2013年公衛(wèi)助理醫(yī)師考試輔導(dǎo)：糖的有氧氧化

　　葡萄糖在有氧條件下，氧化分解生成二氧化碳和水的過程稱為糖的有氧氧化(aerobicoxidation)。有氧氧化是糖分解代謝的主要方式，大多數(shù)組織中的葡萄糖均進(jìn)行有氧氧化分解供給機(jī)體能量。

　　糖的有氧氧化分兩個(gè)階段進(jìn)行。第一階段是由葡萄糖生成的丙酮酸，在細(xì)胞液中進(jìn)行。第二階段是上述過程中產(chǎn)生的NADH+H+和丙酮酸在有氧狀態(tài)下，進(jìn)入線粒體中，丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)，進(jìn)而氧化生成CO2和H2O，同時(shí)NADH+H+等可經(jīng)呼吸鏈傳遞，伴隨氧化磷酸化過程生成H2O和ATP，下面主要將討論有氧氧化在線粒體中進(jìn)行的第二階段代謝。

　　1.丙酮酸的氧化脫羧

　　催化氧化脫羧的酶是丙酮酸脫氫酶系(pyruvatedehydrogenase system)，此多酶復(fù)合體括丙酮酸脫羧酶，輔酶是TPP，二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶，輔酶是二氫硫辛酸和輔酶A，還有二氫硫辛酸脫氫酶，輔酶是FAD及存在于線粒體基質(zhì)液中的NAD+，多酶復(fù)合體形成了緊密相連的連鎖反應(yīng)機(jī)構(gòu)，提高了催化效率。

　　從丙酮酸到乙酰CoA是糖有氧氧化中關(guān)鍵的不可逆反應(yīng)，催化這個(gè)反應(yīng)的丙酮酸脫氫酶系受到很多因素的影響，反應(yīng)中的產(chǎn)物，乙酰CoA和NADH++H+可以分別抑制酶系中的二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶和二氫硫辛酸脫氫酶的活性，丙酮酸脫羧酶(pyruvate decarboxylase,PDC)活性受ADP和胰島素的激活，受ATP的抑制。

　　丙酮酸脫氫反應(yīng)的重要特征是丙酮酸氧化釋放的自由能貯存在乙酰CoA中的高能硫酯鍵中，并生成NADH+H+(圖4-4)。

　　圖4-4 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的作用機(jī)制

　　2.三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle)

　　乙酰CoA進(jìn)入由一連串反應(yīng)構(gòu)成的循環(huán)體系，被氧化生成H2O和CO2。由于這個(gè)循環(huán)反應(yīng)開始于乙酰CoA與草酰乙酸(oxaloacetate)縮合生成的含有三個(gè)羧基的檸檬酸，因此稱之為三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)(citric acid cycle)。其詳細(xì)過程如下：

　　(1)乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)

　　乙酰CoA具有硫酯鍵，乙�；�有足夠能量與草酰乙酸的羧基進(jìn)行醛醇型縮合。首先從CH3CO基上除去一個(gè)H+，生成的陰離子對草酰乙酸的羰基碳進(jìn)行親核攻擊，生成檸檬酰CoA中間體，然后高能硫酯鍵水解放出游離的檸檬酸，使反應(yīng)不可逆地向右進(jìn)行。該反應(yīng)由檸檬酸合成酶(citrate synthetase)催化，是很強(qiáng)的放能反應(yīng)。

　　由草酰乙酸和乙酰CoA合成檸檬酸是三羧酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)，檸檬酸合成酶是一個(gè)變構(gòu)酶，ATP是檸檬酸合成酶的變構(gòu)抑制劑，此外，α-酮戊二酸、NADH能變構(gòu)抑制其活性，長鏈脂酰CoA也可抑制它的活性，AMP可對抗ATP的抑制而起激活作用。

　　(2)異檸檬酸形成

　　檸檬酸的叔醇基不易氧化，轉(zhuǎn)變成異檸檬酸而使叔醇變成仲醇，就易于氧化，此反應(yīng)由順烏頭酸酶催化，為一可逆反應(yīng)。

　　(3)第一次氧化脫酸

　　在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate)的中間產(chǎn)物，后者在同一酶表面，快速脫羧生成α-酮戊二酸(α�瞜etoglutarate)、NADH和CO2，此反應(yīng)為β-氧化脫羧，此酶需要Mn2+作為激活劑。

　　此反應(yīng)是不可逆的，是三羧酸循環(huán)中的限速步驟，ADP是異檸檬酸脫氫酶的激活劑，而ATP，NADH是此酶的抑制劑。

　　(4)第二次氧化脫羧

　　在α-酮戊二酸脫氫酶系作用下，α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA、NADH+H+和CO2，反應(yīng)過程完全類似于丙酮酸脫氫酶系催化的氧化脫羧，屬于α�惭趸�脫羧，氧化產(chǎn)生的能量中一部分儲存于琥珀酰CoA的高能硫酯鍵中。

　　α-酮戊二酸脫氫酶系也由三個(gè)酶(α-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀�；�轉(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酸脫氫酶)和五個(gè)輔酶(TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD+、FAD)組成。

　　此反應(yīng)也是不可逆的。α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受ATP、GTP、NAPH和琥珀酰CoA抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的調(diào)控。