7第六章 糖代谢 - 图文

第六章 糖代谢 119

巯基。

4.二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3），还原的二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺，以进行下一步反应，同时将氢传递给FAD，生成 FADH2。

5.在二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）催化下，将FADH2上的氢转移给NAD+，形成NADH+H+。 在整个反应过程中，中间产物并不离开酶复合体，这就使得上述各步反应得以迅速完成，而且因没有游离的中间产物，所以不会发生副反应。丙酮酸氧化脱羧反应的 △G0‘＝一39. 5 kJ/mol（-9. 44kcal/mol），故反应是不可逆的。

（三）乙酰CoA进入柠檬酸循环以及氧化磷酸化生成ATP

柠檬酸循环（citric acid cycle)的第一步是由乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成6个碳原子的柠檬酸，然后柠檬酸经过一系列反应重新生成草酰乙酸，完成一轮循环。经过一轮循环，乙酰CoA的2个碳原子被氧化成CO2：；发生1次底物水平磷酸化，生成1分子ATP；有4次脱氢反应，氢的接受体分别为NAD+或FAD,生成3分子NADH+H+和1分子FADH2，，又是电子传递链的第一个环节。电子传递链是由一系列氧它们既是柠檬酸循环中的脱氢酶的辅酶化还原体系组成，它们的功能是将H+或电子依次传递至氧，生成水。在H+或电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，同时伴有ADP磷酸化生成ATP，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起的（见第八章）。

二、柠檬酸循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统

框6-1 Krebs对代谢研究的贡献

H. A. Krebs (1900-1981），生于德国的扰太家庭，内科医生、生物化学家，1933年前曾经做过Kaiser Wilhelm生物研究所0. H. Warburg教授的助手,1934年因纳粹统治被迫逃亡英国，先后在剑桥大学、Sheffield大学从事生物化学研究。Krebs在代谢研究方面有两个重大发现：尿素循环和柠檬酸循环。其中柠檬酸循环是能量代谢和物质转变的枢纽，被称为Krebs循环，其发现过程有一个小趣事。1937年，Krebs利用鸽子胸肌的组织悬液，测定了在

120 第二篇 物质代谢及其调节

不同有机酸作用下丙酮酸氧化过程的耗氧率，从而推理得出结论：一系列有机三羧酸和二羧酸以循环方式存在，可能是肌组织中碳水化合物氧化的主要途径。Krebs将这一发现投稿至《Nature》编抖部，遗憾的是被拒稿。接着Krebs改投荷兰的杂志《Enzymologia》，2个月内论文就得以发表。1953年Krebs因发现这两大重要循环获得诺贝尔生理学／医学奖。此后，他经常用这段拒稿经历鼓励青年学者专注于自己的研究兴趣，坚持自己的学术观点。1988年，在Krebs辞世7年后，《Nature》杂志公开表示，拒绝Krebs的文章是有史以来所犯的最大错误。

柠檬酸循环也称三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)，是由线粒体内一系列酶促反应构成的循环反应系统。因为该学说由Krebs正式提出，亦称为Krebs循环。．

柠檬酸循环反应过程中，首先由乙酰CoA(主要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸（oxaloacetate）缩合生成含3个羧基的柠檬酸（citric acid），再经过4次脱氢,2次脱羧，生成4分子还原当量(reducing equivalent,一般是指以氢原子或氢离子形式存在的一个电子或一个电子I当量）和2分子CO,，最终重新生成草酰乙酸再进人下一轮循环。

（一）柠檬酸循环由八步反应组成

1．乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸1分子乙酰CoA与1分子草酰乙酸缩合成柠檬酸，是柠檬酸循环的第一个限速步骤，由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化，缩合反应所需能量来自乙酰CoA的高能硫脂键。由于高能硫脂键水解时可释放出较多的自由能， △G0为一31. 4kJ/mol（-7. 5kc4/mol），使反应成为单向、不可逆反应。而且柠檬酸合酶对草酰乙酸的Km很低，所以即使线粒体内草酰乙酸的浓度很低（约10mmol/L )，反应也得以迅速进行。

2.柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 柠檬酸与异柠檬酸（isocitrate）的异构化可逆互变反应由顺乌头酸酶催化，将C'3上的经基移至C2上，反应的中间产物顺乌头酸仅与酶结合在一起以复合物的形式存在。

3.异柠檬酸氧化脱羧转变为α一酮戊二酸异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶( isocitrate dehydro-、genase）催化下氧化脱羧产生CO2，其余碳链骨架部分转变为α一酮戊二酸（a-ketoglutarate），脱下的氢由NAD'接受，生成NADH+H'。这是柠檬酸循环中的第一次氧化脱羧反应，也是柠檬酸循环的第二个限速步骤．反应不可逆．释出的CO2可被视作乙酰CoA的1个碳原子氧化产物

第六章 糖代谢 121

4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 柠檬酸循环中的第二次氧化脱羧反应是α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA（succinyl CoA )，反应不可逆，是柠檬酸循环的第三个限速步骤。反应脱下的氢由NAD'+接受，生成NADH+H+，释出的CO2可被视作乙酰CoA的另1个碳原子氧化产物。α一酮戊二酸氧化脱羧时释出的自由能较多，足以形成高能硫酯键。这样，一部分能量就以高能硫酯键形式储存在琥珀酰CoA内。催化此反应的酶是α一酮戊二酸脱氢酶复合体（“α－ketoglutarate dehydrogenase complex），其组成和催化反应过程与丙酮酸脱氢酶复合体类似，这就使得α-酮戊二酸的脱羧、脱氢并形成高能硫酯键等反应可迅速完成。

5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应这步反应的产物是琥珀酸（succinicacid)，反应是可逆的，由琥珀酰CoA合成酶（succinyl CoA synthetase）催化。当琥珀酰CoA的高能硫酯键水解时，△G0约一33. 4kJ/mol（-7. 98kca1/mol），它可与GDP的磷酸化偶联，生成高能磷酸键。这是底物水平磷酸化的又一例子，是柠檬酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。

6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸反应由琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase）催化，其辅酶是FAD，还含有铁硫中心。该酶结合在线粒体内膜上，是柠檬酸循环中唯一与内膜结合的酶。：反应脱下的氢由FAD接受，生成FADH2，经电子传递链被氧化，生成1.5分子ATP.

7.延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸酶( fumamte hydratase）催化此可逆反应。

8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸在苹果酸脱氢酶( malate dehydrogenase )催化下，苹果酸(malic acid）脱氢生成草酰乙酸，脱下的氢由NAD+接受，生成NADH+H＋。在细胞内草酰乙酸不断地被用于柠檬酸合成，故这一可逆反应向生成草酰乙酸的方向进行。

122 第二篇 物质代谢及其调节

柠檬酸循环的上述八步反应过程可归纳如图6-7

在柠檬酸循环反应过程中，从2个碳原子的乙酰CoA与4个碳原子的草酰乙酸缩合成6个碳原子的柠檬酸开始，反复地脱氢氧化，共发生4次脱氢反应，其中3次脱氢（3对氢或6个电子）由NAD+接受，1次（一对氢或2个电子）由FAD接受，这些电子传递体将电子传给氧时才能生成ATP。羟基氧化成羧基后，通过脱羧方式生成CO2。1分子乙酰CoA进人柠檬酸循环后，生成2分子CO2，这是体内CO2的主要来源。柠檬酸循环反应中，每循环一轮只能以底物水平磷酸化生成1个GTP。柠檬酸循环的总反应为：

CH, CO一SCoA+3 NAD＋+FAD+GDP+Pi+2H20 -2C0z+3NADH+3H＋+FADH2 +HS-CoA+GTP

就反应的总平衡而言，1分子乙酰CoA进人柠檬酸循环释放出2分子CO2，循环的各中间产物本身并无量的变化，柠檬酸循环运转一周的净结果是氧化了1分子乙酰CoA。但用14C标记乙酰CoA进行的实验发现，脱羧生成的2个CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是乙酰CoA。这是由于中间反应过程中碳原子置换所致，因此实际上是最后再生的草酰乙酸的碳架被部分更新了，含量并没有增减。

另外，柠檬酸循环的各中间产物在反应前后质量不发生改变，不可能通过柠檬酸循环从乙酰CoA合成草酰乙酸或柠檬酸循环的其他中间产物；同样，这些中间产物也不可能直接在柠檬酸循环中被氧化成CO2,和H2O。柠檬酸循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化，也可通过苹果酸脱氢生成。无论何种途径，其最终来源是葡萄糖的分解代谢。

（二）柠檬酸循环在三大营养物质代谢中具有盆要生理意义

1.柠檬酸循环是三大营养物质分解产能的共同通路糖、脂肪、氨基酸都是能源物质，它们在体内的分解代谢最终都将产生乙酰CoA，然后进人柠檬酸循环进行氧化供能。柠檬酸循环中只有一个底物水平磷酸化反应生成高能磷酸键，循环本身并不是生成ATP的主要环节，绝大部分能量主要来自于柠檬酸循环中的4次脱氢反应，它们为电子传递过程和氧化磷酸化反应生成