有氧分解与三羧酸循环

第三章糖代谢,第七节糖代谢的调节,第六节糖的异生作用,第五节糖原合成与分解,第四节磷酸戊糖途径,第三节有氧分解与三羧酸循环、乙醛酸循环,第二节糖的中间代谢无氧酵解,第一节糖的消化吸收,第三节有氧分解与三羧酸循环、乙醛酸循环,一、概念,二、糖有氧氧化的过程(p332),三、糖有氧氧化的生理意义,四、糖酵解和有氧氧化的调节,五、乙醛酸循环,一、糖有氧氧化的概念,是指体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。,糖的有氧氧化,30/32,36/38,葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA,CO2+H2O+ATP,柠檬酸循环,线粒体内,胞浆,CO2,糖有氧氧化概况,二、糖有氧氧化的过程p332,第三阶段：乙酰CoA进入柠檬酸循环彻底氧化（线粒体）,三个阶段,第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）,第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（线粒体）,第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）,2丙酮酸,进入线粒体进一步氧化,2(NADH+H+),2H2O+3/5ATP,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸+辅酶A+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+,第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A:,线粒体,丙酮酸氧化脱羧反应:,丙酮酸脱氢酶Mg2+,二氢硫辛酰乙酰基转移酶,二氢硫辛酰脱氢酶,羟乙基TPP,乙酰二氢硫辛酰胺,硫辛酰胺,二氢硫辛酰胺,丙酮酸脱氢酶(TPP、Mg2+)二氢硫辛酰乙酰基转移酶(硫辛酰胺、辅酶A)二氢硫辛酰脱氢酶(FAD、NAD+),3种酶：,6种辅助因子：,TPP、Mg2+、硫辛酰胺、辅酶A、FAD、NAD+（含B1、B2、泛酸、TPP、硫辛酸五种维生素）,丙酮酸脱氢酶系（或氧化脱羧酶系）:,丙酮酸脱氢酶系的调控,1.底物与产物的竞争性抑制2.磷酸化和去磷酸化的调控（E2分子上结合着两个特殊的酶，激酶和磷酸酶，去磷酸化后，E1活化）3.砷化物的毒害作用4.能荷的调节：高能荷时，ATP、GTP可反馈抑制,二氢硫辛酰脱氢酶(E3)：受NADH抑制二氢硫辛酰乙酰基转移酶(E2)：受乙酰CoA、砷化物抑制(与巯基共价结合),丙酮酸脱氢酶系是调节酶,第三阶段：乙酰辅酶A进入柠檬酸循环,柠檬酸循环(citricacidcycle)俗称三羧酸循环(tricarboxylicacidcycleTCA循环)或Krebs循环(Krebscycle，德国，1953年获诺贝尔奖),乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成六碳三羧酸即柠檬酸，经过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程。,柠檬酸循环:,反应过程,TCA中碳骨架的不对称反应,TCA的回补反应,柠檬酸循环小结,TCA循环,柠檬酸合酶,关键酶,H,H,H2O,乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,反应分两步进行,柠檬酸合酶是一个调控酶，可受ATP、NADH、琥珀酰CoA和长链脂酰CoA抑制。故此反应是可调控的限速步骤,柠檬酸合酶是TCA循环的关键酶，是第一个调节酶,柠檬酰辅酶A,乙酰辅酶A,柠檬酸,TCA循环,柠檬酸(citrate),柠檬酸异构化生成异柠檬酸:,TCA循环,异柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸+NAD+-酮戊二酸+CO2+NADH+H+,调节酶,异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸,第一次氧化,异柠檬酸脱氢酶,线粒体内有两种异柠檬酸脱氢酶：,NAD+异柠檬酸脱氢酶，存在于线粒体。是一个别构酶,NADP+异柠檬酸脱氢酶，存在于线粒体和胞质,正调控物：Mg2+、Mn2+、ADP,负调控物：NADH、ATP,ATP/ADP、NADH/NAD+高时，抑制,TCA循环中第二个调节酶,TCA循环,-酮戊二酸脱氢酶系,调节酶,-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A,第二次氧化,-酮戊二酸氧化脱羧反应机制与丙酮酸氧化脱羧相同，组成类似：,含三个酶及六个辅助因子,-酮戊二酸脱氢酶、二氢硫辛酰琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酰还原酶,TPP、镁离子、硫辛酰胺、辅酶A、FAD、NAD+,三个酶:,六个辅助因子：,是调节酶：受产物NADH、琥珀酰CoA、Ca2+和砷化物抑制，细胞高能荷时，ATP、GTP也可反馈抑制,TCA循环,琥珀酰CoA转变为琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酰CoA(succinylCoA),ADP,ATP,唯一一次底物水平磷酸化,TCA循环,琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸,琥珀酸(succinate),琥珀酸脱氢酶,琥珀酸+FAD延胡索酸+FADH2,第三次氧化,TCA循环,延胡索酸水合生成苹果酸,延胡索酸(fumarate),延胡索酸酶,延胡索酸+H2O苹果酸,TCA循环,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,苹果酸(malate),NAD+,NADH+H+,第四次氧化,柠檬酸循环总图:,草酰乙酸,CH2COSoA,2H,2H,H,TCA中碳骨架的不对称反应,乙酰-CoA经TCA，产生2CO2；草酰乙酸经循环可再次生成。但是用同位素14C、13C分别标记乙酰CoA的甲基和羰基碳，发现在第一轮循环中没有标记的CO2释放，说明第一轮循环释放的二个碳原子并非乙酰CoA的碳原子。,TCA中碳骨架的不对称反应的可能原因,顺乌头酸酶与柠檬酸结合具不对称性，脱水时H仅来自草酰乙酸，故TCA第一轮没有标记的CO2出现,柠檬酸的四面体性状以及与顺乌头酸酶的结合位点,TCA的回补反应,TCA循环不仅是产生ATP的途径，它产生的中间物也是生物合成的前体。例如：卟啉的主要C原子来自琥珀酰CoA，Glu、Asp是从-酮戊二酸、草酰乙酸衍生而成。一旦草酰乙酸浓度下降，势必影响TCA循环的进行。因此这些中间产物必须不断补充才能维持TCA循环的进行,维持循环进行的关键是OAA,1）PEPC的作用,Mn2+,2）丙酮酸羧化酶的作用,+CO2+ATP,生物素的作用机理:,3）苹果酸酶的作用,丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,胞液,线粒体,4）转氨基作用,天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸；异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸可形成琥珀酰CoA而补充TCA。,TCA循环运转一周的净结果是氧化1分子乙酰CoA，草酰乙酸仅起载体作用，反应前后无改变。,乙酰辅酶A+3NAD+FAD+Pi+2H2O+GDP2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+HSCoA+GTP,14C标记乙酰CoA进行的研究表明，第一周循环中并无14C出现在CO2中，即CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是来自乙酰CoA，第二周循环时，才有14CO2出现。,TCA循环中的一些反应在生理条件下是不可逆的，所以整个三羧酸循环是一个不可逆的系统。,TCA循环的中间产物可转化为其它物质，故需不断补充。,柠檬酸循环小结,柠檬酸循环总图:,草酰乙酸,CH2COSoA(乙酰辅酶A),2H,2H,H,柠檬酸循环特点:,一次底物水平磷酸化二次脱羧三个不可逆反应四次脱氢1mol乙酰CoA经三羧酸循环彻底氧化净生成10molATP。,柠檬酸循环的调节酶及其调节:,酶的名称柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系,变构激活剂ADP,变构抑制剂ATPNADHATP、NADH、琥珀酰CoA,P,丙酮酸氧化和三羧酸循环的调节,琥珀酰CoA,草酰乙酸,苹果酸,琥珀酸,-酮戊二酸,异柠檬酸,柠檬酸,延胡索酸,乙酰辅酶A,丙酮酸,G,三糖有氧氧化的生理意义,糖有氧氧化的基本生理功能是氧化供能。,糖有氧氧化是体内三大营养物质代谢的总枢纽。,糖有氧氧化途径与体内其它代谢途径有着密切的联系。,糖有氧氧化过程中ATP的生成:,第一阶段：葡萄糖2丙酮酸,第二阶段：2丙酮酸2乙酰CoA,第三阶段：2乙酰CoA2CO2+4H2O,2ATP,糖的有氧氧化底物磷酸化氧化磷酸化,22.5ATP,29ATP,葡萄糖6CO2+6H2O+？molATP,糖原中的1mol葡萄糖6CO2+6H2O+？molATP,30/32ATP,31/33ATP,21.5或2.5ATP,2ATP,糖与氨基酸、脂肪代谢的联系,返回,四、糖酵解和有氧氧化的调节,1、细胞内代谢物的调节,2、激素的调节作用,底物供应的调节2)腺苷酸的调节3)脂肪酸氧化对糖分解代谢的影响,1)胰岛素2)糖皮质激素3)胰高血糖素,糖酵解和有氧氧化的调节：,1、细胞内代谢物的调节,葡萄糖进入肌肉细胞和脂肪细胞是通过膜上载体转运的，这是葡萄糖利用的限速过程，受胰岛素的促进。,1）底物供应的调节,肝细胞及大脑等神经组织中葡萄糖的进入不受胰岛素的控制。,2)腺苷酸的调节,AMP和ADP是多种酶的别构激活剂。ADP和AMP是FPK-1的别构激活剂，能强烈促进糖酵解的进行；AMP还能激活丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶，促进有氧氧化和三羧酸循环，加强ATP的生成。,ATP是FPK-1、丙酮酸激酶、异柠檬酸脱氢酶的别构抑制剂，细胞内ATP大量积聚时能有效地抑制糖酵解和有氧氧化。,Pasteur效应：,Pasteur效应：糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用称为Pasteur效应。,机理：有氧时，NADH+H+可进入线粒体内氧化，于是丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸-有氧氧化可抑制糖酵解。缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP，致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途径的限速酶，故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。,此类细胞糖酵解酶系较强，而线粒体中某些氧化酶系如细胞色素氧化酶活性较低，争夺氧化磷酸化底物处劣势。,实验现象：在癌细胞中有Crabtree现象