生物化学课件

代謝總論(GeneralIntroductionofMetabolism)一、分解代謝與合成代謝二、能量代謝在新陳代謝中的重要地位三、輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ的遞能作用四、FMN和FAD的遞能作用五、輔酶A在能量代謝中的作用六、新陳代謝的調節七、代謝中常見的有機反應機制八、新陳代謝的研究方法新陳代謝的功能

新陳代謝簡稱代謝。人們將代謝的功能概括為5個方面：①從周圍環境中獲得營養物質。②將外界引入的營養物質轉變為自身需要的結構元件，即大分子的組成前體。③將結構元件裝配成自身的大分子。④合成或降解執行生物體特殊功能所需的生物分子。⑤提供生命活動所需的一切能量。代謝途徑

雖然新陳代謝包括數以千計的不同酶催化的反應，但仍可以從錯綜複雜的代謝網路中總結歸納成一些具有共同規律的途徑，並將這些途徑稱為主要代謝途徑。這些主要代謝途徑在千差萬別的生物界具有相當的普遍性。一、分解代謝與合成代謝

通過一系列的反應，將有機營養物分解成較小的、較簡單的物質的過程稱為分解代謝（catabolism），分解代謝的同時，將蘊藏在有機大分子中的能量逐步釋放出來，提供給生命活動使用，同時，分解代謝的中間產物也可用於合成生命活動所需的新的物質。利用小分子或大分子的結構元件合成生物大分子或其他所需分子的過程稱為合成代謝。合成代謝需要提供能量。分解代謝途徑與合成代謝途徑一般是不同的，但不同的代謝途徑之間也可以有重疊的部分。二、能量代謝在新陳代謝中的重要地位

各種分子之間的互相轉變稱為物質代謝，而伴隨著物質代謝發生的能量的吸收、轉移、釋放、利用稱為能量代謝。太陽能是所有生物最根本的能量來源，能進行光合作用的植物將光能轉變成化學能，這些化學能提供了植物生命活動所需的全部能量（有少數特殊情況），動物和大多數微生物直接或間接依靠植物光合作用貯存的化學能生活。ATP是能量代謝的中心物質

生物體直接利用的能量物質主要是ATP，在分解代謝中，釋放出的能量主要用於合成ATP，在需要提供能量的反應或其他生命活動中，主要是由ATP水解來提供能量的，所以ATP是能量代謝的中心物質。ATP不是一種能量貯存物質，而是一種傳遞能量的分子，因為在一般情況下，ATP分子合成後，在1分鐘之內就被利用。

生物體對能量的消耗是驚人的。據計算，一個處於安靜狀態的成年人，一日內需消耗40kg的ATP。在劇烈運動時，ATP的利用可達到每分鐘0.5kg。三、輔酶Ⅰ和輔酶Ⅱ的遞能作用

由營養物質的分解代謝釋放出的化學能，除了通過合成ATP的途徑捕獲外，還有另外一種途徑，就是以氫原子和電子的形式將自由能轉移給生物合成的需能反應。這種具有高能的氫原子是由脫氫反應形成的。脫氫反應產生的氫原子和電子可由輔酶Ⅰ或輔酶Ⅱ接受。當這些輔酶被氧化時，能量又被釋放出來。

四、FMN和FAD的遞能作用

（略）五、輔酶A在能量代謝中的作用

酯醯CoA中有一個高能的硫酯鍵，這也可以看成是醯基的一種活化形式。ATP的酸酐鍵水解時釋放出30.54kJ/mol的自由能，而乙醯CoA的硫酯鍵水解時釋放出31.38kJ/mol的自由能。六、新陳代謝的調節

新陳代謝的調節主要是靠酶數量和活性的調節，細胞中有許多由膜分割的部位，特定的代謝途徑在特定的細胞部位進行。物質需要在細胞不同的部位間運輸，有時還需要在細胞間或整個機體內運輸。物質運輸的方向、量及速度也影響代謝。七、代謝中常見的有機反應機制（略）八、新陳代謝的研究方法

（一）使用酶的抑制劑

酶的抑制劑可使代謝途徑受到阻斷，結果造成其底物積累，為測定該代謝物提供條件。利用酶的抑制劑可以研究代謝途徑，從最初的反應物經過哪些中間代謝產物，最終形成產物的。

（二）利用遺傳缺陷症研究代謝途徑

某些個體由於遺傳缺陷，先天就缺少某種酶。餘同前。（三）氣體測量法

用瓦氏呼吸計測定反應過程中吸收的氣體量或釋放的氣體量。這不是一種研究方法，而是一種實驗技術。

（四）同位素示蹤法

用放射性同位素示蹤，可以跟蹤某一原子的去向，從而得知代謝途徑。放射性強度測定放射自顯影常用放射性同位素表同位素名稱符號放射線類型半衰期氫3（氚）3H,TΒ－12.26年碳1414Cβ－

5730天磷3232Pβ－

14.3天碘131131Iβ－8.070天硫3535Sβ－87.1天（五）核磁共振波譜法

這也是一種實驗技術。第20章生物能學(Bioenergetics)一、有關熱力學的一些基本概念二、化學反應中自由能的變化和意義三、高能磷酸化合物一、有關熱力學的一些基本概念(自由能的概念

)凡是能夠用於做功的能量稱為自由能。

二、化學反應中自由能的變化和意義（二）標準自由能變化和化學平衡的關係

化學反應中的標準自由能變化

在化學反應中，反應物和產物各自都有特定的自由能。產物自由能的總和與反應物自由能的總和之差，就是該反應的自由能變化。為了計算的方便，人們總是規定一些條件作為標準條件，並將在此條件下所發生的化學反應的自由能變化稱為標準自由能變化。計算標準自由能變化時的標準條件

標準條件指的是，反應的溫度為25℃，即298K，大氣壓為101,325Pa（1atm），反應物和產物的濃度都是1mol/L。標準自由能變化的符號用ΔG0表示。對於生物化學反應，標準狀況還規定反應進行的環境為pH=7，這時的標準自由能變化用ΔG0’表示。ΔG0和ΔGΔG0是在標準條件下，一個化學反應的常數，而ΔG是一個化學反應在某一實際條件下的自由能變化，ΔG隨著反應的溫度、反應物及產物的濃度、反應介質的pH等的變化而變化。標準自由能變化的計算公式

假設有如下的一個化學反應式：

aA+bBcC+dD在恒溫和恒壓下，這一反應的自由能變化公式是：式中ΔG0是該反應的標準自由能變化，R是氣體常數，T是絕對溫度，[A]、[B]、[C]、[D]代表4種物質的摩爾濃度，嚴格地應為活度。

從以上的公式可以看出，一個化學反應自由能的變化值ΔG，由兩部分決定，一部分是不變因素，即由反應本身的性質所決定；另一部分是可變因素，即各物質的濃度、反應的化學當量以及反應的溫度。

反應的平衡常數與ΔG0

當反應達到平衡時，自由能變化為零，即ΔG=0，而反應的平衡常數代入上式得當pH為7時根據測得的反應達到平衡時各物質的濃度，可以計算出反應的平衡常數，代入上式可以計算出反應的標準自由能變化值。

注意，生化反應很多都是可逆反應，正反兩個方向反應的ΔG0’不同。

ΔG是反應能否進行的判據ΔG可用來判斷一個反應是否能夠自發進行，當ΔG＜0時，反應可以自發進行，ΔG負值的絕對值越大，反應自發進行的趨勢越大，隨著反應的進行，ΔG負值的絕對值越來越小，當ΔG=0時，反應達到平衡；當ΔG＞0時，反應不能進行。標準生成自由能的概念

每一種有機化合物都有自己的標準生成自由能，用符號ΔG0f表示。標準生成自由能ΔG0f的定義是，由處在標準狀態下的最穩定單質合成標準狀態當量化合物時，其標準自由能的變化值。由於各種物質的標準自由能都無法測得，人們規定，在1個大氣壓下，一定溫度時，最穩定的單質的標準自由能為零。這樣，由最穩定的單質反應生成某一種物質的反應的標準自由能變化值就是這種物質的標準生成自由能。標準生成自由能的應用

利用各種物質的標準生成自由能，也能計算出一個反應的標準自由能變化量ΔG0，即用各產物的標準生成自由能之和減去各反應物的標準生成自由能之和。進一步還可以計算出反應的平衡常數。偶聯化學反應標準自由能變化的可加性及其意義

在互相聯繫或稱為偶聯的化學反應中，這些相互聯繫的化學反應的總的自由能變化等於各步反應自由能變化的總和。當其中一個反應的自由能變化為正值時，只要總反應的自由能變化為負值，這個反應也是能夠進行的。在生化反應中，常有自由能變化為正值的反應與ATP的水解反應相偶聯，也就是說，ATP水解釋放出的能量驅動了某一反應。

化學反應和自由能關係的進一步說明1．ΔG<0是反應能夠自發進行的判據，隨著反應的進行，ΔG逐漸趨向於零，其反應的限度是ΔG=0，這時反應達到平衡。2．ΔG只提示化學反應的方向和限度，不預示反應過程的速率，實際上許多ΔG<0的反應速度非常緩慢，幾乎無法察覺。在生物體內，這些反應需要催化劑催化才能進行。對於ΔG>0的反應，即使有催化劑也不能進行。3．不穩定的基團自由能高，容易發生反應。能量學用於生物化學反應中的一些規定1．一個稀的水溶液系統，如果有水作為反應物或產物時，水的濃度規定為1.0。2．在生物化學能量學中，通常把標準狀況的pH規定為7.0。而在物理化學中，標準狀況規定為pH0.0（即H+濃度為1.0mmol/L）。不同pH下ΔG0不同。3．標準自由能的單位為kj/mol或kcal/mol。三、高能磷酸化合物(高能磷酸化合物的概念)

機體內有許多含磷酸的化合物，當其磷醯基水解時，釋放出大量的自由能，這類含磷酸的化合物稱為高能磷酸化合物。當這些磷醯基水解時，能釋放出20.92kj/mol（5kcal/mol）以上的能量，因此將這些磷酸基團與其它基團之間的鍵稱為“高能鍵”（high-energybond），並用符號~表示。注意生物化學中的“高能鍵”的含義與化學中使用的“鍵能”含義是完全不同的。

高能磷酸化合物及其它高能化合物的類型

這些高能磷酸化合物中的磷酸大多數是與另一個酸形成酸酐，與之形成酸酐的酸有羧酸、磷酸、硫酸等。還有磷酸與胍基、烯醇式羥基之間結合的化合物也是高能磷酸化合物。除了含磷酸的高能化合物外，還有不含磷酸的高能化合物，如醯基CoA中的硫酯鍵、S-腺苷蛋氨酸中甲基與S之間的硫醚鍵也是高能鍵。

磷氧鍵型高能磷酸化合物乙醯磷酸氨甲醯磷酸1,3-二磷酸甘油酸磷氧鍵型高能磷酸化合物焦磷酸氨醯腺苷酸醯基腺苷酸磷氧鍵型高能磷酸化合物ATP磷酸烯醇式丙酮酸氮磷鍵型高能磷酸化合物磷酸精氨酸磷酸肌酸硫酯鍵型高能化合物3’-腺苷磷酸5’-磷醯硫酸醯基CoA甲硫鍵型高能化合物S-腺苷甲硫氨酸一些磷酸化合物水解的標準自由能變化化合物ΔG0’磷酸基團轉移勢能磷酸烯醇式丙酮酸-61.9kj/mol61.9kj/mol氨甲醯磷酸-51.46kj/mol51.46kj/mol磷酸肌酸-49.3kj/mol49.3kj/molATP+H2O→AMP+PPi-32.2kj/mol32.2kj/molATP+H2O→ADP+Pi-30.5kj/mol30.5kj/molADP+H2O→AMP+Pi-30.5kj/mol30.5kj/molPPi+H2O→2Pi-28.8kj/mol28.8kj/mol葡萄糖-1-磷酸-20.9kj/mol20.9kj/mol葡萄糖-6-磷酸-13.8kj/mol13.8kj/mol注意ATP位於所列磷酸化合物的中間位置細胞內影響ATP自由能釋放的因素

在細胞內環境條件下，在pH7時，ATP及ADP的全部磷酸基團都處於解離狀態。細胞內有大量的Mg2+，Mg2+與ATP4－及ADP3－形成Mg2+－ATP2－及Mg2+－ADP－的形式，而實際上Mg2+－ATP2－才是ATP的活性形式。所以Mg2+濃度、pH、ATP、無機磷酸的濃度都能影響ATP水解時釋放的自由能的量。

ATP濃度和pH環境對ATP水解時自由能釋放的影響ATP濃度ATP濃度ATP濃度ATP濃度pH1mol/L0.1mol/L0.01mol/L0.001mol/Lkcal/molkcal/molkcal/molkcal/mol6.0-7.896.4-8.016.8-8.26-9.78-11.75-12.527.2-8.597.6-9.068.0-9.56ATP在能量轉運中的地位和作用1．它可以在磷酸轉移中起到“共同中間傳遞體”的作用。ATP在能量轉運中的地位和作用2．在偶聯反應中提供能量。磷酸肌酸的作用

神經和肌肉等細胞活動的直接供能物質是ATP，但ATP在細胞中的含量很低。在哺乳動物的腦和肌肉中約3～8mmol/kg。這些ATP只能提供肌肉劇烈活動1s左右的消耗。而肌肉和腦中磷酸肌酸的含量遠遠超過ATP，在腦中大約為ATP的1.5倍，在肌肉中則為ATP的4倍。受過良好訓練的運動員其肌肉中磷酸肌酸的含量可高達30mmol/kg。磷酸肌酸可以看成是ATP的後備軍，磷酸肌酸中貯存的能量可以很快轉移到ATP中。磷酸肌酸的作用

上述反應式正向反應的ΔG0’為-12.6kj/mol，逆向反應的ΔG0’為+12.6kj/mol，反應的平衡常數為160。磷酸肌酸+ADP----------→肌酸+ATP肌酸激酶磷酸肌酸及其它貯能物質的作用

當細胞處於靜息狀態時，ATP的濃度較高，反應向合成磷酸肌酸的方向進行。當細胞處於活動狀態時，ATP的濃度下降，反應即轉向合成ATP的方向進行，因此磷酸肌酸有“ATP緩衝劑”之稱。

磷酸精氨酸是某些無脊椎動物如蟹和龍蝦等肌肉中的貯能物質，其作用與磷酸肌酸相似。

有些微生物以聚偏磷酸作為貯能物質。聚偏磷酸的結構ATP以外的其他核苷三磷酸的遞能作用

除了ATP外，其他核苷三磷酸也在某些情況下為反應提供能量。

ATP系統的動態平衡細胞內的能量狀態可用能荷或磷酸化勢能來表示。

糖酵解作用(Glycolysis)一、糖酵解作用的研究歷史二、糖酵解過程概述三、糖酵解和酒精發酵的全過程圖解四、糖酵解第一階段的反應機制五、糖酵解第二階段——放能階段的反應機制六、由葡萄糖轉變為兩分子丙酮酸能量轉變的估算七、丙酮酸的去路八、糖酵解作用的調節九、其他六碳糖進入糖酵解途徑糖酵解作用

糖酵解是葡萄糖通過一系列的生化反應，逐步氧化成小分子化合物，並釋放出能量合成ATP的過程。糖酵解途徑從葡萄糖開始，到生成2分子丙酮酸為止，在途徑的前期消耗2分子ATP，後期合成4分子ATP，所以途徑運行的結果，1分子葡萄糖可以產生2分子ATP。

無氧呼吸

糖酵解途徑是呼吸途徑的一部分，其產物丙酮酸有多種去向，在酵母菌中，丙酮酸轉變成乙醇和CO2；在肌肉中，丙酮酸轉變成乳酸。從丙酮酸到乙醇及從丙酮酸到乳酸的代謝途徑是在無氧條件下進行的，所以把糖酵解途徑加上丙酮酸轉變成乙醇或乳酸稱為無氧呼吸。有氧呼吸

在有氧條件下，丙酮酸進入檸檬酸迴圈途徑，在檸檬酸途徑中徹底氧化成CO2。檸檬酸途徑中產生的NADH進入呼吸電子傳遞鏈，在呼吸電子傳遞鏈中產生大量的ATP，最終將NADH中的電子交給O2，生成H2O。所以把糖酵解途徑、檸檬酸迴圈加上呼吸電子傳遞鏈合稱為有氧呼吸途徑。呼吸途徑示意圖二、糖酵解過程概述

由葡萄糖經歷丙酮酸最後生成乳酸，稱為酵解過程，其碳原子的變化可作如下概括：

C－C－C－C－C－C→C－C－C+C－C－C123456123456葡萄糖（六碳糖）三碳糖三碳糖→CH3CH(OH)COO－

+CH3CH(OH)COO－

1

23

65

4

乳酸乳酸（酵解過程）發酵過程

由葡萄糖經歷丙酮酸最後生成乙醇，稱為發酵過程，其碳原子的變化可作如下概括：

C－C－C－C－C－C→C－C－C+C－C－C123456123456葡萄糖（六碳糖）三碳糖三碳糖→CH3CH2OH+CO2+CH3CH2OH+CO2

1

23

6

5

4

乙醇乙醇酵解途徑的能量代謝

從能量的觀點出發，可以將酵解過程劃分為兩個方面，一方面從葡萄糖轉變為乳酸是物質的分解過程，伴有自由能的釋放。另一方面有ATP的合成，這是吸收能量的過程。葡萄糖

→

2乳酸ΔG10’=－196.7kj/mol2ADP+2Pi→2ATP+2H2OΔG20’=＋61.1kj/mol總能量變化為ΔG0’=ΔG10’+ΔG20’=－135.6kj/mol其中由ATP捕獲的能量的比例為

61.1/196.7×100%=31%

糖酵解途徑中磷酸化中間產物的意義

應該引起注意的是，糖酵解過程中由葡萄糖到所有的中間產物都是以磷酸化合物的形式反應的。中間產物磷酸化至少有三種意義：①帶有負電荷的磷酸基團使中間產物具有極性，從而使這些產物不易透過脂膜而失散；②磷酸基團在各反應步驟中，對酶來說，起到信號基團的作用，有利於與酶結合而被催化；③磷酸基團經酵解作用後，最終形成ATP的末端磷酸基團，因此具有保存能量的作用。

三、糖酵解和酒精發酵的全過程圖解四、糖酵解第一階段的反應（一）葡萄糖的磷酸化己糖激酶Mg2+葡萄糖葡萄糖—6-磷酸（二）葡萄糖-6-磷酸異構化形成果糖-6-磷酸

磷酸葡萄糖異構酶葡萄糖-6-磷酸果糖-6-磷酸（三）果糖-6-磷酸形成果糖-1,6-二磷酸磷酸果糖激酶Mg2+果糖-6-磷酸果糖-1,6-二磷酸（四）果糖-1,6-二磷酸轉變為甘油醛-3-磷酸和二羥丙酮磷酸醛縮酶果糖-1,6-二磷酸

二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸（五）二羥丙酮磷酸轉變為甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸異構酶五、酵解第二階段的反應（一）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸甘油醛-3-磷酸脫氫酶

砷酸鹽是磷酸的類似物，可以代替磷酸結合到甘油酸的1位，並很快水解，使得不能形成1,3-二磷酸甘油酸，不能產生ATP，導致解偶聯。

甘油醛-3-磷酸1,3-二磷酸甘油酸（二）1,3-二磷酸甘油酸轉移高能磷酸基團形成ATP

磷酸甘油酸激酶Mg2+1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸（三）3-磷酸甘油酸轉變為2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸變位酶

（四）2-磷酸甘油酸脫水生成磷酸烯醇式丙酮酸

烯醇化酶2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸Mg2+或Mn2+（五）磷酸烯醇式丙酮酸轉變為丙酮酸並產生一個ATP分子磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸丙酮酸激酶Mg2+或Mn2+六、由葡萄糖轉變為兩分子丙酮酸能量轉變的估算總反應式為：葡萄糖

+2Pi+2ADP+2NAD+→

2丙酮酸

+2ATP+2NADH+2H++2H2O

糖酵解過程中各步反應的能量變化反應內容酶ΔG（kj/mol）1.G＋ATP→G-6-P+ADP己糖激酶－33.472.G-6-P→F-6-P磷酸葡糖異構酶－2.513.F-6-P+ATP→F-1,6-2P+ADP磷酸果糖激酶－22.184.F-1,6-2P→DHAP+GAP醛縮酶－1.255.DHAP→GAP丙糖磷酸異構酶＋2.516.GAP+Pi+NAD+→1,3-BPG+NADH+H+甘油醛-3-磷酸脫氫酶－1.677.1,3-BPG+ADP→3-PG+ATP磷酸甘油酸激酶＋1.268.3-PG→2-PG磷酸甘油酸變位酶＋0.849.2-PG→PEP+H2O烯醇化酶－3.3510.PEP+ADP→pyruvate+ATP丙酮酸激酶－16.74七、丙酮酸的去路（一）生成乳酸

動物包括人，在激烈運動時，或由於呼吸、循環系統障礙而供氧不足時，缺氧的細胞必需用糖酵解產生的ATP分子暫時滿足對能量的需要。為了使甘油醛-3-磷酸繼續氧化，必須源源不斷地提供氧化型的NAD+，由乳酸脫氫酶催化的丙酮酸還原，正好使NADH氧化，丙酮酸還原成乳酸。丙酮酸生成乳酸的反應乳酸脫氫酶

丙酮酸乳酸酵解的總反應式

在無氧條件下，每分子葡萄糖代謝形成乳酸的總反應方程式如下：C6H12O6+2ADP+2Pi→2C3H6O3+2ATP+2H2O（二）生成乙醇丙酮酸脫羧酶

丙酮酸乙醛1.丙酮酸脫羧形成乙醛（二）生成乙醇1.乙醛還原成乙醇乙醇脫氫酶

乙醛乙醇發酵的總反應式

在無氧條件下，每分子葡萄糖代謝形成乙醇的總反應方程式如下：C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5O+2ATP+2H2O+2CO2八、糖酵解作用的調節

在代謝途徑中，催化基本上不可逆反應的酶所處的部位是控制代謝反應的有力部位。在糖酵解途徑中，由己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶催化的反應實際上都是不可逆反應，因此，這三種酶都具有調節糖酵解途徑的作用。

磷酸果糖激酶是關鍵酶

磷酸果糖激酶受高濃度ATP的抑制，ATP是磷酸果糖激酶的別構抑制劑。

檸檬酸抑制磷酸果糖激酶

糖酵解除了為生命活動提供能量外，還有為合成各種物質提供碳骨架的作用。檸檬酸含量高時，意味著有豐富的生物合成前體存在。檸檬酸通過加強ATP的抑制效應來抑制磷酸果糖激酶的活性，從而使糖酵解過程減慢。

果糖-2,6-二磷酸對酵解的調節作用

果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶強有力的變構啟動劑。在肝臟中，果糖-2,6-二磷酸提高磷酸果糖激酶與果糖-6-磷酸的親和力，並降低ATP的抑制效應。

果糖-2,6-二磷酸對磷酸果糖激酶的啟動作用磷酸果糖激酶2和果糖二磷酸酶2

果糖-2,6-二磷酸是由磷酸果糖激酶2催化果糖-6-磷酸在2位磷酸化形成的。果糖-2,6-二磷酸水解成果糖-6-磷酸是由果糖二磷酸酶2催化的。這兩種酶實際上是同一個單鏈蛋白，這種蛋白稱為雙功能酶。當此蛋白被磷酸化後，果糖二磷酸酶2活性啟動，而磷酸果糖激酶2活性受到抑制；脫磷酸後則相反。當葡萄糖缺乏時，血液中的胰高血糖素啟動cAMP的級聯效應，使此蛋白磷酸化，果糖-2,6-二磷酸減少，導致糖酵解減慢。

己糖激酶對糖酵解的調節作用

己糖激酶受葡萄糖-6-磷酸的抑制。當磷酸果糖激酶受抑制時，果糖-6-磷酸積累，使得葡萄糖-6-磷酸也積累，從而抑制己糖激酶的活性。但也不完全是這樣，因為葡萄糖-6-磷酸還可以轉變成糖原，或經五碳糖磷酸途徑氧化。當磷酸果糖激酶受抑制時，葡萄糖-6-磷酸不一定積累，己糖激酶也就不一定受抑制，所以己糖激酶不是糖酵解途徑的限制酶。

丙酮酸激酶對糖酵解的調節作用九、其他六碳糖進入糖酵解途徑四種六碳糖構型比較

D-葡萄糖D-甘露糖D-半乳糖D-果糖果糖進入糖酵解途徑己糖激酶

果糖果糖-6-磷酸

（肌肉中）果糖進入糖酵解途徑果糖激酶（肝臟中）

果糖

果糖-1-磷酸①果糖進入糖酵解途徑果糖-1-磷酸（肝臟中）②

甘油醛二羥丙酮磷酸果糖-1-磷酸醛縮酶

甘油醛甘油醛-3-磷酸甘油醛激酶③果糖進入糖酵解途徑（肝臟中）

甘油醛甘油醇脫氫酶甘油激酶甘油磷酸脫氫酶

甘油甘油-3-磷酸

甘油-3-磷酸二羥丙酮磷酸④⑤⑥半乳糖進入糖酵解途徑半乳糖激酶半乳糖-1-磷酸尿苷醯轉移酶

半乳糖半乳糖-1-磷酸半乳糖-1-磷酸UDP-半乳糖①②半乳糖進入糖酵解途徑UDP-半乳糖4差向異構酶UDP-半乳糖中間體UDP-葡萄糖③半乳糖進入糖酵解途徑UDP-葡萄糖焦磷酸化酶UDP-葡萄糖葡萄糖-1-磷酸④葡萄糖-1-磷酸葡萄糖-6-磷酸磷酸葡萄糖變位酶⑤甘露糖進入糖酵解途徑己糖激酶①甘露糖甘露糖-6-磷酸磷酸甘露糖異構酶②甘露糖-6-磷酸果糖-6-磷酸

檸檬酸迴圈(Citricacidcycle)一、丙酮酸進入檸檬酸迴圈的準備階段

——形成乙醯CoA二、檸檬酸迴圈概貌三、檸檬酸迴圈的反應機制四、檸檬酸迴圈的化學總結算五、檸檬酸迴圈的調控六、檸檬酸迴圈的雙重作用七、檸檬酸迴圈的發現歷史檸檬酸迴圈

檸檬酸迴圈也叫三羧酸迴圈，因為德國科學家HansKrebs在闡明檸檬酸迴圈中作出了突出貢獻，又將此途徑稱為Krebs迴圈。

在有氧條件下，糖酵解途徑產生的丙酮酸進入線粒體，先轉變成乙醯CoA，乙醯CoA再進入檸檬酸迴圈徹底氧化成CO2。在真核細胞中，檸檬酸迴圈是線上粒體中進行的。一、丙酮酸進入檸檬酸迴圈的準備階段——形成乙醯CoA

丙酮酸脫氫酶複合體的組成組分縮寫肽鏈數輔基催化的反應丙酮酸脫氫酶組分E124TPP丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛醯轉乙醯基酶E224硫辛醯胺將乙醯基轉移到CoA二氫硫辛酸脫氫酶E312FAD將還原型硫辛醯胺轉變為氧化型丙酮酸到乙醯CoA的總反應式CH3COCOO－

+HS－CoA+NAD+→CH3CO－SCoA+CO2+NADH丙酮酸轉變為乙醯CoA的反應步驟

（丙酮酸脫羧反應）E1

丙酮酸TPP丙酮酸TPP加成化合物丙酮酸TPP加成化合物羥乙基-TPP共振形式丙酮酸轉變為乙醯CoA的反應步驟（丙酮酸脫羧反應）E2的硫辛醯胺輔基羥乙基-TPP乙醯二氫硫辛醯胺TPP-E1E2丙酮酸轉變為乙醯CoA的反應步驟乙醯二氫硫辛醯胺乙醯CoA二氫硫氫醯胺（乙醯基轉移到CoA分子上形成乙醯CoA）丙酮酸轉變為乙醯CoA的反應步驟（還原型E2被氧化反應）

氧化型E3還原型E2還原型E3

氧化型E2

還原型E3還原型E2氧化型E3E3丙酮酸脫氫酶複合體結構

丙酮酸脫氫酶複合體由60條肽鏈組成，總分子量為50,000kD，直徑約30nm，在電子顯微鏡下可以看到。E2是複合體的核心，E1及E3結合在E2的外面。E2有一個由賴氨酸殘基與硫辛醯胺相連的長鏈，這個長臂伸長後可達1.4nm，它具有極大的轉動靈活性，可將底物從一個酶轉送到另一個酶。丙酮酸脫氫酶複合體硫辛醯賴氨醯臂丙酮酸轉變為乙醯CoA的總圖砷化物對硫辛醯胺的毒害作用丙酮酸脫氫酶複合體的調控

丙酮酸脫氫酶複合體催化的這個反應是哺乳動物體內使丙酮酸轉變為乙醯CoA的唯一途徑。乙醯CoA既是檸檬酸迴圈的入口，又是脂類生物合成的起始物質。1．產物控制

產物NADH抑制E3，乙醯CoA抑制E2。2．磷酸化和去磷酸化的調控

E2分子上結合著兩種特殊的酶，一種稱為激酶，另一種稱為磷酸酶，它們分別使E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。Ca2+通過啟動磷酸酶的作用，也能使E1活化。二、檸檬酸迴圈概貌檸檬酸迴圈總圖三、檸檬酸迴圈的反應草醯乙酸與乙醯CoA縮合形成檸檬酸

草醯乙酸乙醯CoA

檸檬醯CoA

檸檬酸CoA檸檬酸合酶①112212檸檬酸異構化形成異檸檬酸

檸檬酸順-烏頭酸異檸檬酸烏頭酸酶烏頭酸酶②222111烏頭酸酶中的Fe-S聚簇異檸檬酸氧化形成α∣酮戊二酸異檸檬酸脫氫酶

異檸檬酸草醯琥珀酸α－酮戊二酸③1212琥珀酸脫氫形成延胡索酸異檸檬酸異檸檬酸裂解酶琥珀酸

乙醛酸分支α－酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀醯CoA

α－酮戊二酸琥珀醯CoAα-酮戊二酸脫氫酶複合體

④1122琥珀醯CoA轉化成琥珀酸

烯醇化酶

琥珀醯CoA琥珀酸琥珀醯CoA合成酶⑤1122FAD與琥珀酸脫氫酶的共價結合線粒體結構示意圖琥珀酸脫氫酶嵌合線上粒體的內膜上。

琥珀酸脫氫形成延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸

延胡索酸⑥延胡索酸水合形成L-蘋果酸延胡索酸酶

延胡索酸

L-蘋果酸⑦L-蘋果酸脫氫形成草醯乙酸蘋果酸脫氫酶

L-蘋果酸草醯乙酸⑧四、檸檬酸迴圈的化學總結算檸檬酸迴圈的總反應式

乙醯CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+3H++CoAATP的產量

從丙酮酸開始，檸檬酸迴圈中迴圈一圈，共產生4個NADH，1個FADH2，1個GTP（ATP），按每個NADH可以產生2.5個ATP、每個FADH2可以產生1.5個ATP計算，共產生

2.5×4+1×1.5+1=12.5

個ATP

每個葡萄糖分子（2個丙酮酸）在進入檸檬酸迴圈後可以產生25個ATP。

每個葡萄糖分子在糖酵解中可以產生2個ATP和2個NADH，共產生

2+2×2.5=7個ATP

每個葡萄糖分子徹底氧化後共產生32個ATP。五、檸檬酸迴圈的調控

在檸檬酸迴圈中，雖然有8種酶參加反應，但在調節迴圈速度中起關鍵作用的有3種酶：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α－酮戊二酸脫氫酶複合體。其調控可以分為兩個方面：①檸檬酸迴圈本身各種物質對酶活性的調控；②ADP、ATP和Ca2+的調控。

檸檬酸迴圈本身制約系統的調節1．乙醯CoA和草醯乙酸的供應情況。乙醯CoA來源於丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶複合體活性的控制；草醯乙酸的供應取決於迴圈是否運行暢通，以及中間產物離開迴圈的速率和補充的速率。2．[NADH]/[NAD+]的比值。檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶都受到NADH的抑制，但異檸檬酸脫氫酶對NADH更為敏感。α－酮戊二酸脫氫酶複合體也受NADH的抑制。3．產物的回饋抑制。檸檬酸合酶受高濃度檸檬酸的抑制；α－酮戊二酸脫氫酶複合體受琥珀醯CoA的抑制。

ATP、ADP和Ca2+對檸檬酸迴圈的調節1．[ATP]/[ADP]的比值。

[ATP]/[ADP]的比值對檸檬酸迴圈中的酶有調節作用，ADP是異檸檬酸脫氫酶的別構促進劑，可降低該酶的Km值，促進酶與底物的結合；而ATP抑制該酶。2．Ca2+濃度。

Ca2+可啟動丙酮酸脫氫酶的磷酸酶，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙醯CoA的供應。同時Ca2+也能啟動異檸檬酸脫氫酶和α－酮戊二酸脫氫酶。

乙醯CoA形成和檸檬酸迴圈中的啟動和抑制部位示意圖·

啟動×抑制····→回饋抑制六、檸檬酸迴圈的雙重作用

許多合成代謝都利用檸檬酸迴圈的中間產物作為生物合成的前體來源。檸檬酸迴圈中由於參與其他代謝而失去的中間產物，必須及時補充，才能保持檸檬酸迴圈順利地、不間斷地運轉。對檸檬酸迴圈中間產物有補充作用的反應稱為填補反應。檸檬酸迴圈是新陳代謝的中心環節。檸檬酸迴圈雙重作用示意圖丙酮酸羧化酶

生物氧化——電子傳遞和氧化磷酸化作用(Biologicaloxidation——electrontransportandoxidativephosphorylation)一、氧化－還原電勢二、電子傳遞和氧化呼吸鏈三、氧化磷酸化作用一、氧化－還原電勢能斯特方程

兩個電極組成電池的電動勢

F:法拉弟常數

96.5kj/V·mol反應物和產物濃度與電動勢的關係式

對於一個氧化還原反應

aAr+bBocAo+dBr

氧化還原反應的ε判據

對於氧化還原反應來說，反應可以自發進行，是反應進行的限度。如果已知兩個氧還電對的標準電極電勢，可以根據ΔG0’=－nFΔE0’計算出該反應的標準自由能變化值。二、電子傳遞和氧化磷酸化

檸檬酸迴圈及其它降解代謝途徑產生還原型輔酶，包括NADH和FADH2，將其攜帶的電子經過電子傳遞，最終交給分子O2，形成H2O。在電子傳遞過程中釋放出大量的自由能，這些自由能被用來推動ATP的合成。在呼吸電子傳遞鏈中，總反應式為NADH+H++1/2O2

→NAD++H2O

ΔG0’=－220.07kj/molFADH2+1/2O2→FAD+H2O

ΔG0’=－181.58kj/mol

線粒體結構圖

檸檬酸迴圈線上粒體基質中進行，電子傳遞和氧化磷酸化線上粒體內膜上進行。還原型輔酶中的能量

在糖酵解和檸檬酸迴圈中，1分子葡萄糖完全氧化可以生成10個NADH和2個FADH2，它們氧化後可以釋放出的自由能為

kj/mol

1分子葡萄糖完全氧化釋放的自由能為2870.23kj/mol

還原型輔酶中貯存的能量比例為

（2563.86/2870.23）×100%=89.3%電子傳遞的方向

在電子傳遞鏈中，有一系列電子傳遞體，這些電子傳遞體的排列順序是根據它們的電極電位決定的。電子由電極電位低的氧還電對中的還原態電子傳遞體傳向電極電位高的氧還電對中的氧化態電子傳遞體。

電子傳遞形成跨膜的質子梯度

在電子傳遞過程中，還伴隨有H+從線粒體內膜的基質側，向內膜的外側運輸，結果造成跨線粒體內膜的質子梯度，這樣在膜內外既造成質子的濃度梯度，又造成電勢梯度，這種電化學勢梯度貯存有能量，當質子由膜的外側向內側運動時，推動ATP合成。

電子傳遞鏈

呼吸電子傳遞鏈主要由蛋白質複合體組成，線上粒體內膜上有4種參與電子傳遞的蛋白質複合體，分別為

NADH－Q還原酶（NADH-Qreductase）

琥珀酸－Q還原酶（succinate-Qreductase）

細胞色素還原酶（cytochromereductase）

細胞色素氧化酶（cytochromeoxidase）

電子傳遞鏈標準氧還電勢、自由能變化和ATP形成部位示意圖上半圖下半圖ProteinComplexesofthe

MitochondrialElectron-TransportChainComplexMass(kD)Sub-unitsProstheticGroupBindingSitefor:NADH-UQreductase850>30FMNFe-SNADH(matrixside)UQ(lipidcore)Succinate-UQreductase1404FADFe-SSuccinate(matrixside)UQ(lipidcore)UQ-Cytcreductase24811HemebLHemebHHemec1Fe-SCytc(intermembranespaceside)Cytochromecoxidase162>10HemeaHemea3CuACuBCytc(intermembranespaceside)電子傳遞鏈各個成員1.NADH－Q還原酶

NADH－Q還原酶又稱為NADH脫氫酶，簡稱為複合體Ⅰ。該酶含有FMN輔基和Fe-S聚簇，催化反應時，先將NADH的電子傳遞到FMN上，再傳給Fe-S聚簇，最後傳給輔酶Q。Fe-S聚簇有幾種類型，含有Fe-S聚簇的蛋白質稱為鐵硫蛋白，又稱為非血紅素鐵蛋白。

Fe-S聚簇通過其中的Fe2+和Fe3+的變化來傳遞電子。三種類型的Fe-S

clusterFeFe2-S2Fe4-S4半胱氨酸的巰基硫NADH-Q還原酶催化的電子傳遞每傳遞2個電子，可驅動4個H+從膜內側運到膜外側。電子傳遞鏈各個成員2.輔酶Q

輔酶Q（CoenzymeQ）又稱泛醌（ubiquinone），有時簡稱為Q或UQ，是一種脂溶性物質，它可以接受1個電子還原成半醌中間體，再接受1個電子還原成對苯二酚形式。由於其脂溶性強，可以線上粒體內膜中擴散。它有一個長長的碳氫側鏈，哺乳動物中最常見的是具有10個異戊二烯單位的側鏈，簡寫為Q10，在非哺乳動物中這個側鏈可能只有6~8個異戊二烯單位。輔酶Q的結構和氧化還原態輔酶Q的space-filling模型電子傳遞鏈各個成員3.琥珀酸－Q還原酶

琥珀酸－Q還原酶又稱為複合體Ⅱ，完整的此酶包括檸檬酸迴圈中的琥珀酸脫氫酶，琥珀酸氧化為延胡索酸時脫下的氫還原了FAD，FADH2將電子傳遞給琥珀酸－Q還原酶的Fe-S聚簇，再傳遞給輔酶Q。

琥珀酸－Q還原酶催化的電子傳遞電子傳遞鏈各個成員4.細胞色素還原酶

細胞色素還原酶又稱複合體Ⅲ、輔酶Q－細胞色素c還原酶。它的作用是將還原型輔酶Q的電子傳遞給細胞色素c。細胞色素還原酶中含有細胞色素b，也含有2Fe-2S聚簇。

細胞色素（cytochrome)

細胞色素是一類含有血紅素輔基的電子傳遞蛋白質的總稱。還原型細胞色素具有明顯的可見光吸收，可以看到α、β和γ三個吸收峰，其中α峰的波長隨細胞色素種類的不同而各有特異的變化，可用來區分不同的細胞色素。氧化型細胞色素在可見光區看不到吸收峰。細胞色素中的血紅素有三種，分別稱為細胞色素a、b和c，同一種細胞色素血紅素因結合的蛋白質不同，其α吸收峰的波長會發生小的變化，如細胞色素還原酶中含有的細胞色素b就分為bH（b562）和bL（b566）兩種。B型和C型血紅素的結構b型血紅素c型血紅素還原型細胞色素c的光吸收峰幾種細胞色素的最大吸收峰波長/nm細胞色素αβγa600439bL566bH562532429c550521415c1554524418細胞色素還原酶催化的電子傳遞前半個Q迴圈，運出去2個質子。細胞色素還原酶催化的電子傳遞後半個Q迴圈，運出去2個質子。電子傳遞鏈各個成員

細胞色素c是一個分子量13000的單鏈球形蛋白質，直徑3.4nm，由104個氨基酸殘基組成，含有一個血紅素輔基。它是唯一能溶於水的細胞色素，並且是瞭解最為透徹的蛋白質之一。

5.細胞色素c細胞色素c的三維結構電子傳遞鏈各個成員

細胞色素氧化酶又稱為複合體Ⅳ、細胞色素c氧化酶。它的作用是將還原型細胞色素c的電子傳遞給分子O2，生成H2O。

6.細胞色素氧化酶細胞色素氧化酶的傳遞電子作用

每傳遞2個電子可以運出2個質子。氧與a3及CuB結合的關係示意圖電子傳遞給氧生成水電子傳遞的抑制效應電子傳遞鏈中的抑制劑

三、氧化磷酸化作用

伴隨著電子傳遞，ADP與Pi合成ATP的過程稱為氧化磷酸化作用（oxidativephosphorylation）。相應地，我們將在代謝途徑中由含磷酸的底物直接把磷酸基團轉到ADP上形成ATP，稱為底物水準磷酸化。

P/O比

用組織勻漿以及組織切片做的實驗表明，組織利用O2的同時，ATP含量隨之增加，每消耗1個O原子約合成3個ATP分子。這個比例稱為P/O比。P/O比又可以看作是一對電子通過呼吸電子傳遞鏈傳至O2所產生的ATP分子數。根據P/O比為3，人們認為在電子傳遞鏈中，ATP是在3個不連續的部位生成的，根據電子傳遞鏈中各環節釋放的能量，也確實有3個部位釋放的能量大於合成ATP所需的能量。FADH2進入電子傳遞鏈後的P/O比為2，說明它繞過了1個生成ATP的部位。

ATP的合成部位

線粒體內膜上有許多球形突起，稱為內膜球體（innermembranesphere）。這些球體通過一個柄連接到內膜中的基座上，我們把球體和柄合稱為F1，基座稱為Fo，F1和Fo合稱複合體Ⅴ。在離體條件下，這種複合體有水解ATP的活性，所以開始稱它為ATP酶，後來發現在完整的線粒體中它的功能是合成ATP，現在稱它為ATP合酶。

亞線粒體的電鏡照片ATP合酶簡圖ATP合酶重組實驗能量偶聯假說Ⅰ（1）化學偶聯假說

化學偶聯假說是1953年EdwardSlater最先提出來的。他認為電子傳遞過程中產生一種活潑的高能共價中間物，它隨後的裂解驅動合成ATP，就像底物水準磷酸化那樣。但是在氧化磷酸化中一直沒有找到任何一種活潑的高能中間產物。

能量偶聯假說Ⅱ（2）構象偶聯假說

這一假說是1964年PaulBoyer最先提出來的。他認為電子沿電子傳遞鏈傳遞使線粒體內膜蛋白質發生了構象變化，形成一種高能態。通過合成ATP使蛋白質恢復到原來的構象。這一假說至今也未能找到有力的實驗證據。但是在ATP的合成過程中仍可能包含有不同形式的構象偶聯現象。

能量偶聯假說Ⅲ（3）化學滲透假說

這一假說是1961年由英國生物化學家PeterMithell最先提出的。他認為電子傳遞釋放出的自由能及ATP合成是與一種跨線粒體內膜的質子梯度相偶聯的。也就是說，電子傳遞釋放的自由能驅動H+從線粒體基質跨過內膜進入到膜間隙，從而形成跨線粒體內膜的H+電化學梯度。這個梯度的電化學勢驅動ATP合成。

化學滲透假說的原理圖化學滲透假說的實驗證據①

氧化磷酸化作用需要封閉的線粒體內膜存在。②

線粒體內膜對H+、OH－、K+、Cl－等離子都是不通透的。③破壞H+濃度梯度的形成都必將破壞氧化磷酸化作用的進行。④線粒體內膜上的電子傳遞能夠將H+從基質運輸到膜間隙。⑤人造的脂質小泡上重組細菌紫膜質和F1FoATP合酶後，在照光時有ATP的合成。質子梯度驅動合成ATP的實驗證明細菌紫膜質脂質小泡線粒體F1FoATP合酶PeterMitchell

PeterMitchell因提出了化學滲透假說而獲得了1978年的諾貝爾化學獎。質子泵出是需能過程

一個質子逆電化學梯度跨過線粒體內膜的自由能變化可以用下式表示ΔG=2.3RT[pH(膜內)－pH(膜外)]＋ZFΔΨ

式中，ΔΨ是膜電勢，即膜內外的電勢差。

ΔΨ=Ψ(膜外)－Ψ(膜內)質子轉移的兩種假設機制（1）氧化－還原回路機制

該機制由Mitchell提出。他認為電子傳遞鏈中有一些電子傳遞體既可以傳遞電子，也可以結合H+，當它們被還原時，在膜內側結合H+，而被氧化時，在膜外側釋放H+，這樣就把H+從膜內運到了膜外。

氧還－回路機制示意圖質子轉移的兩種假設機制（2）質子泵機制

這個機制的內容是，電子傳遞導致複合體構象的變化，氨基酸殘基在膜內側結合H+，構象變化後在膜外側釋放H+，從而把H+從膜內側運到膜外。

合成ATP與跨膜質子的數量關係

在生理條件下合成1個ATP所需的自由能大約為40～50kj/mol。至少需要兩個質子跨膜回流釋放的能量才夠合成1個ATP。因為轉移出膜外的質子有一部分漏回膜內，測定的結果表明，每合成1個ATP需要泵出2～3個質子。

電子傳遞與質子泵出相偶聯線粒體跨內膜的質子梯度F1和Fo的亞基組成

F1由5種肽鏈組成，α3β3γδε。Fo由3種疏水亞基組成，a1b2c9-12。Fo形成跨膜的管道，質子通過此管道流回到膜內側時驅動ATP合成。F1的α、β、γ、δ和ε亞基分別由510、482、272、146和50個氨基酸殘基組成，F1的總分子量為371kD。α、β亞基是同源的，每一個亞基結合有1個ATP，催化位點在β亞基上，α亞基上ATP結合位點的功能還不清楚，因為缺失這個位點並不影響F1的活性。

ATP合成與蛋白質構象變化

JohnWalker及其同事測定了F1的結構，F1－ATP合酶是一個不對稱的結構，3個β亞基有3種不同的構象。Walker研究發現，一個β亞基ATP結合位點結合有AMP-PNP（一種不能被水解的ATP類似物），另一個結合有ADP，第三個位點是空的。這個發現與PaulBoyer提出的關於ATP合成的結合變化機制（bindingchangemechanism）相符，結合變化機制認為，3個反應位點協調地依次通過ATP合成的3種中間狀態進行迴圈。

α3β3的不對稱結構側面觀頂面觀分子馬達

Fo的c亞基排列成環，c亞基的構像是一對反平行的跨膜螺旋，在胞質溶膠側由一個短的髮卡環連接。c亞基環形成一個轉子（rotor），相對於a亞基旋轉，a亞基作為定子（stater），a亞基由5個跨膜的α螺旋組成，在膜的每一側有質子流動的通道（protonaccesschannels）。γ亞基將F1和Fo連接起來，在ATP合成時γ亞基也相對於(αβ)3複合體旋轉。如果γ亞基固著在c亞基轉子上，它們就可以一起轉動。b亞基有1個跨膜片段和1個長的親水頭部，完整的定子由b亞基固著在a亞基的一端，並通過δ亞基與(αβ)3結合在一起。

ATP合酶的結構和工作原理Rotationoftheg

subunitandtheringofcsubunitsintheFoF1complexwasobservedbyinvitrostudiesusingfluorescenceMicroscopy(K.Kinosita,1997)FluorescencetlylabeledTheworld’ssmallestmolecularmotor:rotationalcatalysis.RotationofthegsubunitandtheringofcsubunitsinintheFoF1complexasdirectlyobservedbyinvitrostudiesusingfluorescencemicroscopy:theyrotatein120-degreeincrements,witheachstepconsumeoneATP;operationefficiencynear100%.質子從膜外側返回內側的通道

c轉子每一個亞基上有一個重要的殘基Asp61，將這個Asp突變成Asn將失去ATP合酶活性。c轉子相對於定子的旋轉可能依賴於Asp61上負電荷的中和。質子從a亞基的胞質溶膠側的通道進入，質子化Asp61，推動轉子旋轉，直到到達a亞基的基質側質子通道，Asp61上的質子再解離通過此通道進入膜內側。這樣的旋轉能夠引起γ亞基相對於(αβ)3複合體旋轉，導致3個β亞基依次發生構象變化。

ModeloftheE.coliATPsynthase:theprotongradientdrivestherotationofthecringusingtwohalf-channelsontheasubunit.(3ATPmadeper10-14protonstransported:~3H+/ATP.)ATP合酶的β亞基構象迴圈變化與ATP合成ADP+PiADP+PiEnergy

PaulBoyer和JohnWalker因上述發現共用了1997年的諾貝爾化學獎。

F1FoATP合酶的抑制劑

在ATP合酶的柄部有一種寡黴素敏感性授予蛋白（oligomycin-sensitivity-conferringprotein，OSCP），這種蛋白使複合體對寡黴素敏感，使得寡黴素抑制ATP的合成。Fo的名稱即來自於此。二環己基碳二亞胺（dicyclohexylcarbodi-imide，DCCD）能夠修飾Fo蛋白中某亞基的Glu殘基，導致抑制質子通過Fo，這種能被DCCD修飾的蛋白又稱為DCCD－結合蛋白。

氧化磷酸化的解偶聯和抑制1．解偶聯劑（uncouplers）

解偶聯劑的作用是將膜外側的質子運到膜內側，破壞質子梯度，導致不能合成ATP，但不影響電子傳遞。

氧化磷酸化的解偶聯和抑制2．氧化磷酸化抑制劑（inhibitors）

這類試劑的作用是既抑制ATP的合成，又抑制氧的利用，但不直接抑制電子傳遞鏈上的電子傳遞體。寡黴素就是屬於這類抑制劑,它阻止H+通過Fo。寡黴素對線粒體氧消耗的抑制作用氧化磷酸化的解偶聯和抑制3．離子載體（ionophores）

這是一類脂溶性物質，如纈氨黴素，它們能與除H+外的其他一價陽離子結合，從膜外側運到膜內側，破壞由質子梯度造成的電勢梯度，從而抑制ATP的合成。

細胞溶膠內NADH的再氧化甘油-3-磷酸穿梭途徑細胞溶膠內NADH的再氧化蘋果酸-天冬氨酸穿梭途徑氧化磷酸化的調控

電子傳遞受可用底物量和ADP量的調控。既無可氧化的底物又無ADP時為狀態Ⅰ，加入ADP後為狀態Ⅱ（無可用的底物），加入底物後為狀態Ⅲ，ADP用完後為狀態Ⅳ，再加入ADP後為狀態Ⅲ，氧耗盡後為狀態Ⅴ。狀態Ⅲ的耗氧速率與狀態Ⅳ的耗氧速率之比為呼吸控制的定量表示法。

線粒體呼吸的幾種狀態呼吸控制值的意義

完整的線粒體其呼吸控制值可高達10以上，而受損傷或衰老的線粒體此比值可低至1，這表明電子傳遞已與ATP的合成失去了偶聯，雖然電子傳遞仍保持最大速度，但失去了磷酸化作用。

1分子葡萄糖徹底氧化產生的ATP數

當細胞溶膠中的NADH通過甘油-3-磷酸穿梭途徑進入電子傳遞鏈時，為30個ATP；

當細胞溶膠中的NADH通過蘋果酸－天冬氨酸穿梭途徑進入電子傳遞鏈時，為32個ATP。

詳見P142表24-5

戊糖磷酸途徑和糖的其他代謝途徑(Pentosephosphatepathwayandothermetabolismpathwayofcarbohydrates)一、戊糖磷酸途徑二、糖的其他代謝途徑三、葡萄糖出入動物細胞的特殊運載機構四、乙醛酸途徑五、寡糖類的生物合成和分解一、戊糖磷酸途徑

戊糖磷酸途徑（pentosephosphatepathway，PPP）又稱己糖單磷酸途徑（hexosemonophosphatepathway，HMP），這些名稱強調的是從磷酸化己糖形成磷酸化戊糖的過程。

戊糖磷酸途徑的發現

向供研究糖酵解使用的組織勻漿中添加碘乙酸（甘油醛-3-磷酸脫氫酶的抑制劑）和氟化鈉（烯醇化酶的抑制劑）等糖酵解途徑的抑制劑，發現葡萄糖的利用仍在繼續。這個結果說明葡萄糖的利用除了經過糖酵解途徑外，還有其他途徑。戊糖磷酸途徑的發現

1931年，OttoWarburg及其同事，還有FritzLipman，發現了葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和6-磷酸葡糖酸脫氫酶，這兩種酶催化的反應都可以利用葡萄糖，他們還發現NADP+是這兩種酶的輔酶。通過對這條途徑的詳細研究，發現葡萄糖轉變成了多種五碳糖、七碳糖、四碳糖、三碳糖、六碳糖的磷酸酯。在這條途徑中，有CO2的釋放和NADPH的合成，但沒有ATP的合成。

戊糖磷酸途徑概貌Ⅰ戊糖磷酸途徑概貌Ⅱ戊糖磷酸途徑概貌Ⅲ戊糖磷酸途徑的氧化階段6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核酮糖葡萄糖-6-磷酸6-磷酸葡萄糖酸-δ-內酯葡萄糖-6-磷酸脫氫酶內酯酶6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅰ核酮糖-5-磷酸異構酶核酮糖-5-磷酸烯二醇中間物核糖-5-磷酸戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅱ

核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸

核酮糖-5-磷酸差向異構酶戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅲ轉酮酶木酮糖-5-磷酸核糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸景天庚酮糖-7-磷酸戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅳ景天庚酮糖-7-磷酸甘油醛-3-磷酸赤蘚糖-4-磷酸果糖-6-磷酸轉醛酶戊糖磷酸途徑的非氧化階段Ⅴ轉酮酶赤蘚糖-4-磷酸甘油醛-3-磷酸果糖-6-磷酸木酮糖-5-磷酸戊糖磷酸途徑的總反應式

6葡萄糖-6-磷酸＋7H2O＋12NADP+→5葡萄糖-6-磷酸＋6CO2＋12NADPH＋12H+＋Pi葡萄糖-6-磷酸＋7H2O＋12NADP+→6CO2＋12NADPH＋12H+＋Pi戊糖磷酸途徑的調控

戊糖磷酸途徑主要是為其他代謝途徑提供NADPH和核糖。細胞中NADP+/NADPH的比值是決定戊糖磷酸途徑運行強度的重要因素，當NADPH濃度很高時，抑制葡萄糖-6-磷酸脫氫酶及6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的活性，使該途徑的氧化階段無法進行。

對NADPH和核糖-5-磷酸的需求決定戊糖磷酸途徑的運行1．當機體對核糖-5-磷酸的需要遠遠超過對NADPH的需要時，大量的葡萄糖-6-磷酸通過糖酵解途徑轉變為果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸，這兩種物質進入戊糖磷酸途徑，以逆反應的途徑生成核糖-5-磷酸。2．當機體對NADP