生物化学--第七章 糖类代谢-糖的有氧氧化

H2C COOH CH2 O C SCoA
CH2 O C COOH
NADH+H+
α-酮戊二酸
(αketoglutarate)
CO2
琥珀酰CoA (succinyl CoA)
α-酮戊二酸脱氢酶系
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α-酮戊二酸脱氢酶系 与丙酮酸脱氢酶复合体 相同点：反应机制相同，组成类似
三个酶: α-酮戊二酸脱羧酶、
⑵ 柠檬酸异构化生成异柠檬酸:
H2O
H2C COOH HO C COOH H CHCOOH
H2C COOH C COOH HC COOH
H2C COOH H C COOH HO CHCOOH
柠檬酸
(citrate)
顺乌头酸
异柠檬酸
(isocitrate)
乌头酸酶
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⑶ 异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸
琥珀酰CoA合成酶/硫激酶 H2C COOH HSCoA H C
2
COOH
CH2 O C SCoA
琥珀酰CoA (succinyl CoA) GDP+Pi ADP GTP
H2C COOH
琥珀酸 (succinate)
ATP
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20
⑹ 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸
FAD H CH COOH
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总计：32ATP或30 ATP
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四、 线粒体外NADH的氧化磷酸化作用
磷酸甘油穿梭系统
苹果酸－天冬氨酸穿梭系统
无氧酵解 细胞质
氧化磷酸化 线粒体
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-磷酸甘油穿梭示意图
呼吸链
NADH+H+
-磷酸甘 油脱氢酶
FADH2
-磷酸甘 油脱氢酶
NAD+ FAD
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丙酮酸脱氢酶系
*
NAD+ +HSCoA
pyruvate
NADH+H+ +CO2
acetyl CoA
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• 由一分子葡萄糖氧化分解产生两分子丙酮酸
(pyruvate)，故可生成两分子乙酰CoA(acetyl
CoA)，两分子CO2和两分子(NADH+H+)，可
生成2×2.5分子ATP 。 • 反应为不可逆；丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)是糖有氧氧化途径的 关键酶之一。
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苹果酸-天冬氨酸穿梭
2.5ATP
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线粒体外NADH两种氧化途径的比 较
α-磷酸甘油穿梭 穿梭物质 进入线粒 体前后转变 成的物质 α-磷酸甘油 磷酸二羟丙酮 NAD+/FADH2 苹果酸-天冬氨酸穿梭 苹果酸、 谷氨酸 天冬氨酸、α-酮戊二酸 NAD+/NADH+ H+ NADH 氧化呼吸链 2.5/3 肝脏和心肌组织
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丙酮酸脱氢酶系
CO2
丙酮酸 脱羧酶 硫辛酸 二氢硫辛 酸脱氢酶
NAD+
TPP
FAD
+ +H+ + NAD NADH+H
乙酰硫辛酸 硫辛酸乙 酰转移酶
二氢硫辛酸
O
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COA SH
CH3-C-SCoA
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（三）乙酰辅酶A进入TAC
三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle TCA循环)又称柠檬酸循环(citric acid
丙酮酸 草酰乙酸
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（三）糖有氧氧化的生理意义
1.基本生理功能是氧化供能
2. 是体内三大营养物质代谢的总枢纽 3. 与体内其它代谢途径有着密切的联系
草酰乙酸重新生成阶段(678)
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⑴Biblioteka Baidu乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
乙酰辅酶A
CH3CO～SCoA
(acetyl CoA)
柠檬酸合酶
H2C COOH HO C COOH H2C COOH
O C COOH H
H H2C COOH
HSCoA
柠檬酸
(citrate)
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草酰乙酸
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进入呼吸链
生成ATP数 存在组织
琥珀酸氧化呼吸链
1.5/2 某些肌肉、神经组织
相同点
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将胞浆中NADH的还原当量转送到线粒体内
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五.TCA的回补反应
乙酰CoA 柠檬酸 柠檬酸裂解酶 CO2 丙酮酸 丙酮酸羧化酶 GTP PEP羧激酶 CO2+GDP 磷酸烯醇式丙酮酸 ADP AT P
cycle) 或Krebs循环(Krebs cycle)。
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
的过程称为三羧酸循环。
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1.反应过程
2.回补反应 3.反应特点
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反应过程三阶段
柠檬酸生成阶段(1) 氧化脱羧阶段(2345)
糖的有氧氧化
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1
丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解
COOH
C==O CH3
CoASH CO2
葡萄糖
（EMP）
丙酮酸脱氢酶系
O
CH3-C-SCoA
乙酰CoA
丙酮酸
NAD+ NADH+H+
乳酸（无氧氧化)
三羧酸 循环
葡萄糖的有氧分解
糖的有氧氧化与无氧氧化
葡萄糖→→……→→丙酮酸→乳酸（无氧氧化)
H2C COOH HC COOH HO C COOH H
异柠檬酸 NAD+
H+
H2C COOH HC COOH O C COOH
CO2
H2C COOH CH2 O C COOH
α-酮戊二酸
NADH+H+
草酰琥珀酸
异柠檬酸脱氢酶
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⑷ α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A
+ HSCoA NAD H2C COOH
线粒体内膜上特异载体
2丙酮酸
穿梭系统
进入线粒体进一步氧化 H+ )
氧化呼吸链
2(NADH+
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2H2O + 3/5 ATP
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（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A:
COOH C O CH3
丙酮酸
NAD+
NADH+H+
+ CoA-SH
CO～SCoA + C O2
丙酮酸
CH3
辅酶A 脱氢酶系 乙酰CoA
丙酮酸+辅酶A+NAD+
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乙酰COA+CO2+NADH+H+
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丙酮酸脱氢酶系（或氧化脱羧酶系）
3种酶：
丙酮酸脱氢酶(TPP、Mg2+) 二氢硫辛酸乙酰基转移酶(硫辛酸、辅酶A) 二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)
6种辅助因子：
TPP、 Mg2+、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD+
（含B1、泛酸、B2 、PP 硫辛酸五种维生素）
GTP
琥珀酰CoA CH2 COOH
O=C COOH α-酮戊二酸
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H2C CO～SCoA 2H CO2
三、有氧氧化的反应过程及能量计算
G（Gn）
胞液
• 糖的有氧氧化代谢 途径可分为：葡萄糖
丙酮酸 乙酰CoA
酵解、丙酮酸氧化脱 羧和三羧酸循环三个
H2O
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线粒体 TAC循环 CO2
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FADH2
HOOC CH HC COOH
延胡索酸 (fumarate)
H CH COOH
琥珀酸 (succinate)
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琥珀酸脱氢酶
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⑺ 延胡索酸水合生成苹果酸
H2O
HOOC CH HC COOH
延胡索酸 (fumarate)
H2C COOH
延胡索酸酶
HO CH COOH
苹果酸 (malate)
二、糖有氧氧化的过程
第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆） 三 个 阶 段 第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （线粒体） 第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化 （线粒体）
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6
（一）丙酮酸的生成（胞浆） 葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP +2Pi
2（丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ）
α-酮戊二酸脱氢 酶系
*
⑷
-ketoglutarate
NAD+ +HSCoA
NADH+H+ +CO2
succinyl CoA
GDP+Pi ⑸ HSCoA+GTP 琥珀酸脱氢酶 ⑹
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琥珀酰CoA 合成酶
fumarate
FADH2
FAD
succinate
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延胡索酸酶 ⑺
fumarate
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• 丙酮酸脱氢酶系由三种酶单体构成：丙酮
酸脱氢酶（E1），硫辛酸乙酰基转移酶 （E2），二氢硫辛酸脱氢酶（E3）。 • 该多酶复合体包含六种辅助因子：TPP， 硫辛酸，NAD+，FAD，HSCoA和Mg2+。
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（三）经三羧酸循环彻底氧化分解：
是指在线粒体中，乙酰CoA首先与草酰乙酸 缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反 应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的 循环反应过程。 三羧酸循环在线粒体中进行。 一分子乙酰CoA氧化分解后共可生成10分子 ATP，故此阶段可生成2×10=20分子ATP。
• 绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程 在细胞的胞液和线粒体(cytoplasm and mitochondrion)内进行。 • 一分子葡萄糖彻底氧化分解可产生32/34分子ATP。
C6H12O6 + 6O2
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6 CO2 + 6 H2O + 32/30 ATP
5
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⑻ 苹果酸脱氢生成草酰乙酸
NAD+
NADH+H+
H2C COOH HO C COOH H
苹果酸 (malate)
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H2C COOH O C COOH
草酰乙酸
(oxaloacetate)
苹果酸脱氢酶
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CH2CO～SoA (乙酰辅酶A)
O C COOH
草酰乙酸
H2C COOH
H2 O NAD+
malate
⑻ NADH+H+
苹果酸脱氢酶
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oxaloacetate
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调节位点 柠檬酸合成酶（限速酶） 异柠檬酸脱氢酶 －酮戊二酸脱氢酶
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葡萄糖完全氧化产生的ATP
酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH 丙酮酸氧化：2 1NADH 三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH2 2 ATP 2 (2.5ATP或1.5 ATP) 2 2.5ATP 2 1 ATP 2 7.5 ATP 2 1.5 ATP
二 氢硫辛转琥珀酰基酶、
二氢硫辛酸脱氢酶 六个辅 助因子：
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辅酶A、FAD、NAD+、 镁离子、硫辛酸、TPP
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不同点：
丙酮酸脱氢酶复合体中E1受磷酸化、去磷 酸化的共价修饰调节
α-酮戊二酸脱氢酶系中E1不受磷酸化和去
磷酸化的共价修饰调节.
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⑸ 琥珀酰CoA转变为琥珀酸
糖酵解
丙酮酸
CO2+H2O+ATP
(糖的有氧氧化）
线粒体 胞浆
细胞
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糖的有氧氧化 (aerobic oxidation)
概念
过程 意义 有氧氧化的调节
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一、糖有氧氧化的概念
糖的有氧氧化：是指体内组织在有氧条件下，
将葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。
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• 三羧酸循环（TAC，柠檬酸循环或Krebs循环）
柠檬酸合酶
*
+
oxaloacetate acetyl CoA
⑴
H2 O
HSCoA
citrate
顺乌头酸酶
⑵
* 异柠檬酸脱氢酶
⑶
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-ketoglutarate
NADH+H++CO2
NAD+
isocitrate 32
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NADH+H+
NAD+ 苹果酸
草 酰 乙 酸
苹果酸脱氢酶 谷氨酸 α -酮戊二酸
谷草转氨酶
天冬氨酸
丙酮酸激酶 2H+CO2 乙酰CoA T41 AC
丙酮酸
COOH H3C 丙酮酸羧化酶 H2C + CO2 +ATP C=O + ADP + Pi 2+ C=O 生物素 、 Mg COOH COOH
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（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA：
• 丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)，在丙 酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA (acetyl CoA)。
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丙酮酸的氧化脱羧作用
COOH C=O CH3
CH2 COOH HO-C COOH
2H
HO CHCOOH 苹果酸 H2C COOH
柠檬酸
H2C COOH
CH2 COOH
HOOC CH
延胡索酸
三羧酸循环总图
HC
COOH
异柠檬酸 CO2
HO-C COOH
HC COOHH
CH2 COOH H2C COOH 琥珀酸
2H
CH2 COOH 2H H2C
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[O] ATP ADP
阶段。
NADH+H+ FADH2
（一）葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸：
• 此阶段在细胞胞液(cytoplasm)中进行，一分子葡
萄糖(glucose)分解后净生成2分子丙酮酸，2分子
ATP，和2分子（NADH +H+）。
• 2分子（NADH +H+）在有氧条件下可进入线粒 体(mitochondrion)产能，共可得到2×1.5或者 2×2.5分子ATP。故第一阶段可净生成5或7分子 ATP。