基础生物化学糖类分解代谢

1、5 糖类分解代谢糖类分解代谢5.1 新陈代谢概论新陈代谢概论5.2 生物体内的糖类生物体内的糖类5.3 双糖和多糖的酶促降解双糖和多糖的酶促降解5.4 糖酵解糖酵解5.5 三羧酸循环三羧酸循环5.6 磷酸戊糖途径磷酸戊糖途径5.7 糖醛酸途径糖醛酸途径5.1 新陈代谢概论新陈代谢概论新陈代谢是生物于周围环境进行物质和能量交新陈代谢是生物于周围环境进行物质和能量交换的过程。包括同化作用换的过程。包括同化作用(assimilation)和异和异化作用化作用(dissimilation)两个方面。两个方面。生物体通过同化作用生物体通过同化作用(合成代谢合成代谢) 不断地从环境不断地从环境中摄取物质，

2、经一系列生化反应转变为自己中摄取物质，经一系列生化反应转变为自己的组分；通过异化作用的组分；通过异化作用(分解代谢分解代谢) 将原有的将原有的组分经一系列生化反应，分解为简单成分重组分经一系列生化反应，分解为简单成分重新利用或排出体外。新利用或排出体外。各种生物都具有各自特异的新陈代谢类型，此各种生物都具有各自特异的新陈代谢类型，此特异方式主要决定于遗传，环境条件也有一特异方式主要决定于遗传，环境条件也有一定的影响。定的影响。新陈代谢类型的特点：新陈代谢类型的特点：绝大多数代谢反应在温和条件下，由酶催化绝大多数代谢反应在温和条件下，由酶催化进行。进行。繁多的代谢反应相互配合，有条不紊，彼此繁多

3、的代谢反应相互配合，有条不紊，彼此协调且有严格的顺序性。协调且有严格的顺序性。新陈代谢是对内外环境条件高度适应和灵敏新陈代谢是对内外环境条件高度适应和灵敏调节而成的一个有规律的总过程。调节而成的一个有规律的总过程。每一代谢都有各自的代谢途径，代谢反应中每一代谢都有各自的代谢途径，代谢反应中任一反应物、中间物或产物，都称为代谢物任一反应物、中间物或产物，都称为代谢物(metabolite)；生物大分子的合成和分解都是逐步进行的，生物大分子的合成和分解都是逐步进行的，并伴随着能量的吸收和释放。并伴随着能量的吸收和释放。5.1.2 代谢的研究方法代谢的研究方法代谢研究主要是指中间代谢的研究方法。所谓

4、代谢研究主要是指中间代谢的研究方法。所谓中间代谢指某一代谢中的一系列酶促反应。中间代谢指某一代谢中的一系列酶促反应。研究方法主要包括：研究方法主要包括：5.1.2.1 示踪法示踪法苯环化合物示踪法，如苯环化合物示踪法，如Knoop利用苯甲酸、利用苯甲酸、苯乙酸标记脂肪酸，提出了脂肪酸苯乙酸标记脂肪酸，提出了脂肪酸 -氧化学氧化学说。说。 稳定同位素示踪法，如利用稳定同位素示踪法，如利用15NH4Cl，标记，标记DNA分子从而证明了分子从而证明了DNA的半保留复制方式。的半保留复制方式。 放射性同位素示踪法等。如卡尔文以放射性同位素示踪法等。如卡尔文以14CO2饲喂植物，再用纸层析分离饲喂植物，

5、再用纸层析分离CO2代谢的中间代谢的中间物，提出光合作用中物，提出光合作用中CO2转变为糖的卡尔文转变为糖的卡尔文循环循环(Calvin cycle)。 5.1.2.2 抗代谢物、酶抑制剂的应用抗代谢物、酶抑制剂的应用在离体条件下，使用抗代谢物和酶抑制剂来阻在离体条件下，使用抗代谢物和酶抑制剂来阻抑、改变反应，观察这些反应被抑制或改变抑、改变反应，观察这些反应被抑制或改变以后的结果，从而推测中间代谢的情况。以后的结果，从而推测中间代谢的情况。5.1.2.3 体内试验和体外试验体内试验和体外试验体内研究体内研究(in vivo)以生物整体进行中间代谢研究称为体内研究，以生物整体进行中间代谢研究称

6、为体内研究，包括用整体器官或微生物细胞群进行的研究。包括用整体器官或微生物细胞群进行的研究。 如如Knoop以犬为研究对象，饲喂苯环标记的以犬为研究对象，饲喂苯环标记的脂肪酸，再研究犬尿中苯标记物状态，是脂肪酸，再研究犬尿中苯标记物状态，是“体内研究体内研究”；体外研究体外研究(in vitro， no vivo)以组织切片、匀浆、提取液为材料进行研究称以组织切片、匀浆、提取液为材料进行研究称为体外研究。为体外研究。 如如Krebs以肌肉糜以肌肉糜(匀浆匀浆)为材为材料，研究酶抑制剂和反应物的加入对反应中料，研究酶抑制剂和反应物的加入对反应中间物和代谢终产物的影响，确定了三羧酸循间物和代谢终产

7、物的影响，确定了三羧酸循环的反应历程。环的反应历程。在实际工作中应根据不同的研究对象采用不同在实际工作中应根据不同的研究对象采用不同研究方法，但以同位素示踪法研究方法，但以同位素示踪法(isotopic tracer technique)最常用。最常用。 5.2 生物体内的糖类生物体内的糖类糖是具有实验式糖是具有实验式(CH2O)n的多羟基醛或酮，它的多羟基醛或酮，它分为单糖、寡糖、多糖和结合糖四类。分为单糖、寡糖、多糖和结合糖四类。 糖的生物学作用：糖的生物学作用：糖类是生物体内重要的能源，糖分解产生的糖类是生物体内重要的能源，糖分解产生的ATP可供需能代谢之用。可供需能代谢之用。糖分解代谢

8、的许多中间物是合成氨基酸、脂糖分解代谢的许多中间物是合成氨基酸、脂肪、核苷酸的原料。肪、核苷酸的原料。糖与蛋白质、脂类结合成复合糖，参与细胞糖与蛋白质、脂类结合成复合糖，参与细胞识别、防御、免疫、粘附、结构等多种过程。识别、防御、免疫、粘附、结构等多种过程。 结构功能，如纤维素等结构功能，如纤维素等 。非糖代谢底物也可以经过其它途径再转化为糖非糖代谢底物也可以经过其它途径再转化为糖分解代谢的中间物，彻底氧化分解或者沿糖分解代谢的中间物，彻底氧化分解或者沿糖异生途径转化为糖，形成了以糖为中心的代异生途径转化为糖，形成了以糖为中心的代谢网络。谢网络。5.2.1 单糖单糖 （monosacchari

9、des ）单糖是最简单的，不再被水解成更小的糖单位。单糖是最简单的，不再被水解成更小的糖单位。(CH2O)n， n=39 ，其中戊糖（，其中戊糖（pentose)和己和己糖糖(hexose）分布广意义大。）分布广意义大。根据单糖中碳原子数目分为丙、丁、戊、已糖根据单糖中碳原子数目分为丙、丁、戊、已糖等；等；根据其结构特点又分为醛糖和酮糖。根据其结构特点又分为醛糖和酮糖。丙糖中的醛糖是甘油醛，它有一个不对称碳原丙糖中的醛糖是甘油醛，它有一个不对称碳原子，故其构型有子，故其构型有D-甘油醛和甘油醛和L-甘油醛之分。甘油醛之分。凡可视为凡可视为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、；凡可视为视为L-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。丙糖中的酮糖为二羟基丙酮。的酮糖为二羟基丙酮。自然界中的单糖多为醛糖，其中以己糖最普遍、自然界中的单糖多为醛糖，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广，是构成淀粉、糖己醛糖中的葡萄糖分布最广，是构成淀粉、糖原、纤维素及其他许多糖类物质的基本单位，原、纤维素及其他许多糖类物质的基本单位，且是人类血液中的正常成分，给机体提供能且是人类血液中的正常成分，给机体提供能量的重要物质。量的重要物质。已糖多以比较稳定的已糖多以比较稳定的1：5氧桥的六元环结构氧桥的六元环结构（吡喃型）存在。（吡喃

11、型）存在。在溶液中，六元环结构己糖常与极少量在溶液中，六元环结构己糖常与极少量1：4氧氧桥五元环结构（呋喃型）糖成平衡状态。戊桥五元环结构（呋喃型）糖成平衡状态。戊糖以呋喃型结构存在。糖以呋喃型结构存在。在环状结构中，戊糖，己糖分别含有四个和五在环状结构中，戊糖，己糖分别含有四个和五个不对称碳原子，它们分别有个不对称碳原子，它们分别有24即即16，25即即32种同分异构体。种同分异构体。每种糖又依据第一碳原子上羟基和氢的相对空每种糖又依据第一碳原子上羟基和氢的相对空间位置分为间位置分为 和和 型两类，它们互为异头物。型两类，它们互为异头物。 单糖具有旋光性，其旋先度可借旋光仪测得，单糖具有旋光

12、性，其旋先度可借旋光仪测得，并计算得到旋光率。它能与酸、碱起作用，并计算得到旋光率。它能与酸、碱起作用，不同条件下氧化产生不同类型的酸。它能被不同条件下氧化产生不同类型的酸。它能被还原成醇。有成蜡、成糖苷和成腙，成脎反还原成醇。有成蜡、成糖苷和成腙，成脎反应，常借助这些反应分析，鉴定糖。应，常借助这些反应分析，鉴定糖。单糖中的酮糖，与醛糖相同，亦具有环状结构，单糖中的酮糖，与醛糖相同，亦具有环状结构，其五元环即呋喃型糖较常见。其五元环即呋喃型糖较常见。 5.2.2 寡糖寡糖(oligosaccharides )寡糖是少数单糖（寡糖是少数单糖（210个）的缩合产物。其中个）的缩合产物。其中最重要

13、的是双糖，双糖中常见的是蔗糖最重要的是双糖，双糖中常见的是蔗糖（sucrose）、麦芽糖）、麦芽糖(maltose)、乳糖、乳糖(lactose)。蔗糖分子中的葡萄糖和果糖经醛、酮基缩合，蔗糖分子中的葡萄糖和果糖经醛、酮基缩合，失去还原、成腙、变旋等特性。失去还原、成腙、变旋等特性。麦芽糖分子由两分子葡萄糖；乳糖分子由葡萄麦芽糖分子由两分子葡萄糖；乳糖分子由葡萄糖和半乳糖各一分子通过糖和半乳糖各一分子通过1,4-糖苷键连接起来。糖苷键连接起来。二者仍有一个自由醛基，也即半缩醛基，故二者仍有一个自由醛基，也即半缩醛基，故有还原、成脎、变旋等性质。有还原、成脎、变旋等性质。 5.2.3 多糖（多糖

14、（polysaccharides）多糖是多个单糖基通过糖苷键连接而形成的高多糖是多个单糖基通过糖苷键连接而形成的高聚物。聚物。常见的有由一种类型的糖基组成的淀粉常见的有由一种类型的糖基组成的淀粉（starch）、糖原（）、糖原（glycogen）和纤维素）和纤维素（cellulose）等。）等。淀粉是由淀粉是由 - D-葡萄糖缩合而成，是植物贮存的葡萄糖缩合而成，是植物贮存的养料，分为直链和支链淀粉，葡萄糖分子间养料，分为直链和支链淀粉，葡萄糖分子间多是多是 (14)糖苷健，而分支点上是糖苷健，而分支点上是 (16)糖苷健。糖苷健。淀粉遇碘液呈紫蓝色反应。能为酸或淀粉酶所淀粉遇碘液呈紫蓝色反应

15、。能为酸或淀粉酶所水解，逐步降解时遇碘可显出不同颜色。水解，逐步降解时遇碘可显出不同颜色。淀粉淀粉红色糊精红色糊精无色糊精无色糊精麦芽糖麦芽糖 葡萄糖葡萄糖 蓝紫蓝紫 红色红色 不显色不显色 不显色不显色 不显色不显色 直链淀粉溶于热水，分子量直链淀粉溶于热水，分子量1.01042.0106，约约250300个葡萄糖残基，分子通常卷曲为螺个葡萄糖残基，分子通常卷曲为螺旋形，每一转有旋形，每一转有6个葡萄糖残基。遇碘呈紫兰个葡萄糖残基。遇碘呈紫兰色，最大吸收波长色，最大吸收波长620680nm。支 链 淀 粉 不 溶 于 热 水 ， 分 子 量支 链 淀 粉 不 溶 于 热 水 ， 分 子 量5

16、.01044.0108，约，约600个葡萄糖残基，个葡萄糖残基，糖链分支点以糖链分支点以 （16）糖苷键连接，分支）糖苷键连接，分支短链的平均长度为短链的平均长度为2430个葡萄糖残基。遇个葡萄糖残基。遇碘显紫红色，最大吸收波长碘显紫红色，最大吸收波长530555nm之间。之间。糖原是动物组织内糖的贮存形式，如肝和肌肉糖原是动物组织内糖的贮存形式，如肝和肌肉中贮存的养分，有动物淀粉之称。中贮存的养分，有动物淀粉之称。其分子量较淀粉的略大，分支较支链淀粉略多，其分子量较淀粉的略大，分支较支链淀粉略多，单糖连接方式与支链淀粉相同，分支链平均单糖连接方式与支链淀粉相同，分支链平均长度约长度约1218

17、个葡萄糖残基。遇碘显棕红色，个葡萄糖残基。遇碘显棕红色，最大吸收波长最大吸收波长430490nm。较易溶于水，遇。较易溶于水，遇碘液呈棕红色外，其他性质与淀粉相似。碘液呈棕红色外，其他性质与淀粉相似。纤维素是构成植物躯干的主要成分，它由许多纤维素是构成植物躯干的主要成分，它由许多 -D-葡萄糖分子通过葡萄糖分子通过 (14)糖苷键缩合生成，糖苷键缩合生成，其分子甚大，故不溶于水，稀酸、稀碱及其其分子甚大，故不溶于水，稀酸、稀碱及其他普通有机溶剂中。他普通有机溶剂中。由一种以上类型的糖及其衍生物残基组成。如由一种以上类型的糖及其衍生物残基组成。如糖胺聚糖（粘多糖）为含氮多糖。有透明质糖胺聚糖（粘

18、多糖）为含氮多糖。有透明质酸，硫酸软骨素、硫酸皮肤素，硫酸角质素、酸，硫酸软骨素、硫酸皮肤素，硫酸角质素、肝素及硫酸乙酰肝素，存在于软骨、腱等结肝素及硫酸乙酰肝素，存在于软骨、腱等结缔组织和各种腺体分泌的粘液中，有构成组缔组织和各种腺体分泌的粘液中，有构成组织间质，润滑剂、防护剂等多方面作用。织间质，润滑剂、防护剂等多方面作用。多糖研究近多糖研究近20年来取得了突破性的进展，并成年来取得了突破性的进展，并成为近代生物化学中一个新兴的活跃领域。为近代生物化学中一个新兴的活跃领域。 5.3 双糖和多糖的酶促降解双糖和多糖的酶促降解5.3.1 蔗糖、麦芽糖、乳糖的酶促降解蔗糖、麦芽糖、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产物的主要运输形式。蔗糖是植物光合作用产物的主要运输形式。 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（转化酶）作用下水解在蔗糖酶（转化酶）作用下水解5.3.1.2 麦芽糖的水解麦芽糖的水解麦芽糖酶可催化麦芽糖水解为葡萄糖。麦芽糖酶可催化麦芽糖水解为葡萄糖。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为半乳糖苷酶催化下水解为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）有水解和磷酸解两种酶促降解途淀粉（糖原）有水解和磷酸解两种酶促降解途径。径。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、脱支酶和麦芽糖酶参与淀粉酶、脱支酶和麦芽糖酶参与了植物体内的淀粉水解。了植物体内的淀粉水解。 -淀粉酶耐热淀粉酶耐热(70,15min)不耐酸不耐酸(pH3.3)，在淀粉分子内部随机水解在淀粉分子内部随机水解 -1,4糖苷键，将直糖苷键，将直链淀粉水解的产物为葡萄糖、麦芽糖；将支链淀粉水解的产物为葡萄糖、麦芽糖；将支链淀粉作用产物为葡萄糖、麦芽糖和糊精。链淀粉作用产物为葡萄糖、麦芽糖和糊精。 -淀粉酶耐酸不耐热，从多糖的非还原端的淀粉酶耐酸不耐热，从多糖的非还原端的 -1,4糖苷键，将直链淀粉水解成麦芽糖；将糖苷键，将直链淀粉水

21、解成麦芽糖；将支链淀粉（或糖原）水解为麦芽糖和极限糊支链淀粉（或糖原）水解为麦芽糖和极限糊精。精。脱支酶（脱支酶（R酶）可专一水解酶）可专一水解 -1,6糖苷键。支糖苷键。支链淀粉经淀粉酶水解产生的极限糊精，由脱链淀粉经淀粉酶水解产生的极限糊精，由脱支酶水解去除支酶水解去除 -1,6键连接的葡萄糖，再在键连接的葡萄糖，再在 -淀粉酶和淀粉酶和 -淀粉酶作用下彻底水解。淀粉酶作用下彻底水解。麦芽糖酶水解麦芽糖和糊精中的麦芽糖酶水解麦芽糖和糊精中的 -1,4糖苷键，糖苷键，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广泛存在于高等植物的叶片及绝淀粉磷酸化酶广泛存在于

22、高等植物的叶片及绝大多数贮藏器官中。大多数贮藏器官中。淀粉磷酸化酶催化淀粉磷酸化酶催化 -1,4葡聚糖非还原末端的葡葡聚糖非还原末端的葡萄糖转移给萄糖转移给Pi，生成，生成G-1-P，同时产生一个新，同时产生一个新的非还原末端，继续进行磷酸化。的非还原末端，继续进行磷酸化。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动物肝脏中，通过糖糖原磷酸化酶主要存在于动物肝脏中，通过糖原分解直接补充血糖。原分解直接补充血糖。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，有活性和非活性两种形态，降解的限

23、速酶，有活性和非活性两种形态，分别称为糖原磷酸化酶分别称为糖原磷酸化酶a(活化态活化态)和糖原磷酸和糖原磷酸化酶化酶b(失活态失活态)，两者在一定条件下可相互转，两者在一定条件下可相互转变。变。糖原磷酸解时，在酶糖原磷酸解时，在酶a的作用下，从糖原非还的作用下，从糖原非还原端逐个磷酸解下葡萄糖基，生成原端逐个磷酸解下葡萄糖基，生成G-1-P，切至离分支点切至离分支点4个葡萄糖残基处停止，然后个葡萄糖残基处停止，然后由由 -1,4-1,4-寡聚糖基转移酶寡聚糖基转移酶(oligosaccharyl transferase)切下分支点上的麦芽三糖，同时切下分支点上的麦芽三糖，同时将它转移到另一链上

24、，以将它转移到另一链上，以 -1,4糖苷键连接，糖苷键连接，被加长了的支链仍由糖原磷酸化酶被加长了的支链仍由糖原磷酸化酶a磷酸解，磷酸解，而连接有而连接有1个葡萄糖残基的个葡萄糖残基的 -1,6糖苷键由脱糖苷键由脱支酶水解形成葡萄糖。支酶水解形成葡萄糖。5.3.3 细胞壁多糖的酶促降解细胞壁多糖的酶促降解纤维素是由纤维素是由100010000个个 -D-葡萄糖通过葡萄糖通过 -1，4糖苷键连接的直链分子，是植物细胞壁的主糖苷键连接的直链分子，是植物细胞壁的主要组分。纤维素可在酸或纤维素酶作用下水要组分。纤维素可在酸或纤维素酶作用下水解为解为 -葡萄糖。葡萄糖。单糖的分解代谢单糖的分解代谢在生物

25、体内首先要将多在生物体内首先要将多糖水解为单糖才能为糖水解为单糖才能为生命活动提供能源或生命活动提供能源或碳源，葡萄糖是大多碳源，葡萄糖是大多数有机体生命活动的数有机体生命活动的主要能源，细胞通过主要能源，细胞通过分解葡萄糖将其中所分解葡萄糖将其中所含的化学能转化成细含的化学能转化成细胞能够利用的形式胞能够利用的形式（ATP）。）。葡萄糖彻底葡萄糖彻底氧化分解氧化分解成成CO2和和H2O要经要经历历EMP-TCA、电、电子传递和子传递和氧化磷酸氧化磷酸化几个反化几个反应阶段，应阶段，并将氧化并将氧化释放的能释放的能量转变成量转变成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，在细胞质中糖酵解是指葡萄糖在酶的作用下，在细胞质中经一系列脱氢氧化分解成丙酮酸的过程。由经一系列脱氢氧化分解成丙酮酸的过程。由氧化分解没有氧气参与，故称之为酵解。氧化分解没有氧气参与，故称之为酵解。G. Embden, O. Meyerhof, J. K. Parnas在研究在研究糖酵解途径中作出了重大贡献，简称为糖酵解途径中作出了重大贡献，简称为EMP途径。途径。5.4.2 EMP的生化历程的生化历程糖酵解分为己糖的磷酸糖酵解分为己糖的磷酸化、磷酸己糖的裂解化、磷酸己糖的裂解和丙酮酸的生成三个和丙酮酸的生成三个阶段，共阶段，共10

27、个反应组个反应组成。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)，这，这不仅活化了葡萄糖，也有利于进一步参与合不仅活化了葡萄糖，也有利于进一步参与合成与分解代谢，同时还能使进入细胞的葡萄成与分解代谢，同时还能使进入细胞的葡萄糖不再逸出细胞。糖不再逸出细胞。Mg2+是己糖激酶的激活剂，是己糖激酶的激活剂，6-磷酸葡萄糖是己磷酸葡萄糖是己糖激酶的反馈抑制物。糖激酶的

28、反馈抑制物。 6-磷酸葡萄糖的异构反应磷酸葡萄糖的异构反应(isomerization of glucose-6-phosphate) 磷酸己糖异构酶磷酸己糖异构酶(phosphohexose isomerase)催催化化6-磷酸葡萄糖转变为磷酸葡萄糖转变为6-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供给。供给。 PFK催化的反应是不可逆反应，它是糖的有氧催化的反应是不可逆反应，它是糖的有氧氧化过程中最重要的限速酶，它也是变构酶，氧化过程中最重要的限速酶，它也是变构酶，柠檬酸、柠檬酸、ATP等是变构抑制剂，等是变构抑制剂，ADP、AMP、Pi等是变构激活剂。等是变构激活剂。 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) 醛缩酶醛缩酶(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羟丙酮

30、和二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。 磷酸二羟丙酮的异构反应磷酸二羟丙酮的异构反应(isomerization of dihydroxyacetonephosphate) 磷酸丙糖异构酶磷酸丙糖异构酶(triose phosphate isomerase)催催化磷酸二羟丙酮转变为化磷酸二羟丙酮转变为3-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，通过两磷酸甘油醛，通过两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-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde 3-phosphatedehydrogenase)催化催化3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛氧化脱氢并磷酸化生成含有氧化脱氢并磷酸化生成含有1个高能磷酸键的个高能磷酸键的1,3-二磷酸甘油酸，反应脱下的氢和电子转给二磷酸甘油酸，反应脱下的氢和电子转给NAD生成生成NADH，磷酸根来自无机磷酸。，磷酸根来自无机磷酸。 1.3-二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应二磷酸甘油酸的高能磷酸键转移反应 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，同时其时其C1上的高能磷酸根转移给上的高能磷酸根转移给ADP生成生成ATP。在底物氧化过程中，将底物分子中的高能磷酸在底物氧化过程中，将底物分子中的高能磷酸基团直接转移给基团直接转移给ADP，偶联生成，偶联生成ATP的反应的反应称为底物水平磷酸化称为底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)。 3-磷酸甘油酸的变位反应磷酸甘油酸的变位反应 磷酸甘油酸变位酶磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催催化化3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸C3位上的磷酸基转变到位上的磷酸基转变到C2位位上生成上生成2

33、-磷酸甘油酸。磷酸甘油酸。2-磷酸甘油酸的脱水反应磷酸甘油酸的脱水反应 由烯醇化酶由烯醇化酶(enolase)催化，催化，2-磷酸甘油酸脱水磷酸甘油酸脱水的同时，能量重新分配，生成含高能磷酸键的同时，能量重新分配，生成含高能磷酸键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转移磷酸烯醇式丙酮酸的磷酸转移 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转移至磷酸烯醇式丙酮酸上的高能磷酸根转移至ADP生成生成ATP，这是第二次底物水平的磷酸，这是第二次底物水平的磷酸化

34、过程。化过程。5.4.3 糖酵解的化学计量于生物学意义糖酵解的化学计量于生物学意义1分子葡萄糖经过分子葡萄糖经过EMP途径氧化分解产生途径氧化分解产生2个丙个丙酮酸，酮酸，2个个ATP和和2个个NADH。生成的生成的2NADH若进入有氧的彻底氧化途径可产若进入有氧的彻底氧化途径可产生生6ATP。G+2Pi+2NAD+2ADP2Pyr+2ATP+2NADH+2H+2H2OEMP的生物学意义的生物学意义EMP是糖的有氧氧化和无氧氧化的一段共同是糖的有氧氧化和无氧氧化的一段共同途径；途径；EMP是有机体在无氧条件下获得能量的一种是有机体在无氧条件下获得能量的一种适应方式。适应方式。EMP的一些中间产

35、物可以作为合成其它重要的一些中间产物可以作为合成其它重要生命生命 物质的原料。物质的原料。EMP在糖与非糖物质的相互转变过程中起着在糖与非糖物质的相互转变过程中起着重要作用。重要作用。5.4.4 糖酵解的其它底物糖酵解的其它底物许多糖类可转变为糖酵解的底物或中间产物进许多糖类可转变为糖酵解的底物或中间产物进入酵解途径。入酵解途径。5.4.5 丙酮酸的去路丙酮酸的去路 糖酵解终产物进一步分解代谢的去路取决于氧糖酵解终产物进一步分解代谢的去路取决于氧的有无。在有氧条件下丙酮酸进入线粒体脱的有无。在有氧条件下丙酮酸进入线粒体脱氢氧化生成乙酰氢氧化生成乙酰CoA，进入，进入TCA继续进行氧继续进行氧化

36、分解；缺氧时丙酮酸被还原成乳酸或乙醇。化分解；缺氧时丙酮酸被还原成乳酸或乙醇。乳酸的生成乳酸的生成乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase)催催化丙酮酸生成乳酸。化丙酮酸生成乳酸。反应中丙酮酸作为反应中丙酮酸作为氢接受体将氢接受体将3-磷酸磷酸甘油醛脱氢生成的甘油醛脱氢生成的NADH氧化为氧化为NAD，使糖酵解继续进行。使糖酵解继续进行。 生成乙醇生成乙醇在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸脱羧酶催化在酵母菌或其他微生物中，丙酮酸脱羧酶催化丙酮酸脱羧变成乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化丙酮酸脱羧变成乙醛，乙醛在醇脱氢酶催化下被下被NADH还原形成乙醇。还原形成乙醇。乙醇发酵存在于真菌

37、和缺氧的植物器官乙醇发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。乙醇发酵可用于酿酒、面包制作中。乙醇发酵可用于酿酒、面包制作等。在有氧条件下乙醛可被氧化生成乙酸。等。在有氧条件下乙醛可被氧化生成乙酸。 5.4.6 糖酵解的调节糖酵解的调节 代谢受到严格而精确的调节，以满足机体的需代谢受到严格而精确的调节，以满足机体的需要，保持内环境的稳定。这种控制主要是通要，保持内环境的稳定。这种控制主要是通过调节酶的活性来实现的。过调节酶的活性来实现的。在一个代谢过程中往往催化不可逆反应的酶限在一个代谢过程中往往催化不可逆反应的酶限制代谢反应速度，这种酶称为调节酶。制代谢反应速度，这种酶称为调

38、节酶。糖酵解途径中己糖激酶糖酵解途径中己糖激酶(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)是主要的调节酶，是主要的调节酶，调节着糖酵解的速度，以满足细胞对调节着糖酵解的速度，以满足细胞对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个调节酶中起决定作用的是催化效率最低的三个调节酶中起决定作用的是催化效率最低的酶酶PFK。因此它是一个限速酶，酵解速度主。因此它是一个限速酶，酵解速度主要决定于其活性。要决定于其活性。 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别构激活剂，而别构激活剂，而A

39、TP、柠檬酸等是该酶的别、柠檬酸等是该酶的别构抑制剂。构抑制剂。ATP既是该酶作用的底物，又起抑制作用。酶既是该酶作用的底物，又起抑制作用。酶活性中心对活性中心对ATP的的Km值低，而别构中心对值低，而别构中心对ATP的的Km值高。因此，当值高。因此，当ATP浓度低时，浓度低时，ATP和酶的活性中心结合作为底物，酶发挥和酶的活性中心结合作为底物，酶发挥正常的催化功能；当正常的催化功能；当ATP浓度高时，浓度高时，ATP可可被酶的别构中心结合，引起酶构象改变而失被酶的别构中心结合，引起酶构象改变而失活，活，ATP是别构抑制剂。是别构抑制剂。ATP通过浓度变化影响磷酸果糖激酶活性，调通过浓度变化影

40、响磷酸果糖激酶活性，调节糖酵解速度。节糖酵解速度。柠檬酸和脂肪酸对磷酸果糖激酶的别构抑制柠檬酸和脂肪酸对磷酸果糖激酶的别构抑制柠檬酸和脂肪酸分别是糖有氧分解中间物和以柠檬酸和脂肪酸分别是糖有氧分解中间物和以糖分解中间物为原料合成的产物。糖分解中间物为原料合成的产物。果糖果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶的调节二磷酸对磷酸果糖激酶的调节果糖果糖-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。但这两个相反催化活性的酶是集两种活性为同但这两个相反催化活性的酶是集两种活性为同一多肽链的双功能酶，即一多肽链的双功能酶，即N端一半为端一半为PFK2的的活性中心，活性中心，C端一半为端一半为FBPase2活性中心，一活性中心，一般写作般写作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强烈激活强烈激活PFK。因此，。因此，F-6-P高时高时促进糖酵解进行。促进糖酵解进行。当血液中葡萄糖水平降低时，激活胰高血糖素当血液中葡萄糖水平降低时，激活胰高血糖素释放于血液中，启动释放于血液中，启动cA

42、MP级联系统使级联系统使PFK2/PBPase2多肽上特定的一个多肽上特定的一个Ser残基磷残基磷酸化，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，从而也降低了糖酵解水平。水平降低，从而也降低了糖酵解水平。反之，当葡萄糖水平高时，蛋白磷酸酶水解反之，当葡萄糖水平高时，蛋白磷酸酶水解PFK2/FBPase2上的磷酸导致上的磷酸导致F-2,6-BP升高，升高，提高糖酵解速率。提高糖酵解速率。 H+对磷酸果糖激酶的调节对磷酸果糖激酶的调节PFK被被H+抑制，因此，在抑制，因此，在PH明显下降时糖酵明显下降时糖酵解速率降低。这防止在缺氧条件下形成过量解速率

43、降低。这防止在缺氧条件下形成过量的乳酸而导致酸毒症。的乳酸而导致酸毒症。5.4.6.2 己糖激酶己糖激酶己糖激酶的别构抑制剂为其产物己糖激酶的别构抑制剂为其产物6-磷酸葡萄糖。磷酸葡萄糖。当磷酸果糖激酶活性被抑制时，底物当磷酸果糖激酶活性被抑制时，底物6-磷酸磷酸果糖积累，进而使果糖积累，进而使6-磷酸葡萄糖的浓度升高，磷酸葡萄糖的浓度升高，从而引起己糖激酶活性下降。从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变构酶性质，高浓度丙酮酸激酶具有变构酶性质，高浓度ATP、丙、丙氨酸、乙酰氨酸、乙酰CoA等代谢物抑制其活性，这是等代谢物抑制其活性，这是生成物对反应本

44、身的反馈抑制。当生成物对反应本身的反馈抑制。当ATP的生的生成量超过细胞自身需要时，通过丙酮酸激酶成量超过细胞自身需要时，通过丙酮酸激酶的别构抑制使糖酵解速度减低。的别构抑制使糖酵解速度减低。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是变构激活剂，是变构激活剂，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 三羧酸循环三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle，TCA）1937年，年，H.A.Krebs以鸽胸肌为材料，研究丙以鸽胸肌为材料，研究丙酮酸有氧条件下在线粒体中被氧化分解为酮酸有氧条

45、件下在线粒体中被氧化分解为CO2，整个氧化分解过程构成一个循环，且，整个氧化分解过程构成一个循环，且反应中有三个羧基的有机酸，称为三羧酸循反应中有三个羧基的有机酸，称为三羧酸循环，又称环，又称Krebs环。由于环。由于TCA中乙酰中乙酰CoA与与草酰乙酸缩合生成了柠檬酸，又称为柠檬酸草酰乙酸缩合生成了柠檬酸，又称为柠檬酸循环循环(citric acid cycle)。EMP的终产物丙酮酸在有氧条件下丙酮酸进入的终产物丙酮酸在有氧条件下丙酮酸进入线粒体，氧化分解为线粒体，氧化分解为CO2的过程。的过程。糖降解代谢大部分是在有氧条件下进行的，糖糖降解代谢大部分是在有氧条件下进行的，糖的有氧降解实际

46、上是丙酮酸在有氧条件下的的有氧降解实际上是丙酮酸在有氧条件下的彻底氧化分解，因此无氧酵解和有氧氧化是彻底氧化分解，因此无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。丙酮酸在线粒体中的氧化可分为两个阶段：丙丙酮酸在线粒体中的氧化可分为两个阶段：丙酮酸氧化为乙酰酮酸氧化为乙酰CoA和乙酰和乙酰CoA的乙酰基部的乙酰基部分经过三羧酸循环氧化为分经过三羧酸循环氧化为CO2。 5.5.1 丙酮酸氧化为乙酰丙酮酸氧化为乙酰CoA 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase system)催化丙酮酸氧化脱羧生成乙酰催化丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA。丙

47、酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，位于线粒丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，位于线粒体内膜上，由丙酮酸脱羧酶体内膜上，由丙酮酸脱羧酶(E1)，硫辛酸乙，硫辛酸乙酰转移酶酰转移酶(E2)，二氢硫辛酸脱氢酶，二氢硫辛酸脱氢酶(E3)3种酶种酶组成。组成。多酶复合体形成了紧密相连的连锁反应机构，多酶复合体形成了紧密相连的连锁反应机构，提高了催化效率。酶系催化的反应分提高了催化效率。酶系催化的反应分5步进步进行。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种辅因子。种辅因子。丙酮酸到乙酰丙酮酸到乙酰CoA处于代谢途径的分支点，是处于代谢途径的分支

48、点，是一个重要的步骤。丙酮酸氧化脱羧反应过程一个重要的步骤。丙酮酸氧化脱羧反应过程的第一步脱羧反应是不可逆的，这一反应体的第一步脱羧反应是不可逆的，这一反应体系受到产物和能量物质的调节。系受到产物和能量物质的调节。产物抑制产物抑制丙酮酸氧化脱羧的丙酮酸氧化脱羧的3个产物，其中乙酰个产物，其中乙酰CoA抑制抑制硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸乙酰转移酶E2，NADH抑制二氢硫辛抑制二氢硫辛酸脱氢酶酸脱氢酶E3。抑制效应可以被。抑制效应可以被CoA-SH和和NAD+逆转。逆转。 核苷酸调节核苷酸调节丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶E1受受GTP抑制，为抑制，为AMP活化，活化，即当细胞内富有活跃的化学能时，丙酮酸脱

49、即当细胞内富有活跃的化学能时，丙酮酸脱氢酶系活性降低。氢酶系活性降低。共价修饰调节共价修饰调节当细胞内当细胞内ATP/ADP、NADH/NAD+或或乙乙酰酰CoA/CoA-SH比值高时，丙酮酸脱羧酶比值高时，丙酮酸脱羧酶分子上特殊的分子上特殊的Ser残基可被专一的磷酸激酶残基可被专一的磷酸激酶磷酸化，失去活性，当酶上的磷酸基团被专磷酸化，失去活性，当酶上的磷酸基团被专一的磷酸酶水解时，活性恢复。一的磷酸酶水解时，活性恢复。5.5.2 三羧酸循环的运转三羧酸循环的运转乙酰乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸在柠檬酸合成酶在柠檬酸合成酶(citrate synthetase)催化

50、下，乙催化下，乙酰酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸，此反应是与草酰乙酸缩合成柠檬酸，此反应是一个放能过程，反应不可逆。一个放能过程，反应不可逆。乙酰乙酰CoA具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸酰乙酸(oxaloacetate)的羧基进行醛醇型缩合。的羧基进行醛醇型缩合。先从先从CH3CO基上除去一个基上除去一个H+，生成的阴离子，生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰檬酰CoA中间体，然后高能硫酯键水解放出中间体，然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸。游离的柠檬酸。由草酰乙酸和乙酰由草酰乙酸和乙酰CoA合成柠

51、檬酸是三羧酸循合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点（限速酶），柠檬酸合成酶环的重要调节点（限速酶），柠檬酸合成酶是一个变构酶，是一个变构酶，ATP是柠檬酸合成酶的变构是柠檬酸合成酶的变构抑制剂，此外，抑制剂，此外，-酮戊二酸、酮戊二酸、NADH能变构能变构抑制其活性，抑制其活性，AMP可对抗可对抗ATP的抑制而起激的抑制而起激活作用。活作用。异柠檬酸形成异柠檬酸形成在顺乌头酸酶催化下，柠檬酸脱水生成顺乌头在顺乌头酸酶催化下，柠檬酸脱水生成顺乌头酸，加水生成异柠檬酸。酸，加水生成异柠檬酸。 异柠檬酸氧化脱羧生成异柠檬酸氧化脱羧生成 -酮戊二酸酮戊二酸在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸氧化脱氢在异柠檬

52、酸脱氢酶作用下，异柠檬酸氧化脱氢生成草酰琥珀酸生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate) 中间产物，中间产物，再脱羧生成再脱羧生成 -酮戊二酸酮戊二酸( -ketoglutarate)、NADH和和CO2，此反应为，此反应为 -氧化脱羧，此酶氧化脱羧，此酶需要需要Mn2+作为激活剂。作为激活剂。 -酮戊二酸氧化脱羧酮戊二酸氧化脱羧在在 -酮戊二酸脱氢酶系作用下，酮戊二酸脱氢酶系作用下， -酮戊二酸氧酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰化脱羧生成琥珀酰CoA、NADH和和CO2，氧，氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰化产生的能量中一部分储存于琥珀酰CoA的的高能硫酯键中。高能硫酯键中。 -酮戊二酸脱氢

53、酶系由酮戊二酸脱氢酶系由 -酮戊二酸脱羧酶、硫酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶等辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶等3个酶和个酶和TPP、硫辛酸、硫辛酸、HSCoA、NAD、FAD等等5个辅酶组成。个辅酶组成。 -酮戊二酸脱氢酶复合体受酮戊二酸脱氢酶复合体受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/去去磷酸化的调控。磷酸化的调控。 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的硫酯键水解，生成琥珀酸，释的硫酯键水解，生成琥珀酸，释放的自由能

54、用于合成放的自由能用于合成GTP。在细菌和高等生物可直接生成在细菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳动，在哺乳动物中，先生成物中，先生成GTP，再生成，再生成ATP，此时，琥，此时，琥珀酰珀酰CoA生成琥珀酸和辅酶生成琥珀酸和辅酶A。 二磷酸核苷激酶二磷酸核苷激酶GTP+ADP GDP+ATP琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化琥催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。珀酸氧化成为延胡索酸。琥珀酸脱氢酶结合在线粒体内膜上，而其他三琥珀酸脱氢酶结合在线粒体内膜上，而其他三羧酸循环的酶都存在于线粒体基质中。羧酸循环的酶都存在

55、于线粒体基质中。琥珀酸脱氢酶含有铁硫中心和共价结合的琥珀酸脱氢酶含有铁硫中心和共价结合的FAD，来自琥珀酸的电子通过来自琥珀酸的电子通过FAD和铁硫中心，然和铁硫中心，然后进入电子传递链到后进入电子传递链到O2，丙二酸是琥珀酸的，丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑类似物，是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物，所以可以阻断制物，所以可以阻断TCA。苹果酸的生成苹果酸的生成延胡索酸在延胡索酸酶的作用下水化生成苹果延胡索酸在延胡索酸酶的作用下水化生成苹果酸。酸。延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用，延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用，而对顺丁烯二酸而对顺丁烯二酸(马来酸马来酸

56、)无催化作用，因而无催化作用，因而是高度立体特异性的。是高度立体特异性的。草酰乙酸再生草酰乙酸再生在苹果酸脱氢酶在苹果酸脱氢酶(malic dehydrogenase)作用下，作用下，苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸。苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸。NAD是脱氢酶的辅酶，接受氢成为是脱氢酶的辅酶，接受氢成为NADH。 5.5.2.2 草酰乙酸的回补反应草酰乙酸的回补反应三羧酸循环的中间产物可参与合成其他物质，三羧酸循环的中间产物可参与合成其他物质，而其他物质也可不断通过多种途径而生成中而其他物质也可不断通过多种途径而生成中间产物，所以三羧酸循环组分处于不断更新间产物，所以三羧酸循环组分处于不断更新之中。

57、之中。三羧酸循环的中间产物是很多物质合成的原料。三羧酸循环的中间产物是很多物质合成的原料。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是卟啉环合成是卟啉环合成的前体，柠檬酸转运至胞液后裂解成乙酰的前体，柠檬酸转运至胞液后裂解成乙酰CoA用于脂肪酸合成。这会导致草酰乙酸浓用于脂肪酸合成。这会导致草酰乙酸浓度的下降而影响三羧酸循环的运行，通过丙度的下降而影响三羧酸循环的运行，通过丙酮酸的羧化、酮酸的羧化、PEP的羧化、天冬氨酸和谷氨的羧化、天冬氨酸和谷氨酸转氨等回补反应可维持其浓度，使三羧酸酸转氨等回补反应可维持其浓

58、度，使三羧酸循环正常运行。循环正常运行。草酰乙酸的回补主要途径草酰乙酸的回补主要途径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。在动植物和微生物中，还存在由苹果酸酶和苹在动植物和微生物中，还存在由苹果酸酶和苹果酸脱氢酶联合催化，由丙酮酸合成草酰乙果酸脱氢酶联合催化，由丙酮酸合成草酰乙酸的反应。酸的反应。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。反应在胞液中进行，生成的草酰乙酰乙酸。反应在胞液中进行，生成的草酰乙酸需转变成苹果酸后穿梭进入线粒体，然后酸需转变成苹果酸后穿梭进入

59、线粒体，然后再脱氢生成草酰乙酸。再脱氢生成草酰乙酸。天冬氨酸和谷氨酸转氨作用天冬氨酸和谷氨酸转氨作用天冬氨酸和谷氨酸经转氨作用可形成草酰乙酸天冬氨酸和谷氨酸经转氨作用可形成草酰乙酸和和 -酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、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中的化学计量和特点中的化学计量和特点CO2的生成的生成TCA中有中有3次脱羧基反应，通过脱羧作用生成次脱羧基反应，通过脱羧作用生成CO2是机体内产生是机体内产生CO2的普遍规律，可见机的普遍规律，可见机体体CO2的生成与体外燃烧生成的生成与体外燃烧生成CO2的过程截

60、的过程截然不同。然不同。脱氢反应脱氢反应三羧酸循环的三羧酸循环的5次脱氢，其中次脱氢，其中4对氢原子还原对氢原子还原NAD生成生成NADH，1对氢原子还原对氢原子还原FAD生成生成FADH2，它们又经线粒体内递氢体系传递，它们又经线粒体内递氢体系传递，最终与氧结合生成水，在此过程中释放出来最终与氧结合生成水，在此过程中释放出来的能量使的能量使ADP和和Pi结合生成结合生成ATP。乙酰乙酰CoA进入循环与草酰乙酸缩合生成柠檬进入循环与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，在三羧酸循环中有二次脱羧生成酸，在三羧酸循环中有二次脱羧生成2分子分子CO2，与进入循环的二碳乙酰基的碳原子数，与进入循环的二碳乙酰基的碳原