生物化学6糖代谢与合成

1、糖代谢与合成糖酵解糖酵解概述首先，ATP的主要包括两个途径。一是由葡萄糖彻底氧化成二氧化碳和水，从中释放大量的自由能形成大量的 ATP,另一条是在没有氧分子参加的条件下，即在无氧条件下，由葡萄糖降解为丙酮酸，生成两分子ATP在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成 2 分子丙酮酸并提供能量，这一过程称为糖酵解作用。糖酵解是葡萄糖转变为丙酮酸的一系列反应，酵解过程的生物学意义在于它是在不需要氧供应的条件下，产生 ATP的一种供能方式从能量的观点出发，可以把酵解过程划分为两个方面。一方面从葡萄糖转变为乳酸是物质分解的过程，其中伴随有自由能的释放。即放能过程，另一方面ADP和无极磷酸形成 ATP则是吸收能

2、量的过程。总能量变化来考虑，是一个方能过程。值得注意的是，糖酵解过程中葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合物的形式来实现的。 其意义在于：1. 带有负电荷的磷酸基团使中间产物具有极性从而使这些产物不易透过脂膜而失散2. 磷酸基团在各反应步骤中，对酶来说，起信号基团的作用，有利于与酶结合而被催化3.磷酸基团经酵解作用后，最终形成ATP的末端磷酸基团，因此具有保存能量的作用。糖酵解过程从葡萄糖到丙酮酸共包括10 步反应，可分为两个阶段。前五步为准备阶段，葡萄糖通过磷酸化、异构化裂解为3 碳糖。每裂解一个己糖分子，共消耗2分子ATR使己糖分子的1, 6位磷酸化。磷酸化的己糖裂解和异构化，最后形成一个

3、共同中间产物即甘油醛-3- 磷酸后五步为产生ATP的贮能阶段。碳酸三碳糖变成丙酮酸，每分子三碳糖产生 2分子ATP.整个过程需要1 0种酶。这些酶都存在于细胞溶胶中，大部分有镁离子作为辅助离子。糖酵解的全过程丙酮酸转化为乳酸时叫做酵解，丙酮酸转化为乙醛、乙醇时称为发酵一、葡糖的磷酸化（葡糖糖+ATP葡萄糖6磷酸+ADPF氢离子），此反应在己糖激酶（HKK的催化下，有镁离子，不可逆 ）发生酵解的第一步是D -葡萄糖分子在第六位的磷酸化，形成葡萄糖-6 -磷酸， 简写G6P。这是一个磷酸基团的转移反应，转移的是ATP的 一磷酸基团。由于能量的损失，使得这一步反应基本上是不可逆的。这一反应保证了进入

4、细胞的葡萄糖可立即被转化为磷酸化形式，、 。 不但为葡萄糖随后的裂解活化了葡萄糖分子，还保证了葡糖糖分子一旦进入细胞就有效的被捕获，不会再透出胞外。己糖激酶所催化的底物不只是D -葡萄糖。对一些六碳糖都有催化作用。激酶是能够在ATP和任何一种底物之间起催化作用，转移磷酸基团的一类酶。六碳糖激酶存在于所有细胞内， 在肝脏中还存在一种专一性强的葡萄糖激酶又称葡糖激酶，这种酶在维持血糖的恒定起作用。己糖激酶在起催化作用是，先结合葡萄糖分子和镁离子-A T P分子，形成一个三元复合物。随后己糖激酶由葡萄糖分子诱发，而显现出明显的构象变化，这种变化着正好使ATP分子和葡萄糖的第六位碳原子的羟基靠拢。大大

5、有利ATP的 磷酸基团向葡萄糖第6碳原子羟基的转移。己糖激酶是一种调节酶。 它催化的反应产物葡萄糖6 磷酸和ADP能使ADP能使该酶受到变构抑制（指某些代谢物与关键酶分子活性中心以外的某个部位特异性的结合，使酶发生变构而改变其催化活性）。但是葡萄糖磷酸激酶却不受葡萄糖-6 -磷酸的抑制。它的米氏常数比己糖激酶大得多，因此只有在葡萄糖浓度相当高的时候，葡萄糖激酶才起作用。当血液中和肝细胞内游离葡萄糖的浓度增高时，它催化葡萄糖形成葡萄糖-6 -磷酸， 该物质是葡萄糖合成糖原的中间产物，由肝脏合成糖原。可分离出4 种电泳行为不同的己糖激酶，分别为 型。 在有机体的分布情况不同，催化的

6、性质也不完全相同。4 型只存在于肝脏中，123 大都存在于基本不能合成糖原的组织中。无机磷酸解除葡萄糖 -6-磷酸和ADP对123型酶的抑制作用，葡萄糖激酶（4型）主要分布在肝脏细胞当中，其合成受胰岛素的诱导，使肝脏中葡萄糖磷酸维持在较高水平。当肝细胞或患糖尿病时，此酶的合成速度降低，不仅糖的合成受阻碍。糖的降解也受影响。酶的区域性分布，是机体对酶活性调控的一种方式。二、葡萄糖-6- 磷酸异构化成果糖-6- 磷酸（可逆）此反应的催化酶是磷酸葡萄糖异构酶（这个酶具有绝对的底物专一性和立体专一性），这一反应的自由能变化是及其微小的，所以这一反应是可逆的。在正常情况下，葡糖糖-6-磷酸与果糖-6-

7、磷酸保持或接近平衡状态。这一步反应中葡萄糖第一位的碳原子上的羰基不像6 位上的羟基那样容易磷酸化，所以下一步反应是使葡萄糖分子发生异构化。这就是葡萄糖的羰基从碳1 位上转移到碳2 位上，使葡萄糖分子由醛式变成酮式的果糖，其碳1 位生即形成了自由羟基。葡萄糖 -6- 磷酸和果糖-6- 磷酸的存在形式都是以环式为主，而异构化反应需要以开链形式进行。异构形成的果糖-6- 磷酸又形成环状结构。三、果糖-6- 磷酸形成果糖-1 ， 6- 二磷酸（FBP） （ 不可逆）这是糖酵解的第二个磷酸化反应，也是糖酵解过程中使用第二个ATP分子的反应，在磷酸果糖?t酶（PFK）的催化下，生成果糖-1 , 6-二磷酸

8、和ADP和氢离子。同时也需要镁离子 参与此反应是不可逆反应。磷酸果糖激酶是一种变构酶。它的催化效率很低，糖酵解的速率严格地依赖该酶的活力水平。它是哺乳动物糖酵解途径最重要的调控关键酶，该酶由四个亚基组成，是一个四聚体。磷酸果糖激酶的活性受到许多因素的控制。例如肝肿的磷酸果糖激酶受到高浓度ATP的抑制，ATP可降低该酶对果糖6磷酸的亲和力，这是一种变构效应，ATP结合到磷酸果糖激酶的一个特殊的调控部位上，调节部位不同于催化部位。但是这种变构抑制可以被AMP因此ATP/AMP的比例关系对此酶也有明显的调节作用。特别是氢离子对该酶活性的影响，当PH下降时，氢离子对该酶有抑制作用。在生物体内这种抑制作

9、用具有重要的生物学意义。 因为通过它可以阻止整个糖酵解途径的继续进行，从而防止乳酸的继续形成；这又可防止血液Ph 的下降，有利于避免酸中毒。从兔分离得到的磷酸果糖激酶有三种同工酶（ABC ,这三种同工酶对影响酶活力的不同因素反应各异。A对磷酸肌酸、柠檬酸和无极磷酸的抑制作用最为敏感。B对2, 3-二磷酸甘油酸的抑制作用最敏感，C 对腺嘌呤核苷酸的作用最为敏感。通过上述三个步骤，葡萄糖磷酸化到了果糖-1 ， 6- 二磷酸，可以说为下一步的分子裂解完成了条件准备。四、果糖-1 , 6-二磷酸转（FBP）变为甘油醛-3-磷酸（GAP和二羟基丙酮酸（DHAP （可 逆）这是果糖-1 ， 6- 二磷酸裂

10、解成两个三碳糖的过程。在醛缩酶的作用下发生裂解。这一反应的标准吉布斯自由能是正的，所以在标准情况下，这一反应是向缩合的方向进行，但是在细胞条件下，该反应是很容易进行的。酶分子活性部位的半胱氨酸和组氨酸残基在酶的催化反应中，相当于酸和碱的作用，他们有增强质子转移的作用。五、二羟基丙酮酸转化为甘油醛-3- 磷酸果糖 -1 ， 6- 二磷酸所裂解成的两分子三碳糖中，只有甘油醛-3- 磷酸才可以进入糖酵解途径，所以二羟基丙酮酸必须转变为甘油醛-3- 磷酸才能进入糖酵解途径。丙糖磷酸异构酶正是担负这一转变的酶。这两个三碳糖分子式醛酮化合物的互变异构关系，它们的互变之所以可能实现，是因为它们通过一个共同中

11、间体即顺式- 单烯二羟负离子中间体。实验证明，丙糖磷酸异构酶的活性部位是以谷氨酸残基的游离羧基与底物相结合，这个酶催化的反应是及其迅速的，只要酶与底物分子一旦发生碰撞，反应就立刻完成。因此，任何加速丙糖磷酸异构酶催化效率的措施都不能再提高它的反应速度。所以甘油酸-3- 磷酸与二羟丙酮磷酸总是维持在反应的平衡状态。但是二羟丙酮磷酸的浓度在平衡点远远超过甘油醛 -3- 磷酸的浓。但是甘油醛-3- 磷酸不断在糖酵解中被消耗，所以二羟丙酮磷酸也就不断地转变为甘油醛-3- 磷酸。接下来到了酵解的第二阶段方能阶段六、甘油醛-3-磷酸（BPG氧化成1, 3-二磷酸甘油酸甘油-3-磷酸的醛基氧化为竣基时，将氧

12、化过程产生的能量贮存到ATP分子中。此过程是在甘油醛-3- 磷酸脱氢酶的作用下，由NAD 和无极磷酸（Pi ）参加实现的，生成1 , 3 二磷酸甘油酸和NAD体口氢离子。此反应中，醛基氧化释放的能量推动了1 ， 3- 二磷酸甘油醛的形成，这是一个酰基磷酸，酰基磷酸。酰基磷酸是具有高能磷酸基团转移势能的化合物。甘油 -3- 磷酸的氧化是放能的，但是磷酸酐键的形成是吸能的。整个反应是稍吸能的。砷酸盐破坏1 ， 3- 二磷酸甘油酸的形成砷酸盐（AsO43 ）在结构和反应方面都和无极磷酸极为相似，以此能够代替磷酸进攻硫脂中间产物的高能键，产生1-砷酸 -3- 磷酸甘油酸，砷酸化合物是很不稳定的化合物。

13、它迅速的进行水解产生3-磷酸甘油酸。砷酸盐代替磷酸与甘油醛-3- 磷酸结合并氧化，生成的不是1 ， 3- 二磷酸甘油酸。在砷酸盐存在下，虽然酵解过程照常进行，但是却没有生成高能磷酸键。甘油醛-3- 磷酸氧化释放出的能量，未能与磷酸化作用相偶联而被贮存。因此砷酸盐起着解偶联的作用，即解除了氧化和磷酸化的偶联作用。从以上事实得到的启发式，在生物分子的进化中为什么选择了具有较大动力学稳定性的磷酸基团作为递能基团，而不是砷酸。7、 1， 3- 二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成ATP这是糖酵解开始收获的阶段，在此过程中产生ATP。1 . 3 二磷酸甘油醛+ ADP3 ,磷酸甘油酸+ ATP此反应是在磷酸

14、甘油酸激酶（PGK的作用下，将其以高能磷酸酊键连接在c 1位上的 高能磷酸基团转移到 ADP分子上形成ATP分子，此过程也需镁离子。这是一个高效的放能反应，因此能够推动前一步反应的顺利进行。（上一个反应不是稍吸能的么）磷酸甘油酸激酶分子的外观和己糖激酶极其相似。都由两叶构成，很像钳子，中间有很深的裂缝。活性部位在裂缝的底部。8、 3- 磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸此反应是由磷酸甘油酸变位酶催化的。通常将催化分子内化学基团移位的酶称为变位酶。此反应是为酵解过程的下一步骤准备反应。磷酸甘油酸变位酶的活性部位结合有一个磷酸基团，当3-磷酸甘油酸作为酶的底物结合到酶的活性部位后， 原来结合在酶活性部

15、位的那个磷酸基团便立即转移到底物分子上，形成一个与酶结合的二磷酸的中间产物，2, 3-二磷酸甘油酸（2, 3, BPG ,这个中间产物又立即使酶分子的活性部位再磷酸化，同时产生游离的2-磷酸甘油酸，2, 3, BPG不止在磷酸甘油酸变位酶的催化过程中起着重要作用，在红细胞对氧的转运 过程中还起着调节剂的作用。2 , 3 -二磷酸甘油酸的合成和降解是糖酵解途径中的一个短支路。zoro,CI.h-c-ohhIi-/H _ C _ 0 - PO, 上 i1 :.目I bisphospbDglyccfIJ 南展计油芯 J- HP(i)Ij.H-C-OPOj 2H -C I HH7O Fi-H3

16、9;理H型tK仁 j-HPGlMUT23=值AKU 油的.故-0-F0,(2,3 - bupliospbolyceraie .3 Bl幅甘常情以上这两步反应都是不可逆的，此外，2, 3-二磷酸甘油酸是二磷酸甘油酸变位酶强有力的竞争性抑制剂。2 , 3 -二磷酸甘油酸的浓度不仅取决于二磷酸甘油酸变位酶的活力，还取决于2, 3 -磷酸甘油酸磷酸酶的活力。一般将催化磷酸酯水解的酶总称磷酸酶。九、2 -磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸这一反应是在烯醇化酶的催化下完成的，烯醇化酶在和底物结合前先与二价阳离子如镒离子或镁离子结合形成一个复合物，才有活性。烯醇磷酸酯具有高基团转移势能。如此高的磷酸基团转移

17、势能是由于磷酸基团转移后形成的烯醇紧接着又形成丙酮酸，由烯醇向酮转 变，如此巨大的标准自由能变化便成了磷酸烯醇式丙酮酸上磷酸基团高的转移势能的巨大推 动力。氟化物是烯醇化酶的强烈抑制剂。十、烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸这是糖酵解的最后一步反应，催化此反应的是丙酮酸激酶（PK）,磷酸基团由磷酸烯醇式丙酮酸转移到 ADP上同时形成丙酮酸是一个不可逆反应。因为磷酸烯醇式丙酮酸水解的自 由能变化为-61.92 ,而ATP合成则是30.54 ,二者能量的差别表示该反应是一个高度方能得 反应。丙酮酸激酶的催化活性需要镁离子或者镒离子。它是糖酵解途径中的一个重要的变构调节酶。ATP长链脂肪酸、乙酰CoA、丙氨酸

18、都对该酶具有抑制作用，而果糖1, 6 二磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸对该酶具有激活作用。该酶至少有三种不同类型的同工酶。XAD- NADH-HT税笈耨n-c-m IAl P A UPA/FTPh-oI m-c-qhYW:"E总过程就系这样C6H12O6+2Pi+2ADP+2NAD+2CH3COCOOH+2ATP+2H2O+NADH+H+三.精母肿的生卸量义* LMP检评牛物界言的存在.在氧、无氧条咛下摆需 羞行* 地里在患劣条件卜.殛过此建心技和有限能破， 雎符代谢* 力收低他的准备舱段* 沟临原合成跟把嘴骨里一附解途徒产上的内胡酸小N40H展不是最住产物. 它力的尤第在君辄和正织条件下是

19、不同的.无氧条件下丙酮酸的去路.用 MM " 般-H 4 UH *机*心f岬m牙时樵尾帽*明褐T和 m而府.,.明|珅1«*匕言看艳"H也片的 '处 您蛀义到!g型'上士工吧f 忖下 7* *i y . f *再*附* *核可.庄府: （bHTK wnJ 4ttNrittpTfflfl. ；'_ >1二）生成乙琳醉，在无在柒件F,粕巴胭则转变qg初过一过程实标包括用个反应号界"器一揖足. 曼蜘里尼成乙身四第.二步乙胖由、4口H+ H-世里生成方博同时匚生我代巾NAR1 J赢成己制J, f'府牝芮一中标应的陆地两典常根

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22、解途径中由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反应实际上都是不可逆反应，因此这三种酶都具有调节糖酵解途径的作用。它们的活性受到变构效应物可逆地结合以及酶共价修饰的调节。磷酸果糖激酶是哺乳动物糖酵解途径的重要调节酶，该酶受到高浓度 ATP的抑制，高浓度的ATP浓度使酶与底物果糖-6-磷酸结合曲线从双曲线变成S形。糖酵解的作用不只是在无氧条件下提供能量，也为生物合成提供碳骨架，因此， 碳骨架需要的情况也必然影响糖酵解的速度。柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制作用正是具有这种意义。细胞内的柠檬酸含量高，意味着有丰富的生物合成前体存在，葡萄糖无需为提供合成前体而降解，柠檬酸是通过加强ATP的抑制效应来抑制

23、磷酸果糖激酶的活性，从而使糖酵解过程减慢。因磷酸果糖激酶是糖酵解作用的限速酶，因此， 对此酶的调节是调节酵解作用的关键步骤。果糖 -2 ， 6- 二磷酸(F-2,6-BP )对酵解的调节作用果糖-2 ， 6- 二磷酸是新发现的酵解过程的调节物。它是磷酸果糖激酶强有力的激动剂。在肝脏中，果糖 -2 ， 6- 二磷酸提高果糖激酶与果糖-6-磷酸的亲和力并降低 ATP的抑制效应。实际上果糖-2 ， 6- 二磷酸是一个变构激活剂。它控制果糖磷酸激酶的构想转换，维持构象之间的平衡关系。果糖-2, 6-二磷酸的形成是由磷酸果糖激酶2 (PFK2)催化果糖-6磷酸，使其在 C2位上磷酸化而形成的。磷酸果糖激

24、酶与磷酸果糖激酶2 是两种不同的酶。它们的催化机制不同。果糖 -2 ， 6- 二磷酸的水解也是由一种特殊的磷酸酶，称为果糖二磷酸酶2 催化的。催化的产物是果糖-6 磷酸。有趣的是，磷酸果糖激酶2 与果糖二磷酸酶2 处于单一的多肽链上，这是一个具有双重功能的酶。果糖 -6- 磷酸有加速果糖-2 ， 6- 二磷酸合成的作用，还有抑制该化合物被水解的作用。因此高的果糖-6- 磷酸浓度可以导致果糖-2 ， 6-二磷酸的形成。果糖-2， 6- 二磷酸又进一步激活果糖磷酸激酶。这种过程叫做前反馈抑制。磷酸果糖激酶2与果糖二磷酸酶2的活性由酶分子上的一个丝氨酸残基往复地磷酸化所控制。当葡萄糖缺乏时，血液中的

25、胰高血糖素启动环AMP的级联效应，从而引起该双重功能酶的磷酸化。酶的共价修饰使果糖二磷酸酶2 激活， 同时使磷酸果糖激酶2 受到抑制，结果使果糖 -2 ， 6- 二磷酸减少。葡糖糖过剩时，磷酸基团从酶分子上脱落，果糖-2 ， 6- 二磷酸的含量上升，使糖酵解过程加速，称为协同控制作用。因激酶和磷酸酶的结构域同处在一条肽链上，形成一个调节结构域而使上述的协同控制作用得到加强。己糖激酶对糖酵解的调节作用己糖激酶的催化作用受到产物葡萄糖-6- 磷酸的抑制。磷酸果糖激酶不活跃的话，果糖-6 磷酸的浓度会上升，这必然使得葡萄糖-6- 磷酸的浓度增加。葡萄糖-6- 磷酸与果糖-6- 磷酸是维持一种相对平衡

26、的浓度。这就使得己糖激酶受到抑制。为什么磷酸果糖激酶是限速酶而不是己糖激酶呢？因为葡萄糖-6- 磷酸不是唯一的糖酵解的中间产物，葡萄糖-6- 磷酸还可以转变成糖原，经五碳糖磷酸循环进行氧化。对酵解途径单独具有的不可逆反应，即关键步骤。就是磷酸果糖激酶催化的由果糖-6-磷酸形成的果糖-1 , 6-二磷酸的反应。 丙酮酸激酶对糖酵解的调节作用丙酮酸激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。丙酮酸是一个共同的代谢中物，它可进一步被氧化，或用作结构元件。丙酮酸激酶控制着丙酮酸的外流量。果糖-1 , 6-二磷酸对丙酮酸激酶的激活作用使糖酵解过程的反应中间物能够顺利地往下一步进行。当能量贮存足够时，AT

27、P对丙酮酸激酶的变构抑制效应使酵解过程减慢。如果血液中葡萄糖水平下降，激起肝脏中丙酮酸激酶的磷酸化，使该酶变为不活跃的形式，从而降低了酵解作用的进行，使血糖浓度得以维持正常水平。丙氨酸对丙酮酸激酶的变构抑制效应， 也是酵解过程减慢。丙氨酸是丙酮酸接受一个氨 基形成的，丙氨酸浓度增加意味着作为丙氨酸的前体过量，因此丙氨酸对丙酮酸的抑制效应也是维持代谢动态平衡的一种有效措施。丙酮酸激酶也是通过磷酸化和去磷酸化转变其活性。活跃形式是去磷酸化，不活跃形式是磷酸化。 其他六碳糖进入糖酵解途径淀粉和糖原经消化后都转遍为葡萄糖进入糖酵解途径。水果和由蔗糖水解产生的果糖，由乳糖水解产生的半乳糖，由糖蛋白经消化

28、产生的甘露糖都是通过转bain成糖酵解途径的中间产物而进入酵解途径。果糖通过己糖激酶催化磷酸化形成果糖-6-磷酸半乳糖经五个步骤转化为葡萄糖 -6-磷酸，半乳糖血症是一种遗传病，这种患者体内不 能将半乳糖转化为葡萄糖， 原因是缺乏半乳糖-1-磷酸尿昔酰转移酶。 不能使半乳糖-1-磷酸 转变为UDP半乳糖。结果使血中半乳糖积累，进一步造成眼睛晶状体半乳糖含量升高，并 还原成半乳糖醇。甘露糖经两步反应转变为果糖 -6-磷酸柠檬酸循环无氧条件下，葡糖糖分解代谢形成丙酮酸，或无氧发酵形成乳酸和乙醇，但是在有氧条件下， 糖的分解并不停止在丙酮酸，而是继续进行有氧分解， 最后形成二氧化碳和水。它经历的途径

29、分为两个阶段，分别为柠檬酸循环和氧化磷酸化柠檬酸循环、三竣酸循环、TCA Krebs循环柠檬酸循环是是在线粒体中进行的。丙酮酸通过柠檬酸循环进行脱竣和脱氢反应。竣基形成二氧化碳，氢原子则随着载体( NAD+ FAD)进入电子传递链进行氧化磷酸化作用，形 成水分子并将释放出的能量合成AT P柠檬酸循环不只是丙酮酸氧化所经历的途径，也是脂肪酸、氨基酸等各种燃料分子氧化分解所经历的共同途径。此外柠檬酸循环的中间体还可作为许多生物合成的前体。也可以说柠檬酸循环是两用代谢途径。丙酮酸形成乙酰CoA丙酮酸在进入柠檬酸循环之前需要先转变为乙酰C。A,可I括4步反应。催化这些反应的酶是包括丙酮酸脱氢酶在内的多

30、酶复合体，由3种酶高度组合在一起形成的，统称丙酮酸脱氢酶复合体或丙酮酸脱氢酶系。C 4 LdASH + NAD* * CHjESCdA 卷 C明 * NA UH两附躯 NN K乙廉除了辅酶A和NA*,其实还有其它的辅助因子，即硫胺素焦磷酸( TPPP、硫辛酰胺 和黄素腺喋吟二核甘酸(FAD丙酮酸脱氢酶系的作用过程主要分4个步骤1 .丙酮酸脱酸反应(1)发生在TPP辅基的催化反应，丙酮酸与 TPP反应生成羟乙基一TPP和二氧化碳(2)羟乙基氧化成乙酰基2 .乙酰基转移到C o A分子上形成乙酰CoA3 .还原型二氢硫辛酰转乙酰基酶氧化，生成氧化型的二氢硫辛酰转乙酰基酶，这一步反应是氧化型硫辛酰胺

31、再生的反应。催化此反应的酶是E34 .还原型E3的再氧化神化物对硫辛酰胺的毒害作用(联想神酸盐的在甘油醛-3-脱氢酶的催化反应中代替磷酸盐使氧化解偶联的作用硫辛酰胺是E2的辅基神化物对有机体的毒害不仅限于对糖酵解的抑制作用，亚神酸盐及有机神化物自古即是人们所熟知的剧毒物，其代表作用机制就是与丙酮酸脱氢酶复合体的E2辅基硫辛酰胺的前基发生共价结合，使还原型硫辛酰胺形成失去催化能力神化物这类神化物抑制丙酮酸脱氢酶复合体的机制同样表现在对-酮戊二酸脱氢酶的抑制作用。微生物中许多酶对有机神化物的毒害比人类更敏感，曾将神化物作为抗生药用于治疗虫病。三氧化二神就是砒霜 丙酮酸脱氢酶系复合体的调控丙酮酸脱氢

32、酶复合体在丙酮酸转变为乙酰CoA过程中起着重要催化作用，这一途径也是哺乳动物使丙酮酸转变为乙酰 -CoA的唯一途径。乙酰辅酶A既是柠檬酸循环的入口物质，又是合成脂类如胆固醇的起始物质，这就意味着丙酮酸既可走向继续分解提供能量的途径，又可走向生物合成途径。 关键在于丙酮酸脱氢酶复合体的活性的调控。试试手它正是接受者严格的调控1 .产物控制：即NADM口乙酰辅酶A控制，这两种产物表现的抑制作用是和酶的作用底物即 NAD+和辅酶A竞争酶的活性部位，是竞争性抑制。乙酰COA卬制E 2 , NADH卬制E 3 ,产物比底物的比值高。 则E 2处于与乙酰基结合的状态，这是不可能接受E 1酶与 TPP结合的

33、羟基基团，使 E1酶上的TPP停留在与羟乙基结合的状态，从而抑制了丙酮酸脱竣作用的 运行。2 .磷酸和去磷酸化的控制：E1的磷酸和去磷酸化是丙酮酸脱氢酶复合体失活和激活的重要 方式。在处于丙酮酸脱氢酶复合体核心位置的E2份上结合着两种特殊的酶，一种称为激酶，一种称为磷酸酶。激酶使丙酮酸脱氢酶组分磷酸化，磷酸酶则是脱去丙酮酸脱氢酶的磷酸基团从而使丙酮酸脱氢酶复合体活化。钙离子通过刺激磷酸酶的作用，也使丙酮酸脱氢酶活化。总之，丙酮酸脱氢酶的活化或抑制根据细胞能荷的的高低和生物合成对中间产物的需 求，受到多种因素灵活的调控。柠檬酸循环概貌COO'CCHV f W行*段1«年中拧与一

34、班反成藕基ihUt的.推唱中所示的着印U（由F列的修遗行府生二柠E1M» 刖一），曲与良彳人鸟去ntHLS）鼻号雅民imitnjF岫'妙干工"- Hilt二*t?W W 自体 廿 kfftag|uMnij| "h炉乐/rrtu81Mlan八帔帕限禽或Swiihfli）.就电津她收首 f axiiiik Jr+tvkiitrnx L &析* 翼*lunwwj.*果傕般 * % '柠檬酸循环的反应机制（包括8 个步骤）一、草酰乙酸与乙酰 COAi合成柠檬酸（先生成柠檬酰 -COA再分解为柠檬酸和 COA 催化此反应的酶叫做柠檬酸合酶，这个酶是由

35、两个亚基构成的二聚体，由每个亚基的两个结构域构成一个很深的裂缝。其中含有一个草酰乙酸稽核位点，当酶与草酰乙酸结合后，酶的构象发生改变，造成酶分子的裂缝合拢，同时又暴露出与乙酰COA勺结合部位。上述事实说明乙酰 COA勺催化反应是有序地动态催化反应。由草酰乙酸与酶结合后诱导而出的构象变化，产生了乙酰COA勺结合部位并且杜绝了草酰乙酸的干扰。这是一个典型的由于底物与酶结合而诱导产生的诱导契合模型。己糖激酶和底物的诱导效应也是诱导契合机制。柠檬酸合酶催化的反应属于醛醇- 克莱森脂缩合反应，柠檬酸合酶属于调控酶。它的活性受ATR NADH琥珀酰COA勺控制，它是柠檬酸循环中的限速酶氟乙酸形成的氯乙酰-

36、COM被柠檬酸合酶催化与草酰乙酸形成氟柠檬酸。它取代柠檬酸结合到顺- 乌头酸酶的活性部位上，从而抑制了柠檬酸循环的下一步反应。因此这个反应称为致死性合成反应。用这一特性可以用于制造杀虫剂或灭鼠药。另一种柠檬酸合酶的抑制剂是丙酮基 -COA它是乙酰辅酶A的类似物， 对乙酰辅酶A的 反应产生抑制效应，所以可以代替乙酰 COAW柠檬酸合酶结合，用这种方法测点出柠檬酸合 酶上乙酰COA勺结合部位。二、柠檬酸异构化成异柠檬酸这一步反应是适应柠檬素进一步氧化的需要。因为柠檬酸是一个叔醇化合物，它的羟基所处的位置妨碍柠檬酸的进一步氧化。异柠檬酸是可以氧化的仲醇。催化柠檬酸转变的是乌头酸酶，因该酶在催化过程中

37、形成顺- 乌头酸中间产物而得名三、异柠檬酸氧化形成- 酮戊二酸在柠檬酸循环中包括4 个氧化- 还原步骤。异柠檬酸氧化脱羧是一个氧化还原步骤，也是柠檬酸循环中两次氧化脱羧中的第一个反应。氧化的中间产物是一个不稳定的酮酸，即草酰琥珀酸，催化这一氧化脱羧的酶称异柠檬酸脱氢酶此反应的吉布斯标准自由能变化有利于向氧化的方向进行。异柠檬酸脱氢酶主要有两种，一种以NAD的辅酶，一种以NADP为辅酶（NADP辅酶2,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），前者只存在于线粒体中，后者在细胞溶胶中也有发现。以NAD的辅酶的异柠檬酸脱氢酶需要镁离子或镒离子激活，这种酶只存在与于线粒体 中。异柠檬酸脱氢酶催化的反应在生物化学中具

38、有代表性，由 - 羟酸氧化成-酮酸， 从而引起脱羧反应，也就是促进相邻C-C 键的断裂，称为- 裂解，这种裂解是生物化学中最常见的一种C-C键的催化方式。异柠檬酸脱氢酶催化的氧化脱羧反应还具有重要的生物学意义。可以说通过这一步反应，使生物体解决了具有两个碳原子的乙酰基氧化和降解的问题。该酶所催化的氧化脱竣反应中，其所催化断裂的C-C键正是柠檬酸循环第一步反应中，进入循环的乙酰基中，连接乙酰基的两个碳原子之间的键。在乙酰基的两个碳原子之间是共价键，这个共价键不可能通过一般任何一种断裂方式打开， 在二碳分子中也不可能发生这样的裂解。但是乙酰基一旦与草酰乙酸缩合，就形成了对- 裂解敏感的产物。因此这

39、种缩合就成了乙酰基CC 键裂解的必要条件coo蚌柠充酸率限现JO酸B-雷皮二餐图二3丁仲柠餐晒脱丸总催化的找化及典过程鼻柠强力与盟,置于N'T推力圣包帕ft JEU北为，立即就的.，位于除持 总子匕的*48M费力胴凰，取率的思成保神辱近心-。的断磐.即我制于睨理作用，进有建酸步庭的凭£行金卡卡写睨K的比瓜甲划物n异柠檬酸脱氢酶是一个变构调节酶。它的活性受ADP变构激活。ADP可增强酶与底物的亲和力该酶与异柠檬酸、镁离子、NAD +、ADPtB有相互协同作用。 与NAD相ADP的作用相反，NADHF口 ATP对该酶起变构抑制作用。在能荷低的情况下，NAD+勺含量升高，不仅有利于

40、柠檬酸脱氢酶，对其他需要以NA D +为辅助因子的酶促反应也有推动作用。异柠檬酸脱氢酶所具有的调节酶的作用。细菌中的异柠檬酸脱氢酶受磷酸化的抑制。在酶活性部位的丝氨酸若被磷酸化，就直接抑制了酶与异柠檬酸底物的结合。使异柠檬酸脱氢酶磷酸化的酶，称异柠檬酸脱氢酶激酶， 使磷酸化了的异柠檬酸脱氢酶脱去磷酸的酶，成为异柠檬酸脱氢酶磷酸酶，这两种不同的作用的酶处于同一肽链上 （丙酮酸脱氢酶复合体的磷酸化与去磷酸化、果糖-2 , 6 -二磷酸）实际上在许多植物和有些喜剧体内，异柠檬酸的转变途径有两条途径。当需要能量是， 即进行氧化脱竣形成-酮戊二酸。当能量充足时，异柠檬酸裂解成琥珀酸和乙醛酸，四、酮戊二酸

41、氧化脱竣形成琥珀酰CoA这是柠檬酸训话两次氧化脱竣作用中的第二次脱竣，改反应为酮戊二酸十 （ NADF） +CoASH = 琥珀酰一C o A+ NADH氢离子十 二氧化碳此反应不可逆此反应释放出的能量有三方面的作用，一是使氧化型辅酶1还原， 二是促使反应向氧化方向进行并大量放能，三是相当的能量以琥珀酰CoA的高能硫脂键形式保存起来。催化上述反应的酶是-酮戊二酸脱氢酶。该酶和丙酮酸脱氢酶复合体及其相似，也是一个多酶复合体，由酮戊二酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酰转琥珀酰酶（E2）、二氢硫辛酰脱氢酶（E3）组成。这里的 E3和丙酮酸脱氢酶系中的 E3是相同的。由于 一酮戊 二酸是一复合体，又称-酮戊

42、二酸脱氢酶系。反应机制和丙酮酸脱氢酶系一致。催化的产物是琥珀酰-CoA,是高能硫脂化物。-酮戊二酸脱氢酶是一个变构调节酶，其受调控方面与丙酮酸脱氢酶系很相似，同 样受产物控制（NADHffi琥珀酰-CoA）,也同样受高能荷控制。因此当细胞的ATP充裕时，柠檬酸循环行进的速度就减慢。与丙酮酸脱氢酶不同的是，丙酮酸脱氢酶复合体中的E1受磷酸化和去磷酸化共价修饰的调节。磷酸化使 E1失去活性，而-酮戊二酸脱氢酶不受磷酸化、去磷酸化共价修饰的调节。五、琥珀酰-CoA转化成琥珀酸并产生一个高能磷酸键琥珀酰-CoA的硫酯键是一个高能键，它的断裂与鸟昔二磷酸的磷酸化相偶联。，所以 会生成GTP催化此反应的酶

43、叫做琥珀酰- CoA合成酶，也称琥珀酰硫激酶，这一命名指的是催化相 反方向的反应，上述反应极易向正反两个方向进行，虽然习惯上称琥珀酰一C。A合成酶， 但是在柠檬酸循环中都是向生成琥珀酸的方向进行。要点在于产生一个高能磷酸键，在哺乳动物中形成一分子GTP在植物和微生物直接形成ATR这是柠檬酸循环中唯一直接产生一个高能磷酸键的步骤，GTP在生物合成中有其特殊作用，它在蛋白质的生物合成中是磷酰基的提供者，即磷酰基供体，在于视觉兴奋有关的信号结合蛋白的活化和钝化中期控制作用六、琥珀酸脱氢酶形成延胡索酸催化这一反应的是琥珀酸脱氢酶，这个酶是以FAD乍为其脱险电子的受体，而不是NAD +。琥珀酰脱氢酶与F

44、AD的关系是以共价键相互连接，因此它们是酶与辅酶的关系。尽管琥珀酸脱氢酶的作用是专一的，与它的底物在结构上类似的化合物如丙二酸还可以 与酶结合，但是酶不能催化其脱氢，因此丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂。琥珀酰脱氢酶与柠檬酸循环中其他酶不同，是唯一嵌入到线粒体内膜的酶，是线粒体内膜的一个重要组成部分，而其他的酶大多存在于线粒体的基质。事实上琥珀酰脱氢酶是直接连在电子传递链上的。七、延胡索酸水合成L-苹果酸催化延胡索酸水合形成苹果酸的酶是延胡索酸酶，该酶催化反应具有严格的立体专一性，八、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸这是柠檬酸循环的最后一个步骤。L-苹果酸的羟基氧化成玻基。催化这一反应的酶叫做苹果酸脱

45、氢酶。辅酶是 NAD+此反应在热力学上市不利的，但是草酰乙酸和乙酰-CoA的缩合反应是高度的方能反应，通过草酰乙酸不断地被消耗，使苹果酸氧化成草酰乙酸的反向得以进行。乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、甘油 -3-磷酸脱氢酶以及苹果酸脱氢酶这些脱氢酶都具有立体结构的专一性，都以NAD+为电子受体柠檬酸的化学总结算柠檬酸循环的总化学反应式如下:附-1+ 1h + fad，rtv 2h' +G阳每一次循环以GTP的形成产生一个高能键，并消耗两个水分子虽然柠檬酸循环中没有氧分子直接参加反应，但是柠檬酸循环只有在有氧条件下进行。因为柠檬酸循环所产生的3个 NADHF口一个F ADH2分子只能通过电子传递链和

46、氧分子才 能够再次被氧化。四）皿的生理意又I、是有机体我再生命浩动所需能量的主要途径如t如肌网细胞中】ml菊有网无就条件下和有利条件下 氧化产生八甘数量不同：2a三陵酸循环是楣、嘴、蛋白所等物质完全辄化分 解的公共建未途径，生物界普遍存在.精 1脂肪酸卜乙戢辅读A 1CA城草屐J 、注意：乙酰基是舒解被TCA完全分解的唯一底物'箕他中间产物必家先出环*总要或乙瓶禁,重新进入TCA“ngcoonCOOH/i18r XQ=Qc=oII CH,、/J ,<JMa1 COOH例如，口柜.此二酸的彻底氧化需经历的建径I、 a胴戊二酸进入TCR进行氧化阴感，变成4c的草酸乙酸.2.苒般乙酸通

47、过内的赠低化支路出环.3、内雷酿甄幽脱峻斗威凡或辅酹5据M进入TC4湖底巩化T计算1 mol0酮戊二酸完全重化降解产生ATP数小（24）NAD*Ar>M + M， GPP GIP FAD FADII2口酮成一一酿 工琥珀酸辅的A陵珀酸延胡素酸INARHt H*乙罐辅酶A内厚酸革果酸 NAD1* HAJ>H+H+*X1 草醛乙酸I TCA IMnauh*IFADHj 1GIP柠檬酸循环的调控随着心肌收缩对 ATP的需要，柠檬酸循环中的酶活性几乎作为一个功能整体和肌细胞对 氧的利用速度成正比关系。因此氧的利用，NADH勺再氧化和ATP的生成都是密切相关的。柠檬酸循环可概括地看作来自两个

48、方面的调控 一、柠檬酸循环本身制约系统的调节在柠檬酸循环中，虽有九种酶参加反应， 但是调节循环速度中起关键作用的可视为三种 酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酸脱氢酶。柠檬酸循环中的酶活性主要靠底物提供的情况推动，并受其生成产物浓度的抑制。循环中最关键的底物应推乙酰C o A、草酰乙酸、产物 NADH（抑制）乙酰辅酶A和草酰乙酸在细胞线粒体中的浓度并不能使柠檬酸合酶达到饱和的程度。因此该酶对底物催化的速度受着底物浓度而变化，也就是酶活性受底物供给情况所控制。乙酰辅酶A来源于丙酮酸，所以还受丙酮酸脱氢酶活性的调节。草酰乙酸来自苹果酸， 它与苹果酸弄苏保持一定的平衡关系，NADHKNAD+勺

49、比例也保持一定的平衡关系。呼吸作用加强是，线粒体中的NADH勺浓度下降，结果使草酰乙酸的浓度加强，柠檬酸合酶的活性增。柠檬酸合酶活性的强弱直接关系 到柠檬酸的合成。一般情况下细胞对于柠檬酸的利用速度总是高于它的合成。柠檬酸是柠檬酸底物之一的草酰乙酸的竞争性抑制剂，柠檬酸浓度的下降有促进柠檬酸的合成。琥珀酰-CoA和乙酰CoA结构相似，对柠檬酸合酶有竞争性反馈抑制作用二、ATR ADP和钙离子对柠檬酸循环的调节机体活动增加总要消耗更多的ATP。与ATP的水解相伴随的是 ADP浓度的增加。ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构促进剂，从而增加了该酶对底物的亲和力。机体处于静息状态时，ATP的消耗下降，浓度上

50、升，对该酶产生抑制效应。至于钙离子，钙离子在生物功能是多方面的，它在柠檬酸循环也间接地起着重要作用。它刺激糖原的降解、 启动肌肉收缩，还对许多激素的信号起中介作用，在柠檬酸循环中对丙酮酸脱氢酶的磷酸酶即丙酮酸脱氢酶磷酸酶起激活作用，对异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶都有激活作用。肝脏中柠檬酸循环不仅在提供能量中起重要作用，由于肝脏功能的多样性，柠檬酸循环还有对其他代谢提供中间产物的作用。因此，肝脏中的柠檬酸循环受到的调控关系就更加错综复杂，虽然它在各种组织中受到的调控机制都是相同的（废话！） 柠檬酸循环的双重作用许多合成代谢中都利用柠檬酸循环的中间产物作为生物合成的前体来源，从这个意义上来看，

51、柠檬酸循环就有分解代谢和合成代谢的双重性称两用性。柠檬酸循环中由于参与其他代谢途径而失去的中间产物必须得到及时补充，才能保证柠檬酸循环顺利的、不间断的运转直接利用柠檬酸循环中间产物的生物合成途径有：葡糖糖合成途径（称糖异生作用）、脂类的生物合成，包括脂肪酸和胆固醇的生成，氨基酸的生成等，对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称填补反应。属于此类反应的有丙酮酸竣化反应2.毫闸陆催帖的反Ki签物住内，让分粕coon 1C=Qk式内阳怅客一信“比的 3 士6 eoon四，网卜虎怪内/1酸撞化支拈：内用餐箱位立 埠里常修h内网修足水黄犍患的反应川热巾由1AC 口口J,如CH.COOtl内酬化H卸蜉l曲物

52、M邦仔中小而广，尽一科节 乙酬鼻悔人金某微心剂.嫉上乙料油嬉鼻JL字沈有 漏性.丙酮酸+二氧化碳+ ATP3+水=草酰乙酸+ AD% P i + 2氢离子催化这一反应的是丙酮酸竣化酶。 由于草酰乙酸或者柠檬酸循环中任何一种中间产物的不足而引起柠檬酸循环速度有任何的降低都会使乙酰辅酶A的浓度增加，而乙酰辅酶A是丙酮酸竣化酶的激动剂，结果会产生更多的草酰乙酸，从而提高柠檬酸循环的速度。过量的草 酰乙酸则会转运到线粒体处用于合成葡萄糖。有些降解反应可生成柠檬酸循环的中间产物，不少反应是可逆的，方向决定了代谢的方向。因此，这些反应在调节柠檬酸循环中都发挥着应有的作用。综上所述，柠檬酸循环的确是新陈代谢

53、的中心环节。戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径戊糖磷酸途径又称戊糖支路，己糖单磷酸途径、磷酸葡萄糖氧化途径及戊糖磷酸循环。这些名称强调的是从磷酸化的六碳糖形成磷酸的五碳糖。此途径是糖代谢的第二条重要途径，是葡萄糖分解的另一种机制，这条途径在细胞溶胶 内进行，广泛存在与动植物细胞内。它是由一个循环式的反应体系构成。该反应体系的起始物为葡萄糖-6 -磷酸，经过氧化分解后产生五碳糖、二氧化碳、无极磷酸和NADPH（即还原型烟酰胺喋吟二核甘酸磷酸，特么就是还原型辅酶2）总反应式为：葡萄糖 -6-磷酸 2NADPH2O 核糖 -5-磷酸 2NADPH 2H CO2一般可将其分为两个阶段：氧化阶段和非氧化阶段

54、氧化阶阶段包括六碳糖脱竣形成五碳糖，并使NADPF还原成NAPDH共包括三个阶段：1 .葡萄糖6 磷酸在葡萄糖6 磷酸脱氢酶的作用下形成6 磷酸葡萄糖酸内酯。该反应是1 C竣基和5碳C羟基之间发生的之花反应，催化过程需要NADP作为辅酶。此反应高度严格地以 NADP为电子受体2. 6-磷酸葡萄糖酸-内酯在一个专一内酯酶的作用下水解，形成 6-磷酸葡萄糖酸3.6-磷酸葡萄糖酸在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶作用下， 形成核酮糖-5-磷酸。该酶也是NADP+ 为电子受体，催化的反应包括脱氢和脱羧步骤。非氧化阶段包括核酮糖-5- 磷酸还通过差向异构形成木酮糖-5- 磷酸， 再通过转酮基反应和转醛基反应，将戊

55、糖磷酸途径与糖酵解途径联系起来，并使葡萄糖-6- 磷酸再生。舞也可企施拜格in |.tbfwn产rn&e】催化下括堂feWWW-fl- * = 加里不不而取分子通:便常琪融通位后,府个面Cj精. 6 .磅般'"子化脱统夫棒一个以 鼎不工叶成$个萱瞥格 6-磷HI!分丸 奄Bi反应可刖F式进东：& 岫电懈-d- M 曜 7H=0* 12MADP' _- bLUj * S精-E -漏阱 + I2V.WPH 1非* 陌由上式叫质出通过戊糖鞫酸途径便一个财检躺-6-金融仆孑全部化为七牙手c6，井产士空持府修也埠力的分子田124" NAUPH - '加.代谢 Wit痴段中，岂誓多理野三父尽怏进了场也能鹿楹大的久新在黄是自己对删- ,中网产物以及大还力的需三二而五俞JPE强如用方-，所示。