生化

第一节乙酰辅酶A的生成

乙酰辅酶A是能源物质代谢的重要中间代谢产物，在体内能源物质代谢中是一个枢纽性的物质。糖、脂肪、蛋白质三大营养物质通过乙酰辅酶A汇聚成一条共同的代谢通路——三羧酸循环和氧化磷酸化，经过这条通路彻底氧化生成二氧化碳和水，释放能量用以ATP的合成。乙酰辅酶A是合成脂肪酸、酮体等能源物质的前体物质，也是合成胆固醇及其衍生物等生理活性物质的前体物质。

一、葡萄糖分解代谢生成乙酰辅酶A

糖是多羟基醛和多羟基酮及其衍生物的总称。人体最重要的单糖是葡萄糖(glucose)，葡萄糖是糖在体内的运输形式；人体最重要的多糖是糖原(glycogen)，糖原是葡萄糖在体内的储存形式；食物中的多糖主要是淀粉(starch)，淀粉由淀粉酶水解为葡萄糖后才能吸收，经血液运往全身各组织被利用或储存。糖的主要生理功能是氧化供能，每克糖彻底氧化可释能16.7 kJ(4kcal)，一般由糖氧化供给的能量约占人体所需总能量的50％～70％。

糖在体内主要的代谢途径示于图5-1-2中，包括：

【糖的有氧氧化】葡萄糖→丙酮酸→乙酰辅酶A→CO2+H2O。此过程在只能有线粒体的细胞中进行，并且必须要有氧气供应。糖的有氧氧化是机体获得ATP的主要途径，1分子葡萄糖彻底氧化为二氧化碳和水可合成30或32分子ATP（过去的理论值为36或38分子ATP 【糖的无氧氧化】葡萄糖→丙酮酸→乳酸。在细胞无线粒体或缺乏氧气时进行，1分子葡萄糖氧化产生2分子乳酸，净合成2分子ATP。此过程产生的乳酸如果积累过多会导致乳酸酸中毒。

【糖的磷酸戊糖途径】葡萄糖→5-磷酸核糖、NADPH。此过程的产物5-磷酸核糖是合成核苷的原料之一，NADPH是细胞内良好的还原剂，为加氢反应提供氢。

【糖原合成】葡萄糖→肝糖原、肌糖原。糖原是机体糖的贮存形式，但由于糖原的贮存需要水的存在，因此贮存量较小，也正因为糖原亲水，所以糖原的利用速度比脂肪快。

【糖转化为脂肪】葡萄糖→乙酰辅酶A→脂肪酸→脂肪。这是糖转化为脂肪的途径，脂肪是机体高度还原的能源贮存形式，疏水，可以大量贮存，但利用速度较慢。

图5-1-2 糖代谢概况

①糖的有氧氧化，如果缺乏氧气或线粒体，则氧化至丙酮酸时还原为乳酸，称糖的无氧氧化（糖酵解）②磷酸戊糖途径，产物5-磷酸核糖是合成核苷的原料③由乙酰辅酶A合成脂肪酸、脂肪和胆固醇④肝脏中葡萄糖输出为血糖⑤肝脏中糖原的合成和分解（一）糖酵解：葡萄糖→丙酮酸

葡萄糖或糖原的葡萄糖单位通过糖酵解途径分解为丙酮酸，这个过程称为糖的无氧分解。由于此过程与酵母菌使糖生醇发酵的过程基本相似，故又称糖酵解(图5-1-3)。反应在胞液中进行，不需要氧气。

图5-1-3 糖酵解概况

①己糖激酶或葡萄糖激酶②磷酸己糖异构酶③5-磷酸果糖激酶-1 ④醛缩酶

⑤磷酸丙糖异构酶⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶⑦磷酸甘油酸激酶⑧磷酸甘油酸变位酶⑨烯醇化酶⑩丙酮酸激酶

缩写符号：G葡萄糖G6P 6-磷酸葡萄糖F-1,6-BP 1,6-二磷酸果糖G3P（GAP）3-磷酸甘油醛DHAP 磷酸二羟丙酮G-1,3-BP 1,3-二磷酸甘油酸3PG 3-磷酸甘油酸2PG 2-磷酸甘油酸PEP磷酸烯醇式丙酮酸

糖酵解的反应过程可分两个阶段：①活化吸能阶段，通过消耗2分子ATP使1分子葡萄糖裂解为2分子3碳糖。②3碳糖氧化释放能量阶段，产生2分子丙酮酸、2分子NADH和4分子ATP。糖酵解过程净产生ATP2分子（图5-1-4）。

图5-1-4 糖酵解过程详细图解

在糖酵解进行过程中，有三种酶催化的反应不可逆，这三个酶称为关键酶，它们使糖酵解由葡萄糖向丙酮酸方向进行。

【己糖激酶】或肝中【葡萄糖激酶】催化葡萄糖磷酸化生成6-磷酸葡萄糖，由ATP提供能量和磷酸基团。这一步反应不仅活化了葡萄糖，使其能进入各种代谢途径，还能捕获进入细胞内的葡萄糖，使之不再透出细胞膜。反应不可逆，反应过程中消耗1分子ATP。己糖激酶或葡萄糖激酶是糖酵解途径的第一个限速酶，其作用特点比较见表5-1-1。

表5-1-1 己糖激酶或葡萄糖激酶作用特点比较

【磷酸果糖激酶-1】催化6-磷酸果糖转变为1,6-二磷酸果糖，这是酵解途径中的第二个磷酸化反应，需要ATP和Mg2+，反应不可逆。磷酸果糖激酶-1是糖酵解过程中最重要的限速酶。此酶为变构酶。柠檬酸、ATP为变构抑制剂，ADP、AMP和 F-1,6-BP等为变构激活剂。胰岛素诱导其生成。

【丙酮酸激酶】催化磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸，磷酸烯醇式丙酮酸的高能磷酸键在催化下转移给ADP生成ATP，自身生成烯醇式丙酮酸后自发转变为丙酮酸。反应不可逆。是糖酵解途径中第二个以底物水平磷酸化方式生成ATP的反应。丙酮酸激酶是糖酵解途径中的又一个限速酶，具有别构酶特性，ATP是其别构抑制剂，ADP是别构激活剂。

在糖酵解过程中有2步反应生成ATP，其一是在磷酸甘油酸激酶催化下将1,3-二磷酸甘油酸分子上的1个高能磷酸键转移给ADP生成ATP；另1个是丙酮酸激酶催化使磷酸烯醇式丙酮酸的高能磷酸键转移给ADP生成ATP。这两步反应的共同点是底物分子都具有高能键，底物分子的高能键转移给ADP生成ATP的方式称为【底物水平磷酸化】。底物水平磷酸化是ATP的生成方式之一，另一种ATP的生成方式是氧化过程中脱下的氢（以NADH和FADH2形式存在）在线粒体中氧化成水的过程中，释放的能量推动ADP与磷酸合成为ATP，这种方式称为【氧化磷酸化】（见本章第二节）。

（二）丙酮酸的去路

糖酵解过程的产物丙酮酸有多种分支去路（图5-1-5）：

图5-1-5 丙酮酸的去路

1．生成乙酰辅酶A：丙酮酸在有氧气和线粒体存在时进入线粒体，经丙酮酸脱氢酶复合体（表5-1-2）催化氧化脱羧产生NADH、CO2和乙酰辅酶A，乙酰辅酶A进入三羧酸循环和氧化磷酸化彻底氧化为CO2和H2O，释放的能量在此过程中可产生大量ATP。这是糖的有氧氧化过程。糖的有氧氧化是机体获得ATP的主要途径。

表5-1-2 丙酮酸脱氢酶复合体的组成

丙酮酸生成乙酰辅酶A的反应是糖有氧氧化过程中重要的不可逆反应（图4-1-14）。丙酮酸脱氢产生NADH+H+，释放的自由能则贮于乙酰辅酶A中。乙酰辅酶A可参与多种代谢途径。

丙酮酸脱氢酶系的多种辅酶中均含有维生素，TPP中含有维生素B1，辅酶A（HSCoA）中含有泛酸，FAD含有维生素B2，NAD+含尼克酰胺（维生素PP）。所以，当这些维生素缺乏，特别是维生素B1缺乏时，丙酮酸及乳酸堆积，能量生成减少，可发生多发性末梢神经炎，严重时可引起典型脚气病。