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1、糖 代 谢 （二）Metabolism of Saccharide第四节第四节糖的有氧氧化糖的有氧氧化 Aerobic Oxidation of Saccharideu 有氧氧化的反应过程 （1）葡萄糖分解成丙酮酸 （2）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA （3）三羧酸循环及氧化磷酸化 u 有氧氧化的生理意义u 有氧氧化的调节u 巴斯德效应糖糖的的有有氧氧氧氧化化(aerobic oxidation)指指在在机机体体氧氧供供充充足足时时，葡葡萄萄糖糖彻彻底底氧氧化化成成H2O和和CO2，并并释释放放出出能能量量的的过过程程。是是机机体体主主要供能方式。要供能方式。n n部位：部位：部位：部位：胞液及
2、线粒体胞液及线粒体胞液及线粒体胞液及线粒体n n概念概念概念概念Question1.1.起点？终点？起点？终点？2.2.关键酶？关键酶？3.3.耗能耗能 or or 产能？多少？产能？多少？一、糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解一、糖有氧氧化的反应过程包括糖酵解途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及途径、丙酮酸氧化脱羧、三羧酸循环及氧化磷酸化氧化磷酸化第一阶段：酵解途径第一阶段：酵解途径 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环 G（Gn）第四阶段：氧化磷酸化第四阶段：氧化磷酸化丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoACO2NADH+H+ FADH2H2O O
3、ATP ADPTAC循环循环 胞液胞液线粒体线粒体糖的有氧氧化概况糖的有氧氧化概况O2O2O2胞液胞液线粒体线粒体6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoATACCO2H+eH2O一、有氧氧化的反应过程 第一阶段：糖酵解途径（胞液）第一阶段：糖酵解途径（胞液） 第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体）第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（线粒体） 第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化第三阶段：三羧酸循环及氧化磷酸化 （线粒体）（线粒体） （一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸（一）葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA NAD+ , HSCoA CO2 , NA
4、DH + H+ 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 n总反应式总反应式: : （二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA n丙酮酸脱氢酶复合体的丙酮酸脱氢酶复合体的组成组成E1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶E2：二氢硫辛酰胺转乙酰酶：二氢硫辛酰胺转乙酰酶E3：二氢硫辛酰胺脱氢酶：二氢硫辛酰胺脱氢酶HSCoANAD+TPP（硫胺素焦磷酸）（硫胺素焦磷酸） 硫辛酸（硫辛酸（ )HSCoAFAD, NAD+SSL酶酶辅酶辅酶n丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：1. 丙丙酮酮酸酸脱脱羧羧形形成成羟羟乙乙基基-TPP，由由丙丙酮酮
5、酸酸脱脱氢氢酶酶催化催化(E1)。 2. 由由二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺转转乙乙酰酰酶酶(E2)催催化化形形成成乙乙酰酰硫硫辛辛酰胺酰胺-E2。3. 二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺转转乙乙酰酰酶酶(E2)催催化化生生成成乙乙酰酰CoA, 同同时使硫辛酰胺上的二硫键还原为时使硫辛酰胺上的二硫键还原为2个巯基。个巯基。4. 二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺脱脱氢氢酶酶(E3)使使还还原原的的二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺脱氢，同时将氢传递给脱氢，同时将氢传递给FAD。5. 在在二二氢氢硫硫辛辛酰酰胺胺脱脱氢氢酶酶(E3)催催化化下下，将将FADH2上上的的H转移给转移给NAD+，形成，形成NADH+H+。CO2 CoA
6、SHNAD+NADH+H+5. NADH+H+的生成的生成1. -羟乙基羟乙基-TPP的生成的生成 2.乙酰硫辛酰乙酰硫辛酰胺的生成胺的生成 3.乙酰乙酰CoA的生成的生成4. 硫辛酰胺的生成硫辛酰胺的生成 三三羧羧酸酸循循环环(Tricarboxylic Acid Cycle, TAC)也也称称为为柠柠檬檬酸酸循循环环，这这是是因因为为循循环环反反应应中中的的第第一一个个中中间间产产物物是是一一个个含含三三个个羧羧基基的的柠柠檬檬酸酸。由由于于Krebs正正式式提提出出了了三三羧羧酸酸循循环环的的学学说说，故故此此循循环环又又称为称为Krebs循环循环，它由一连串反应组成。，它由一连串反应组
7、成。二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为二、三羧酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统起始物的循环反应系统n概述概述n反应部位：反应部位：线粒体线粒体（一）（一）TAC循环由循环由8步代谢反应组成步代谢反应组成1.乙酰乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸 2.柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 3.异柠檬酸氧化脱羧转变为异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸酮戊二酸 4.-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 5.琥珀酰琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应合成酶催化底物水平磷酸化反应 6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸
8、 7.延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸加水生成苹果酸 8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸 CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶酶复合体复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶总反应方程式乙酰CoA + 3NAD+ +
9、 FAD + GDP + Pi + 2H2O 2CO2 +3NADH +3H+ +FADH2 +GTP +HSCoAGTPGDPATPADP 三羧酸循环的要点三羧酸循环的要点 一次底物水平磷酸化（一次底物水平磷酸化（1分子分子GTP） 二次脱羧（二次脱羧（2分子分子CO2） 三次不可逆反应三次不可逆反应 关键酶有：关键酶有：柠檬酸合酶柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 四次脱氢四次脱氢 (1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+ )n小结：小结：三三羧羧酸酸循循环环的的概概念念：指指乙乙酰酰CoA和和草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合生生成成含含三
10、三个个羧羧基基的的柠柠檬檬酸酸，反反复复的的进进行行脱脱氢氢脱脱羧羧，又又生生成成草草酰酰乙乙酸酸，再再重重复复循循环环反反应的过程。应的过程。TAC过程的反应部位过程的反应部位是线粒体。是线粒体。经过一次三羧酸循环，经过一次三羧酸循环，l消耗一分子乙酰消耗一分子乙酰CoA；l经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化；经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化；l生成生成1分子分子FADH2，3分子分子NADH+H+，2分子分子CO2， 1分子分子GTP；l关键酶有：关键酶有：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，-酮酮戊二酸脱氢酶复合体。戊二酸脱氢酶复合体。整个循环反应为不可
11、逆反应。整个循环反应为不可逆反应。三羧酸循环的要点：三羧酸循环的要点：三三羧羧酸酸循循环环中中间间产产物物起起催催化化剂剂的的作作用用，本本身身无无量量的的变变化化，不不可可能能通通过过三三羧羧酸酸循循环环直直接接从从乙乙酰酰CoA合合成成草草酰酰乙乙酸酸或或三三羧羧酸酸循循环环中中其其他他产产物物，同同样样中中间间产产物物也也不不能能直直接接在在三三羧羧酸循环中被氧化为酸循环中被氧化为CO2及及H2O。三羧酸循环的中间产物：三羧酸循环的中间产物：表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰表面上看来，三羧酸循环运转必不可少的草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，它可被反复利乙酸在三羧酸循环中是不会
12、消耗的，它可被反复利用。实际上：用。实际上：例如：例如： 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 柠檬酸柠檬酸 脂肪酸脂肪酸 琥珀酰琥珀酰CoA 卟啉卟啉 .机机体体内内各各种种物物质质代代谢谢之之间间是是彼彼此此联联系系、相相互互配配合合的的，TAC中中的的某某些些中中间间代代谢谢物物能能够够转转变变合合成成其其他他物物质质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 .机机体体糖糖供供不不足足时时，可可能能引引起起TAC运运转转障障碍碍，这这时时苹苹果果酸酸、草草酰酰乙乙酸酸可可脱脱羧羧生生成成丙丙酮酮酸酸，再再进进一步生成乙酰一
13、步生成乙酰CoA进入进入TAC氧化分解。氧化分解。 草酰乙酸草酰乙酸 草酰乙酸脱羧酶草酰乙酸脱羧酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 苹果酸苹果酸 苹果酸酶苹果酸酶 丙酮酸丙酮酸 CO2 NAD+ NADH + H+ 所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。所以，草酰乙酸必须不断被更新补充。草草酰酰乙乙酸酸 柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸裂解酶裂解酶裂解酶裂解酶乙酰乙酰CoA 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶羧化酶羧化酶CO2 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶NADH+H+ NAD+ 天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷草转氨酶
14、谷草转氨酶谷草转氨酶谷草转氨酶-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 草酰乙酸的来源如下：草酰乙酸的来源如下：三羧酸循环的生理意义 是三大营养物质氧化分解的共同途径； 是三大营养物质代谢联系的枢纽； 为其它物质代谢提供小分子前体； 为呼吸链提供H+ + e。二、有氧氧化的调节二、有氧氧化的调节关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径：己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：柠檬酸合酶柠檬酸合酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体（一）丙酮酸脱氢酶
15、复合体的调节（一）丙酮酸脱氢酶复合体的调节别构调节别构调节别构抑制剂：乙酰别构抑制剂：乙酰CoA；NADH；ATP别构激活剂：别构激活剂：AMP；ADP；NAD+乙酰乙酰CoA / HSCoA 或或 NADH / NAD+ 时，时，其活性也受到抑制。这两种情况见于饥饿、大量其活性也受到抑制。这两种情况见于饥饿、大量脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，脂酸被动员利用时，这时糖的有氧氧化被抑制，大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑大多数组织器官利用脂酸作为能量来源以确保脑等重要组织对葡萄糖的需要。等重要组织对葡萄糖的需要。 共价修饰调节共价修饰调节（二）（二）TAC循环受底物、产物和关
16、键酶活性循环受底物、产物和关键酶活性的调节的调节TAC循循环环主主要要受受其其底底物物、产产物物、关关键键酶酶活活性性3种因素的调控。种因素的调控。TAC循循环环的的速速率率和和流流量量主主要要受受3种种因因素素的的调调控控：底底物物的的供供应应量量，催催化化循循环环最最初初几几步步反反应应酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。1TAC循环中有循环中有3个关键酶个关键酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果
17、酸苹果酸 NADH FADH2 GTP ATP 异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶-酮戊二酸脱酮戊二酸脱氢酶复合体氢酶复合体ATP +ADP ADP +ATP 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰琥珀酰CoA NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+ ATP、ADP的影响的影响 产物堆积引起抑制产物堆积引起抑制循循环环中中后后续续反反应应中中间间产产物物别别位位反反馈馈抑抑制制前前面面反反应应中的酶中的酶其他，如其他，如Ca2+可可激活许多酶激活许多酶2TAC循环与上游和下游反应协调循环与上游和下游反应协调在在正正常常情情况况下下，（糖糖）酵酵解解途途径径和和TAC循循环环
18、的的速速度度是是相相协协调调的的。这这种种协协调调不不仅仅通通过过高高浓浓度度的的ATP、NADH的的抑抑制制作作用用，亦亦通通过过柠柠檬檬酸酸对磷酸果糖激酶对磷酸果糖激酶-1的别构抑制作用而实现。的别构抑制作用而实现。 氧氧化化磷磷酸酸化化的的速速率率对对TAC循循环环的的运运转转也也起起着着非常重要的作用。非常重要的作用。 有氧氧化的调节特点有氧氧化的调节特点 有氧氧化的调节通过对其有氧氧化的调节通过对其关键酶关键酶的调节实现。的调节实现。 ATP/ADP或或ATP/AMP比值全程调节。该比值比值全程调节。该比值升高，所有关键酶均被抑制。升高，所有关键酶均被抑制。 氧化磷酸化速率影响三羧酸
19、循环。前者速率降氧化磷酸化速率影响三羧酸循环。前者速率降低，则后者速率也减慢。低，则后者速率也减慢。 三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环三羧酸循环与酵解途径互相协调。三羧酸循环需要多少乙酰需要多少乙酰CoA，则酵解途径相应产生多少，则酵解途径相应产生多少丙酮酸以生成乙酰丙酮酸以生成乙酰CoA。2ADPATP+AMP腺苷酸激酶腺苷酸激酶体体内内ATP浓浓度度是是AMP的的50倍倍，经经上上述述反反应应后后，ATP/AMP变变动动比比ATP变变动动大大，有有信信号号放放大大作用，从而发挥有效的调节作用。作用，从而发挥有效的调节作用。有氧氧化全过程中许多酶的活性都受细胞内有氧氧化全过程中许多酶
20、的活性都受细胞内ATP/ADP或或ATP/AMP比率的影响，因而能得以比率的影响，因而能得以协调。协调。三、有氧氧化的生理意义 糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径。它不仅产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成ATP，所以能量的利用率也高。H+ + e 进入进入呼吸链呼吸链彻底氧化生成彻底氧化生成H2O 的同的同时时ADP偶联磷酸化生成偶联磷酸化生成ATP。NADH+H+ H2O、2.5ATP O H2O、1.5ATP FADH2 O 有氧氧化有氧氧化生成的生成的ATP反反 应辅 酶酶最最终获得得ATPATP第一阶段（胞浆）第一阶段（胞浆）葡糖糖葡糖糖6-磷酸葡糖糖磷酸葡糖糖
21、-16-磷酸果糖磷酸果糖1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖-1 23-磷酸甘油醛磷酸甘油醛21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸2NADH3或或5*21,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸23-磷酸甘油酸磷酸甘油酸22磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸2丙酮酸丙酮酸2第二阶段（线粒体基质）第二阶段（线粒体基质）2丙酮酸丙酮酸2乙酰乙酰CoA2NADH5第三阶段（线粒体基质）第三阶段（线粒体基质）2异柠檬酸异柠檬酸2-酮戊二酸酮戊二酸2-酮戊二酸酮戊二酸2琥珀酰琥珀酰CoA2琥珀酰琥珀酰CoA2琥珀酸琥珀酸2琥珀酸琥珀酸2延胡索酸延胡索酸2苹果酸苹果酸2草酰乙酸草酰乙酸2NADH2NADH2FADH2 2NADH
22、55235由一个葡糖糖由一个葡糖糖总共共获得得30或或32*取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制取决于还原当量进入线粒体的穿梭机制糖的有氧氧化是机体糖的有氧氧化是机体产能最主要的途径产能最主要的途径。它不。它不仅仅产能效率高产能效率高，而且由于产生的能量逐步分次，而且由于产生的能量逐步分次释放，相当一部分形成释放，相当一部分形成ATP，所以，所以能量的利用能量的利用率也高率也高。糖酵解与有氧氧化的储能效率糖酵解： 1G1G +2ADP+2Pi 2 2乳酸乳酸 +2ATP+2H2O G0 - 47kcal/mol （每mol ATP储能7.3kcal） 储能效率=2 7.3 / 47= 31%提问
23、提问：其余能量何处去？：其余能量何处去？答案答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。有氧氧化：有氧氧化：C6H12O6 + 3032ADP + 3032Pi6O2 3032ATP + 6CO244 H2O G0 -679kcal/mol 储能效率储能效率=32 (30)7.3/679= 34.4%（32.3%)Question1.1.起点？终点？起点？终点？ 葡萄糖葡萄糖COCO2 2、H H2 2O O2. 2. 关键酶？关键酶？ 己糖激酶、己糖激酶、 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶、丙酮酸脱、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬
24、酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、氢酶复合体、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、-酮戊二酮戊二酸脱氢酶复合体酸脱氢酶复合体3. 3. 耗能耗能 or or 产能？多少？产能？多少？ 一个葡萄糖获得一个葡萄糖获得30 or 3230 or 32个个ATPATP四、巴斯德效应是指糖有氧氧化四、巴斯德效应是指糖有氧氧化抑制糖酵解的现象抑制糖酵解的现象 n概念概念n机制机制有氧时，有氧时，NADH+H+进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线进入线粒体内氧化，丙酮酸进入线粒体进一步氧化而不生成乳酸粒体进一步氧化而不生成乳酸;缺氧时，缺氧时，NADH+H+不能被氧化，丙酮酸作为氢接受体不能被氧化，丙酮酸作为氢接受体生成乳酸。氧化
25、磷酸化受阻，生成乳酸。氧化磷酸化受阻，ADP/ATP比例升高，酶活比例升高，酶活性增强，酵解途径加强性增强，酵解途径加强 。巴斯德效应巴斯德效应(Pastuer effect) 指有氧氧化抑指有氧氧化抑制糖酵解的现象。制糖酵解的现象。糖的有氧氧化与糖酵解的比较机体产能的主要方式机体产能的主要方式生理意义生理意义糖酵解关键酶加上丙酮酸脱氢糖酵解关键酶加上丙酮酸脱氢酶复合体，柠檬酸合酶，异柠酶复合体，柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，檬酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酮戊二酸脱氢酶复合体酶复合体关键酶关键酶1mol葡萄糖净生成葡萄糖净生成3032molATP产能产能糖原、葡萄糖糖原、葡萄糖H2O+CO2底物产物底物产物有氧有氧需氧条件需氧条件胞液，线粒体胞液，线粒体反应部位反应部位有氧氧化有氧氧化迅速供能迅速供能6-磷酸果糖激磷酸果糖激-1,己糖激酶己糖激酶,丙酮酸激酶丙酮酸激酶1mol葡萄糖净生成葡萄糖净生成2molATP糖原、葡萄糖糖原、葡萄糖乳酸乳酸无氧或缺氧无氧或缺氧胞液胞液糖酵解糖酵解1. 糖的有氧氧化概念糖的有氧氧化概念2. 有氧氧化的基本反应过程、关键酶有氧氧化的基本反应过程、关键酶3. ATP生成及生理意义；生成及生理意义；【掌握掌握】1糖的有氧氧化的调节糖的有氧氧化的调节2巴斯德效应的概念巴斯德效应的概念【熟悉熟悉】本节要求本节要求
