糖酵解和柠檬酸循环

构象改变
二聚体
草酰乙酸
乙酰-CoA
②异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应
③ 异柠檬酸被氧化脱羧生成α-酮戊二酸
反应不可逆，第二个调节酶。 第一个氧化脱羧
④α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA

反应不可逆 第二个氧化脱羧

α -酮戊二酸脱氢酶复合体的组成：
α -酮戊二酸脱氢酶（E1） 转琥珀酰酶（E2）——核心 二氢硫辛酸脱氢酶 （E3）
1
2
磷酸葡萄糖异 构酶
⑶ 6-磷酸果糖磷酸化成1,6-二磷酸果糖（F-1,6-2P）
需ATP供能，第二个限速步骤，不可逆，Mg2+参加。
⑷ F-1,6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮
1 2
3 4 5 1 2
4 5
6
3
6
A ketone
An aldehyde 4 5 6
1 2
3
⑸ 磷酸二羟丙酮异构成3-磷酸甘油醛
1.2 糖酵解过程中ATP的生成和消耗
2 ATP + 2 NADH ↓ 3~5ATP
葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ → 2丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O
糖酵解途径
ADP ATP
ADP ATP
1.3 丙酮 酸的去路
① 生成乙酰辅酶A
有氧时
② 生成乳酸
反应过程
1.脱羧，生成羟乙基TPP，由E1催化。
丙酮酸脱氢酶
羟乙基-TPP
2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由E2催化。
E2
E2
羟乙基-TPP
乙酰-二氢硫辛酰胺
3.乙酰基转给辅酶A形成乙酰辅酶A。由E2催化。 E2
二氢硫辛酰胺 乙酰转移酶
E2
Mg2+ 乙酰辅酶A
4.氧化硫辛酰胺，生成FADH2。由E3催化。
⑦延胡索酸生成L-苹果酸

反式加成，生成L型苹果酸。
⑧ L-苹果酸生成草酰乙酸
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第四个氧化还原反应
柠檬酸循环
柠檬酸合酶
三羧酸循环的总反应式
CH3COSCoA＋3NAD ＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O 2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP＋CoASH
＋
2.1.4 柠檬酸循环的特点

α-酮戊二酸脱氢酶 抑制： NADH ，琥珀酰CoA 激活： Ca2+

柠檬酸合酶
异柠檬酸脱氢酶
α-酮戊二酸脱氢酶
2.4 柠檬酸循环的生理意义
主要：供能 为生物合成提供中间物。 三大营养物质的最终代谢通路。 是CO2的重要来源之一。

两用代谢途径
两用代谢途径
代谢枢纽
回补反应： 酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的 反应。

厌氧菌或肌肉由于剧烈运动而造成暂时性缺氧等。
糖酵解中NAD+的再生
③ 生成乙醇 酵母细胞

脱羧，辅酶：焦磷酸硫胺素(TPP) 脱氢，NADH
TPP(硫胺素焦磷酸)
•含硫的噻唑环和含氨基的嘧啶环。
糖酵解的能量变化
无氧时：生成乳酸或乙醇，只产生2个ATP 有氧时：
2个NADH经苹果酸－天冬氨酸穿梭系统进入 呼吸链可产生5个ATP，共产生7个ATP； 骨骼肌和脑组织中:
1 2 3 1 2 3
准备阶段共消耗2分子ATP，产生2分子3-磷酸甘油醛.
1 2 3 4 5
6 1 2 3 4 5 6
1 2 3
1 2 3
原来葡萄糖的3，4位 2， 5位 1， 6位
3-磷酸甘油醛的1位 2位 3位
第2阶段：
⑹ 3-磷酸甘油醛氧化成1,3-二磷酸甘油酸（1,3-DPG）

辅酶NAD+
从丙酮酸开始 2.5+10=12.5ATP 从葡萄糖开始 7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP×2=32ATP(or 30ATP)
2.2能量计算- 葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量
1 ATP
细胞液
1 ATP NADH 1.5或2.5 1 ATP 1 ATP NADH 2.5 +5 +3 或5
果糖2，6-二磷酸
果糖6-磷酸
果糖1，6-二磷酸
①ATP
即是底物，也是别构抑制剂，使酶对F-6-P 亲和力降低。
AMP是别构激活剂
② 柠檬酸
酶的抑制剂：反馈抑制 (feedback inhibition) ③被H+抑制 可防止肌肉中形成过量的乳酸而使血液酸中毒。
④果糖2，6-二磷酸 别构激活剂，增加对底物 的亲和力。
6C 3C
线粒体
2×
NADH 2.5
NADH 2.5
+5
+5 +3
线粒体
1 GTP(ATP) FADH2 1.5
NADH 2.5
30或32 1.5或2.5
+5
P107
2.3 柠檬酸循环的调控
柠檬酸合酶： 抑制： ATP和NADH ，琥珀酰CoA，柠檬酸 激活： ADP

异柠檬酸脱氢酶： 抑制： ATP 激活： ADP，Ca2+
E2
E2
二氢硫辛酰胺脱氢酶
5.氧化FADH2，生成NADH。 FADH2-E3 + NAD+ FAD-E3 + NADH + H+
反应过程
丙酮酸脱氢酶复合体的调节
a.变构调节：乙酰CoA抑制E2, NADH抑制E3 b.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶 磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其失去磷 酸化，使其活性增加。
3-磷酸甘油醛脱氢酶作用机理
磷酸解作用
高能中间产物
P75
⑺ 1,3-二磷酸甘油酸转变成3-磷酸甘油酸
第一个底物水平磷酸化

底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation):
在底物氧化还原过程中，分子内部能量重新 分布，使无机磷酸酯化形成高能磷酯键， 后者在酶的作用下将能量转给ADP，生成 ATP。
尽管O2没有直接参与柠檬酸循环,但没有O2
的存在,柠檬酸循环就不能进行,为什么?
2.1.3 柠檬酸循环途径

线粒体基质
由8种酶催化完成。 由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反 应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草酰乙酸而完成 一个循环。 每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶A氧化生 成CO2和水。
柠檬酸合酶
① 柠檬酸的合成
柠檬酸合酶
反应不可逆,第一个调节酶。
大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成
缩写 E1
E2 E3
丙酮酸脱氢酶 二氢硫辛酰胺 乙酰转移酶 二氢硫辛酰胺 脱氢酶
辅基 TPP
硫辛酰胺 FAD
催化反应
丙酮酸氧化脱羧 将乙酰基转移到 CoA 将还原型硫辛酰胺 转变为氧化型
4个亚基
二氢硫辛酸转乙酰酶：24个亚基（3个8聚体）(Science,1992)
F-6-P

PFK2
果糖-2，6-二磷酸酶
F-2,6-2P


磷酸果糖激酶-2(PFK-2 或FBPase-2) 双功能酶 受胰高血糖素的调控
⑶ 丙酮酸激酶的调控
控制糖酵解的出口

果糖1，6-二磷酸:别构激活
起活化作用，与磷酸果糖激酶协调，加速酵解。
前馈激活（feed-forward activation）

ATP:别构抑制 丙氨酸:别构抑制

丙酮酸转氨生成，表示生物合成过剩。
2 柠檬酸循环
2.1 柠檬酸循环途径
2.1.1 基本概念
柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环 tricarboxylic acid cycle，TCA循环，Krebs循环） 在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为 CO2和水，同时释放能量。

线粒体基质。
加入2C以2个CO2释放，参与反应的物质没减少。 消耗了两个水。 共有4步脱氢反应,生成3个NADH 和1个FADH2 进 入呼吸链。




柠檬酸循环严格需氧。
从乙酰CoA开始
（7） （4），（6），（10） （8）
GTP 3NADH 1FADH2
1ATP 3×2.5ATP 1.5ATP 10ATP
NADH要进入线粒体经过甘油磷酸穿梭系统 , 共产生5个ATP。
1.4 糖酵解的调控

三个不可逆反应:
己糖激酶 磷酸果糖激酶 丙酮酸激酶
⑴ 己糖激酶的调控
控制糖酵解的入口
G
己糖激酶
-
G-6-P
己糖激酶同功酶中除葡萄糖激酶外，都受到葡萄糖-6-磷酸的抑制。
⑵ 磷酸果糖激酶的调控

磷酸果糖激酶(PFK-1 ,Phosphofructokinase-1 ) 糖酵解中最关键的限速酶。
⑻ 3-磷酸甘油酸变成2-磷酸甘油酸

需Mg2+参加。
2,3-bisphosphoglycerate: both a coenzyme and an intermediate
⑼ 2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）
⑽ PEP转变成丙酮酸
第二个底物水平磷酸化 第三个限速步骤，不可逆
实施阶段（The payoff phase of glycolysis）
ADP ATP
ADP ATP
第1阶段： ⑴ 葡萄糖被磷酸化形成6-磷酸葡萄糖（G-6-P）
需ATP供能，第一个限速步骤,不可逆。
由己糖激酶或葡萄糖激酶催化。 己糖激酶：第一个调节酶， 受6-磷酸葡萄糖的别构抑制。
已糖激酶I、II、III

酶的辅助因子: NAD+——VPP FAD ——VB2 辅酶A（CoA）——泛酸 硫胺素焦磷酸（TPP）——VB1 硫辛酰胺——硫辛酸 Mg2+
⑤琥珀酰CoA→琥珀酸

唯一直接产生高能磷酸键的反应（底物磷酸化） 哺乳动物：GTP；植物和细菌：ATP
⑥琥珀酸氧化成延胡索酸
反丁烯二酸 第三个氧化还原反应 丙二酸是很强的竞争性抑制剂
名词解释

糖酵解（glycolysis）
柠檬酸循环（citrate cycle，

三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，TCA循环， Krebs循环）

底物水平磷酸化(substrate
level phosphorylation)
作业题
下册90页: 112页:

2 2，3
思考题

丙酮酸+CO2+ATP+H2O→ 草酰乙酸+ADP+Pi+2H+ 丙酮酸羧化酶:激活剂——乙酰-CoA
3 乙醛酸循环
存在于植物和微 生物中。
P159

草酰乙酸+乙酰CoA → 柠檬酸 → 异柠檬酸 ↓异柠檬酸裂解酶 琥珀酸+乙醛酸 + 乙酰CoA ↓ 苹果酸 ↓ 草酰乙酸
2乙酰CoA+NAD++2H2O →琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+

由英国生化学家Hans Krebs发现
柠檬酸合酶
2.1.2 丙酮酸→乙酰辅酶A
丙酮酸脱氢酶复合体

在线粒体内，不可逆反应

丙酮酸脱氢酶复合体的组成：
丙酮酸脱氢酶（E1） 二氢硫辛酸转乙酰酶（E2） 二氢硫辛酸脱氢酶 （E3）

酶的辅助因子: NAD+——VPP FAD ——VB2 辅酶A（CoA）——泛酸 硫胺素焦磷酸（TPP）——VB1 硫辛酰胺——硫辛酸 Mg2+
第22-23章
糖酵解和柠檬酸循环
1 糖酵解
1.1糖酵解（glycolysis） ：
在无氧条件下，葡萄糖进行分解，形成2分子 丙酮酸并提供能量(ATP)的过程。 它是各种生物细胞中葡萄糖分解产生能量的 共同代谢途径。
糖酵解途径
ADP ATP
动画
ADP ATP

糖酵解:
葡萄糖 + 2ADP + 2Pi +2NAD+ → 2丙酮酸 + 2ATP +2NADH +2H+ + 2H2O 两个阶段：

准备阶段(前5步)：葡萄糖→2个磷酸三碳糖+消耗2ATP 实施阶段(后5步)：2个磷酸三碳糖→2丙酮酸+产生4ATP 场所：细胞质 催化酶：由10种酶催化，关键酶是己糖激酶、磷酸果 糖激酶和丙酮酸激酶。大部分过程中都需要Mg2+。

准备阶段（The preparatory phase of glycolysis）
分布 底物 对G的亲和力 不同组织 G、F等 Km低，亲和力高
葡萄糖激酶
肝脏 G Km高，亲和力低
抑制 用途
受G-6-P抑制 主要用于糖的分解
不受G-6-P抑制 主要用于糖的合成
两方面意义： 糖经磷酸化后容易参与代谢； 保糖机制：磷酸化糖不能透过细胞质膜。
葡萄糖
诱导契合
⑵由6-磷酸葡萄糖异构化成6-磷酸果糖（F-6-P）