有氧呼吸及三羧酸循环

NAD+ ⑤磷酸丙糖异构酶 2 ⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶 NADH ＋ H 1.3-二磷酸甘油酸 ADP 2 ⑦磷酸甘油酸激酶 ATP 3-磷酸甘油酸
Δ G= +0.3kcal/mol (可逆) ⑧异构 ⑨脱水
Δ G= +0.2kcal/mol Δ G=-0.8kcal/mol 2 ⑧磷酸甘油酸变位酶 (可逆) H20 2-磷酸甘油酸 2 ⑨烯醇化酶 磷酸 烯醇式丙酮酸 （可逆） ADP ATP 2 丙酮酸 ⑩丙酮酸激酶 ⑩产能 2 Δ G= -4.0kcal/mol (不可逆)
途径！ 也是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！
草酰乙酸
异亮氨酸 甲硫氨酸
• ㈡中间酸是合成其他化合物的碳骨架 —百宝库。 异柠檬酸 • 例如 •
乙酰乙酰 CoA 草酰乙酸 • 苯丙氨酸
•酪氨酸
亮氨酸 色氨酸
→ 天冬氨酸、天冬酰胺等等 α-酮戊二酸 缬氨酸 天冬酰胺 α-酮戊二酸 谷氨酰胺 → 谷氨酸 → 其他氨基酸 琥珀酰CoA → 血红素
①
COOH异柠檬酸裂解酶 H C COOH 2 HC COOH C COOH H2 HO C COOH H
异柠檬酸 琥珀酸
H2C
+
CHO COOH
乙醛酸
②
CHO COOH
乙醛酸
OH
苹果酸合成酶
+
HC COOH C COOH H2
苹果酸
CH3CO~SCoA
乙酰CoA
+
CoASH
• 只有一些植物和微生物兼具有这样
Ⅲ.糖酵解+三羧酸循环的效率
• 糖酵解
•
• •
•
1G → 2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸 =2+2×2.5=7ATP 三羧酸循环 2丙酮酸 → 25ATP+6CO2+4H2O ——————————————————————— 32ATP
• 储能效率=32 ×7.3/686=
34.05%
• 比世界上任何一部热机的效率都高！
• 由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，
经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反 应过程。又称柠檬酸循环和Biblioteka Baidurebs循环。
• 部位：线粒体基质
线粒体膜
三羧酸？ 循环？
丙酮酸
每个分子具有4 个碳的草酰乙 酸库（基质中）
每个分子具有3个 碳的丙酮酸库（基 质中） 第一个碳以 CO2形式失去
六碳三羧酸
6(6-磷酸葡萄糖)+6O2
2NADPH
生物氧化O2
6(5-磷酸葡萄糖 磷酸核酮糖))+6CO2+6H2O+30ATP 5(63-磷酸甘油醛 5ATP + 2H2O
葡萄糖+O2
6CO2+6H2O+32ATP
B.生物意义
• 提问：？
• Ⅰ.产能—不通过糖酵解；
• Ⅱ.产物—磷酸核糖用于DNA、RNA的合成；
的途径；
这种途径对于植物和微生物意义重大！
• 只保留三羧酸循环中的（10）脱氢
（1NADH）产能，只相当于2.5个 ATP，意义不在于产能，在于生存。 Ⅰ.种子发芽
油类植物种 子中的油
脂 代 谢
乙酰CoA
乙醛酸循环 草酰乙酸
糖异生
糖
Ⅱ原始细菌生存
乙酸
乙醛酸循环
NH3
四碳、 转化 六碳化 合物
第二个碳以 CO2形式失去
第三个 碳以CO2 形式失 去
重新加入到 草酰乙酸库
五碳二羧酸 四碳二羧酸
三种羧酸！
草酰乙酸打循环！
CH3CO~SCoA
acetyl CoA HSCoA
CO COO CH2 COO H2O
CH2 COO HO C COO
H2O
CH2 COO C COO COO H2O
oxaloacetate
琥珀酸
由非糖前体生成糖时需要丙酮酸 或者草酰乙酸作为合成的前体。 在动物体内，乙酰CoA不能作为 净合成葡萄糖的碳源。可是在植 物、微生物和酵母中却存在着一 个可以由2碳化合物生成糖的生物 合成途径－乙醛酸循环.在乙醛酸 循环中乙酰CoA中的碳原子并没 有以CO2形式释放，而 是净合成 了一分子草酰乙酸，草酰乙酸正 是合成葡萄糖的前体。
• 在TAC中，1分子乙酰CoA经2次脱羧，生成2
个CO2，这是体内CO2的主要来源；4次脱氢， 其中3次以NAD+为受氢体，1次以FAD为受氢 体；1次底物水平磷酸化。
• 总反应式：
乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+ HSCoA
4. –酮戊二酸脱氢酶复合体
• 与丙酮酸脱氢酶复合体相似。
总体说，
• 氧化磷酸化促进TAC。
• ATP/ADP↑，抑制TAC，氧化磷酸化↓；
• ATP/ADP↓，促进TAC，氧化磷酸化↑。
丙氨酸 苏氨酸 甘氨酸
Ⅳ.生物意义
乙酰CoA
三羧酸循环—焚烧炉
CoASH
精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺
丝氨酸 脯氨酸 • ㈠三羧酸循环是各种好氧生物体内最主要的产能 半胱氨酸 柠檬酸 谷氨酸 丙酮酸
•
—木酮糖参与光合作用固定CO2；
•
—各种单糖用于合成各类多糖；
• 产物NADPH用于脂肪的合成
糖
异
生
gluconeogenesis
• 概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖
原的过程称为糖异生。
• 原料：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨
基酸等。
• 部位：主要在肝脏，其次是肾脏。
一、糖异生途径
从丙酮酸生成G的具体反应过程称
CoASH GTP GDP+Pi ADP CH2 COO CH2 CO~ SCoA
FAD CH2 COO CH2 COO
succinate
succinyl-CoA α-ketoglutarate α-ketoglutarate dehydrogenase ATP complex
三羧酸循环小结：
Reducing equivalents
乙酰CoA
脂肪酸 胆固醇
血红素
琥珀酰CoA
α-酮戊二酸
谷氨酸
其他氨基酸
嘌呤 嘧啶
三 、有氧氧化的调节
• 除对酵解途径三个关键酶的调节外，还对
丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶、异柠
檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶复合体四
个关键酶存在调节。
1. 丙酮酸脱氢酶复合体
•变构调节：
AMP、NAD 、CoA、Ca 丙酮酸脱氢酶复合体
NADH+H+ NAD HO CH
+
citrate synthase
aconitase
CH2 COO CH
malate dehydrogenase
COO
citrate
cis-aconitate aconitase
malate
CH2 COO
CH2 COO H2O HC OOC CH FADH2
fumarase
三羧酸循环的生理意义
糖 脂肪 乙酰CoA 三羧酸 循环 蛋白质
①三大营养物质的 共同氧化途径。
GTP
2CO2
3NADH(H+)和FADH2 11ADP + 11Pi 呼 吸 氧化磷酸化 链 11ATP 4H2O
2O2
②三大物质代谢联系的枢纽。
嘌呤、嘧啶 其他氨基酸 天冬氨酸 乙酰CoA
草酰乙酸
柠檬酸
乙酸菌
以乙酸为主要食物的细菌 （物质循环中的重要一环） 乙酰CoA合成酶
生存
乙酸 + ATP +CoASH → 乙酰CoA + H2O +AMP +PPi
3.磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）
• 磷酸戊糖——磷酸戊糖为代表性中间产物。
• 支路——糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。
2
磷酸戊糖 途径
细胞质中
※由三种酶组成
※五种辅助因子：TPP（VB1）、NAD+ （Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、 HSCoA（泛酸）
丙酮酸脱氢酶复合体
HSCoA
NAD+
N H3C C N C H
NH2 C HC C C H2 N
+
S C C CH2CH2 O CH3
OP O
OO P O O-
TPP
H2 C H2C S S CH (CH2)4 COOH H2 C H2C SH CH (CH2)4 COOH SH
+2H -2H
lipoic acid
dihydrolipoic acid
辅酶A结构
OH CH3 HS CH2CH2NH C CH2CH2 NH C C O O H CH3 OH OH C CH2 O P O P O O O
3'AMP
巯基乙胺
β -丙氨酸 泛酸
丁酸
焦磷酸
S TPP
+ NADH + H
• 提问：其余能量何处去？
• 答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。
三羧酸循环的特点
①在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化 磷酸化可产生ATP，是产生ATP的主要途径。
②不可逆。
③中间产物的回补：
• •
主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸； 其次为丙酮酸还原成苹果酸,再生成草酰乙 酸。
COO
Citrate cycle
isocitrate CH
HO CH NAD+
COO COO
fumarate
isocitrate dehydrogenase
NADH+H+ NADH+H+ NAD+ CO2 CH2 COO CH2 CO2 HSCoA COCOO
succinate dehydrogenase succinyl CoA syntetase
C O2 + H2O+ATP
（一） 丙酮酸的氧化脱羧
COO CH3 丙酮酸
-
NAD
+
NADH+H
+
C O + HSCoA 丙酮酸脱氢酶 复合体
H3C C ~ S C oA+ C O2 乙酰 C oA
O
• 经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这
是不可逆反应。在线粒体内进行。
丙酮酸脱氢酶复合体
二氢硫辛酰胺转乙酰酶 丙酮酸脱羧酶 二氢硫辛酰胺脱氢酶
A.过程
氧化阶段(脱碳产能)
6-磷酸葡萄糖 NADP+
非氧化阶段(重组)
C5 + C5 C3 + C7 C5 + C4 C3+ C7 C6+ C4 C6+ C3
糖 酵 解
NADPH+H+ 6-磷酸葡萄糖酸 NADP+ CO2 5-磷酸核酮糖 NADPH+H+
5-磷酸核糖 7-磷酸景天酮糖 6-磷酸果糖 5-磷酸木酮糖 3-磷酸甘油醛 4-磷酸赤藓糖
第三节
糖的有氧氧化
Aerobic Oxidation of Glucose
• 葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和
CO2的反应过程称为有氧氧化。这是糖
氧化的主要方式。
一、有氧氧化的反应过程
分为三个阶段：
胞液 G 丙酮酸 （同酵解） 第一阶段 线粒体 丙酮酸 第二阶段 乙酰CoA 三羧酸循环 氧化磷酸化 第三阶段
1. 丙酮酸羧化支路
GDP C O2 COO
-
CH O ~ P CH2 PEP ADP 丙酮酸激酶 ATP
GTP
PEP羧激酶 （线粒体，胞液）
ADP+Pi ATP CO2 COOC O 生物素 C O CH2 丙酮酸羧化酶 CH3 COOH （线粒体） 丙酮酸 草酰乙酸
COO
-
+
2+
丙酮酸 ATP、NADH、 脂肪酸
•共价修饰调节：
乙酰 C oA
磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其去磷酸化， 使其活性增加。
2. 柠檬酸合酶
• 变构激活剂：ADP • 变构抑制剂：NADH、琥珀酰CoA、柠檬
酸、ATP
3. 异柠檬酸脱氢酶
• 变构激活剂：ADP、Ca2+
• 变构抑制剂：ATP
为糖异生途径。基本上是糖酵解的逆过
程，但是糖酵解途径的三个关键酶催化
的反应是放能的不可逆反应，又叫能障。 需要另外的酶催化绕过这三个能障。
3-磷酸甘油醛
磷酸二羟丙酮 ⑤异构 Δ G= -0.6kcal/mol (可逆) ⑥氧化磷酸化 Δ G= -0.4kcal/mol ⑦产能 1 (可逆)
第 1步 丙酮酸→ 磷酸烯醇式丙酮酸 提问：如何进行？ 答案：提供 更多的活化 能量。
COOH
•
•
+ +FAD+GDP+Pi+3H O + 4NAD(P) 2 C O 3CO2 +4NAD(P)H +4H+ +FADH2+GTP CH3
• 4NAD(P)H • FADH2 • • • •
+4H+
氧化磷酸化作用
10ATP 1.5ATP
4H2O
1H2O ADP ATP - 3H2O GTP GDP 1ATP 1H2O ————————————————————————— 12.5ATP 2H2O O2
琥珀酰CoA 延胡索酸
• 既是“焚烧炉又是百宝库” 苹果酸 苯丙氨酸 赖氨酸
三羧酸循环
酪氨酸
（2）乙醛酸循环——三羧酸循环支路
CoASH
• 三羧酸循
乙酰CoA 柠檬酸
草酰乙酸 CoASH 乙酰CoA 乙 醛 ② 酸
苹果酸 三羧酸循环
①
异柠檬酸
环在异柠 檬酸与苹 果酸间搭 了一条捷 径。（省 了6步）
S
FAD
E1
E2
E3
CH3COCOO CO2
-
NAD + S TPP S FADH2 OH CH3CH TPP
S S FAD
E1
E2
E3
HS
E1
E2
E3
TPP
HS
FAD
O HS TPP CH3 C S
FAD
E1
E2
E3
O CH3 C S CoA
E1
E2
E3
CoA-SH
（二） 三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle)