生物化学课件

代谢总论(GeneralIntroductionofMetabolism)一、分解代谢与合成代谢二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位三、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的递能作用四、FMN和FAD的递能作用五、辅酶A在能量代谢中的作用六、新陈代谢的调节七、代谢中常见的有机反应机制八、新陈代谢的研究方法新陈代谢的功能

新陈代谢简称代谢。人们将代谢的功能概括为5个方面：①从周围环境中获得营养物质。②将外界引入的营养物质转变为自身需要的结构元件，即大分子的组成前体。③将结构元件装配成自身的大分子。④合成或降解执行生物体特殊功能所需的生物分子。⑤提供生命活动所需的一切能量。代谢途径

虽然新陈代谢包括数以千计的不同酶催化的反应，但仍可以从错综复杂的代谢网络中总结归纳成一些具有共同规律的途径，并将这些途径称为主要代谢途径。这些主要代谢途径在千差万别的生物界具有相当的普遍性。一、分解代谢与合成代谢

通过一系列的反应，将有机营养物分解成较小的、较简单的物质的过程称为分解代谢（catabolism），分解代谢的同时，将蕴藏在有机大分子中的能量逐步释放出来，提供给生命活动使用，同时，分解代谢的中间产物也可用于合成生命活动所需的新的物质。利用小分子或大分子的结构元件合成生物大分子或其它所需分子的过程称为合成代谢。合成代谢需要提供能量。分解代谢途径与合成代谢途径一般是不同的，但不同的代谢途径之间也可以有重叠的部分。二、能量代谢在新陈代谢中的重要地位

各种分子之间的互相转变称为物质代谢，而伴随着物质代谢发生的能量的吸收、转移、释放、利用称为能量代谢。太阳能是所有生物最根本的能量来源，能进行光合作用的植物将光能转变成化学能，这些化学能提供了植物生命活动所需的全部能量（有少数特殊情况），动物和大多数微生物直接或间接依靠植物光合作用贮存的化学能生活。ATP是能量代谢的中心物质

生物体直接利用的能量物质主要是ATP，在分解代谢中，释放出的能量主要用于合成ATP，在需要提供能量的反应或其它生命活动中，主要是由ATP水解来提供能量的，所以ATP是能量代谢的中心物质。ATP不是一种能量贮存物质，而是一种传递能量的分子，因为在一般情况下，ATP分子合成后，在1分钟之内就被利用。

生物体对能量的消耗是惊人的。据计算，一个处于安静状态的成年人，一日内需消耗40kg的ATP。在剧烈运动时，ATP的利用可达到每分钟0.5kg。三、辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的递能作用

由营养物质的分解代谢释放出的化学能，除了通过合成ATP的途径捕获外，还有另外一种途径，就是以氢原子和电子的形式将自由能转移给生物合成的需能反应。这种具有高能的氢原子是由脱氢反应形成的。脱氢反应产生的氢原子和电子可由辅酶Ⅰ或辅酶Ⅱ接受。当这些辅酶被氧化时，能量又被释放出来。

四、FMN和FAD的递能作用

（略）五、辅酶A在能量代谢中的作用

酯酰CoA中有一个高能的硫酯键，这也可以看成是酰基的一种活化形式。ATP的酸酐键水解时释放出30.54kJ/mol的自由能，而乙酰CoA的硫酯键水解时释放出31.38kJ/mol的自由能。六、新陈代谢的调节

新陈代谢的调节主要是靠酶数量和活性的调节，细胞中有许多由膜分割的部位，特定的代谢途径在特定的细胞部位进行。物质需要在细胞不同的部位间运输，有时还需要在细胞间或整个机体内运输。物质运输的方向、量及速度也影响代谢。七、代谢中常见的有机反应机制（略）八、新陈代谢的研究方法

（一）使用酶的抑制剂

酶的抑制剂可使代谢途径受到阻断，结果造成其底物积累，为测定该代谢物提供条件。利用酶的抑制剂可以研究代谢途径，从最初的反应物经过哪些中间代谢产物，最终形成产物的。

（二）利用遗传缺陷症研究代谢途径

某些个体由于遗传缺陷，先天就缺少某种酶。余同前。（三）气体测量法

用瓦氏呼吸计测定反应过程中吸收的气体量或释放的气体量。这不是一种研究方法，而是一种实验技术。

（四）同位素示踪法

用放射性同位素示踪，可以跟踪某一原子的去向，从而得知代谢途径。放射性强度测定放射自显影常用放射性同位素表同位素名称符号放射线类型半衰期氢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）核磁共振波谱法

这也是一种实验技术。第20章生物能学(Bioenergetics)一、有关热力学的一些基本概念二、化学反应中自由能的变化和意义三、高能磷酸化合物一、有关热力学的一些基本概念(自由能的概念

)凡是能够用于做功的能量称为自由能。

二、化学反应中自由能的变化和意义（二）标准自由能变化和化学平衡的关系

化学反应中的标准自由能变化

在化学反应中，反应物和产物各自都有特定的自由能。产物自由能的总和与反应物自由能的总和之差，就是该反应的自由能变化。为了计算的方便，人们总是规定一些条件作为标准条件，并将在此条件下所发生的化学反应的自由能变化称为标准自由能变化。计算标准自由能变化时的标准条件

标准条件指的是，反应的温度为25℃，即298K，大气压为101,325Pa（1atm），反应物和产物的浓度都是1mol/L。标准自由能变化的符号用ΔG0表示。对于生物化学反应，标准状况还规定反应进行的环境为pH=7，这时的标准自由能变化用ΔG0’表示。ΔG0和ΔGΔG0是在标准条件下，一个化学反应的常数，而ΔG是一个化学反应在某一实际条件下的自由能变化，ΔG随着反应的温度、反应物及产物的浓度、反应介质的pH等的变化而变化。标准自由能变化的计算公式

假设有如下的一个化学反应式：

aA+bBcC+dD在恒温和恒压下，这一反应的自由能变化公式是：式中ΔG0是该反应的标准自由能变化，R是气体常数，T是绝对温度，[A]、[B]、[C]、[D]代表4种物质的摩尔浓度，严格地应为活度。

从以上的公式可以看出，一个化学反应自由能的变化值ΔG，由两部分决定，一部分是不变因素，即由反应本身的性质所决定；另一部分是可变因素，即各物质的浓度、反应的化学当量以及反应的温度。

反应的平衡常数与ΔG0

当反应达到平衡时，自由能变化为零，即ΔG=0，而反应的平衡常数代入上式得当pH为7时根据测得的反应达到平衡时各物质的浓度，可以计算出反应的平衡常数，代入上式可以计算出反应的标准自由能变化值。

注意，生化反应很多都是可逆反应，正反两个方向反应的ΔG0’不同。

ΔG是反应能否进行的判据ΔG可用来判断一个反应是否能够自发进行，当ΔG＜0时，反应可以自发进行，ΔG负值的绝对值越大，反应自发进行的趋势越大，随着反应的进行，ΔG负值的绝对值越来越小，当ΔG=0时，反应达到平衡；当ΔG＞0时，反应不能进行。标准生成自由能的概念

每一种有机化合物都有自己的标准生成自由能，用符号ΔG0f表示。标准生成自由能ΔG0f的定义是，由处在标准状态下的最稳定单质合成标准状态当量化合物时，其标准自由能的变化值。由于各种物质的标准自由能都无法测得，人们规定，在1个大气压下，一定温度时，最稳定的单质的标准自由能为零。这样，由最稳定的单质反应生成某一种物质的反应的标准自由能变化值就是这种物质的标准生成自由能。标准生成自由能的应用

利用各种物质的标准生成自由能，也能计算出一个反应的标准自由能变化量ΔG0，即用各产物的标准生成自由能之和减去各反应物的标准生成自由能之和。进一步还可以计算出反应的平衡常数。偶联化学反应标准自由能变化的可加性及其意义

在互相联系或称为偶联的化学反应中，这些相互联系的化学反应的总的自由能变化等于各步反应自由能变化的总和。当其中一个反应的自由能变化为正值时，只要总反应的自由能变化为负值，这个反应也是能够进行的。在生化反应中，常有自由能变化为正值的反应与ATP的水解反应相偶联，也就是说，ATP水解释放出的能量驱动了某一反应。

化学反应和自由能关系的进一步说明1．ΔG<0是反应能够自发进行的判据，随着反应的进行，ΔG逐渐趋向于零，其反应的限度是ΔG=0，这时反应达到平衡。2．ΔG只提示化学反应的方向和限度，不预示反应过程的速率，实际上许多ΔG<0的反应速度非常缓慢，几乎无法察觉。在生物体内，这些反应需要催化剂催化才能进行。对于ΔG>0的反应，即使有催化剂也不能进行。3．不稳定的基团自由能高，容易发生反应。能量学用于生物化学反应中的一些规定1．一个稀的水溶液系统，如果有水作为反应物或产物时，水的浓度规定为1.0。2．在生物化学能量学中，通常把标准状况的pH规定为7.0。而在物理化学中，标准状况规定为pH0.0（即H+浓度为1.0mmol/L）。不同pH下ΔG0不同。3．标准自由能的单位为kj/mol或kcal/mol。三、高能磷酸化合物(高能磷酸化合物的概念)

机体内有许多含磷酸的化合物，当其磷酰基水解时，释放出大量的自由能，这类含磷酸的化合物称为高能磷酸化合物。当这些磷酰基水解时，能释放出20.92kj/mol（5kcal/mol）以上的能量，因此将这些磷酸基团与其它基团之间的键称为“高能键”（high-energybond），并用符号~表示。注意生物化学中的“高能键”的含义与化学中使用的“键能”含义是完全不同的。

高能磷酸化合物及其它高能化合物的类型

这些高能磷酸化合物中的磷酸大多数是与另一个酸形成酸酐，与之形成酸酐的酸有羧酸、磷酸、硫酸等。还有磷酸与胍基、烯醇式羟基之间结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，还有不含磷酸的高能化合物，如酰基CoA中的硫酯键、S-腺苷蛋氨酸中甲基与S之间的硫醚键也是高能键。

磷氧键型高能磷酸化合物乙酰磷酸氨甲酰磷酸1,3-二磷酸甘油酸磷氧键型高能磷酸化合物焦磷酸氨酰腺苷酸酰基腺苷酸磷氧键型高能磷酸化合物ATP磷酸烯醇式丙酮酸氮磷键型高能磷酸化合物磷酸精氨酸磷酸肌酸硫酯键型高能化合物3’-腺苷磷酸5’-磷酰硫酸酰基CoA甲硫键型高能化合物S-腺苷甲硫氨酸一些磷酸化合物水解的标准自由能变化化合物ΔG0’磷酸基团转移势能磷酸烯醇式丙酮酸-61.9kj/mol61.9kj/mol氨甲酰磷酸-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位于所列磷酸化合物的中间位置细胞内影响ATP自由能释放的因素

在细胞内环境条件下，在pH7时，ATP及ADP的全部磷酸基团都处于解离状态。细胞内有大量的Mg2+，Mg2+与ATP4－及ADP3－形成Mg2+－ATP2－及Mg2+－ADP－的形式，而实际上Mg2+－ATP2－才是ATP的活性形式。所以Mg2+浓度、pH、ATP、无机磷酸的浓度都能影响ATP水解时释放的自由能的量。

ATP浓度和pH环境对ATP水解时自由能释放的影响ATP浓度ATP浓度ATP浓度ATP浓度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在能量转运中的地位和作用1．它可以在磷酸转移中起到“共同中间传递体”的作用。ATP在能量转运中的地位和作用2．在偶联反应中提供能量。磷酸肌酸的作用

神经和肌肉等细胞活动的直接供能物质是ATP，但ATP在细胞中的含量很低。在哺乳动物的脑和肌肉中约3～8mmol/kg。这些ATP只能提供肌肉剧烈活动1s左右的消耗。而肌肉和脑中磷酸肌酸的含量远远超过ATP，在脑中大约为ATP的1.5倍，在肌肉中则为ATP的4倍。受过良好训练的运动员其肌肉中磷酸肌酸的含量可高达30mmol/kg。磷酸肌酸可以看成是ATP的后备军，磷酸肌酸中贮存的能量可以很快转移到ATP中。磷酸肌酸的作用

上述反应式正向反应的ΔG0’为-12.6kj/mol，逆向反应的ΔG0’为+12.6kj/mol，反应的平衡常数为160。磷酸肌酸+ADP----------→肌酸+ATP肌酸激酶磷酸肌酸及其它贮能物质的作用

当细胞处于静息状态时，ATP的浓度较高，反应向合成磷酸肌酸的方向进行。当细胞处于活动状态时，ATP的浓度下降，反应即转向合成ATP的方向进行，因此磷酸肌酸有“ATP缓冲剂”之称。

磷酸精氨酸是某些无脊椎动物如蟹和龙虾等肌肉中的贮能物质，其作用与磷酸肌酸相似。

有些微生物以聚偏磷酸作为贮能物质。聚偏磷酸的结构ATP以外的其它核苷三磷酸的递能作用

除了ATP外，其它核苷三磷酸也在某些情况下为反应提供能量。

ATP系统的动态平衡细胞内的能量状态可用能荷或磷酸化势能来表示。

糖酵解作用(Glycolysis)一、糖酵解作用的研究历史二、糖酵解过程概述三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解四、糖酵解第一阶段的反应机制五、糖酵解第二阶段——放能阶段的反应机制六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算七、丙酮酸的去路八、糖酵解作用的调节九、其他六碳糖进入糖酵解途径糖酵解作用

糖酵解是葡萄糖通过一系列的生化反应，逐步氧化成小分子化合物，并释放出能量合成ATP的过程。糖酵解途径从葡萄糖开始，到生成2分子丙酮酸为止，在途径的前期消耗2分子ATP，后期合成4分子ATP，所以途径运行的结果，1分子葡萄糖可以产生2分子ATP。

无氧呼吸

糖酵解途径是呼吸途径的一部分，其产物丙酮酸有多种去向，在酵母菌中，丙酮酸转变成乙醇和CO2；在肌肉中，丙酮酸转变成乳酸。从丙酮酸到乙醇及从丙酮酸到乳酸的代谢途径是在无氧条件下进行的，所以把糖酵解途径加上丙酮酸转变成乙醇或乳酸称为无氧呼吸。有氧呼吸

在有氧条件下，丙酮酸进入柠檬酸循环途径，在柠檬酸途径中彻底氧化成CO2。柠檬酸途径中产生的NADH进入呼吸电子传递链，在呼吸电子传递链中产生大量的ATP，最终将NADH中的电子交给O2，生成H2O。所以把糖酵解途径、柠檬酸循环加上呼吸电子传递链合称为有氧呼吸途径。呼吸途径示意图二、糖酵解过程概述

由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乳酸，称为酵解过程，其碳原子的变化可作如下概括：

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（酵解过程）发酵过程

由葡萄糖经历丙酮酸最后生成乙醇，称为发酵过程，其碳原子的变化可作如下概括：

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

乙醇乙醇酵解途径的能量代谢

从能量的观点出发，可以将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的分解过程，伴有自由能的释放。另一方面有ATP的合成，这是吸收能量的过程。葡萄糖

→

2乳酸ΔG10’=－196.7kj/mol2ADP+2Pi→2ATP+2H2OΔG20’=＋61.1kj/mol总能量变化为ΔG0’=ΔG10’+ΔG20’=－135.6kj/mol其中由ATP捕获的能量的比例为

61.1/196.7×100%=31%

糖酵解途径中磷酸化中间产物的意义

应该引起注意的是，糖酵解过程中由葡萄糖到所有的中间产物都是以磷酸化合物的形式反应的。中间产物磷酸化至少有三种意义：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，起到信号基团的作用，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。

三、糖酵解和酒精发酵的全过程图解四、糖酵解第一阶段的反应（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-磷酸异构化形成果糖-6-磷酸

磷酸葡萄糖异构酶葡萄糖-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-1,6-二磷酸转变为甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸醛缩酶果糖-1,6-二磷酸

二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸（五）二羟丙酮磷酸转变为甘油醛-3-磷酸丙糖磷酸异构酶五、酵解第二阶段的反应（一）甘油醛-3-磷酸氧化成1,3-二磷酸甘油酸甘油醛-3-磷酸脱氢酶

砷酸盐是磷酸的类似物，可以代替磷酸结合到甘油酸的1位，并很快水解，使得不能形成1,3-二磷酸甘油酸，不能产生ATP，导致解偶联。

甘油醛-3-磷酸1,3-二磷酸甘油酸（二）1,3-二磷酸甘油酸转移高能磷酸基团形成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-磷酸甘油酸转变为2-磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶

（四）2-磷酸甘油酸脱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）磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生一个ATP分子磷酸烯醇式丙酮酸

丙酮酸丙酮酸激酶Mg2+或Mn2+六、由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算总反应式为：葡萄糖

+2Pi+2ADP+2NAD+→

2丙酮酸

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

糖酵解过程中各步反应的能量变化反应内容酶ΔG（kj/mol）1.G＋ATP→G-6-P+ADP己糖激酶－33.472.G-6-P→F-6-P磷酸葡糖异构酶－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醛缩酶－1.255.DHAP→GAP丙糖磷酸异构酶＋2.516.GAP+Pi+NAD+→1,3-BPG+NADH+H+甘油醛-3-磷酸脱氢酶－1.677.1,3-BPG+ADP→3-PG+ATP磷酸甘油酸激酶＋1.268.3-PG→2-PG磷酸甘油酸变位酶＋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

动物包括人，在激烈运动时，或由于呼吸、循环系统障碍而供氧不足时，缺氧的细胞必需用糖酵解产生的ATP分子暂时满足对能量的需要。为了使甘油醛-3-磷酸继续氧化，必须源源不断地提供氧化型的NAD+，由乳酸脱氢酶催化的丙酮酸还原，正好使NADH氧化，丙酮酸还原成乳酸。丙酮酸生成乳酸的反应乳酸脱氢酶

丙酮酸乳酸酵解的总反应式

在无氧条件下，每分子葡萄糖代谢形成乳酸的总反应方程式如下：C6H12O6+2ADP+2Pi→2C3H6O3+2ATP+2H2O（二）生成乙醇丙酮酸脱羧酶

丙酮酸乙醛1.丙酮酸脱羧形成乙醛（二）生成乙醇1.乙醛还原成乙醇乙醇脱氢酶

乙醛乙醇发酵的总反应式

在无氧条件下，每分子葡萄糖代谢形成乙醇的总反应方程式如下：C6H12O6+2ADP+2Pi→2C2H5O+2ATP+2H2O+2CO2八、糖酵解作用的调节

在代谢途径中，催化基本上不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。在糖酵解途径中，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。

磷酸果糖激酶是关键酶

磷酸果糖激酶受高浓度ATP的抑制，ATP是磷酸果糖激酶的别构抑制剂。

柠檬酸抑制磷酸果糖激酶

糖酵解除了为生命活动提供能量外，还有为合成各种物质提供碳骨架的作用。柠檬酸含量高时，意味着有丰富的生物合成前体存在。柠檬酸通过加强ATP的抑制效应来抑制磷酸果糖激酶的活性，从而使糖酵解过程减慢。

果糖-2,6-二磷酸对酵解的调节作用

果糖-2,6-二磷酸是磷酸果糖激酶强有力的变构激活剂。在肝脏中，果糖-2,6-二磷酸提高磷酸果糖激酶与果糖-6-磷酸的亲和力，并降低ATP的抑制效应。

果糖-2,6-二磷酸对磷酸果糖激酶的激活作用磷酸果糖激酶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。这两种酶实际上是同一个单链蛋白，这种蛋白称为双功能酶。当此蛋白被磷酸化后，果糖二磷酸酶2活性激活，而磷酸果糖激酶2活性受到抑制；脱磷酸后则相反。当葡萄糖缺乏时，血液中的胰高血糖素启动cAMP的级联效应，使此蛋白磷酸化，果糖-2,6-二磷酸减少，导致糖酵解减慢。

己糖激酶对糖酵解的调节作用

己糖激酶受葡萄糖-6-磷酸的抑制。当磷酸果糖激酶受抑制时，果糖-6-磷酸积累，使得葡萄糖-6-磷酸也积累，从而抑制己糖激酶的活性。但也不完全是这样，因为葡萄糖-6-磷酸还可以转变成糖原，或经五碳糖磷酸途径氧化。当磷酸果糖激酶受抑制时，葡萄糖-6-磷酸不一定积累，己糖激酶也就不一定受抑制，所以己糖激酶不是糖酵解途径的限制酶。

丙酮酸激酶对糖酵解的调节作用九、其他六碳糖进入糖酵解途径四种六碳糖构型比较

D-葡萄糖D-甘露糖D-半乳糖D-果糖果糖进入糖酵解途径己糖激酶

果糖果糖-6-磷酸

（肌肉中）果糖进入糖酵解途径果糖激酶（肝脏中）

果糖

果糖-1-磷酸①果糖进入糖酵解途径果糖-1-磷酸（肝脏中）②

甘油醛二羟丙酮磷酸果糖-1-磷酸醛缩酶

甘油醛甘油醛-3-磷酸甘油醛激酶③果糖进入糖酵解途径（肝脏中）

甘油醛甘油醇脱氢酶甘油激酶甘油磷酸脱氢酶

甘油甘油-3-磷酸

甘油-3-磷酸二羟丙酮磷酸④⑤⑥半乳糖进入糖酵解途径半乳糖激酶半乳糖-1-磷酸尿苷酰转移酶

半乳糖半乳糖-1-磷酸半乳糖-1-磷酸UDP-半乳糖①②半乳糖进入糖酵解途径UDP-半乳糖4差向异构酶UDP-半乳糖中间体UDP-葡萄糖③半乳糖进入糖酵解途径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-磷酸磷酸葡萄糖变位酶⑤甘露糖进入糖酵解途径己糖激酶①甘露糖甘露糖-6-磷酸磷酸甘露糖异构酶②甘露糖-6-磷酸果糖-6-磷酸

柠檬酸循环(Citricacidcycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段

——形成乙酰CoA二、柠檬酸循环概貌三、柠檬酸循环的反应机制四、柠檬酸循环的化学总结算五、柠檬酸循环的调控六、柠檬酸循环的双重作用七、柠檬酸循环的发现历史柠檬酸循环

柠檬酸循环也叫三羧酸循环，因为德国科学家HansKrebs在阐明柠檬酸循环中作出了突出贡献，又将此途径称为Krebs循环。

在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进入线粒体，先转变成乙酰CoA，乙酰CoA再进入柠檬酸循环彻底氧化成CO2。在真核细胞中，柠檬酸循环是在线粒体中进行的。一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段——形成乙酰CoA

丙酮酸脱氢酶复合体的组成组分缩写肽链数辅基催化的反应丙酮酸脱氢酶组分E124TPP丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰转乙酰基酶E224硫辛酰胺将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酸脱氢酶E312FAD将还原型硫辛酰胺转变为氧化型丙酮酸到乙酰CoA的总反应式CH3COCOO－

+HS－CoA+NAD+→CH3CO－SCoA+CO2+NADH丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤

（丙酮酸脱羧反应）E1

丙酮酸TPP丙酮酸TPP加成化合物丙酮酸TPP加成化合物羟乙基-TPP共振形式丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤（丙酮酸脱羧反应）E2的硫辛酰胺辅基羟乙基-TPP乙酰二氢硫辛酰胺TPP-E1E2丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤乙酰二氢硫辛酰胺乙酰CoA二氢硫氢酰胺（乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰CoA）丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤（还原型E2被氧化反应）

氧化型E3还原型E2还原型E3

氧化型E2

还原型E3还原型E2氧化型E3E3丙酮酸脱氢酶复合体结构

丙酮酸脱氢酶复合体由60条肽链组成，总分子量为50,000kD，直径约30nm，在电子显微镜下可以看到。E2是复合体的核心，E1及E3结合在E2的外面。E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送到另一个酶。丙酮酸脱氢酶复合体硫辛酰赖氨酰臂丙酮酸转变为乙酰CoA的总图砷化物对硫辛酰胺的毒害作用丙酮酸脱氢酶复合体的调控

丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳动物体内使丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径。乙酰CoA既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。1．产物控制

产物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E2。2．磷酸化和去磷酸化的调控

E2分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激酶，另一种称为磷酸酶，它们分别使E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。Ca2+通过激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。二、柠檬酸循环概貌柠檬酸循环总图三、柠檬酸循环的反应草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸

草酰乙酸乙酰CoA

柠檬酰CoA

柠檬酸CoA柠檬酸合酶①112212柠檬酸异构化形成异柠檬酸

柠檬酸顺-乌头酸异柠檬酸乌头酸酶乌头酸酶②222111乌头酸酶中的Fe-S聚簇异柠檬酸氧化形成α∣酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶

异柠檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸③1212琥珀酸脱氢形成延胡索酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶琥珀酸

乙醛酸分支α－酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA

α－酮戊二酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸脱氢酶复合体

④1122琥珀酰CoA转化成琥珀酸

烯醇化酶

琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰CoA合成酶⑤1122FAD与琥珀酸脱氢酶的共价结合线粒体结构示意图琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。

琥珀酸脱氢形成延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸

延胡索酸⑥延胡索酸水合形成L-苹果酸延胡索酸酶

延胡索酸

L-苹果酸⑦L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢酶

L-苹果酸草酰乙酸⑧四、柠檬酸循环的化学总结算柠檬酸循环的总反应式

乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+3H++CoAATP的产量

从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产生4个NADH，1个FADH2，1个GTP（ATP），按每个NADH可以产生2.5个ATP、每个FADH2可以产生1.5个ATP计算，共产生

2.5×4+1×1.5+1=12.5

个ATP

每个葡萄糖分子（2个丙酮酸）在进入柠檬酸循环后可以产生25个ATP。

每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个ATP和2个NADH，共产生

2+2×2.5=7个ATP

每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个ATP。五、柠檬酸循环的调控

在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应，但在调节循环速度中起关键作用的有3种酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面：①柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；②ADP、ATP和Ca2+的调控。

柠檬酸循环本身制约系统的调节1．乙酰CoA和草酰乙酸的供应情况。乙酰CoA来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以及中间产物离开循环的速率和补充的速率。2．[NADH]/[NAD+]的比值。柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢酶对NADH更为敏感。α－酮戊二酸脱氢酶复合体也受NADH的抑制。3．产物的反馈抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬酸的抑制；α－酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰CoA的抑制。

ATP、ADP和Ca2+对柠檬酸循环的调节1．[ATP]/[ADP]的比值。

[ATP]/[ADP]的比值对柠檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与底物的结合；而ATP抑制该酶。2．Ca2+浓度。

Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶的磷酸酶，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰CoA的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸脱氢酶。

乙酰CoA形成和柠檬酸循环中的激活和抑制部位示意图·

激活×抑制····→反馈抑制六、柠檬酸循环的双重作用

许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是新陈代谢的中心环节。柠檬酸循环双重作用示意图丙酮酸羧化酶

生物氧化——电子传递和氧化磷酸化作用(Biologicaloxidation——electrontransportandoxidativephosphorylation)一、氧化－还原电势二、电子传递和氧化呼吸链三、氧化磷酸化作用一、氧化－还原电势能斯特方程

两个电极组成电池的电动势

F:法拉弟常数

96.5kj/V·mol反应物和产物浓度与电动势的关系式

对于一个氧化还原反应

aAr+bBocAo+dBr

氧化还原反应的ε判据

对于氧化还原反应来说，反应可以自发进行，是反应进行的限度。如果已知两个氧还电对的标准电极电势，可以根据ΔG0’=－nFΔE0’计算出该反应的标准自由能变化值。二、电子传递和氧化磷酸化

柠檬酸循环及其它降解代谢途径产生还原型辅酶，包括NADH和FADH2，将其携带的电子经过电子传递，最终交给分子O2，形成H2O。在电子传递过程中释放出大量的自由能，这些自由能被用来推动ATP的合成。在呼吸电子传递链中，总反应式为NADH+H++1/2O2

→NAD++H2O

ΔG0’=－220.07kj/molFADH2+1/2O2→FAD+H2O

ΔG0’=－181.58kj/mol

线粒体结构图

柠檬酸循环在线粒体基质中进行，电子传递和氧化磷酸化在线粒体内膜上进行。还原型辅酶中的能量

在糖酵解和柠檬酸循环中，1分子葡萄糖完全氧化可以生成10个NADH和2个FADH2，它们氧化后可以释放出的自由能为

kj/mol

1分子葡萄糖完全氧化释放的自由能为2870.23kj/mol

还原型辅酶中贮存的能量比例为

（2563.86/2870.23）×100%=89.3%电子传递的方向

在电子传递链中，有一系列电子传递体，这些电子传递体的排列顺序是根据它们的电极电位决定的。电子由电极电位低的氧还电对中的还原态电子传递体传向电极电位高的氧还电对中的氧化态电子传递体。

电子传递形成跨膜的质子梯度

在电子传递过程中，还伴随有H+从线粒体内膜的基质侧，向内膜的外侧运输，结果造成跨线粒体内膜的质子梯度，这样在膜内外既造成质子的浓度梯度，又造成电势梯度，这种电化学势梯度贮存有能量，当质子由膜的外侧向内侧运动时，推动ATP合成。

电子传递链

呼吸电子传递链主要由蛋白质复合体组成，在线粒体内膜上有4种参与电子传递的蛋白质复合体，分别为

NADH－Q还原酶（NADH-Qreductase）

琥珀酸－Q还原酶（succinate-Qreductase）

细胞色素还原酶（cytochromereductase）

细胞色素氧化酶（cytochromeoxidase）

电子传递链标准氧还电势、自由能变化和ATP形成部位示意图上半图下半图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)电子传递链各个成员1.NADH－Q还原酶

NADH－Q还原酶又称为NADH脱氢酶，简称为复合体Ⅰ。该酶含有FMN辅基和Fe-S聚簇，催化反应时，先将NADH的电子传递到FMN上，再传给Fe-S聚簇，最后传给辅酶Q。Fe-S聚簇有几种类型，含有Fe-S聚簇的蛋白质称为铁硫蛋白，又称为非血红素铁蛋白。

Fe-S聚簇通过其中的Fe2+和Fe3+的变化来传递电子。三种类型的Fe-S

clusterFeFe2-S2Fe4-S4半胱氨酸的巯基硫NADH-Q还原酶催化的电子传递每传递2个电子，可驱动4个H+从膜内侧运到膜外侧。电子传递链各个成员2.辅酶Q

辅酶Q（CoenzymeQ）又称泛醌（ubiquinone），有时简称为Q或UQ，是一种脂溶性物质，它可以接受1个电子还原成半醌中间体，再接受1个电子还原成对苯二酚形式。由于其脂溶性强，可以在线粒体内膜中扩散。它有一个长长的碳氢侧链，哺乳动物中最常见的是具有10个异戊二烯单位的侧链，简写为Q10，在非哺乳动物中这个侧链可能只有6~8个异戊二烯单位。辅酶Q的结构和氧化还原态辅酶Q的space-filling模型电子传递链各个成员3.琥珀酸－Q还原酶

琥珀酸－Q还原酶又称为复合体Ⅱ，完整的此酶包括柠檬酸循环中的琥珀酸脱氢酶，琥珀酸氧化为延胡索酸时脱下的氢还原了FAD，FADH2将电子传递给琥珀酸－Q还原酶的Fe-S聚簇，再传递给辅酶Q。

琥珀酸－Q还原酶催化的电子传递电子传递链各个成员4.细胞色素还原酶

细胞色素还原酶又称复合体Ⅲ、辅酶Q－细胞色素c还原酶。它的作用是将还原型辅酶Q的电子传递给细胞色素c。细胞色素还原酶中含有细胞色素b，也含有2Fe-2S聚簇。

细胞色素（cytochrome)

细胞色素是一类含有血红素辅基的电子传递蛋白质的总称。还原型细胞色素具有明显的可见光吸收，可以看到α、β和γ三个吸收峰，其中α峰的波长随细胞色素种类的不同而各有特异的变化，可用来区分不同的细胞色素。氧化型细胞色素在可见光区看不到吸收峰。细胞色素中的血红素有三种，分别称为细胞色素a、b和c，同一种细胞色素血红素因结合的蛋白质不同，其α吸收峰的波长会发生小的变化，如细胞色素还原酶中含有的细胞色素b就分为bH（b562）和bL（b566）两种。B型和C型血红素的结构b型血红素c型血红素还原型细胞色素c的光吸收峰几种细胞色素的最大吸收峰波长/nm细胞色素αβγa600439bL566bH562532429c550521415c1554524418细胞色素还原酶催化的电子传递前半个Q循环，运出去2个质子。细胞色素还原酶催化的电子传递后半个Q循环，运出去2个质子。电子传递链各个成员

细胞色素c是一个分子量13000的单链球形蛋白质，直径3.4nm，由104个氨基酸残基组成，含有一个血红素辅基。它是唯一能溶于水的细胞色素，并且是了解最为透彻的蛋白质之一。

5.细胞色素c细胞色素c的三维结构电子传递链各个成员

细胞色素氧化酶又称为复合体Ⅳ、细胞色素c氧化酶。它的作用是将还原型细胞色素c的电子传递给分子O2，生成H2O。

6.细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶的传递电子作用

每传递2个电子可以运出2个质子。氧与a3及CuB结合的关系示意图电子传递给氧生成水电子传递的抑制效应电子传递链中的抑制剂

三、氧化磷酸化作用

伴随着电子传递，ADP与Pi合成ATP的过程称为氧化磷酸化作用（oxidativephosphorylation）。相应地，我们将在代谢途径中由含磷酸的底物直接把磷酸基团转到ADP上形成ATP，称为底物水平磷酸化。

P/O比

用组织匀浆以及组织切片做的实验表明，组织利用O2的同时，ATP含量随之增加，每消耗1个O原子约合成3个ATP分子。这个比例称为P/O比。P/O比又可以看作是一对电子通过呼吸电子传递链传至O2所产生的ATP分子数。根据P/O比为3，人们认为在电子传递链中，ATP是在3个不连续的部位生成的，根据电子传递链中各环节释放的能量，也确实有3个部位释放的能量大于合成ATP所需的能量。FADH2进入电子传递链后的P/O比为2，说明它绕过了1个生成ATP的部位。

ATP的合成部位

线粒体内膜上有许多球形突起，称为内膜球体（innermembranesphere）。这些球体通过一个柄连接到内膜中的基座上，我们把球体和柄合称为F1，基座称为Fo，F1和Fo合称复合体Ⅴ。在离体条件下，这种复合体有水解ATP的活性，所以开始称它为ATP酶，后来发现在完整的线粒体中它的功能是合成ATP，现在称它为ATP合酶。

亚线粒体的电镜照片ATP合酶简图ATP合酶重组实验能量偶联假说Ⅰ（1）化学偶联假说

化学偶联假说是1953年EdwardSlater最先提出来的。他认为电子传递过程中产生一种活泼的高能共价中间物，它随后的裂解驱动合成ATP，就像底物水平磷酸化那样。但是在氧化磷酸化中一直没有找到任何一种活泼的高能中间产物。

能量偶联假说Ⅱ（2）构象偶联假说

这一假说是1964年PaulBoyer最先提出来的。他认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜蛋白质发生了构象变化，形成一种高能态。通过合成ATP使蛋白质恢复到原来的构象。这一假说至今也未能找到有力的实验证据。但是在ATP的合成过程中仍可能包含有不同形式的构象偶联现象。

能量偶联假说Ⅲ（3）化学渗透假说

这一假说是1961年由英国生物化学家PeterMithell最先提出的。他认为电子传递释放出的自由能及ATP合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。也就是说，电子传递释放的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入到膜间隙，从而形成跨线粒体内膜的H+电化学梯度。这个梯度的电化学势驱动ATP合成。

化学渗透假说的原理图化学渗透假说的实验证据①

氧化磷酸化作用需要封闭的线粒体内膜存在。②

线粒体内膜对H+、OH－、K+、Cl－等离子都是不通透的。③破坏H+浓度梯度的形成都必将破坏氧化磷酸化作用的进行。④线粒体内膜上的电子传递能够将H+从基质运输到膜间隙。⑤人造的脂质小泡上重组细菌紫膜质和F1FoATP合酶后，在照光时有ATP的合成。质子梯度驱动合成ATP的实验证明细菌紫膜质脂质小泡线粒体F1FoATP合酶PeterMitchell

PeterMitchell因提出了化学渗透假说而获得了1978年的诺贝尔化学奖。质子泵出是需能过程

一个质子逆电化学梯度跨过线粒体内膜的自由能变化可以用下式表示ΔG=2.3RT[pH(膜内)－pH(膜外)]＋ZFΔΨ

式中，ΔΨ是膜电势，即膜内外的电势差。

ΔΨ=Ψ(膜外)－Ψ(膜内)质子转移的两种假设机制（1）氧化－还原回路机制

该机制由Mitchell提出。他认为电子传递链中有一些电子传递体既可以传递电子，也可以结合H+，当它们被还原时，在膜内侧结合H+，而被氧化时，在膜外侧释放H+，这样就把H+从膜内运到了膜外。

氧还－回路机制示意图质子转移的两种假设机制（2）质子泵机制

这个机制的内容是，电子传递导致复合体构象的变化，氨基酸残基在膜内侧结合H+，构象变化后在膜外侧释放H+，从而把H+从膜内侧运到膜外。

合成ATP与跨膜质子的数量关系

在生理条件下合成1个ATP所需的自由能大约为40～50kj/mol。至少需要两个质子跨膜回流释放的能量才够合成1个ATP。因为转移出膜外的质子有一部分漏回膜内，测定的结果表明，每合成1个ATP需要泵出2～3个质子。

电子传递与质子泵出相偶联线粒体跨内膜的质子梯度F1和Fo的亚基组成

F1由5种肽链组成，α3β3γδε。Fo由3种疏水亚基组成，a1b2c9-12。Fo形成跨膜的管道，质子通过此管道流回到膜内侧时驱动ATP合成。F1的α、β、γ、δ和ε亚基分别由510、482、272、146和50个氨基酸残基组成，F1的总分子量为371kD。α、β亚基是同源的，每一个亚基结合有1个ATP，催化位点在β亚基上，α亚基上ATP结合位点的功能还不清楚，因为缺失这个位点并不影响F1的活性。

ATP合成与蛋白质构象变化

JohnWalker及其同事测定了F1的结构，F1－ATP合酶是一个不对称的结构，3个β亚基有3种不同的构象。Walker研究发现，一个β亚基ATP结合位点结合有AMP-PNP（一种不能被水解的ATP类似物），另一个结合有ADP，第三个位点是空的。这个发现与PaulBoyer提出的关于ATP合成的结合变化机制（bindingchangemechanism）相符，结合变化机制认为，3个反应位点协调地依次通过ATP合成的3种中间状态进行循环。

α3β3的不对称结构侧面观顶面观分子马达

Fo的c亚基排列成环，c亚基的构象是一对反平行的跨膜螺旋，在胞质溶胶侧由一个短的发卡环连接。c亚基环形成一个转子（rotor），相对于a亚基旋转，a亚基作为定子（stater），a亚基由5个跨膜的α螺旋组成，在膜的每一侧有质子流动的通道（protonaccesschannels）。γ亚基将F1和Fo连接起来，在ATP合成时γ亚基也相对于(αβ)3复合体旋转。如果γ亚基固着在c亚基转子上，它们就可以一起转动。b亚基有1个跨膜片段和1个长的亲水头部，完整的定子由b亚基固着在a亚基的一端，并通过δ亚基与(αβ)3结合在一起。

ATP合酶的结构和工作原理Rotationoftheg

subunitandtheringofcsubunitsintheFoF1complexwasobservedbyinvitrostudiesusingfluorescenceMicroscopy(K.Kinosita,1997)FluorescencetlylabeledTheworld’ssmallestmolecularmotor:rotationalcatalysis.RotationofthegsubunitandtheringofcsubunitsinintheFoF1complexasdirectlyobservedbyinvitrostudiesusingfluorescencemicroscopy:theyrotatein120-degreeincrements,witheachstepconsumeoneATP;operationefficiencynear100%.质子从膜外侧返回内侧的通道

c转子每一个亚基上有一个重要的残基Asp61，将这个Asp突变成Asn将失去ATP合酶活性。c转子相对于定子的旋转可能依赖于Asp61上负电荷的中和。质子从a亚基的胞质溶胶侧的通道进入，质子化Asp61，推动转子旋转，直到到达a亚基的基质侧质子通道，Asp61上的质子再解离通过此通道进入膜内侧。这样的旋转能够引起γ亚基相对于(αβ)3复合体旋转，导致3个β亚基依次发生构象变化。

ModeloftheE.coliATPsynthase:theprotongradientdrivestherotationofthecringusingtwohalf-channelsontheasubunit.(3ATPmadeper10-14protonstransported:~3H+/ATP.)ATP合酶的β亚基构象循环变化与ATP合成ADP+PiADP+PiEnergy

PaulBoyer和JohnWalker因上述发现共享了1997年的诺贝尔化学奖。

F1FoATP合酶的抑制剂

在ATP合酶的柄部有一种寡霉素敏感性授予蛋白（oligomycin-sensitivity-conferringprotein，OSCP），这种蛋白使复合体对寡霉素敏感，使得寡霉素抑制ATP的合成。Fo的名称即来自于此。二环己基碳二亚胺（dicyclohexylcarbodi-imide，DCCD）能够修饰Fo蛋白中某亚基的Glu残基，导致抑制质子通过Fo，这种能被DCCD修饰的蛋白又称为DCCD－结合蛋白。

氧化磷酸化的解偶联和抑制1．解偶联剂（uncouplers）

解偶联剂的作用是将膜外侧的质子运到膜内侧，破坏质子梯度，导致不能合成ATP，但不影响电子传递。

氧化磷酸化的解偶联和抑制2．氧化磷酸化抑制剂（inhibitors）

这类试剂的作用是既抑制ATP的合成，又抑制氧的利用，但不直接抑制电子传递链上的电子传递体。寡霉素就是属于这类抑制剂,它阻止H+通过Fo。寡霉素对线粒体氧消耗的抑制作用氧化磷酸化的解偶联和抑制3．离子载体（ionophores）

这是一类脂溶性物质，如缬氨霉素，它们能与除H+外的其它一价阳离子结合，从膜外侧运到膜内侧，破坏由质子梯度造成的电势梯度，从而抑制ATP的合成。

细胞溶胶内NADH的再氧化甘油-3-磷酸穿梭途径细胞溶胶内NADH的再氧化苹果酸-天冬氨酸穿梭途径氧化磷酸化的调控

电子传递受可用底物量和ADP量的调控。既无可氧化的底物又无ADP时为状态Ⅰ，加入ADP后为状态Ⅱ（无可用的底物），加入底物后为状态Ⅲ，ADP用完后为状态Ⅳ，再加入ADP后为状态Ⅲ，氧耗尽后为状态Ⅴ。状态Ⅲ的耗氧速率与状态Ⅳ的耗氧速率之比为呼吸控制的定量表示法。

线粒体呼吸的几种状态呼吸控制值的意义

完整的线粒体其呼吸控制值可高达10以上，而受损伤或衰老的线粒体此比值可低至1，这表明电子传递已与ATP的合成失去了偶联，虽然电子传递仍保持最大速度，但失去了磷酸化作用。

1分子葡萄糖彻底氧化产生的ATP数

当细胞溶胶中的NADH通过甘油-3-磷酸穿梭途径进入电子传递链时，为30个ATP；

当细胞溶胶中的NADH通过苹果酸－天冬氨酸穿梭途径进入电子传递链时，为32个ATP。

详见P142表24-5

戊糖磷酸途径和糖的其他代谢途径(Pentosephosphatepathwayandothermetabolismpathwayofcarbohydrates)一、戊糖磷酸途径二、糖的其他代谢途径三、葡萄糖出入动物细胞的特殊运载机构四、乙醛酸途径五、寡糖类的生物合成和分解一、戊糖磷酸途径

戊糖磷酸途径（pentosephosphatepathway，PPP）又称己糖单磷酸途径（hexosemonophosphatepathway，HMP），这些名称强调的是从磷酸化己糖形成磷酸化戊糖的过程。

戊糖磷酸途径的发现

向供研究糖酵解使用的组织匀浆中添加碘乙酸（甘油醛-3-磷酸脱氢酶的抑制剂）和氟化钠（烯醇化酶的抑制剂）等糖酵解途径的抑制剂，发现葡萄糖的利用仍在继续。这个结果说明葡萄糖的利用除了经过糖酵解途径外，还有其他途径。戊糖磷酸途径的发现

1931年，OttoWarburg及其同事，还有FritzLipman，发现了葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和6-磷酸葡糖酸脱氢酶，这两种酶催化的反应都可以利用葡萄糖，他们还发现NADP+是这两种酶的辅酶。通过对这条途径的详细研究，发现葡萄糖转变成了多种五碳糖、七碳糖、四碳糖、三碳糖、六碳糖的磷酸酯。在这条途径中，有CO2的释放和NADPH的合成，但没有ATP的合成。

戊糖磷酸途径概貌Ⅰ戊糖磷酸途径概貌Ⅱ戊糖磷酸途径概貌Ⅲ戊糖磷酸途径的氧化阶段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-内酯葡萄糖-6-磷酸脱氢酶内酯酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶戊糖磷酸途径的非氧化阶段Ⅰ核酮糖-5-磷酸异构酶核酮糖-5-磷酸烯二醇中间物核糖-5-磷酸戊糖磷酸途径的非氧化阶段Ⅱ

核酮糖-5-磷酸木酮糖-5-磷酸

核酮糖-5-磷酸差向异构酶戊糖磷酸途径的非氧化阶段Ⅲ转酮酶木酮糖-5-磷酸核糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸景天庚酮糖-7-磷酸戊糖磷酸途径的非氧化阶段Ⅳ景天庚酮糖-7-磷酸甘油醛-3-磷酸赤藓糖-4-磷酸果糖-6-磷酸转醛酶戊糖磷酸途径的非氧化阶段Ⅴ转酮酶赤藓糖-4-磷酸甘油醛-3-磷酸果糖-6-磷酸木酮糖-5-磷酸戊糖磷酸途径的总反应式

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戊糖磷酸途径的调控

戊糖磷酸途径主要是为其他代谢途径提供NADPH和核糖。细胞中NADP+/NADPH的比值是决定戊糖磷酸途径运行强度的重要因素，当NADPH浓度很高时，抑制葡萄糖-6-磷酸脱氢酶及6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性，使该途径的氧化阶段无法进行。

对NADPH和核糖-5-磷酸的需求决定戊糖磷酸途径的运行1．当机体对核糖-5-磷酸的需要远远超过对NADPH的需要时，大量的葡萄糖-6-磷酸通过糖酵解途径转变为果糖-6-磷酸和甘油醛-3-磷酸，这两种物质进入戊糖磷酸途径，以逆反应的途径生成核糖-5-磷酸。2．当机体对NADPH和核糖-5-磷酸的需