有氧呼吸及三羧酸循环

AerobicOxidationofGlucose第三节糖的有氧氧化•葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和CO2的反应过程称为有氧氧化。这是糖氧化的主要方式。一、有氧氧化的反应过程分为三个阶段：丙酮酸胞液线粒体第一阶段（同酵解）第二阶段第三阶段三羧酸循环氧化磷酸化CO2+H2O+ATP丙酮酸乙酰CoAG（一）丙酮酸的氧化脱羧•经脱氢、脱羧、酰化生成乙酰CoA，这是不可逆反应。在线粒体内进行。COO-CCH3NAD+NADH+H+O丙酮酸CH3C丙酮酸脱氢酶复合体乙酰O~SCoACoA+HSCoA+CO2丙酮酸脱氢酶复合体二氢硫辛酰胺转乙酰酶※由三种酶组成丙酮酸脱羧酶二氢硫辛酰胺脱氢酶※五种辅助因子：TPP（VB1）、NAD+（Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、HSCoA（泛酸）HSCoANAD+丙酮酸脱氢酶复合体SSCHH2CH2C(CH2)4COOHSHSHCHH2CH2C(CH2)4COOH+2H-2HlipoicaciddihydrolipoicacidCCNH2HCNCH2SCCNCNCHCH3CH2CH2H3COPOO-OPOO-O-+TPP辅酶A结构CCH2OCH2NHCCOOHHCCH2CH3CH3OPOOHOPOHOO3'AMP巯基乙胺β-丙氨酸丁酸焦磷酸泛酸HSCH2CH2NHE1E2E3SHSCOFADTPPE1E2E3SSFADTPPE1E2E3SSFADTPPCH3CHOHCH3E1E2E3SSFADH2TPPE1E2E3HSHSFADTPPCH3COCOO-CO2CoA-SHSCoACOCH3NAD+NADH+H+•由乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经反复脱氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应过程。又称柠檬酸循环和Krebs循环。•部位：线粒体基质（二）三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle)线粒体膜第三个碳以CO2形式失去四碳二羧酸第二个碳以CO2形式失去三羧酸？循环？五碳二羧酸每个分子具有4个碳的草酰乙酸库（基质中）丙酮酸每个分子具有3个碳的丙酮酸库（基质中）六碳三羧酸三种羧酸！草酰乙酸打循环！第一个碳以CO2形式失去重新加入到草酰乙酸库CitratecycleCOCH2COOCOOCH3CO~SCoACCH2COOCOOCH2HOCOOCCHCOOCOOCH2COOCHCHCOOCOOCH2COOH2OH2OHOCO2CH2CH2COCOOCOOCH2CH2COOCO~SCoACO2NAD+NADH+H+CH2CH2COOCOOGDP+PiGTPCHCH2COOCOOOOCCHCCOOHHONAD+NADH+H+FADFADH2H2OacetylCoAH2Ooxaloacetatecitratesynthasecitrateaconitasecis-aconitateaconitaseisocitrateNAD+NADH+H+isocitratedehydrogenaseα-keto-glutarateα-ketoglutaratedehydrogenasecomplexsuccinyl-CoAADPATPCoASHsuccinylCoAsyntetasesuccinatedehydrogenasefumaratesuccinatefumarasemalatemalatedehydrogenaseHSCoAHSCoA三羧酸循环小结：Reducingequivalents•在TAC中，1分子乙酰CoA经2次脱羧，生成2个CO2，这是体内CO2的主要来源；4次脱氢，其中3次以NAD+为受氢体，1次以FAD为受氢体；1次底物水平磷酸化。•总反应式：乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+HSCoA•+4NAD(P)++FAD+GDP+Pi+3H2O•3CO2+4NAD(P)H+4H++FADH2+GTP•4NAD(P)H+4H+10ATP4H2O•FADH21.5ATP1H2O•ADPATP-3H2O•GTPGDP1ATP1H2O•—————————————————————————•12.5ATP2H2O氧化磷酸化作用O2COOHCOCH3Ⅲ.糖酵解+三羧酸循环的效率•糖酵解1G→2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸•=2+2×2.5=7ATP•三羧酸循环2丙酮酸→25ATP+6CO2+4H2O•———————————————————————•32ATP•储能效率=32×7.3/686=34.05%•比世界上任何一部热机的效率都高！•提问：其余能量何处去？•答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。三羧酸循环的特点①在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化磷酸化可产生ATP，是产生ATP的主要途径。②不可逆。③中间产物的回补：•主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸；•其次为丙酮酸还原成苹果酸,再生成草酰乙酸。三羧酸循环的生理意义①三大营养物质的共同氧化途径。糖脂肪蛋白质乙酰CoA2CO2GTP3NADH(H+)和FADH2三羧酸循环4H2O2O2呼吸链氧化磷酸化11ADP+11Pi11ATP乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA脂肪酸胆固醇谷氨酸其他氨基酸嘌呤嘧啶血红素嘌呤、嘧啶其他氨基酸乙酰CoA天冬氨酸②三大物质代谢联系的枢纽。三、有氧氧化的调节•除对酵解途径三个关键酶的调节外，还对丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶复合体四个关键酶存在调节。1.丙酮酸脱氢酶复合体•变构调节：•共价修饰调节：磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其去磷酸化，使其活性增加。丙酮酸丙酮酸脱氢酶复合体乙酰CoAAMP、NAD+、CoA、Ca2+ATP、NADH、脂肪酸2.柠檬酸合酶•变构激活剂：ADP•变构抑制剂：NADH、琥珀酰CoA、柠檬酸、ATP3.异柠檬酸脱氢酶•变构激活剂：ADP、Ca2+•变构抑制剂：ATP4.–酮戊二酸脱氢酶复合体•与丙酮酸脱氢酶复合体相似。总体说，•氧化磷酸化促进TAC。•ATP/ADP↑，抑制TAC，氧化磷酸化↓；•ATP/ADP↓，促进TAC，氧化磷酸化↑。Ⅳ.生物意义•㈠三羧酸循环是各种好氧生物体内最主要的产能途径！也是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！异柠檬酸柠檬酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸丙酮酸精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸谷氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬酰胺谷氨酰胺三羧酸循环—焚烧炉•㈡中间酸是合成其他化合物的碳骨架—百宝库。•例如•草酰乙酸→天冬氨酸、天冬酰胺等等•α-酮戊二酸→谷氨酸→其他氨基酸•琥珀酰CoA→血红素•既是“焚烧炉又是百宝库”（2）乙醛酸循环——三羧酸循环支路•三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（省了6步）异柠檬酸柠檬酸琥珀酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH①②由非糖前体生成糖时需要丙酮酸或者草酰乙酸作为合成的前体。在动物体内，乙酰CoA不能作为净合成葡萄糖的碳源。可是在植物、微生物和酵母中却存在着一个可以由2碳化合物生成糖的生物合成途径－乙醛酸循环.在乙醛酸循环中乙酰CoA中的碳原子并没有以CO2形式释放，而是净合成了一分子草酰乙酸，草酰乙酸正是合成葡萄糖的前体。•只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；异柠檬酸裂解酶异柠檬酸琥珀酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+①②CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3CO~SCoA+CoASH乙醛酸乙酰CoA苹果酸苹果酸合成酶这种途径对于植物和微生物意义重大！•只保留三羧酸循环中的（10）脱氢（1NADH）产能，只相当于2.5个ATP，意义不在于产能，在于生存。Ⅰ.种子发芽糖异生油类植物种子中的油脂代谢糖乙醛酸循环草酰乙酸乙酰CoAⅡ原始细菌生存乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌（物质循环中的重要一环）乙酸NH3生存乙醛酸循环四碳、六碳化合物转化乙酸+ATP+CoASH→乙酰CoA+H2O+AMP+PPi乙酰CoA合成酶3.磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）2磷酸戊糖途径细胞质中•磷酸戊糖——磷酸戊糖为代表性中间产物。•支路——糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。A.过程5-磷酸核糖5-磷酸木酮糖6-磷酸葡萄糖糖酵解6-磷酸葡萄糖酸NADP+NADPH+H+5-磷酸核酮糖NADP+NADPH+H+CO27-磷酸景天酮糖3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖4-磷酸赤藓糖3-磷酸甘油醛氧化阶段(脱碳产能)非氧化阶段(重组)C5C5C3C7C6C4C3C6+++++C3C7+C5C42NADPH生物氧化O25ATP+2H2O6(6-磷酸葡萄糖)+6O26(5-磷酸核酮糖)+6CO2+6H2O+30ATP葡萄糖+O26CO2+6H2O+32ATP5(6-磷酸葡萄糖)B.生物意义•提问：？•Ⅰ.产能—不通过糖酵解；•Ⅱ.产物—磷酸核糖用于DNA、RNA的合成；•—木酮糖参与光合作用固定CO2；•—各种单糖用于合成各类多糖；•产物NADPH用于脂肪的合成糖异生gluconeogenesis•概念：由非糖物质转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生。•原料：乳酸、甘油、丙酮酸和生糖氨基酸等。•部位：主要在肝脏，其次是肾脏。一、糖异生途径从丙酮酸生成G的具体反应过程称为糖异生途径。基本上是糖酵解的逆过程，但是糖酵解途径的三个关键酶催化的反应是放能的不可逆反应，又叫能障。需要另外的酶催化绕过这三个能障。3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮NAD+⑤磷酸丙糖异构酶2⑥3-磷酸甘油醛脱氢酶NADH＋H1.3-二磷酸甘油酸ADP23-磷酸甘油酸2⑧磷酸甘油酸变位酶H20磷酸ADPATP2-磷酸甘油酸2烯醇式丙酮酸⑨烯醇化酶⑩丙酮酸激酶⑤异构ΔG=-0.6kcal/mol(可逆)⑦磷酸甘油酸激酶ATP⑥氧化磷酸化ΔG=-0.4kcal/mol(可逆)⑦产能1ΔG=+0.3kcal/mol(可逆)⑩产能2ΔG=-4.0kcal/mol(不可逆)⑧异构⑨脱水ΔG=+0.2kcal/molΔG=-0.8kcal/mol(可逆)（可逆）2丙酮酸第1步丙酮酸→磷酸烯醇式丙酮酸提问：如何进行？答案：提供更多的活化能量。1.丙酮酸羧化支路PEPADPATP草酰乙酸丙酮酸羧化酶ADP+PiATPCO2生物素GTPGDPCO2PEP羧激酶丙酮酸激酶COO-CCH3COO-CHCH2O~PO丙酮酸COO-CCH2OCOOH（线粒体）（线粒体，胞液）草酰乙酸出线粒体的方式：•草酰乙酸→苹果酸•草酰乙酸→Asp•磷酸烯醇式丙酮酸逆行至1，6-二磷酸果糖•第2步葡萄糖糖原（淀粉）ATP①己糖激酶6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖变位酶1-磷酸葡萄糖②磷酸葡萄糖异构酶6-磷酸果糖ATP③磷酸果糖激酶1．6—二磷酸果糖④醛缩酶3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮①活化ΔG=-7.5kcal/mol(不可逆)②异构ΔG=-0.6kcal/mol(可逆)③二次活化ΔG=-5.0kcal/mol(不可逆)④裂解ΔG=-0.3kcal/mol(可逆)磷酸化酶磷酸ADPADP•提问：如何进行？•水解酶催化OOHOHCH2CH2OHOPP6-磷酸果糖PPOOHOHCH2CH2OOP1，6-二磷酸果糖•答案：在水解酶作用下水解。•第3步糖异生的调节F-1,6-BPATPADPPiH2OPFK-1FBP酶-1F-6-PF-2,6-BPAMP糖酵解糖异生•胰高血糖素促进糖异生，抑制糖分解。•胰岛素则作用相反。F-1,6-BPATPADPF-2,6-BPPEP丙酮酸草酰乙酸乙酰CoA胰高血糖素胰岛素胰高血糖素肝Ala糖异生的生理意义（一）维持血糖浓度恒定（二）补充肝糖原（三）调节酸碱平衡各种物质的糖异生•乳酸→丙酮酸；•Ala→丙酮酸；•生糖氨基酸→TAC中的各种羧酸→草酰乙酸；•甘油→-磷酸甘油→磷酸二羟丙酮。`葡萄糖肝丙酮酸糖异生糖原乳酸糖原6-磷酸葡萄