNADPH；（2 2）6-6-磷酸葡萄糖酸内磷酸葡萄糖酸内酯在在6-6-磷酸葡萄糖酸内磷酸葡萄糖酸内酯酶催化下水解成催化下水解成6-6-磷酸葡萄糖酸；磷酸葡萄糖酸； （3）3 3） 6-6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖酸酸脱脱氢酶催催化化下下，6-6-磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖酸酸脱脱氢脱脱羧产生生5-5-磷酸核磷酸核酮糖，反糖，反应以以NADPNADP为氢受体形成受体形成NADPHNADPH； 6-6-磷酸葡萄糖脱磷酸葡萄糖脱氢酶是此是此阶段的段的调控控酶，催化不可逆反，催化不可逆反应，NADPHNADPH反反馈抑制抑制酶活性。活性。 1. 2 2、磷酸戊糖同分异构化生成磷酸戊糖同分异构化生成5-5-磷酸核糖和磷酸核糖和5-5-磷酸木磷酸木酮糖糖（ （1 1）磷酸戊糖异构）磷酸戊糖异构酶催化催化5-5-磷酸核磷酸核酮糖同分异构化成糖同分异构化成5-5-磷酸核糖；磷酸核糖； （2 2）磷酸戊糖差向）磷酸戊糖差向酶催化催化5-5-磷酸核磷酸核酮糖糖转化成化成5-5-磷酸木磷酸木酮糖糖 H1.3、磷磷酸酸戊戊糖糖通通过转酮反反应及及转醛反反应生生成成酵酵解解途途径径的的中中间产物物6- 磷酸果糖和磷酸果糖和3-磷酸甘油磷酸甘油醛（反应机制见P 105） （2）转醛反应 由转醛酶催化使磷酸酮糖（7-磷酸景天酮糖）上的三碳单位（二羟丙酮基）转到另一个磷酸醛糖（3-磷酸甘油醛）的C1上，生成6-磷酸果糖和4-磷酸赤藓糖。（3 3） 转酮反反应： 4- 4-磷酸赤磷酸赤藓糖糖经转酮反反应接受接受5-5-磷酸木磷酸木酮糖上的二碳糖上的二碳单位形成位形成 6- 6-磷酸果糖与磷酸果糖与3-3-磷酸甘油磷酸甘油醛磷酸戊糖途径（简称HMP）可总结如下： 2（G-6-P） （2*6C） 2 NADP+ 2 NADPH+H+ 2 2（G-6-PG-6-P酸）酸） （2*62*6C C） 2 NADP+ 2 NADPH+H+ + 2CO2 2 2（5-5-P P核核酮糖）（糖）（2*52*5C C） （ 5- 5-P P核糖）核糖） （5-5-P P木木酮糖糖 ） （7 7C C）7-P7-P景天景天酮糖糖 3- 3-P P甘油甘油醛 （3 3C C） 另1分子G-6-P （4C4C） 4-P 4-P赤赤藓糖糖 6-6-P P果糖果糖 （6 6C C） 5-5-P P木木酮糖糖 3 3 C C 3-P3-P甘油甘油醛 （3 3C C）COCO2 2 2 C 2 C 6-P 6-P果糖果糖 （6 6C C） HMPHMP总反反应式式为： 3 3（G-6-PG-6-P）+ 6 NADP+ 6 NADP+ + + 3 H+ 3 H2 2O 2O 2（6-P6-P果糖果糖）+ 3 + 3 COCO2 2 + 6+ 6（NADPH+HNADPH+H+ +）3-3-P P甘油甘油醛 糖糖醛酸途径酸途径糖糖醛酸途径及生理意酸途径及生理意义: :第五第五节 糖原合成与分解糖原合成与分解一一. . 糖原分解代糖原分解代谢 磷酸化磷酸化酶 使（无活性）磷酸化使（无活性）磷酸化酶 b b 磷酸化磷酸化酶 a (a (有活性有活性) ) 磷酸化磷酸化酶催化的反催化的反应机制如下：机制如下： 2. 2. 去分支去分支酶催化糖原分支点的催化糖原分支点的1 1，6-6-糖苷糖苷键断裂断裂: : 3. 3. G-1-P G-1-P 转变成成 G-6-PG-6-P；由由磷磷酸酸葡葡萄萄糖糖变位位酶（活活性性中中心心有有磷磷酸酸化化丝氨氨酸酸） 催化完成。催化完成。 G-1-P G-6-P 6-6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 + + H H2 2O O 葡萄糖葡萄糖 + + PiPi 在肝肝的内质网上含有 葡葡萄萄糖糖6-6-磷磷酸酸酶 可催化此反应，而骨骼肌和脑组织细胞内缺缺乏乏此此酶。故故肝肝糖糖原原可可直直接接水水解解补充充血血糖糖，为其其它它组织细胞胞提提供供能能量量，而而肌糖原肌糖原则需通需通过乳酸循乳酸循环才能才能转变成葡萄糖。成葡萄糖。二二.二、糖原的合成代二、糖原的合成代谢1. 1. G-1-PG-1-P在在UDPUDP葡萄糖焦磷酸化葡萄糖焦磷酸化酶催化下生成催化下生成UDPUDP葡萄糖葡萄糖3. 3. 合成具有合成具有1 1，6=6=糖苷糖苷键的有分支的糖原，反的有分支的糖原，反应由由分支分支酶催化：催化： 糖原分解与糖原合成二条途径糖原分解与糖原合成二条途径总结如下如下： 糖糖 原原 去分支去分支酶 分支分支酶 转移移酶 糖糖原原合合成成酶( (关键酶) 糖原糖原 （关（关键酶）磷酸化磷酸化酶 UDPG UDPG 焦磷酸化焦磷酸化酶 糖原糖原 分解分解 合成合成 G 1P 变位位酶 G 6P H2OADP (肝)葡萄糖葡萄糖-6-6-磷酸磷酸酶 葡萄糖激葡萄糖激酶（肝） Pi ATP 葡葡 萄萄 糖糖 注：（骨骼肌C内缺乏此酶，故肌糖原只能分解为G-6-P，经糖酵解生成乳酸，由乳酸循环运输到肝脏，再经糖异生转变成葡萄糖或肝糖原。）第六第六节 糖的异生糖的异生糖的异生即形成糖的异生即形成“新新”糖的意思，是指从非糖物糖的意思，是指从非糖物质合成葡萄糖的合成葡萄糖的过程。程。一、一、 糖异生的生理意糖异生的生理意义 （3 3）生糖氨基酸可）生糖氨基酸可经此途径此途径转变成葡萄糖，是氨基酸代成葡萄糖，是氨基酸代谢途径之一。途径之一。 例：天冬氨酸 草酰乙酸 丙酮酸 G一一. 二、二、 糖异生的途径糖异生的途径 4. 6- 4. 6-磷酸果糖至葡萄糖磷酸果糖至葡萄糖 6-磷酸果糖至葡萄糖经酵解途径逆向变成6-磷酸葡萄糖，再由葡萄糖6-磷酸酶催 化水解成葡萄糖。 Mg2+ 6-磷酸葡萄糖 + H2O 葡萄糖 + Pi 在在肝肝的的内内质网网上上含含有有葡萄糖6-磷酸酶可催化此反应，而骨骼肌和脑组织细胞内缺乏此酶。糖异生的糖异生的总反反应式式为： 5. 5. 乳酸循乳酸循环（CoriCori循循环）： 肌糖原肌糖原G-6-P 葡萄糖葡萄糖 肌乳酸肌乳酸血糖血乳酸 糖生骨 骼 肌血 液肝 脏 糖酵解糖酵解 G -6- P 丙丙酮酸酸 乳 酸 葡萄糖 肝糖原糖异生第七第七节 糖代糖代谢的的调节 一一. . 糖酵解的糖酵解的调节：节。 1. 1. 磷酸果糖激磷酸果糖激酶（酵解中最关（酵解中最关键的的限速限速酶）调节： 作用。作用。 毒毒.应.进行代行代谢。二二. 二二. 二二. 二二. 二二. 二、糖异生作用和糖酵解的代二、糖异生作用和糖酵解的代谢协调控制控制 F6P F1,62P (-) ATP(+) 磷酸果糖激磷酸果糖激酶 (+) AMP(-) 果糖二磷酸果糖二磷酸酶 (-)柠檬酸檬酸(+) (+)F2,62P(-) 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸(PEP) 草酰乙酸 丙酮酸羧化酶PEP羧化激酶丙丙酮酸酸羧化支路化支路: 进行行水水解解。结果果使使ATPATP水水解解，消消耗耗了了能能量量，而而反反应物物没没有有变化化。这种种循循环称称无效循无效循环，它只能，它只能产生生热量供机体所需。量供机体所需。 神神经和激素和激素对血糖代血糖代谢的控制的控制 血血 糖糖来源来源 去路去路食物消化吸收食物消化吸收肝糖原分解肝糖原分解非糖物非糖物质异生异生氧化分解氧化分解合成糖原合成糖原转化化为其他物其他物质 尿尿 糖糖