生物化学资料

生物化学资料

食物中摄入的生物大分子在进入细胞进行分解代谢之前有一个消化和吸收的过程。在各种水解酶的作用下，蛋白质、脂质、多糖和核酸被降解成各自的组成单位，再通过吸收或运输进入细胞被进一步分解。

绝大多数动物消化道缺乏水解β-1，4糖苷键的酶，因此纤维素就无法被水解利用。而带有α-1，4糖苷键的淀粉和糖原则可以在消化道分泌的各种α-糖苷酶催化下被最终水解成葡萄糖单位。单糖进入细胞被吸收的过程是运输蛋白介导的，至少有Na+-单糖共运输蛋白系统和不依赖于Na+的易化扩散运输系统参与催化单糖从肠腔进入小肠上皮细胞的过程。

脂在消化过程中需要由胆囊分泌的胆汁酸（盐）进行增溶。在胆汁酸（盐）的帮助下，大脂滴被分散成小的脂滴，此过程被称为乳化，这大大提高了脂水解效率。吸收需要形成胶束结构，当胶束遇到肠细胞的刷状缘时，脂即被吸收。在肠细胞内，被吸收的脂肪和磷脂在内质网和高尔基体重新被合成并与其他脂和载脂蛋白一起形成乳糜微粒，进入乳糜管，最后汇入血流。

消化道内参与蛋白质消化的蛋白酶起初以酶原的形式被分泌，然后被水解激活。经过蛋白酶消化，食物中的蛋白质在小肠内主要水解成寡肽。寡肽在小肠刷状缘上的肽酶催化下进一步被水解成游离的氨基酸和更小的小肽。小肠上皮细胞面向肠腔的细胞膜上至少有四类依赖于Na+的氨基酸运输蛋白，分别运输酸性氨基酸、碱性氨基酸、中性氨基酸和脯氨酸进入胞内。小肠上皮细胞不需要Na+也能有效吸收二肽和三肽，一旦它们进入胞内，很快被细胞质的肽酶水解成自由的氨基酸。

食物中的核酸在消化道中受到核酸酶的作用会被消化成为核苷酸。带有负电荷的核苷酸需要被在回肠上皮细胞上的与膜结合的核苷酸酶和核苷酶进一步水解成能够被吸收的核糖、碱基和磷酸基团。吸收的过程为主动运输。

真菌也能利用细胞外消化和吸收从环境获取营养。实际上真菌分泌各种消化酶，以便将它们周围的蛋白质、脂肪和糖类水解成为可以被其细胞吸收的氨基酸、FFA、甘油和单糖等。

糖酵解几乎发生在所有细胞，通过糖酵解，葡萄糖或者其他单糖在没有氧气的参与下被氧化成为丙酮酸，并产生NADH和少量ATP。

糖酵解在细胞液中进行，共有十步反应，可划为两个阶段，前五步为引发阶段，葡萄糖与两分子ATP反应，通过磷酸化、异构化、再次磷酸化，形成果糖-1，6-二磷酸，每次磷酸化都需要ATP。果糖-1，6-二磷酸再转变为甘油醛-3-磷酸。甘油醛-3-磷酸再进入第二阶段即产能阶段。在甘油醛-3-磷酸脱氢酶作用下，甘油醛-3-磷酸经历氧化和磷酸化生成甘油酸-1，3-二磷酸和NADH。在这步反应中，砷酸能代替磷酸参与反应，生成不稳定化合物，导致氧化和底物水平磷酸化的解偶联。在磷酸甘油酸激酶的作用下，甘油酸-1，3-二磷酸的高能磷酸基团转移到ADP分子上生成一分子ATP，同时生成一分子3-磷酸甘油酸。3-磷酸甘油酸在磷酸甘油酸变位酶的催化下，转变为2-磷酸甘油酸。后者由烯醇化酶催化形成PEP。在丙酮酸激酶的作用下，PEP将高能磷酸基团转移给ADP 形成另一分子ATP和丙酮酸。

在糖酵解过程中，第一步、第三步和第十步为不可逆反应。催化这三步反应的酶是己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。这三种激酶在催化过程中，表现出典型的“诱导契合”效应。磷酸果糖激酶是哺乳动物糖酵解途径的主要调节酶。它的活性受到高浓度ATP和柠檬酸的抑制，果糖-2，6-二磷酸和AMP的激活。己糖激酶受葡糖-6-磷酸抑制。丙酮酸激酶受高浓度ATP和Ala的抑制，由果糖-1，6-二磷酸激活。血液中的葡萄

糖水平下降能引起丙酮酸激酶的磷酸化，导致其活性降低。

糖酵解第一阶段，每一个葡萄糖分子消耗2分子ATP，在第二阶段，每分子甘油醛-3-磷酸产生两分子ATP，因此，通过糖酵解，一分子葡萄糖净产生两分子ATP。

在无氧条件下，为使甘油醛-3-磷酸继续氧化，必须NADH重新氧化成NAD+。在动物和某些微生物体内，乳酸脱氢酶催化丙酮酸生成乳酸，而某些微生物体则将丙酮酸转变为乙醇和CO2。

在有氧条件下，丙酮酸可进入线粒体被丙酮酸脱氢酶系氧化脱羧成为乙酰CoA，NADH 则可以通过线粒体内膜上的穿梭系统进入呼吸链氧化放能。

除葡萄糖外，其他六碳糖，如果糖，半乳糖，甘露糖都是通过转变为糖酵解途径的中间产物进入酵解途径。

有氧条件下，葡萄糖的分解并不停止在丙酮酸，而是继续进行有氧分解，最后生成CO2和水，它所经历的途径分为两个阶段，分别为TCA循环和氧化磷酸化。TCA循环是糖、脂肪酸和氨基酸最后分解的共同途径，这一循环的中间体还可作为许多生物合成的前体。

TCA循环在线粒体中进行。丙酮酸进入TCA循环前需通过四步反应先转变为乙酰辅酶A。参加TCA循环的酶共有9种。柠檬酸合酶催化乙酰辅酶A与草酰乙酸反应生成柠檬酸，该酶依次与底物草酰乙酸、乙酰辅酶A和水结合，前后发生两次构象变化，是一个有序的动态催化反应。它是TCA循环中的限速酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰辅酶A和脂酰CoA等的抑制。氟乙酰CoA可在它的催化下与草酰乙酸反应生成氟代柠檬酸，而氟代柠檬酸抑制下一步反应。顺乌头酸酶催化柠檬酸与异柠檬酸的互变。异柠檬酸脱氢酶催化异柠檬酸生成α-酮戊二酸，它也是一个变构调节酶，受NAD+和ADP激活，NADH和ATP抑制。α-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体类似，受ATP、产物琥珀酰辅酶A和NADH的抑制，但不受磷酸化与去磷酸化的调节。琥珀酰辅酶A合成酶催化琥珀酰辅酶A和GDP或ADP及Pi发生底物水平磷酸化产生一个GTP或ATP和琥珀酸。琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一的一个存在于线粒体内膜的酶，催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸和FADH2，丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。延胡索酸酶催化延胡索酸水合生成L-苹果酸。L-苹果酸和NAD+在苹果酸脱氢酶作用下，生成草酰乙酸和NADH，完成了一次循环。

TCA循环是生物体主要的分解代谢途径，能产生更多的能量货币，其中间产物有的可作为很多合成代谢的前体来源，有的可作为别构效应物调节其他代谢途径。TCA循环还能产生CO2，调节体液的酸碱平衡。

乙醛酸循环只存在于植物和微生物中，此循环可导致偶数脂肪酸净转变为葡萄糖。

磷酸戊糖途径是葡萄糖分解的另一条重要途径，发生在细胞液，一般可将其全部反应划分为氧化相和非氧化相。

氧化相包括三步反应，葡糖-6-磷酸和NADP+在葡糖-6-磷酸脱氢酶的作用下生成内酯和NADPH，这一步是戊糖磷酸途径的调控步骤，葡糖6磷酸脱氢酶受到产物NADPH的竞争性抑制。内酯被内酯酶水解为葡糖-6-磷酸。后者与另一分子NADP+在葡糖-6-磷酸脱氢酶作用下，生成核酮糖-5-磷酸和NADPH。

非氧化相由5步非氧化的可逆反应组成，由异构酶、转酮酶和转醛酶催化，转酮酶需要TPP作为辅酶，反应的性质是异构或分子重排。通过此阶段的反应，6分子戊糖转化成5分子己糖。非氧化相存在的目的是将戊糖-5-磷酸转变为糖酵解的中间物(果糖-6-磷酸或甘油醛-3-磷酸)，从而将戊糖磷酸途径与糖酵解途径联系起来。