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猫与老虎

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二、糖有氧氧化   葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。   ①糖酵解产生丙酮酸(2丙酮酸、 2ATP、2NADH)   ②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 2×(CO2、NADH)   ③三羧酸循环 2×(2CO2、ATP、3NADH、FADH2)   ④呼吸链氧化磷酸化 (NADH-----ATP)   三羧酸循环:乙酰CoA经一系列的氧化、脱羧,最终生成CO2、H2O、并释放能量的过程,又称柠檬酸循环、Krebs循环。   原核生物:①~④阶段在胞质中   真核生物:①在胞质中,②~④在线粒体中   1、丙酮酸脱羧生成乙酰CoA。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行,这是连接糖酵解与TCA的中心环节。   1) 丙酮酸脱氢酶系:丙酮酸脱氢酶系是一个十分庞大的多酶体系,位于线粒体膜上,电镜下可见。   Eli丙酮酸脱氢酶复合体:   分子量:5×106,直径45nm,比核糖体稍大。   酶 辅酶 每个复合物亚基数   丙酮酸脱羧酶(E1) TPP 24   二氢硫辛酸转乙酰酶(E2) 硫辛酸 24   二氢硫辛酸脱氢酶(E3) FAD、NAD+ 12   此外,还需要CoA、Mg2+作为辅因子。这些肽链以非共价键结合在一起,在碱性条件下,复合体可以解离成相应的亚单位,在中性时又可以重组为复合体。所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上,活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置,因此,多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。   2) 反应步骤:   (1)丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP   (2)二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)使羟乙基氧化成乙酰基   (3)E2将乙酰基转给CoA,生成乙酰-CoA   (4)E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸   (5)E3还原NAD+生成NADH   3) 丙酮酸脱氢酶系的活性调节:从丙酮酸到乙酰CoA是代谢途径的分支点,此反应体系受到严密的调节控制,此酶系受两种机制调节。   (1)可逆磷酸化的共价调节:   丙酮酸脱氢酶激酶(EA)(可被ATP激活)   丙酮酸脱氢酶磷酸酶(EB)   磷酸化的丙酮酸脱氢酶(无活性)   去磷酸化的丙酮酸脱氢酶(有活性)   (2)别构调节:ATP、CoA、NADH是别构抑制剂。ATP抑制E1;CoA抑制E2;NADH抑制E3。   4) 能量变化:1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA,产生1分子NADH(3ATP)。   2、 三羧酸循环(TCA)的过程   TCA循环:每轮循环有2个C原子以乙酰CoA形式进入,有2个C原子完全氧化成CO2放出,分别发生4次氧化脱氢,共释放12ATP。   1) 反应步骤   (1)、 乙酰CoA+草酰乙酸→柠檬酸   柠檬酸合酶,TCA中第一个调节酶:受ATP、NADH、琥珀酰CoA、和长链脂肪酰CoA的抑制;受乙酰CoA、草酸乙酸激活。氟乙酰CoA可与草酰乙酸生成氟柠檬酸,抑制下一步反应的酶,据此,可以合成杀虫剂、灭鼠药。   (2)、 柠檬酸→异柠檬酸   由顺鸟头酸酶催化   (3)、 异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸和NADH   异柠檬酸脱氢酶,这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧反应, TCA中第二个调节酶:Mg2+(Mn2+ )、NAD+和ADP可活化此酶,NADH和ATP可抑制此酶活性。细胞在高能状态:ATP/ADP、NADH/NAD+比值高时,酶活性被抑制。线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶,一种以NAD+为电子受体,另一种以NADP+为受体。前者只在线粒体中,后者在线粒体和胞质中都有。   (4)、 α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA和NADH   α-酮戊二酸脱氢酶系,TCA循环中的第三个调节酶:受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+、ATP、GTP抑制,α-酮戊二酸脱氢酶系为多酶复合体,与丙酮酸脱氢酶系相似(先脱羧,后脱氢)   (5)、 琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP   琥珀酰CoA合成酶(琥珀酸硫激酶),这是TCA中唯一的底物水平磷酸化反应,直接生成GTP。在高等植物和细菌中,硫酯键水解释放出的自由能,可直接合成ATP。在哺乳动物中,先合成GTP,然后在核苷二磷酸激酶的作用下,GTP转化成ATP。   (6)、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸(反丁烯二酸)和FADH   琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂,可阻断三羧酸循环。   (7)、 延胡索酸水化生成L-苹果酸   延胡索酸酶具有立体异构特性,OH只加入延胡索酸双键的一侧,因此只形成L-型苹果酸。   (8)、 L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH   L-苹果酸脱氢酶,平衡有利于逆反应,但生理条件下,反应产物草酰乙酸不断合成柠檬酸,其在细胞中浓度极低,少于10-6mol/L,使反应向右进行。   2) TCA循环小结   (1)、总反应式:   丙酮酸 + 4NAD+ + FAD + GDP → 4NADH + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O   乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP → 3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O   (2)、 一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应,三个调节位点,四次脱氢反应。   3个NADH、1个FADH2进入呼吸链   (3)、 三羧酸循环中碳骨架的不对称反应   同位素标记表明,乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。   被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。在第三轮TCA中,两次脱羧,可除去最初甲基碳的50%,以后每循环一次,脱去余下甲基碳的50%   3) 一分子Glc彻底氧化产生的ATP数量(按NADH的P/O=3,FADH2的为2来计算)   (在肝脏中)   反应 酶 ATP消耗 产生ATP方式 ATP数量 合计   糖 酵 解 已糖激酶 1 -1 8   磷酸果糖激酶 1 -1   磷酸甘油醛脱氢酶 NADH呼吸链氧化磷酸化 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 2×1   TCA 丙酮酸脱氢酶复合物 NADH 2×3 30   异柠檬酸脱氢酶 NADH 2×3   α-酮戊二酸脱氢酶复合物 NADH 2×3   琥珀酸脱氢酶 FADH2 2×2   苹果酸脱氢酶 NADH 2×3   琥珀酰CoA合成酶 底物水平磷酸化 2×1   净产生:38ATP   在骨骼肌、脑细胞中,净产生:36ATP   甘油磷酸穿梭,1个NADH生成2个ATP   苹果酸穿梭,1个NADH生成3个ATP   (1)、 磷酸甘油穿梭机制:   磷酸二羟丙酮+NADH+H+→3-磷酸甘油+NAD+   3-磷酸甘油进入线粒体,将2H交给FAD而生成FADH2,FADH2可传递给辅酶Q,进入呼吸链,产生2ATP(3-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是FAD)。   (2)、 苹果酸穿梭机制:   胞液中NADH可经苹果酸酶催化,使草酰乙酸还原成苹果酸,再通过苹果酸-α-酮戊二酸载体转运,进入线粒体,由线粒体内苹果酸脱氢酶催化,生成NADH和草酰乙酸,NADH进入呼吸链氧化,生成3ATP。(苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD+)   1分子Glc在肝、心中完全氧化,产生38ATP,在骨骼肌、神经系统组织中,产生36ATP。   4) 三羧酸循环的代谢调节   (1)、 柠檬酸合酶(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)、 异柠檬酸脱氢酶:NADH、ATP可抑制此酶,ADP可活化此酶,当缺乏ADP时就失去活性。   (3)、 α-酮戊二酸脱氢酶:受NADH和琥珀酰CoA抑制。   5) TCA的生物学意义   (1) 氧化提供能量。线粒体外的NADH,可通过3-磷酸甘油穿梭和苹果酸穿梭机制,运到线粒体内,经呼吸链再氧化,这两种机制在不同组织的细胞中起作用。   (2) TCA是生物体内其它有机物氧化的主要途径,如脂肪、氨基酸、糖   (3) TCA是物质代谢的枢纽。一方面,TCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径;另一方面,循环中生成的草酰乙酸、α-酮戊二酸、柠檬酸、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将各种有机物的代谢联系起来。TCA是联系体内三大物质代谢的中心环节,为合成其它物质提供C架。   6) TCA的回补反应   三羧酸循环中间物的的回补:在TCA循环中,有些中间产物是合成其它物质的前体,如卟啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA,Glu、Asp可以从α-酮戊二酸和草酰乙酸衍生而成,一旦草酰乙酸浓度下降,则会影响TCA循环,因此这些中间产物必须不断补充,以维持TCA循环。   产生草酰乙酸的途径有三个:   (1)、 丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸   丙酮酸羧化酶是一个调节酶,乙酰CoA可以增加其活性。需要生物素为辅酶   (2)、 磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸   在脑、心脏中存在这个反应。   (3)、 Asp、Glu转氨可生成草酰乙酸和α-酮戊二酸   Ile、Val、Thr、Met也会形成琥珀酰CoA,最后生成草酰乙酸   附: 葡萄糖有氧氧化生成的ATP   反   应 辅酶 ATP   第一阶段 葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 -1   6-磷酸果糖 1,6双磷酸果糖 -1   2*3-磷酸甘油醛 2*1,3-二磷酸甘油酸 NAD+ 2*3或2*2(详见)   2*1,3-二磷酸甘油酸 2*3-磷酸甘油酸 2*1   2*磷酸烯醇式丙酮酸 2*丙酮酸 2*1   第二阶段 2*丙酮酸 2*乙酰CoA NAD+ 2*3   第三阶段 2*异柠檬酸 2*α-酮戊二酸 NAD+ 2*3   2*α-酮戊二酸 2*琥珀酰CoA NAD+ 2*3   2*琥珀酰CoA 2*琥珀酸 2*1   2*琥珀酸 2*延胡索酸 FAD 2*2   2*苹果酸 2*草酰乙酸 NAD+ 2*3   净生成   38或36个ATP   3、磷酸戊糖途径   也称磷酸己糖支路,发生在胞质中。细胞内Glc的氧化分解,除通过糖酵解,三羧酸循环和发酵外,还能直接氧化分解。即反应开始,在G-6-P上的C2原子上直接氧化,通过一系列转化被分解,此为磷酸戊糖途径。   两个事实:   ①用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解(磷酸甘油醛脱氢酶)发现Glc的消耗并不因此而受影响,证明葡萄糖还有其它的分解途径   ②用14C分别标记Glc的C1和C6,然后分别测定14CO2生成量,发现C1标记的Glc比C6标记的Glc更快、更多地生成14CO2 ,如果糖酵解是唯一的`代谢途径,那么14C1和14C2生成14CO2的速度应该相同。   1)、 反应过程   Glc经磷酸戊糖途径氧化分解可分为两个阶段。   第一阶段:6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核糖   第二阶段:磷酸戊糖分子重排,产生不同碳链长度的磷酸单糖   (1) 6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖   在此氧化脱羧阶段中,Glc经两次脱氢,一次脱羧,生成5-磷酸核酮糖及NADPH。6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的调控酶,NADPH反馈抑制此酶活性。   (2) 磷酸戊糖异构生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖   (表异构酶)5-磷酸木酮糖产率:2/3; (异构酶) 5-磷酸核糖产率:1/3   (3) 磷酸戊糖通过转酮、转醛反应生成酵解途径的中间产物(F-6-P,3-磷酸甘油醛)    转酮反应:5-磷酸木酮糖将自身的二碳单位(羟乙酰基)转到5-磷酸核糖的C1上,生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。   转酮酶需TPP为辅酶,作用机理与丙酮酸脱氢酶中的TPP类似。    转醛反应:转醛酶将7-磷酸庚酮糖上的三碳单位(二羟丙酮基)转到3-磷酸甘油醛的C1上,生成4-磷酸赤鲜糖和6-磷酸果糖。   (4)转酮反应(转酮酶)   4-磷酸赤鲜糖接受另一分子5-磷酸木酮糖上的二碳单位(羟乙酰基),生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛

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燕子138158

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d1329256550

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