有氧分解与三羧酸循环

关于有氧分解与三羧酸循环第1页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五第三节有氧分解

与三羧酸循环、乙醛酸循环一、概念二、糖有氧氧化的过程(p332)三、糖有氧氧化的生理意义四、糖酵解和有氧氧化的调节五、乙醛酸循环第2页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五一、糖有氧氧化的概念是指体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。C6H12O6+6O26CO2+6H2O+?ATP糖的有氧氧化30/3236/38第3页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五葡萄糖→→丙酮酸→丙酮酸→乙酰CoACO2+H2O+ATP柠檬酸循环糖的有氧氧化乳酸糖酵解线粒体内胞浆CO2糖有氧氧化概况第4页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五二、糖有氧氧化的过程p332第三阶段：乙酰CoA进入柠檬酸循环彻底氧化

（线粒体）三个阶段第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA

（线粒体）第5页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）葡萄糖+2NAD++2ADP+2Pi

2（丙酮酸+ATP

+NADH+H+）2丙酮酸进入线粒体进一步氧化2(NADH+H+)2H2O+3/5ATP线粒体内膜上特异载体穿梭系统氧化呼吸链第6页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五NAD+NADH+H+

丙酮酸乙酰CoA+CoA-SH辅酶A+CO2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸+辅酶A+NAD+

乙酰CoA+CO2+NADH+H+第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A:线粒体第7页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五

丙酮酸氧化脱羧反应:FADFADH2TPPTPPCO2HSCoACH3CO～SCoANAD+NADH+H+丙酮酸脱氢酶Mg2+二氢硫辛酰乙酰基转移酶二氢硫辛酰脱氢酶丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+

羟乙基—TPP乙酰二氢硫辛酰胺硫辛酰胺二氢硫辛酰胺第8页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五丙酮酸脱氢酶(TPP、Mg2+)二氢硫辛酰乙酰基转移酶(硫辛酰胺、辅酶A)二氢硫辛酰脱氢酶(FAD、NAD+)3种酶：6种辅助因子：TPP、Mg2+、硫辛酰胺、辅酶A、FAD、NAD+

（含B1、B2、泛酸、TPP、硫辛酸五种维生素）

丙酮酸脱氢酶系（或氧化脱羧酶系）:第9页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五丙酮酸脱氢酶系的调控1.底物与产物的竞争性抑制2.磷酸化和去磷酸化的调控（E2

分子上结合着两个特殊的酶，激酶和磷酸酶，去磷酸化后，E1活化）3.砷化物的毒害作用4.能荷的调节：高能荷时，ATP、GTP可反馈抑制二氢硫辛酰脱氢酶(E3)：受NADH抑制二氢硫辛酰乙酰基转移酶(E2)：

受乙酰CoA、砷化物抑制(与巯基共价结合)丙酮酸脱氢酶系是调节酶第10页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五第三阶段：乙酰辅酶A进入柠檬酸循环柠檬酸循环(citricacidcycle)俗称三羧酸循环(tricarboxylicacidcycleTCA循环)或Krebs循环(Krebscycle，德国，1953年获诺贝尔奖)

乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成六碳三羧酸即柠檬酸，经过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程。第11页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五

柠檬酸循环:★反应过程★TCA中碳骨架的不对称反应★TCA的回补反应★柠檬酸循环小结第12页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环柠檬酸合酶草酰乙酸CH3CO～SCoA乙酰辅酶A(acetylCoA)柠檬酸(citrate)HSCoA乙酰CoA+草酰乙酸

柠檬酸+CoA-SH关键酶HHH2O⑴乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸第13页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五反应分两步进行柠檬酸合酶是一个调控酶，可受ATP、NADH、琥珀酰CoA和长链脂酰CoA抑制。故此反应是可调控的限速步骤柠檬酸合酶是TCA循环的关键酶，是第一个调节酶柠檬酰辅酶A乙酰辅酶A柠檬酸第14页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环异柠檬酸(isocitrate)H2O柠檬酸(citrate)顺乌头酸乌头酸酶柠檬酸异柠檬酸⑵柠檬酸异构化生成异柠檬酸:第15页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环CO2NAD+异柠檬酸α-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸+NAD+α-酮戊二酸

+CO2+NADH+H+调节酶⑶异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸第一次氧化第16页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五异柠檬酸脱氢酶线粒体内有两种异柠檬酸脱氢酶：NAD+异柠檬酸脱氢酶，存在于线粒体。是一个别构酶NADP+异柠檬酸脱氢酶，存在于线粒体和胞质正调控物：Mg2+、Mn2+、ADP负调控物：NADH、ATPATP/ADP、NADH/NAD+高时，抑制TCA循环中第二个调节酶第17页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环CO2

α-酮戊二酸脱氢酶系HSCoANAD+NADH+H+琥珀酰CoA(succinylCoA)α-酮戊二酸(α-ketoglutarate)α-酮戊二酸+CoA-SH+NAD+

琥珀酰CoA

+CO2+NADH+H+

调节酶⑷α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A第二次氧化第18页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五

α-酮戊二酸氧化脱羧反应机制与丙酮

酸氧化脱羧相同，组成类似：含三个酶及六个辅助因子α-酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酰琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酰还原酶TPP、镁离子、硫辛酰胺、辅酶A、FAD、NAD+三个酶:六个辅助因子：是调节酶：受产物NADH、琥珀酰CoA、Ca2+和砷化物抑制，细胞高能荷时，ATP、GTP也可反馈抑制第19页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环⑸琥珀酰CoA转变为琥珀酸琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoA(succinylCoA)GDP+PiGTP琥珀酸(succinate)HSCoA琥珀酰CoA+GDP+Pi

琥珀酸+GTP+CoA-SHADPATP唯一一次底物水平磷酸化第20页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环⑹琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸FAD琥珀酸(succinate)琥珀酸脱氢酶延胡索酸(fumarate)FADH2琥珀酸

+

FAD

延胡索酸+FADH2第三次氧化第21页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环⑺延胡索酸水合生成苹果酸延胡索酸(fumarate)延胡索酸酶L-苹果酸(malate)H2O延胡索酸

+H2O苹果酸第22页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环⑻苹果酸脱氢生成草酰乙酸

苹果酸脱氢酶

草酰乙酸(oxaloacetate)苹果酸(malate)NAD+NADH+H+苹果酸

+

NAD+

草酰乙酸+NADH+H+

第四次氧化第23页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五柠檬酸循环总图:草酰乙酸CH2CO～SoA苹果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸异柠檬酸柠檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HH第24页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五★TCA中碳骨架的不对称反应乙酰-CoA经TCA，产生2CO2；草酰乙酸经循环可再次生成。但是用同位素

14C、

13C分别标记乙酰CoA的甲基和羰基碳，发现在第一轮循环中没有标记的CO2释放，说明第一轮循环释放的二个碳原子并非乙酰CoA的碳原子。第25页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA中碳骨架的不对称反应的可能原因顺乌头酸酶与柠檬酸结合具不对称性，脱水时H仅来自草酰乙酸，故TCA第一轮没有标记的CO2出现柠檬酸的四面体性状以及与顺乌头酸酶的结合位点第26页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五★

TCA的回补反应TCA循环不仅是产生ATP的途径，它产生的中间物也是生物合成的前体。例如：卟啉的主要C原子来自琥珀酰CoA，Glu、Asp是从α-酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸浓度下降，势必影响TCA循环的进行。因此这些中间产物必须不断补充才能维持TCA循环的进行维持循环进行的关键是OAA第27页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五1）PEPC的作用Mn2+第28页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五2）丙酮酸羧化酶的作用丙酮酸+CO2

+ATP草酰乙酸

+ADP+Pi+CO2

+ATP+ADP+Pi丙酮酸羧化酶生物素、Mg2+第29页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五生物素的作用机理:第30页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五3）苹果酸酶的作用+CO2NADPH+H+NADP+NAD+NADH+H+丙酮酸草酰乙酸苹果酸胞液线粒体第31页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五4）转氨基作用天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸；异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰CoA而补充TCA。

第32页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五TCA循环运转一周的净结果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。乙酰辅酶A+3NAD++FAD+Pi+2H2O+GDP2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+HSCoA+GTP

14C标记乙酰CoA进行的研究表明，第一周循环中并无

14C出现在CO2中，即CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是来自乙酰CoA，第二周循环时，才有14CO2

出现。TCA循环中的一些反应在生理条件下是不可逆的，所以整个三羧酸循环是一个不可逆的系统。TCA循环的中间产物可转化为其它物质，故需不断补充。★柠檬酸循环小结第33页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五柠檬酸循环总图:草酰乙酸CH2CO～SoA(乙酰辅酶A)苹果酸琥珀酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸异柠檬酸柠檬酸CO22HCO22HGTP延胡索酸2H2HH第34页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五柠檬酸循环特点:

一次底物水平磷酸化二次脱羧三个不可逆反应四次脱氢

1mol乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化净生成10molATP。

第35页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五柠檬酸循环的调节酶及其调节:酶的名称柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶★α-酮戊二酸脱氢酶系变构激活剂ADP变构抑制剂ATPNADHATP、NADH、琥珀酰CoA第36页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五P丙酮酸氧化和

三羧酸循环

的调节琥珀酰CoA草酰乙酸苹果酸琥珀酸α-酮戊二酸异柠檬酸柠檬酸延胡索酸乙酰辅酶A丙酮酸乙酰CoA、NADH、ATPATPNADH琥珀酰CoA、NADH、ATPG第37页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五三糖有氧氧化的生理意义

糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。

糖有氧氧化是体内三大营养物质代谢的总枢纽。

糖有氧氧化途径与体内其它代谢途径有着

密切的联系。第38页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五糖有氧氧化过程中ATP的生成:第一阶段：葡萄糖→2丙酮酸第二阶段：2丙酮酸→2乙酰CoA第三阶段：2乙酰CoA→2CO2+4H2O

2ATP

糖的有氧氧化底物磷酸化氧化磷酸化2×2.5ATP2×9ATP葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP糖原中的1mol葡萄糖→6CO2+6H2O+？molATP

30/32ATP31/33ATP2×1.5或2.5ATP2ATP第39页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五糖与氨基酸、脂肪代谢的联系返回第40页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五四、糖酵解和有氧氧化的调节1、细胞内代谢物的调节2、激素的调节作用底物供应的调节2)腺苷酸的调节3)脂肪酸氧化对糖分解代谢的影响1)胰岛素2)糖皮质激素3)胰高血糖素第41页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五糖酵解和有氧氧化的调节：1、细胞内代谢物的调节

葡萄糖进入肌肉细胞和脂肪细胞是通过膜上载体转运的，这是葡萄糖利用的限速过程，受胰岛素的促进。1）底物供应的调节

肝细胞及大脑等神经组织中葡萄糖的进入不受胰岛素的控制。第42页，共49页，2022年，5月20日，1点9分，星期五2)腺苷酸的调节AMP和ADP是多种酶的别构激活剂。

ADP和AMP是FPK-1的别构激活剂，能强烈促进糖酵解的进行；

AMP还能激活丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶，促进有氧氧化和三羧酸循环，加强ATP的生成。ATP是FPK-1、丙酮