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體能量。
糖的有氧氧化分兩個階段進(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;凶銐蚰芰颗c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,檸檬酸合成酶是一個變構(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(αketoglutarate)、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氧化脫羧,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酶(α-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀;D(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酸脫氫酶)和五個輔酶(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。
國家 | 北京 | 天津 | 上海 | 江蘇 |
安徽 | 浙江 | 山東 | 江西 | 福建 |
廣東 | 河北 | 湖南 | 廣西 | 河南 |
海南 | 湖北 | 四川 | 重慶 | 云南 |
貴州 | 西藏 | 新疆 | 陜西 | 山西 |
寧夏 | 甘肅 | 青海 | 遼寧 | 吉林 |
黑龍江 | 內(nèi)蒙古 |