糖酵解三羧酸循环最全总结Word下载.docx

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（一）糖酵解的化学历程

　　糖酵解途径（图5-3）可分为下列几个阶段：

　　图5-3糖酵解途径

　　1.己糖的活化（1～9）是糖酵解的起始阶段。

己糖在己糖激酶作用下，消耗两个ATP逐步转化成果糖-1，6二磷酸（F-1，6-BP）。

　　如以淀粉作为底物，首先淀粉被降解为葡萄糖。

淀粉降解涉及到多种酶的催化作用，其中，除淀粉磷酸化酶（starchphosphorylase）是一种葡萄糖基转移酶外，其余都是水解酶类，如α-淀粉酶（α-amylase）、β-淀粉酶（β-amylase）、脱支酶（debranchingenzyme）、麦芽糖酶（maltase）等。

　　2.己糖裂解（10～11）即F-1，6-BP在醛缩酶作用下形成甘油醛-3-磷酸和二羟丙酮磷酸，后者在异构酶（isomerase）作用下可变为甘油醛-3-磷酸。

　　3.丙糖氧化（12～16）甘油醛-3-磷酸氧化脱氢形成磷酸甘油酸，产生1个ATP和1个NADH，同时释放能量。

然后，磷酸甘油酸经脱水、脱磷酸形成丙酮酸，并产生1个ATP，这一过程分步完成，有烯醇化酶和丙酮酸激酶参与反应。

　　糖酵解过程中糖的氧化分解是在没有分子氧的参与下进行的，其氧化作用所需要的氧来自水分子和被氧化的糖分子。

　　在糖酵解过程中，每1mol葡萄糖产生2mol丙酮酸时，净产生2molATP和2molNADH+H+。

　　根据图5-3，糖酵解的总反应可归纳为：

　　C6H12O6+2NAD++2ADP+2H3PO4→2CH3COCOOH+2NADH+2H++2ATP（5-4）

（二）糖酵解的生理意义

　　1.糖酵解普遍存在于生物体中，是有氧呼吸和无氧呼吸途径的共同部分。

　　2.糖酵解的产物丙酮酸的化学性质十分活跃，可以通过各种代谢途径，生成不同的物质（图5-4）。

　　图5-4丙酮酸在呼吸和物质转化中的作用

　　3.通过糖酵解，生物体可获得生命活动所需的部分能量。

对于厌氧生物来说，糖酵解是糖分解和获取能量的主要方式。

　　4.糖酵解途径中，除了由己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶等所催化的反应以外，多数反应均可逆转，这就为糖异生作用提供了基本途径。

二、发酵作用

　　生物体中重要的发酵作用有酒精发酵和乳酸发酵。

在酒精发酵（alcoholfermentation）过程中,糖类经过糖酵解生成丙酮酸。

然后,丙酮酸先在丙酮酸脱羧酶（pyruvicaciddecarboxylase）作用下脱羧生成乙醛。

　　CH3COCOOH→CO2＋CH3CHO（5-5）

　　乙醛再在乙醇脱氢酶（alcoholdehydrogenase）的作用下，被还原为乙醇。

　　CH3CHO＋NADH＋H+→CH3CH2OH＋NAD+（5-6）

　　在缺少丙酮酸脱羧酶而含有乳酸脱氢酶（lacticaciddehydrogenase）的组织里，丙酮酸便被NADH还原为乳酸，即乳酸发酵（lactatefermentation）。

　　CH3COCOOH＋NADH＋H+→CH3CHOHCOOH＋NAD+（5-7）

　　在无氧条件下，通过酒精发酵或乳酸发酵，实现了NAD+的再生，这就使糖酵解得以继续进行。

　　无氧呼吸过程中形成乙醇或乳酸所需的NADH＋H+，一般来自于糖酵解。

因此，当植物进行无氧呼吸时，糖酵解过程中形成的2分子NADH＋H+就会被消耗掉（图5-5），这样每分子葡萄糖在发酵时，只净生成2分子ATP，葡萄糖中的大部分能量仍保存在乳酸或乙醇分子中。

可见，发酵作用能量利用效率低，有机物耗损大，依赖无氧呼吸不可能长期维持细胞的生命活动，而且发酵产物的产生和累积，对细胞原生质有毒害作用。

如酒精累积过多，会破坏细胞的膜结构；

若酸性的发酵产物累积量超过细胞本身的缓冲能力，也会引起细胞酸中毒。

　　图5-5NAD+与NADH的周转与丙酮酸还原之间的关系

三、三羧酸循环

　　糖酵解的最终产物丙酮酸，在有氧条件下进入线粒体，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环逐步脱羧脱氢，彻底氧化分解,这一过程称为三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle，TCAC）。

这个循环是英国生物化学家克雷布斯首先发现的，所以又名Krebs循环（Krebscycle）。

1937年他提出了一个环式反应来解释鸽子胸肌内的丙酮酸是如何分解的，并把这一途径称为柠檬酸循环（citricacidcycle），因为柠檬酸是其中的一个重要中间产物。

TCA循环普遍存在于动物、植物、微生物细胞中，是在线粒体基质中进行的。

TCA循环的起始底物乙酰CoA不仅是糖代谢的中间产物，也是脂肪酸和某些氨基酸的代谢产物。

因此，TCA循环是糖、脂肪、蛋白质三大类物质的共同氧化途径。

（一）三羧酸循环的化学历程

　　TCA循环共有9步反应（图5-6）。

　　1.反应

（1）丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧生成乙酰CoA，这是连结EMP与TCAC的纽带。

　　丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvicaciddehydrogenasecomplex）是由3种酶组成的复合体，含有6种辅助因子。

这3种酶是：

丙酮酸脱羧酶（pyruvicaciddecarboxylase）、二氢硫辛酸乙酰基转移酶（dihydrolipoyltransacetylase）、二氢硫辛酸脱氢酶（dihydrolipoicaciddehydrogenase）。

6种辅助因子。

6种辅助因子分别是硫胺素焦磷酸（thiaminepyrophosphate,TPP）、辅酶A（coenzymeA）、硫辛酸（lipoicacid）、FAD（flavinadeninedinucleotide）、NAD+（nicotinamideadeninedinucleotide）和Mg2+。

　　图5-6三羧酸循环的反应过程

　　上述反应中从底物上脱下的氢是经FAD→FADH2传到NAD+再生成NADH＋H+。

　　2.反应

（2）乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化下与草酰乙酸缩合为柠檬酸，并释放CoASH，此反应为放能反应（△G°

，＝·

mol-1）。

　　3.反应（3）由顺乌头酸酶催化柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸。

　　4.反应（4）在异柠檬酸脱氢酶催化下，异柠檬酸脱氢生成NADH，其中间产物草酰琥珀酸是一个不稳定的β-酮酸，与酶结合即脱羧形成α-酮戊二酸。

　　5.反应（5）α酮戊二酸在α酮戊二酸脱氢酶复合体催化下形成琥珀酰辅酶A和NADH，并释放CO2。

　　α酮戊二酸脱氢酶复合体是由α酮戊二酸脱羧酶（α-ketoglutaricaciddecarboxylase）、二氢硫辛酸琥珀酰基转移酶（dihydrolipoyltranssuccinylase）及二氢硫辛酸脱氢酶所组成的，含有6种辅助因子：

TPP、NAD+、辅酶A、FAD、硫辛酸及Mg2+。

该反应不可逆。

　　6.反应（6）含有高能硫酯键的琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶催化下，利用硫酯键水解释放的能量，使ADP磷酸化成ATP。

该反应是TCA循环中唯一的一次底物水平磷酸化，即由高能化合物水解，放出能量直接形成ATP的磷酸化作用。

　　7.反应（7）琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化下，脱氢氧化生成延胡索酸，脱下的氢生成FADH2。

丙二酸、戊二酸与琥珀酸的结构相似，是琥珀酸脱氢酶特异的竞争性抑制剂。

　　8.反应（8）延胡索酸经延胡索酸酶催化加水生成苹果酸。

　　9.反应（9）苹果酸在苹果酸脱氢酶的催化下氧化脱氢生成草酰乙酸和NADH。

草酰乙酸又可重新接受进入循环的乙酰CoA，再次生成柠檬酸，开始新一轮TCA循环。

　　TCA循环的总反应式为：

CH3COCOOH+4NAD+＋FAD＋ADP＋Pi＋2H2O3CO2+4NADH＋4H+＋FADH2＋ATP（5-8）

（二）三羧酸循环的回补机制

　　TCA循环中某些中间产物是合成许多重要有机物的前体。

例如草酰乙酸和α酮戊二酸分别是天冬氨酸和谷氨酸合成的碳架，延胡索酸是苯丙氨酸和酪氨酸合成的前体，琥珀酰CoA是卟啉环合成的碳架。

如果TCA循环的中间产物大量消耗于有机物的合成，就会影响TCA循环的正常运行，因此必须有其他的途径不断地补充，这称之为TCA循环的回补机制（replenishingmechanism）。

主要有三条回补途径：

　　1.丙酮酸的羧化丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸。

　　Pyr＋CO2＋H2O＋ATPOAA+ADP+Pi（5-9）

　　丙酮酸羧化酶的活性平时较低，当草酰乙酸不足时，由于乙酰CoA的累积可提高该酶活性。

这是动物中最重要的回补反应。

　　的羧化作用在糖酵解中形成的PEP不转变为丙酮酸，而是在PEP羧化激酶作用下形成草酰乙酸，草酰乙酸再被还原为苹果酸，苹果酸经线粒体内膜上的二羧酸传递体与Pi进行电中性的交换，进入线粒体基质，可直接进入TCA循环；

苹果酸也可在苹果酸酶的作用下脱羧形成丙酮酸，再进入TCA循环都可起到补充草酰乙酸的作用。

这一回补反应存在于高等植物、酵母和细菌中，动物中不存在。

　　PEP＋CO2＋H2O→OAA+Pi（5-10）

　　3.天冬氨酸的转氨作用天冬氨酸和α酮戊二酸在转氨酶作用下可形成草酰乙酸和谷氨酸：

　　ASP＋α-酮戊二酸OAA+Glu（5-11）

　　通过以上这些回补反应，保证有适量的草酰乙酸供TCA循环的正常运转。

　　（三）三羧酸循环的特点和生理意义

　　1.在TCA循环中底物（含丙酮酸）脱下5对氢原子，其中4对氢在丙酮酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸氧化脱羧和苹果酸氧化时用以还原NAD+，一对氢在琥珀酸氧化时用以还原FAD。

生成的NADH和FADH2，经呼吸链将H+和电子传给O2生成H2O,同时偶联氧化磷酸化生成ATP。

此外，由琥珀酰CoA形成琥珀酸时通过底物水平磷酸化生成ATP。

因而，TCA循环是生物体利用糖或其它物质氧化获得能量的有效途径。

　　2.乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个碳原子进入循环。

在两次脱羧反应中，两个碳原子以CO2的形式离开循环，加上丙酮酸脱羧反应中释放的CO2，这就是有氧呼吸释放CO2的来源，当外界环境中二氧化碳浓度增高时，脱羧反应减慢，呼吸作用就减弱。

TCA循环中释放的CO2中的氧，不是直接来自空气中的氧，而是来自被氧化的底物和水中的氧。

　　3.在每次循环中消耗2分子H2O。

一分子用于柠檬酸的合成，另一分子用于延胡索酸加水生成苹果酸。

水的加入相当于向中间产物注入了氧原子，促进了还原性碳原子的氧化。

　　循环中并没有分子氧的直接参与，但该循环必须在有氧条件下才能进行，因为只有氧的存在，才能使NAD+和FAD在线粒体中再生，否则TCA循环就会受阻。

　　5.该循环既是糖、脂肪、蛋白彻底氧化分解的共同途径；

又可通过代谢中间产物与其他代谢途径发生联系和相互转变。

四、戊糖磷酸途径

　　20世纪50年代初的研究发现EMP-TCAC途径并不是高等植