生物化学讲义7.docx

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生物化学讲义7

第七章糖代谢（10学时）

第一节概述

糖是一类化学本质为多羟醛或多羟酮及其衍生物的有机化合物。

在人体内糖的主要形式是葡萄糖

（glucose，Glc）及糖原（glycogen，Gn）。

葡萄糖是糖在血液中的运输形式，在机体糖代谢中占据主要地位；糖原是葡萄糖的多聚体,包括肝糖原、肌糖原和肾糖原等，是糖在体内的储存形式。

葡萄糖与糖原都能在体内氧化提供能量。

食物中的糖是机体中糖的主要来源，被人体摄入经消化成单糖吸收后，经血液运输到各组织细胞进行合成代谢和分解代谢。

机体内糖的代谢途径主要有葡萄糖的无氧酵解、有氧氧化、磷酸戊糖途径、糖原合成与糖原分解、糖异生以及其他己糖代谢等。

本章重点介绍葡萄糖在机体中血糖浓度动态平衡的维持和前五种主要代谢的途径、生理意义及其调节。

一、糖的主要生理功能

①氧化供能：

糖类占人体全部供能的70%。

（1g糖可提供约16.7kJ的能量）

②构成组织细胞的基本成分：

核糖:

构成核酸；糖脂:

生物膜成分

③转变为体内的其它成分：

转变为脂肪；转变为非必需氨基酸一、糖酵解

二、糖的消化吸收

食物中的糖主要是淀粉，另外包括一些双糖及单糖。

多糖及双糖都必须经过酶的催化水解成单糖才能被吸收。

食物中的淀粉经唾液中的α淀粉酶作用，催化淀粉中α-1，4-糖苷键的水解，产物是葡萄糖、麦芽糖、麦芽寡糖及糊精。

淀粉的主要消化部位在小肠。

糖被消化成单糖后的主要吸收部位是小肠上段，己糖尤其是葡萄糖被小肠上皮细胞摄取是一个依赖Na+的耗能的主动摄取过程，这个过程的能量是由Na+的浓度梯度（化学势能）提供的，它足以将葡萄糖从低浓度转运到高浓度。

当小肠上皮细胞内的葡萄糖浓度增高到一定程度，葡萄糖经小肠上皮细胞单向葡萄糖转运体（unidirectionalglucosetransporter）顺浓度梯度被动扩散到血液中。

三、糖代谢

是指葡萄糖在体内的复杂化学反应，葡萄糖吸收入血后，依赖一类葡萄糖转运体（glucosetransporter,GLUT）而进入细胞内代谢。

第一节糖的无氧酵解（糖酵解）

当机体处于相对缺氧情况（如剧烈运动）时，葡萄糖或糖原分解生成乳酸和少量ATP的过程称之为糖

的无氧酵解。

这个代谢过程常见于运动时的骨骼肌，因与酵母的生醇发酵非常相似，故又称为糖酵解。

糖的无氧酵解途径，亦称为EMP途径。

因Meyerhof（M）、Embden（E）和Parnaas（P）的工作对阐明糖酵解的关键步骤起着直接重要的作用，因此酵解途径也被称为MEP途径。

反应过程：

参与糖酵解反应的一系列酶存在在细胞质中，因此糖酵解的全部反应过程均在细胞质中进行。

根据反应特点，可将整个过程分为三个阶段，十步反应。

（一）糖酵解过程（Embden-MeyerhofPathway，EMP）

1.活化阶段

（1）葡萄糖磷酸化形成G-6-P

此反应基本不可逆，调节位点。

以G-6-P形式将Glc限制在细胞内。

催化此反应的激酶有，已糖激酶和葡萄糖激酶。

已糖激酶：

专一性不强。

己糖激酶是酵解途径中第一个调节酶，被产物G-6-P强烈地别构抑制。

葡萄糖激酶：

对Glc有专一活性，存在于肝脏中，不被G-6-P抑制。

Glc激酶是一个诱导酶，由胰岛素促使合成，

肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1mmol/L，而肝中Glc激酶对Glc的Km为10mmol/L，因此，平时细胞内Glc浓度为5mmol/L时，已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。

进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶将Glc转化成G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。

（2）G-6-P异构化为F-6-P

此反应由磷酸Glc异构酶催化，将葡萄糖的羰基C由C1移至C2，为C1位磷酸化作准备，同时保证C2上有羰基存在，这对分子的β断裂，形成三碳物是必需的。

（3）F-6-P磷酸化，生成F-1.6-2P

此反应在体内不可逆，调节位点，由磷酸果糖激酶催化。

磷酸果糖激酶既是酵解途径的限速酶，又是酵解途径的第二个调节酶。

2.裂解阶段

（4）F-1.6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）

该反应在热力学上不利，但是，由于具有非常大的△G0负值的F-1.6-2P的形成及后续甘油醛-3-磷酸氧化的放能性质，促使反应正向进行。

同时在生理环境中，3-磷酸甘油醛不断转化成丙酮酸，驱动反应向右进行。

（5）磷酸二羟丙酮（DHAP）异构化成3-磷酸甘油醛

由磷酸丙糖异构酶催化。

已糖转化成3-磷酸甘油醛后，C原子编号变化：

F-1.6-2P的C1-P、C6-P都变成了3-磷酸甘油醛的C3-P。

3.放能阶段

（6）3-磷酸甘油醛氧化成1.3—二磷酸甘油酸（高能化合物）和NADH+H+

由磷酸甘油醛脱氢酶催化。

此反应既是氧化反应，又是磷酸化反应，氧化反应的能量驱动磷酸化反应的进行。

碘乙酸可与酶的-SH结合，抑制此酶活性，砷酸能与磷酸底物竞争，使氧化作用与磷酸化作用解偶连（生成3-磷酸甘油酸）。

（7）1．3-二磷酸甘油酸转化成3-磷酸甘油酸和ATP

由磷酸甘油酸激酶催化，是酵解过程中的第一次底物水平磷酸化反应，也是酵解中第一次产生ATP的反应。

一分子Glc产生二分子三碳糖，共产生2ATP。

（8）3-磷酸甘油酸转化成2-磷酸甘油酸

磷酸甘油酸变位酶催化，磷酰基从C3移至C2。

（9）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸（phosphoenolpyruvate，PEP）（高能化合物）

2-磷酸甘油酸中磷脂键是一个低能键（△G=-17.6Kj/mol）而磷酸烯醇式丙酮酸中的磷酰烯醇键是高能键（△G=-62.1Kj/mol），因此，这一步反应显著提高了磷酰基的转移势能。

（10）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸。

不可逆，调节位点。

由丙酮酸激酶催化，丙酮酸激酶是酵解途径的第三个调节酶，这是酵解途径中的第二次底物水平磷酸化反应，磷酸烯醇式丙酮酸将磷酰基转移给ADP，生成ATP和丙酮酸。

这是无氧酵解过程第二次生成ATP，产生方式也是底物水平磷酸化。

由于是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，所以在这一过程中，1分子葡萄糖可产生2分子ATP。

（11）EMP总反应式

1葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+→2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H++2H2O

（二）2分子丙酮酸还原为2分子乳酸

在无氧条件下，丙酮酸被还原为乳酸。

此反应由乳酸脱氢酶催化，乳酸脱氢酶有多种同工酶（详见第四章），骨骼肌中主要含有LDH5，它和丙酮酸亲和力较高，有利于丙酮酸还原为乳酸，LDH5的辅酶是NAD+。

还原反应所需的NADH+H+是3-磷酸甘油醛脱氢时产生，作为供氢体脱氢后成为NAD+，再作为3-磷酸甘油醛脱氢酶的辅酶。

因此，NAD+来回穿梭，起着递氢作用，使无氧酵解过程持续进行。

在有氧的条件下，3-磷酸甘油醛脱氢产生的NADH+H+从细胞质中通过穿梭系统进入线粒体经电子传递链传递生成水，同时释放出能量（详见“第八章”）。

（三）糖酵解过程的能量变化

1分子葡萄糖在缺氧的条件下转变为2分子乳酸，同时伴随着能量的产生，净产生2分子ATP；糖原开始1分子葡萄糖单位糖酵解成乳酸，净产生3分子ATP。

（四）糖酵解的生理意义

（1）主要的生理功能是在缺氧时迅速提供能量

（2）正常情况下为一些细胞提供部分能量

（3）糖酵解是糖有氧氧化的前段过程，其一些中间代谢物是脂类、氨基酸等合成的前体。

（五）糖酵解的调节

1.已糖激酶调节

别构抑制剂（负效应调节物）：

G-6-P和ATP；别构激活剂（正效应调节物）：

ADP。

2.磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）

抑制剂：

ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+，激活剂：

AMP、F-2.6-2P；ATP。

细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。

高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。

3.丙酮酸激酶调节

抑制剂：

乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala、ATP；激活剂：

F-1.6-P。

共价修饰调节：

（六）丙酮酸的去路

1.进入三羧酸循环

2.生成乳酸

在厌氧酵解时（乳酸菌、剧烈运动的肌肉），丙酮酸接受了3-磷酸甘油醛脱氢酶生成的NADH上的氢，在乳酸脱氢酶催化下，生成乳酸。

总反应：

Glc+2ADP+2Pi→2乳酸+2ATP+2H2O

动物体内的乳酸循环（Cori）循环：

肌肉收缩，糖酵解产生乳酸。

乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为Glc，解除乳酸积累引起的中毒。

Cori循环是一个耗能过程：

2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6个ATP。

3.生成乙醇

酵母或其它微生物中，经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被NADH还原成乙醇。

总反应：

Glc+2pi+2ADP+2H+→2乙醇+2CO2+2ATP+2H20

在厌氧条件下能产生乙醇的微生物，如果有氧存在时，则会通过乙醛的氧化生成乙酸，制醋。

巴斯德效应（Pasteureffect）：

有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）的现象

4.进行糖异生

5.合成氨基酸

（七）其它单糖进入糖酵解途径

糖原降解产物G-1-P，D-果糖，D-半乳糖，D-甘露糖均转化为糖酵解的中间物。

第二节糖的异生作用

糖异生作用（gluconeogenesis）是指非糖物质如生糖氨基酸、乳酸、丙酮酸及甘油等转变为葡萄糖或糖原的过程。

糖异生的最主要器官是肝脏。

糖异生起源于细胞线粒体内。

由丙酮酸生成Glc是糖异生的主要途径。

一、糖异生反应过程 

糖异生反应过程基本上是糖酵解反应的逆过程。

由于糖酵解过程中由己糖激酶、6-磷酸果糖激酶1及丙酮酸激酶催化的三个反应释放了大量的能量，构成难以逆行的能障，因此这三个反应是不可逆的。

①Glc到G-6-P，②F-6-P到F-1.6-P③PEP到丙酮酸。

这三个反应可以分别通过相应的、特殊的酶催化，使反应逆行，完成糖异生反应过程。

（一）丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸

  丙酮酸生成磷酸烯醇式丙酮酸的反应包括丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化的两步反应，构成一条所谓“丙酮酸羧化支路”使反应进行。

这个反应是糖酵解过程中丙酮酸激酶催化的磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸的逆过程。

1.丙酮酸羧化生成草酰乙酸（线粒体内）

此反应由丙酮酸羧化酶催化，辅酶是生物素，ATP、Mg2+（Mn2+）参与羧化反应，CO2通过生物素使丙酮酸羧化生成草酰乙酸。

此酶存在于线粒体中，故丙酮酸必须进入线粒体才能被羧化为草酰乙酸，这也是体内草酰乙酸的重要来源之一。

丙酮酸羧化酶还催化三羧酸循环的回补反应，所以，草酰乙酸既是糖异生的中间物，又是三羧酸循环的中间物，丙酮酸羧化酶联系着三羧酸循环和糖异生作用。

丙酮酸羧化酶是别构酶，受乙酰CoA和高比值ATP/ADP的激活。

若细胞内ATP含量高，则三羧酸循环的速度降低，糖异生作用加强。

2．草酰乙酸脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP） （线粒体内） 

此反应由磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化，由GTP提供能量，释放CO2。

磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在人体的线粒体及胞液中均有存在。

存在于线粒体中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，可直接催化草酰乙酸脱羧生成PEP，PEP从线粒体转运到细胞质，通过糖酵解逆行过程生成1，6-二磷酸果糖。

存在于细胞质中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶，首先要使草酰乙酸从线粒体转运到细胞质中：

由于草酰乙酸不能自由进出线粒体内膜，因此草酰乙酸先要在线粒体内还原生成苹果酸或经转氨基作用生成天冬氨酸；苹果酸、天冬氨酸都能自由进出线粒体内膜，可从线粒体到达细胞质；在细胞质中苹果酸可脱氢氧化、天冬氨酸可再经转氨基作用生成草酰乙酸，完成了将草酰乙酸从线粒体转运到细胞质的过程。

然后，转运到细胞质中的草酰乙酸可在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下脱羧生成PEP。

（二）F-1.6-2P→F-6-P

  此反应由F-1.6-2P酶催化进行。

这个反应是糖酵解过程中F-6-P生成F-1.6-2P的逆过程。

F-6-P异构化为G-6-P。

（三）G-6-P转变为葡萄糖

此反应由葡萄糖-6-磷酸酶催化进行。

这个反应是糖酵解过程中己糖激酶催化葡萄糖生成6-磷酸葡萄糖的逆过程。

二、生理意义

1.糖异生最重要的生理意义是在空腹或饥饿情况下维持血糖浓度的相对恒定

2.乳酸再利用：

乳酸循环（Cori循环）。

乳酸大部分是由肌肉和红细胞中糖酵解生成的，经血液运输到肝脏或肾脏，经糖异生再形成葡萄糖，后者可经血液运输回到各组织中继续氧化提供能量。

这个过程称为是乳酸循环或Cori循环（lactatecycleorCoricycle）。

在安静状态下产生乳酸的量甚少，此途径意义不大。

但在某些生理或病理情况下，如剧烈运动时，肌糖原酵解产生大量乳酸，大部分可经血液运到肝脏，通过糖异生作用合成肝糖原或葡萄糖以补充血糖，而血糖又可供肌肉利用。

乳酸循环可避免损失乳酸以及防止因乳酸堆积引起的酸中毒。

3.补充或恢复肝糖原储备的主要途径。

4．维持酸碱平衡。

三.糖异生途径的前体

1．三碳化合物（甘油、丙酮酸、乳酸等）。

2．生糖氨基酸（能转变为糖的氨基酸）。

3.柠檬酸循环的中间代谢物。

四.糖异生和糖酵解的代谢协调调控

糖异生和糖酵解在细胞中是两个相反的代谢途径，同时，又是协调的。

①高浓度G-6-P抑制已糖激酶，活化G-6-P酶，抑制酵解，促进异生。

②酵解和异生的控制点是F-6-P与F-1.6-2P的转化。

糖异生的关键调控酶是F-1.6-2P酶，而糖酵解的关键调控酶是磷酸果糖激酶。

ATP促进酵解，柠檬酸促进糖异生。

F-2.6-P是强效应物，促进酵解，减弱异生。

③丙酮酸到PEP的转化在糖异生中是由丙酮酸羧化酶调节，在酵解中被丙酮酸激酶调节。

乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶的活性，抑制丙酮酸脱氢酶的活性，因此乙酰CoA过量时，可促进Glc生成。

④酵解与异生途径，一个途径开放，另一途径就关闭，可避免无数循环。

无效循环指由不同酶催化的两个相反代谢，反应条件不一样，一个方向需ATP参加，另一方向则进行水解，结果使ATP水解，消耗能量，反应物无变化。

这种无效循环只能产生热量供自身需要。

⑤激素对酵解和异生的调控

肾上腺素、胰高血糖素和糖皮质激素促进异生，胰岛素加强酵解。

 五、血  糖

血液中的葡萄糖，称为血糖（bloodsugar）。

体内血糖浓度是反映机体内糖代谢状况的一项重要指标。

正常情况下，血糖浓度是相对恒定的。

正常人空腹血浆葡萄糖糖浓度为3.9～6.1mmol／L（葡萄糖氧化酶法）。

空腹血浆葡萄糖浓度高于7．0mmol／L称为高血糖，低于3．9mmol／L称为低血糖。

要维持血糖浓度的相对恒定，必须保持血糖的来源和去路的动态平衡。

  一、血糖的主要来源及去路  

  血糖的来源：

①食物中的糖是血糖的主要来源；②肝糖原分解是空腹时血糖的直接来源；③非糖物质如甘油、乳酸及生糖氨基酸通过糖异生作用生成葡萄糖，在长期饥饿时作为血糖的来源。

  血糖的去路：

①在各组织中氧化分解提供能量，这是血糖的主要去路；②在肝脏、肌肉等组织进行糖原合成；③转变为其他糖及其衍生物，如核糖、氨基糖和糖醛酸等；④转变为非糖物质，如脂肪、非必需氨基酸等；⑤血糖浓度过高时，由尿液排出。

血糖浓度大于8．88～9.99mmol／L，超过肾小管重吸收能力，出现糖尿。

将出现糖尿时的血糖浓度称为肾糖阈。

糖尿在病理情况下出现，常见于糖尿病患者。

二、血糖浓度的调节

正常人体内存在着精细的调节血糖来源和去路动态平衡的机制，保持血糖浓度的相对恒定是神经系统、激素及组织器官共同调节的结果。

  神经系统对血糖浓度的调节主要通过下丘脑和自主神经系统调节相关激素的分泌。

激素对血糖浓度的调节，主要是通过胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素、糖皮质激素、生长激素及甲状腺激素之间相互协同、相互拮抗以维持血糖浓度的恒定。

从体外实验了解机体对血糖浓度的调节能力，可以通过葡萄糖耐量试验（glucosetolerancetest，GTT）获得糖耐量试验曲线加以理解。

第三节糖的有氧氧化

有氧氧化（aerobicoxidation）是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧条件下，进一步氧化生成乙酰辅酶A

，经三羧酸循环彻底氧化成水、二氧化碳及能量的过程。

这是糖氧化的主要方式，是机体获得能量的主要途径。

一、反应过程

（一）糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、2NADH）；

这一阶段和糖酵解过程相似，在细胞质中进行。

在缺氧的条件下丙酮酸生成乳酸。

在有氧的条件下丙酮酸进入线粒体生成乙酰辅酶A，再进入三羧酸循环。

（二）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA

在有氧条件下，丙酮酸从细胞质进入线粒体。

在丙酮酸脱氢酶复合体（pyruvatedehydrogenasecomplex）的催化下进行氧化脱羧反应，该反应不可逆。

1.丙酮酸脱氢酶系

丙酮酸脱氢酶复合体是由三种酶组成的多酶复合体，它包括丙酮酸脱氢酶，二氢硫辛酸乙酰转移酶及二氢硫辛酸脱氢酶。

参与的辅酶有TPP，硫辛酸，FAD，NAD+，CoA、Mg2+。

在多酶复合体中进行着紧密相连的连锁反应过程，反应迅速完成，催化效率高，使丙酮酸脱羧和脱氢生成乙酰辅酶A及NADH+H+。

2.反应步骤

（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP

（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基

（3）E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA

（4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸

（5）E3还原NAD+生成NADH

3.丙酮酸脱氢酶系的活性调节

（1）可逆磷酸化的共价调节

丙酮酸脱氢酶激酶（EA）（可被ATP激活）和丙酮酸脱氢酶磷酸酶（EB）调节丙酮酸脱氢酶的磷酸化，磷酸化的丙酮酸脱氢酶无活性，去磷酸化的丙酮酸脱氢酶有活性。

（2）别构调节

ATP、CoA、NADH是别构抑制剂，ATP抑制E1，CoA抑制E2，NADH抑制E3。

（3）能量

1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA，产生1分子NADH。

脱氢生成的NADH+H+经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。

（三）三羧酸循环（又称柠檬酸循环、Krebs循环），④呼吸链氧化磷酸化。

丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A要彻底进行氧化，这个氧化过程是三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle，TCAcycle）。

三羧酸循环是Krebs于1937年发现的。

故又称Krebs循环。

因为循环中第一个中间产物是柠檬酸，故又称柠檬酸循环（citricacidcycle）。

乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成含有3个羧基的柠檬酸，再经过一系列反应重新变成草酰乙酸完成一轮循环，其中氧化反应脱下的氢经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成ATP（见“生物氧化”章）；而脱羧反应生成的二氧化碳则通过血液运输到呼吸系统而被排出，是体内二氧化碳的主要来源。

每轮循环有2个C原子以乙酰CoA形式进入，有2个C原子完全氧化成CO2放出，分别发生4次氧化脱氢，共释放10ATP。

1.三羧酸循环反应过程：

（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成柠檬酸

此反应由柠檬酸合酶（citratesynthase）催化，是三羧酸循环的关键酶，是重要的调节点。

由于高能硫酯键水解时释出较多自由能，ΔG'0=-32.2kJ／mol，此反应不可逆。

（2）柠檬酸经顺乌头酸生成异柠檬酸

此反应由顺乌头酸酶催化，柠檬酸脱水、加水生成异柠檬酸。

柠檬酸上的羟基是个叔醇，无法进一步被氧化。

因此，柠檬酸需转变成异柠檬酸，将不能被氧化的叔醇，转化成可以被氧化的仲醇。

（3）异柠檬酸氧化、脱羧生成α-酮戊二酸和NADH

此反应在异柠檬酸脱氢酶作用下进行脱氢、脱羧，这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧。

异柠檬酸脱氢酶（isocitratedehydrogenase）是三羧酸循环的限速酶，是最主要的调节点，辅酶是NAD+，脱氢生成的NADH+H+经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。

（4）α-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶A和NADH

此反应在α-酮戊二酸脱氢酶复合体（α-ketoglutaratedehydrogenasecomplex）的催化下脱氢、脱羧生成琥珀酰辅酶A，这是三羧酸循环中第二次氧化脱羧。

α-酮戊二酸脱氢酶复合体是三羧酸循环的关键酶，是第三个调节点。

α-酮戊二酸脱氢酶复合体是多酶复合体，其组成及反应方式都与丙酮酸脱氢酶复合体相似。

脱氢生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。

由于反应中分子内部能量重排，产物琥珀酰辅酶A中含有一个高能硫酯键，此反应不可逆。

ΔG'0=-33.5kJ／mol。

（5）琥珀酰辅酶A转变为琥珀酸和GDP

此反应由琥珀酸硫激酶（琥珀酰辅酶A合成酶）催化，琥珀酰辅酶A中的高能硫酯键释放能量，可以转移给ADP（或GDP），形成ATP（或GTP）。

这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化，直接生成GTP，再转化为1分子ATP。

在高等植物和细菌中，硫酯键水解释放出的自由能，可直接合成ATP。

在哺乳动物中，先合成GTP，然后在核苷二磷酸激酶的作用下，GTP转化成ATP。

（6）琥珀酸脱氢转变为延胡索酸（反丁烯二酸）和FADH2

此反应由琥珀酸脱氢酶催化，辅酶是FAD，脱氢后生成FADH2，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成1.5分子ATP。

琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶。

丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可阻断三羧酸循环。

（7）延胡索酸转变为苹果酸

此反应由延胡索酸酶催化，加水生成苹果酸。

（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADH

此反应由苹果酸脱氢酶催化，辅酶是NAD+，脱氢后生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2.5分子ATP。

2.三羧酸循环的特点：

（1）三羧酸循环是乙酰辅酶A的彻底氧化过程。

草酰乙酸在反应前后并无量的变化。

三羧酸循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。

（2）三羧酸循环是能量的产生过程，1分子乙酰CoA通过TCA经历了4次脱氢（3次脱氢生成NADH+H+，1次脱氢生成FADH2）、2次脱羧生成CO2，1次底物水平磷酸化，共产生12分子ATP。

（3）三羧酸循环中柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体是反应的关键酶，是反应的调节点。

（二）三羧酸循环的生理意义

1.提供能量

线粒体外的NADH，可通过3-磷酸甘油穿梭和苹果酸穿梭机制，运到线粒体内，经呼吸链再氧化，这两种机制在不同组织的细胞中起作用。

（1）磷酸甘油穿梭机制

磷酸二羟丙酮+NADH+H+→3-磷酸甘油+NAD+，3-磷酸甘油进入线粒体，将2H交给FAD而生成FADH2，FADH2可传递给辅酶Q，进入呼吸链，产生1.5ATP（3-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是FAD）。

（2）苹果酸穿梭机制

胞液中NADH可经苹果酸酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸-α-酮戊二酸载体转运进入线粒体，由线粒体内苹果酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸，NADH进入呼吸链氧化生成2.5个ATP。

（苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD+）。

1分子Glc在肝、心中完全氧化，产生32ATP，在骨骼肌、神经系统组织中，产生30ATP。

2.三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的最终代谢通路。

糖、脂和蛋白质在体内代谢都最终生成乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环彻底氧化分解成水、CO2和产生能量。

3.三羧酸循环是糖、脂和蛋白质三大物质代谢的枢纽。

一方面，TCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径，另一方面，循环中生成的草酰乙酸、α-酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等