复旦大学生化课件-糖代谢4

(Aerobic Oxidation)
• 葡萄糖或糖原在有氧条件下通过与糖酵解相 同的途径分解为丙酮酸，进而彻底氧化成二氧 化碳和水，并产生大量ATP的过程。 • 反应部位 胞液和线粒体 • 生理意义 1. 一般状况下人体大多数组织获能的主要 方式，1 Glc38 ATP；2. 是三大类能量物质共 同的分解代谢途径；3. 糖有氧氧化的三羧酸循 环不仅仅是糖、脂肪和氨基酸在体内氧化功能 的共同通路，也是它们的互变枢扭。
三羧酸循环发现的大事记
1911-1920 T. Thunberg 等 肌肉组织可氧化柠檬酸、琥珀酸、
1935
延胡索酸和苹果酸等。 Albert, Szent 4C的二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、 -Gyorgyi 苹果酸和草酰乙酸等)能促进肌氧耗 量;并确立琥珀酸经延胡索酸和苹 果酸转变成草酰乙酸。 Wagner-Janregy等 异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物。 Green等 猪心肌中提得苹果酸脱氢酶。 Martius, F.Knoop等 证明柠檬酸经顺乌头酸异构化为异 柠檬酸，进一步氧化成-酮戊二酸。 Hans Krebs 证明柠檬酸来自乙酰CoA和草酰乙 酸的缩合。
草酰乙酸
CoA
空的酶构象 结合草酰乙酸的构象
柠 檬 酸 合 成 酶
乌头酸酶作用于柠檬酸 生成异柠檬酸
氟 柠 檬 酸
致死合成（Lethal synthesis)
氟乙酰CoA (氟乙酸、氟乙酸钠、氟 乙酰胺）在酶的作用下与草酰乙酸生成氟 柠檬酸，顺乌头酸酶只识别柠檬酸，对氟 柠檬酸没有作用，致使TCA中断，这种由 外来底物经生物体合成代谢为一类对生物 体有毒性或可以致死产物的合成为致死合 成(lethal synthesis)。在代谢研究的应用上， 被广泛用于杀虫剂或灭鼠药的生产。
2-磷酸甘油酸×2
1,3-二磷酸甘油酸×2
2ADP 2ATP
3-磷酸甘油酸×2
EMP
ATP
其 他 （单 总糖 图进 ）入
EMP生理意义
1) 迅速提供能量，尤其对肌肉收缩。 2）机体缺氧或肌肉局部血流不畅时的供能。 3）为强制性酵解组织供能。红细胞因为没 有线粒体，能量几乎全部由糖酵解提供。 神经细胞、白细胞、骨髓等代谢极为活 跃，耗能多，即使不缺氧也常由EMP提 供部分能量。对于眼角膜，由于血液 循环差，可利用的氧有限，需要EMP提 供所需的能量。
Pyruvate dHE Complex
丙酮酸脱氢酶
硫胺素焦磷酸
二氢硫辛酸转乙酰酶 二氢硫辛酸脱氢酶
硫辛酰胺
Py dHE复合物催化5步反应
1) Py脱羧生成羟乙基-TPP；
2) 二氢硫辛酸转乙酰酶催化羟乙基TPP氧化为乙
酰基，并转移给硫辛酰胺形成乙酰硫辛酰胺； 3) 二氢硫辛酸转乙酰酶催化乙酰硫辛酰胺上的乙 酰基转移给CoA生成乙酰CoA； 4) 二氢硫辛酸dHE催化还原的硫辛酸再氧化，并 将氢交给FAD生成FADH2-E；
乙酰 CoA 经一系列（ 8 步反应）的 氧化、脱羧，最终生成 CO2 、还原电 子和部分能量的过程。乙酰 CoA 与草 酰乙酸缩合生成柠檬酸，再经一系列 的氧化、脱羧，循环后再生草酰乙酸， 其 中 生 成 2CO2, 3[NADH+H+], 1GTP[ATP], 1FADH2。
_____
(1)
____
1936 1937 1937
物柠 质檬 氧酸 化循 分 环 径解 是 的“ 中燃 心料 途”
丙 酮 酸 生 成 乙 酰
CoA
丙酮酸脱氢酶复合物 Pyruvate dehydrogenase complex
丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA的反应由丙酮 酸脱氢酶复合物催化完成，反应发生于真核生物 的线粒体中，是连接糖酵解与三羧酸循环的中心 环节。酶复合物是一个多酶体系，由三种酶蛋白 和六种辅助因子组成，分别是丙酮酸脱氢 [ 羧 ] 酶 [E1] 、二氢硫辛酸 ( 酰胺）转乙酰酶 [E2] 和二氢硫 辛酸（酰胺）脱氢酶[E3]。辅助因子包括 硫胺素 焦磷酸[TPP]、硫辛酰胺、FAD、NAD+、CoA和 Mg2+。
酶（琥珀酸硫激酶）催化。
琥珀酸脱氢生成延胡索酸
丙二酸
琥珀酸脱氢酶(Succinate dHE)
• 催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸， H 受体 是FAD。琥珀酸dHE是真核生物TCA中唯 一一个掺入线粒体内膜的酶[原核生物参入 质膜]，直接与呼吸链相连。 • 产物延胡索酸（反丁烯二酸），顺丁烯 二酸（马来酸，maleic acid）不能参加代 谢，对机体有毒。
琥珀酰CoA转变为琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶 （也称琥珀酸硫激酶）
琥珀酰CoA转变为琥珀酸，产生1GTP(ATP)，由琥珀酰 CoA合成酶催化。反应循环至此，碳原子数恢复4个。 在随后的4步反应中，琥珀酰基被转换回草酰乙酸。
TCA的底物水平磷酸化
琥珀酰CoA转变为琥珀酸，产生 1 GTP (ATP)，由琥珀酰CoA合成
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循 环 的 底 物 和 产 物
TCA
C2
C4 NADH+H+ FADH2 GTP C6 NADH+H+ CO2 C5 NADH+H+ CO2
C4
TCA示意图
柠檬酸合(成)酶 (Citrate Synthase)
线粒体基质，为缩合酶，催化 TCA 的 第一步反应，先生成柠檬酰 CoA ，再 水解为柠檬酸，放能反应、不可逆， 是 TCA 的一个调节酶，活性受 ATP 、 NADH、Succinyl CoA及长链脂酰CoA 的 抑 制 ， 对 于 TCA 是 一 个 ratelimitting step。
•循环中酶的研究证实并阐明了该循环的细节。
Hans Adolf Krebs（1990-1981,Germany). Krebs' researches mainly concerned with various aspects of intermediary metabolism. Among the subjects he has studied are the synthesis of urea in the mammalian liver, the synthesis of uric acid and purine bases in birds, the intermediary stages of the oxidation of foodstuffs, the mechanism of the active transport of electrolytes and the relations between cell respiration and the generation of adenosine polyphosphates. 文章被拒也许是科学家常遭遇的事情，很常见，诺奖得主的文章 遭据你听过吗?近期The Scientist就爆出一件秘辛，1953年诺奖得 主Hans Krebs在1937年曾向Nature投稿遭拒。1988年，当Krebs 已经辞世7年，Nature杂志匿名编辑在一篇公开信上指出，拒绝 Krebs的文章是Nature杂志有史以来所犯的最大错误。
葡萄糖
己糖激酶 ATP
1-磷酸葡萄糖
糖原 乳酸×2 丙酮酸×2糖酵解来自(胞液)ADP
6-磷酸葡萄糖
NAD+
NADH+H+
6-磷酸果糖
磷酸果糖激酶
ATP ADP NADH+H+
烯醇式丙酮酸×2
丙酮酸激酶
1,6-二磷酸果糖
磷酸二 羟丙酮
2ATP
2ADP
3-磷酸甘油醛
脱氢酶
NAD+ NADH+H+
磷酸烯醇式丙酮酸×2
Py dHE复合物的调节 III • 砷化物与E2中的辅基硫辛 酰胺形成无催化能力的砷 化物。 2+ 2+ • Ca 激活：Ca 通过激活 磷酸酶的作用，使丙酮酸 脱氢酶活化。
丙 合酮 物酸 的脱 调氢 节酶 复
柠檬酸[三羧酸]循环
Citric Acid Cycle [Tricarboxylic Acid Cycle (TCA), Krebs Cycle]
糖的有氧氧化
糖酵解
乳酸
糖的有氧氧化概况
糖原或
葡萄糖
丙酮酸
丙酮酸
乙酰CoA
三羧酸 循环
(胞液)
(线粒体)
CO2+H2O +ATP
有氧氧化
[Tricarboxylic Acid Cycle-TCA循环]
有氧条件下大多数生物共有的物质分解代谢途径。 Thunberg(1920), H. Krebs(1932), Albert Szent-Gyö rgyi (1935)发现代谢现象，Carl Martins(1937)和Frank Knoop阐明了从柠檬酸到琥珀酸的氧化途径。Krebs (1937)证实了代谢过程，并提出环状氧化途径概念。后 来发现这一途径在动物、植物和微生物中普遍存在， 不仅仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪、蛋白质 分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义。Krebs (1953)获得了诺贝尔奖，并被称为ATP循环之父，这一 途径又被称为Krebs循环或柠檬酸循环。
-酮戊二酸氧化脱羧
氧化释放的能量贮存于硫酯键中
-酮戊二酸dHE Complex
与 Py dHE复合物的组成及作用相似，包括三 个酶组分: 1）-酮戊二酸 dHE(E1’) 2）琥珀酰转移酶(E2’) 3）二氢硫辛酸dHE(E3’) 还 有 六 种 辅 助 因 子 ： TPP 、 CoA 、 FAD 、 NAD+、Lipoic acid (Lipoamide)及Mg2+。 是调节酶，受产物 NADH 、 succinyl CoA 和 Ca2+抑制； ATP 、 GTP 对酶有反馈抑制；不受 可逆磷酸化的共价调节。