核酸
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Aug 15, 2008, 11:35:34 PM8/15/08
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图 杂交测序-3
六、DNA合成（探针、引物、基因）
1. 化学合成
DNA固相合成，亚磷酸三酯法，3’ → 5’端。
5’-OH用二对甲氧三苯甲基（DMT）保护， 二氯乙酸去保护。
3’-OH用氨基磷酸化合物活化。
碱基上氨基用苯甲酸保护。
保护5’-OH、活化3’-OH、保护所有NH2。
2. 酶法合成DNA
PCR（Polymerase Chain Reaction）
①模板DNA（单链）
②引物
③DNA聚合酶
④dATP、 dGTP、dCTP、dTTP
⑤一定浓度的Mg2+
合成方向：5 ’ → 3’端
化学合成：方向3’ → 5’，不需酶和DNA模板。
生物合成：方向5’ → 3’，需模板、引物和酶。
5.1 Introduction
一、Concept of Hormone
1.Hormone
生物体内特殊组织或腺体产生的，通过体液运送到特定部位，产生特异激动效应的一类微量有机化合物。生物体内化学信息分子。
多细胞生物体内，协调不同细胞活动的化学信使。它使高等生物体的细胞、组织和器官，既分工又协作。
2.分泌方式
（1）内分泌 内分泌细胞分泌激素，进入血液循环，转运至靶细胞，产生激动效应。
（2）旁分泌 部分细胞分泌激素，通过扩散作用于邻近的细胞。
（3）自分泌 细胞分泌的激素对自身或同类细胞发挥作用。
（4）外激素 从体内分泌到体外，通过空气、水等传播，引起同种生物产生生理效应。
内分泌激素
二、激素的分类（按化学本质分类）
含氮激素、甾醇类激素和脂肪族激素 P 551-553 表17-1、17-2
1.含氮激素
蛋白质、肽、儿茶酚等水溶性大分子，与膜受体结合，诱导生成第二信使，将信号传递到细胞内。
胺类激素： 儿茶酚
氨基酸衍生物类激素： 甲状腺素
肽类激素： 抗利尿素
蛋白质类激素： 生长素、胰岛素 促卵泡激素（FSH）黄体生成素（LH）
垂体和下丘脑分泌的激素都是含氮激素（蛋白类、多肽类）。
甲状腺、甲状旁腺、肾上腺髓质、胰岛、肠粘膜、胃粘膜等分泌的激素也是含氮激素。
2.甾醇类激素
肾上腺皮质、性腺、胎盘等分泌的激素都属此类。
类固醇激素、甲状腺素等小分子脂溶性激素，通过细胞膜进入细胞内，与细胞质内受体结合，然后进入细胞核发挥作用。
3. 脂肪族激素（脂肪酸衍生物激素）主要是前列腺素（PG）。
三、 激素作用的特点
1. 信号传递
2. 级联放大 极微量的激素就可产生强烈的生理效应。在体内的浓度一般在10-7--10-12mol/L。
3. 相对特异性 激素与受体结合是专一的，受体在靶细胞膜表面或细胞内部，甾醇类激素可穿过细胞膜。
4. 作用的时效性 有些激素到达靶细胞后，几秒钟内起作用；另一些需几小时至几天才达到最大生理效应。
5. 激素之间有时相互协同，有时相互抑制。
5.2 激素的分泌与控制
一、下丘脑分泌的激素（ P551、582 ）多肽类，有9种。
丘脑下部的神经细胞能分泌多种肽类激素，经垂体门静脉系统，到达腺垂体，促进或抑制腺垂体对应激素的释放。
下丘脑激素直接控制垂体激素的分泌，通过垂体间接控制其它外周内分泌腺的分泌。
1.促甲状腺激素释放因子（TRF）焦谷－组－脯组成的三肽激素。
促进促甲状腺激素（TSH）的分泌。
2.促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）41肽，促进垂体前叶释放促肾上腺皮质激素（ACTH）
3.生长激素释放抑制因子（GRIF）
14肽，抑制生长激素的分泌，且抑制胰高血糖素分泌，促进胰岛素分泌。
二、垂体分泌的激素（蛋白质类）
（一）垂体前叶激素
1.生长激素（GH）
刺激骨骼生长，促进粘多糖及胶原的合成，影响蛋白质、糖、脂代谢。
2.促甲状腺激素（TSH）
促进甲状腺的发育及分泌。
促甲状腺激素的分泌受下丘脑分泌的促甲状腺激素释放因子的促进。
3.促黄体生成激素（LH）
功能：促进卵泡发育成黄体，促进胆甾醇转变成孕酮并分泌孕酮。
4.促卵泡激素（FSH）
功能：促使卵巢（精巢）发育，促进卵泡（或精子）的生成和释放。
5.催乳激素（LTH）
功能，刺激乳腺分泌乳汁，刺激并维持黄体分泌孕酮。
6.促肾上腺皮质激素（ACTH）
功能：促进体内储存的胆甾醇在肾上腺皮质中转化成肾上腺皮质酮，并刺激肾上腺分泌激素。
（二）垂体后叶激素
由下丘脑合成，贮存在垂体后叶中。
1.催产素
功能：使多种平滑肌收缩（特别是子宫收缩）孕酮可抑制催产素的作用。
2.加压素（抗利尿素）
功能：使小动脉收缩，增高血压，并可减少排尿，调节水代谢。
三、腺体分泌的激素（外周内分泌腺）
1.甲状腺、甲状旁腺 2.肾上腺（髓质）3.胰岛 4.肾上腺（皮质） 糖皮质、盐皮质 5.性腺
四、激素分泌的调节控制
1.上一级对下一级的调节
大脑皮层
↓
丘脑下部
↓促激素释放（抑制）因子
垂体
↓促激素
外周腺体
↓激素
外围激素
↓
最终靶细胞
2.负反馈作用
外围激素对下丘脑或垂体的调节称长负反馈。
促激素对下丘脑的调节称短负调节。
下丘脑本身产生的激素对下丘脑的调节称超短负反馈。
3.酶的分步剪切调节
有的激素经几个酶作用，在不同水平上被分步剪切，逐步被激活。
4.多元调节
激素通过它们之间的相互制约、相互依赖而受到调控。
负反馈作用
CRF促肾上腺皮质激素释放因子
ACTH促肾上腺皮质激素
5.3 激素作用机理
一、受体及特点 胞外受体、胞内受体
1.受体的结构与功能
细胞中能识别配体（神经递质、激素、细胞因子）并与其特异结合，引起各种生物效应的分子均称为受体。
受体的化学本质是蛋白质，在细胞表面的受体大多为糖蛋白。
激素与受体结合，是信息传递至细胞的第一步。随后，由受体构象的变化引起一系列信号传递过程。
结合域，特异性结合配体。
功能域，参与信号传递。
2.激素与受体结合的特点
①高亲和力 H R H + R
＝常数
低浓度的激素也能与受体结合，引起生理效应。
②高特异性
有相应受体的靶细胞，才对激素起反应。没有相应受体的细胞，同样也接触激素，但不会引起反应。
③激素与受体结合是非共价的、可逆的
当激素与受体分离后，激素的信使作用中止。
Kd在10-9－10-11 mol/L
当[H]↓时，则[HR]↓。
④受体的数量大
一般有数百至数千个，甚至上万个。
激素生物效应的强弱通常与受体结合的激素的量成正比。
当受体饱和以后，激素的生物效应就不再随激素浓度升高而增强。
3.受体的类型
①受体－离子通道型
结合域与配体（激素）结合后，受体变构，使通道开放或关闭，引起或切断离子流动，从而传递信号。
神经元的乙酰胆碱受体，由5个亚基在细胞膜内呈五边形排列，围成离子通道壁。当它与乙酰胆碱结合时，膜通道开放，膜外阳离子（Na+为主）内
流，引起突触后膜电位变化。
图 细胞表面受体
②受体－G蛋白－效应蛋白型
信息分子与细胞膜受体结合，受体变构，通过G蛋白激活相应的效应蛋白（如酶或其它功能蛋白）。
酶被激活后，可催化生成一些小分子化学物质，后者进入胞液内，引起细胞产生相应的生物效应，称为第二信使。
在真核细胞中，鸟苷三磷酸（GTP）结合蛋白（简称G蛋白）在联系细胞膜受体与效应蛋白质中起重要作用。
③受体－酪氨酸蛋白激酶型
受体本身具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰岛素及一些细胞生长因子的受体。
跨膜糖蛋白，胞外部分构成结合域以结合配体，中间有20多个疏水aa，构成跨膜区，胞内有较多可以被磷酸化的酪氨酸残基。
激素与受体结合后，受体首先自身磷酸化，然后进一步磷酸化其它的效应蛋白。
④受体－转录因子型
类固醇激素及甲状腺激素的受体。
位于细胞内，激素直接进入细胞内并与细胞内受体结合，活化的激素－受体复合物转移入核内，与所调控基因的特定部位结合，然后启动转录。
二、激素的作用机理
（一）cAMP－蛋白激酶A途径
大部分含氮激素通过cAMP而起作用。
含氮激素（第一信使）与靶细胞膜上的特异受体结合,引发已结合在受体上的G蛋白生成Gs蛋白－GTP，Gs蛋白活化腺苷酸环化酶，活化
的腺苷酸环化酶催化ATP转化成cAMP（第二信使） 。
cAMP激活依赖cAMP的蛋白激酶A（蛋白激酶A、PKA），蛋白激酶A催化一些蛋白质的Ser、Thr羟基磷酸化，从而改变这些酶的活性，
调节代谢。
cAMP途径
G蛋白的活化
当激素停止分泌时，结合在受体上的激素就逐渐解离下来。Gα-GTP缓慢水解，释放掉GTP，Gα失去催化活性，与β γ 亚基重新形成无活性的G蛋白
（G β γ α－GDP），信号传导停止。
结合态GTP水解，表明G蛋白是一个GTPase，即这个调节蛋白具有一种内藏式的脱活作用，缺乏激素时，G蛋白结合GDP的无活性形式存在。
cAMP激活蛋白激酶A
蛋白激酶A能使下列酶磷酸化。
酶 活性改变 代谢调节
磷酸化酶b激酶 激活 糖原分解，抑制糖原合成。
糖原合成酶 抑制 抑制糖原合成
丙酮酸激酶 抑制 抑制糖酵解
（二）IP3、Ca2+－钙调蛋白激酶途径
第二信使：IP3、Ca2+。
激素（儿茶酚胺、血管舒张素Ⅱ、抗利尿素、5-羟色胺等）与细胞膜上受体结合，激活G蛋白。通过G蛋白介导，激活磷脂酶
C（PLC，磷酸肌醇酶）。磷脂酶C可将磷脂酰肌醇-4.5-二磷酸（PIP2）水解成二脂酰甘油DAG及IP3。
IP3进入胞质中，在内质网膜表面有IP3受体，其亚基的羧基部分构成钙通道。IP3与IP3受结合后，受体变构，钙通道打开，贮于内质网的
Ca2+释放入细胞质内，胞质Ca2+的升高可激活Ca2+/钙调蛋白（ CaM）依赖性蛋白激酶（CaM激酶）。
DAG可激活蛋白激酶C，活化的蛋白激酶C可将多种靶蛋白中的Ser、Thr残基磷酸化，调节酶活性。
可被CaM激酶磷酸化的酶有：
糖原合成酶、磷酸化酶激酶、丙酮酸羧化酶、丙酮酸脱氢酶等几十种。
CaM有4个结合Ca2+位点，当结合Ca2+后变构，一些依赖Ca2+/CaM的蛋白激酶就被激活，从而可使许多靶酶Ser、Thr残基磷酸化，使酶
激活或失活。Ca2+/CaM复合物也可以直接地与靶酶起作用。
钙调蛋白EF手
螺旋区-泡区-螺旋区结构的钙传感器家族成员之一。
钙离子与许多生理活动有关，是许多信号传导途径中的细胞内信使，与细胞收缩、胞吐、胞饮、糖元代谢、神经递质释放、染色体运动、细胞死亡等都
有密切关系。
（四）细胞内受体途径
甾醇类激素及少数含氮激素：糖皮质激素、盐皮质激素（醛甾酮）、雌激素（雌二醇、孕酮）、雄激素（睾酮）、甲状腺素等。
激素直接进入细胞，在胞质中与各自的受体结合，激素-受体复合物穿过核膜，与各自特定的基因调控序列结合，启动转录。
激素应答元件：受类固醇激素调控的基因中，与激素-受体复合物结合的部位（HRE）。
胞内受体途径
P581 表17－6 一些激素的作用方式
5.4 激素作用举例
一、肾上腺素（ cAMP方式）
属儿茶酚胺类化合物，生成后在囊泡内储存，在惊恐、低氧、血压降低等应激状态时，囊泡通过泡吐作用释放。
靶细胞：肌肉、脂肪、肝脏
灭活：肝细胞
1. 结构与功能
肾上腺素及去甲肾上腺素均由Tyr转化而来（由肾上腺髓质分泌）。可使心跳加快、血管收缩、血压上升。对糖代谢影响最大，在肝细胞中可加强肝糖元分解，
迅速升高血糖。此外，还能促进蛋白质、氨基酸、脂肪分解。
2.β-肾上腺素受体的构象--跨膜七螺旋区
受体是跨膜蛋白，与G蛋白偶连，跨膜螺旋区结构是激活G蛋白的跨膜受体所具有的普遍特征。
3.肾上腺素的作用方式
促进糖元分解 ：当肾上腺素到达肝细胞表面时，迅速与肝细胞表面的肾上腺素受体结合，受体构象变化，激活与受体偶联的G蛋白，G蛋白激活膜上的
腺苷酸环化酶，产生cAMP。
少量的肾上腺素，能引起强烈反应，信号逐级放大，在几秒钟内就可使磷酸化酶的活性达到最大。肾上腺素停止分泌：结合在肝细胞膜上的肾上腺素就解离下
来。cAMP不再生成，遗留的cAMP被磷酸二酯酶分解。
蛋白激酶A的两种亚基又结合成无活性的复合体（催化亚基和调节亚基）。
有活性的磷酸化酶激酶的磷酸化形式遭到脱磷酸作用，变成无活性形式。
磷酸化酶a受到磷酸酶作用，脱去磷酸变成无活性的磷酸化酶b，糖元分解停止。
无活性的磷酸化形式的糖元合成酶经过脱磷酸作用，又变得活跃起来，继续合成糖元。
二、甲状腺素
1. 结构
含碘酪氨酸衍生物。在甲状腺中合成甲状腺球蛋白，每分子球蛋白含2-4个T4分子。当受促甲状腺激素刺激时，溶酶体中的蛋白酶水解甲状腺球蛋白，放出
T4和T3。血浆中T3和T4绝大部分与血浆中的蛋白质结合运输，可防止T3、T4经肾丢失。T3、T4在肝中灭活，肝中有一种与甲状腺素亲合力极强的
蛋白质，血流经过肝脏时，1/3的甲状腺素被肝细胞摄取，与葡萄糖醛酸或硫酸反应后失活，由胆汁排出。还可经脱氨、脱羧、脱碘失活。
2.功能
增强新陈代谢，引起耗氧量及产热量增加，促进智力与体质发育。
缺乏症：幼年 发育迟缓，行动呆笨等。成年 厚皮病、基础代谢降低。
过量：甲亢、基础代谢增高、眼球突出、心跳加快、消瘦、神经系统兴奋提高，表现为神经过敏。
三、胰岛素及胰高血糖素
1.结构
①β-细胞 A链21氨基酸，B链30氨基酸。
②α-细胞 胰高血糖素，29氨基酸。
2.功能
①胰岛素 提高组织摄取葡萄糖的能力，抑制肝糖元分解，促进肝糖元及肌糖元合成，可降低血糖。
缺乏：血糖升高，尿中有糖，糖尿病。
过量：血糖过低，能量供应不足，影响大脑机能。
②胰高血糖素：增高血糖含量，促进肝糖元分解
3.作用方式
（1）胰岛素：受体－酪氨酸蛋白激酶途径
胰岛素的受体是跨膜的酪氨酸激酶，由α 2β 2组成，α链处在细胞膜的外侧，β链穿过细胞膜。
（2）胰高血糖素（cAMP途径）
与肾上腺素类似，通过cAMP途径，提高肝糖元磷酸化酶活性，促进肝糖原分解（不促使肌糖原分解）。
第六章 糖类代谢 Carbohydrate Metabolism
本章重点：糖酵解、三羧酸循环的反应历程及生物学意义；磷酸戊糖途经的特点和生物学意义；明确糖合成的基本途径。
糖代谢的生物学功能：
能量转换（能源）
物质转换（碳源）： 氨基酸、脂肪酸、核苷酸。
可以构成重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。
糖代谢包括分解代谢与合成代谢:
分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最终氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。
合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。
糖代谢受神经、激素、别构物调节控制
第一节 糖酵解 Glycolysis
一、酵解与发酵
酵解：细胞质中的酵解酶系将Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的过程。
发酵：Fermentation
乳酸发酵：酵解产生的丙酮酸被NADH还原，生成乳酸。(厌氧生物体内或剧烈运动时肌肉组织中）
酒精发酵：丙酮酸脱羧生成的乙醛，被NADH还原,生成乙醇。（厌氧生物，如酵母）
二、糖酵解过程（EMP）Embden-Meyerhof-Parnas Pathway ，1940。在细胞质中进行。
1.反应步骤
反应分10步
（1）葡萄糖磷酸化生成G-6-P 已糖激酶或葡萄糖激酶，反应不可逆激酶：催化ATP分子的磷酸基转移到底物上的酶，一般需要Mg2+或Mn2+作
为辅因子。
已糖激酶：催化Glc、Fru、Man磷酸化。调节酶，可被G-6-P抑制
葡萄糖激酶：对Glc有专一活性，存在于肝脏中。不被G-6-P抑制。
Glc激酶是一个诱导酶。
肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1 mmol/L，肝中Glc激酶对Glc的Km为5-10 mmol/L。平时，Glc浓度为5 mmol/
L时，肌肉细胞中已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶催化Glc转化成
G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。
（２）G-6-P异构化为F-6-P 磷酸Glc异构酶将葡萄糖的羰基C由C1移至C2，反应可逆，方向由底物与产物的含量控制。
（３）F-6-P磷酸化生成F-1.6-2P 不可逆，磷酸果糖激酶。
是酵解途径的第二个调节酶，也是酵解途径的限速酶。ATP、H+对该酶有明显调节作用。
（４）F-1.6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）醛缩酶催化
（５）磷酸二羟丙酮（DHAP）异构成3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖异构酶
（６）3-磷酸甘油醛氧化成1.3－二磷酸甘油酸
磷酸甘油醛脱氢酶，该反应既是氧化反应，又是磷酸化反应。
（７）1，3-二磷酸甘油酸转化成3-磷酸甘油酸和ATP 磷酸甘油酸激酶
（８）3-磷酸甘油酸转化成2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶，磷酰基从C3移至C2。
（９）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶
（１0）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸
丙酮酸激酶，酵解途径的第三个调节酶。 反应不可逆
三、糖酵解的能量变化
EMP总反应式：
1葡萄糖 + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ →
2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
无氧情况下： 2NADH还原丙酮酸，生成2分子乳酸或乙醇，故净产生2分子ATP
有氧条件下： 2NADH进入线粒体经呼吸链氧化又可产生5分子ATP,再加上由底物水平的磷酸化形成的2个ATP，故共可产生2+5=7分子
ATP。但肌肉和神经组织2NADH进入线粒体经呼吸链氧化只产生3分子ATP,再加上糖酵解的2个ATP，共3 +2=5分子ATP。Why?
甘油磷酸穿梭：NADH → 1.5 ATP
NADH将胞质中磷酸二羟丙酮经磷酸甘油脱氢酶催化还原成3-磷酸甘油， 3-磷酸甘油进入线粒体，将2H传递给FAD。FADH2
进入呼吸链，产生1.5 ATP。(磷酸甘油脱氢酶的辅基是FAD)
苹果酸穿梭：NADH → 2.5 ATP
胞质中的NADH，经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸-a-酮戊二酸载体转运，进入线粒体内。线粒体内的苹果
酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸。(苹果酸脱氢酶的辅基是NAD+)
四、糖酵解的意义
1、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的共同途径。
2、通过糖酵解生成ATP，为生命活动提供部分能量，是厌氧生物获取能量的主要方式。
3、糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料（提供碳骨架），如磷酸二羟丙酮 甘油。
4、是糖有氧分解的准备阶段。
5、基本为由非糖物质转变为糖的异生途径之逆过程。
五、糖酵解的调节
糖酵解的主要作用是产生ATP及含碳中间物。细胞对酵解速度的调控则是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。
代谢途径中，不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。
1.已糖激酶调节
控制葡萄糖的进入。
抑制剂：G-6-P和ATP
激活剂：ADP
2.磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）
磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。
抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+。
激活剂：AMP、F-2.6-2P。
ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。
H+：防止缺氧时产生过量的乳酸。（血液酸中毒）
3.丙酮酸激酶调节 调节糖酵解的出口。
抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala和ATP。
激活剂：F-1.6-2P。
六丙酮酸的去路
1.进入三羧酸循环（柠檬酸循环）
2.生成乳酸
在乳酸脱氢酶催化下，丙酮酸接受NADH上的氢生成乳酸。
总反应式：Glc + 2ADP + 2Pi → 2乳酸 + 2ATP + 2H2O
动物体内的乳酸循环（ Cori 循环）：
肌肉收缩，糖酵解产生乳酸。乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为Glc，解除乳酸积累引起的中毒。
Cori循环是一个耗能过程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6个ATP。
3.乙醇的生成
酵母或其它微生物经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被NADH还原成乙醇。
总反应：Glc + 2pi + 2ADP + 2H+→2乙醇 + 2CO2 + 2ATP + 2H20
在厌氧条件下，能产生乙醇的微生物，如果氧气充分时，则会通过乙醛氧化生成乙酸。
4.丙酮酸还可重新合成糖（糖异生）
三羧酸循环
葡萄糖 ------糖异生------- 丙酮酸 酒精发酵
乳酸发酵
七、其它单糖进入糖酵解途径
1．糖原降解产物G-1-P
2．D-果糖
3．D-半乳糖
4．D-甘露糖
葡萄糖有氧氧化包括四个阶段:
①糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、 2ATP、2NADH）
②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（CO2、NADH）
③三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH）
④呼吸链氧化磷酸化（NADH→ATP）
NADH-Q还原酶 CoQ 细胞色素还原酶 细胞色素c
（NADH）
琥珀酸－Q还原酶 细胞色素氧化酶
（FADH2）
1/2O2+2H+ H2O
第二节 三羧酸循环
概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，
称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle), 简称TCA循环，又称Krebs循环。
三羧酸循环在线粒体基质中进行
一、由丙酮酸形成乙酰CoA
反应不可逆，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。
E.coli丙酮酸脱氢酶复合体：
缩写 肽链数 辅酶 催化反应
丙酮酸脱氢（羧）酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脱羧
二氢硫辛酸乙 E2 24 硫辛酸 将乙酰基转移到CoA
酰转移酶
二氢硫辛酸脱氢酶 E3 12 FAD NAD+ 将还原型硫辛酰胺转变为氧化型
此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子。
丙酮酸脱氢酶复合体的活性调节
1、ATP抑制E1 乙酰CoA抑制E2，NADH抑制E3。抑制效应被AMP、CoA和NAD+逆转。
2、E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。
3、砷化物与硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。
4、Ca＋激活
二 TCA循环的过程
1 、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
单向不可逆
可调控的限速步骤
氟乙酰CoA导致致死合成 常作为杀虫药
2、 柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）
在pH7.0，25°C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6
3 、 由异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）
TCA中第一次氧化脱羧反应
异柠檬酸脱氢酶为TCA中第二个调节酶
三羧酸到二羧酸的转变
4 、 α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（ α-酮戊二酸脱氢酶复合体）
TCA中第二次氧化脱羧过程，第三个调节酶
α-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似
α-酮戊二酸脱氢酶E1
琥珀酰转移酶E2
二氢硫辛酸脱氢酶E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+
TCA第一轮循环释放的2CO2都来自草酰乙酸，乙酰CoA羰基碳在第二轮循环中释放，甲基碳在第三轮循环中释放50%，以后每循环一轮释放余下的
50%。
5、琥珀酰COA转化成琥珀酸
TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤
GTP+ADP GDP+ATP
6 、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸
TCA中第三次氧化的步骤
丙二酸为该酶的竞争性抑制剂
开始四碳酸之间的转变
7 、 延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）
8 、 苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）
TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。
TCA：一次底物水平磷酸化，二次脱羧，三个调节位点，四次氧化脱氢反应。
三、TCA循环的化学计量
乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O
2 CO2 +3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+
循环的特点：
1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰
CoA的2个C原子形成CO2。
2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。
3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP, 1GTP 相当于1ATP。
4、循环中消耗两分子水。
5、3NADH 7.5 ATP ， 1FADH2 1.5ATP，再加上1个GTP
6、单向进行
1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。
若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。
若从葡萄糖开始，共可产生12.5×2+5=30个ATP（骨骼肌、脑细胞）或12.5×2+7=32个ATP（其它组织）。
四、三羧酸循环的回补反应
三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如
α-酮戊二酸 谷氨酸
草酰乙酸 天冬氨酸
琥珀酰CoA 卟啉环
上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应
(anaplerotic reaction)。
草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：
丙酮酸羧化
PEP的羧化
苹果酸脱氢
由氨基酸形成
丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应)
在线粒体内进行
草酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足 TCA循环速度降低乙酰-CoA浓度增加，丙酮酸羧化酶 产生更多的草酰乙酸 PEP羧化（在植物、酵母、细
菌）苹果酸脱氢 氨基酸转化
五、三羧酸循环的调控
三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有 3个调控部位。
1、柠檬酸合成酶（限速酶）
抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA。
激活：乙酰CoA、草酰乙酸。
2、异柠檬酸脱氢酶
抑制：NADH、ATP。
活化：ADP，当缺乏ADP时就失去活性，Ca2+激活。
3、α-酮戊二酸脱氢酶
抑制：NADH、琥珀酰CoA。
活化：Ca2+。
六、三羧酸循环的生物学意义
与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的能量，一分子葡萄糖经EMP、TCA循环和呼吸链氧化共可产生32个ATP。
TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。
TCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步 骤，为其他生物合成提供原料。
第三节 磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径：1953年阐述了磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway)，简称PPP途径，也叫磷酸己糖支路。在胞质中进
行。
两个事实：
①用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（磷酸甘油醛脱氢酶），发现Glc的消耗不受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径。
②用14C分别标记Glc的C1和C6，然后分别测定14CO2生成量，发现C1标记的Glc比C6标记的Glc更快、更多地生成14CO2 。
一、反应过程
第一阶段：葡萄糖的氧化脱羧阶段
6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核酮糖
第二阶段：非氧化的分子重排阶段
磷酸戊糖分子重排，生成不同碳链长度的磷酸单糖。
㈠葡萄糖的氧化脱羧阶段
6-磷酸葡萄糖脱氢酶（调控酶）， NADPH反馈抑制此酶活性。 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
本阶段总反应：
6-P葡萄糖+2NADP++H2O 5-P-核酮糖+CO2+2NADPH+2H+
㈡ 非氧化的分子重排阶段
1、磷酸戊糖异构生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖
2、磷酸戊糖转酮、转醛反应
生成酵解途径的中间产物（F-6-P，3-磷酸甘油醛）
（1）转酮反应
（2）转醛反应
转醛酶将7-磷酸庚酮糖上的三碳单位（二羟丙酮基）转到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鲜糖和6-磷酸果糖。
（3）转酮反应（转酮酶）
磷酸戊糖分子重排的总结果是：2个5-磷酸木酮糖 + 1个5-磷酸核糖 →2个6-磷酸果糖+ 1个3磷酸甘油醛；3个5-磷酸核糖 →2个
6-磷酸果糖 + 1个3磷酸甘油醛
磷酸戊糖途径小结：
1.可将G-6-P彻底氧化
第一阶段：
3Glc 3（G-6-P）
3（G-6-P酸内酯） 3（ G-6-P酸）
2（5-P木酮糖）+ 5-P核糖
第二阶段：
5-P木酮糖 + 5-P核糖 F-6-P + 4-P赤藓糖
5-P木酮糖 + 4-P赤藓糖 F-6-P + 3-P甘油醛
最终结果：
3Glc + 6NADP+ 2（ F-6-P ）+ 3-P甘油醛 + 6NADPH + 3CO2
6Glc + 12NADP+ 4（ F-6-P ）+ 2（ 3-P甘油醛） + 12NADPH + 6CO2
6Glc + 12NADP+ 5（ F-6-P ）+ 12NADPH + 6CO2
2.转酮酶（TPP）、转醛酶催化可逆反应转移的都是酮，受体是醛。
转酮酶转移的是二碳单位（羟乙酰基）。转醛酶转移的是三碳单位（二羟丙酮基）。
3.磷酸戊糖途径的中间产物，可进入糖酵解途径中，反之亦可。
主要是6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
4.碳的释放 磷酸戊糖途径释放14C1
在TCA循环中：
先释放C3、C4（丙酮酸脱羧）
第二轮后释放C2、C5（乙酰CoA的羰基碳：CH3C*=O-CoA，100%）
第三轮后释放C1、C6（乙酰CoA的甲基碳：*CH3C=O-CoA，每循环一轮释放50%）
二、磷酸戊糖途径的调节
• 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是限速酶，催化不可逆反应。活性主要受NADPH/NADP+的调节。
• NADPH反馈抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。
非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物的浓度。
三、磷酸戊糖途径与糖酵解途径的调节
G-6-P的流向取决于对NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。
1.5-磷酸核糖的需要量比NADPH大很多时
5（G-6-P）+ ATP → 6(5-磷酸核糖）+ ADP + H+
2.对5-磷酸核糖和NADPH的需要量平衡时
G-6-P + 2NADP+ + H2O→5-磷酸核糖 + 2NADH + 2H+ + CO2
3.NADPH的需要量比5-磷酸核糖多很多时
6（G-6-P）+ 12NADP+ + 6H2O →6（5-磷酸核糖）+ 12NADPH + 12H+ + 6CO2
5-磷酸核糖通过重组及Glc异生作用，再合成G-P-6。
4. 需要NADPH和ATP的量更多时， G-6-P转化成丙酮酸
3（G-6-P）+ 6NADP+ + 5NAD+ + 8ADP + 5Pi→
5丙酮酸 + 6NADPH + 5NADH + 8ATP + 8H+ + 3CO2 + 2H2O
四、磷酸戊糖途径的生理意义
1.产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。
2.中间产物为许多化合物的合成提供碳骨架
如：
5-P-核糖 核苷酸
4-P-赤藓糖 芳香族氨基酸
3. 可与光合作用联系起来，实现某些单糖间的互变。
4. PPP途径是一个可单独进行氧化分解的途径。因此可以和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。 如：NADPH也可用于ATP
合成
跨线粒体穿梭转运，将氢转移至线粒体NAD+上。
胞液内：α-酮戊二酸 + CO2 + NADPH + H+
异柠檬酸 + NADP+
线粒体内：异柠檬酸 + NAD+
α-酮戊二酸 + CO2 + NADH + H+
一分子Glc→12分子NADPH，12×2.5 – 1 = 29 ATP
第四节 糖的生物合成
高等植物体内葡萄糖的合成途径：
卡尔文（ Calvin）循环：由CO2和H2O合成已糖。合成动力（能量）是叶绿素吸收的光能。
蔗糖、淀粉的降解
糖异生
动物体内葡萄糖的合成途径：糖原的降解 糖异生
一、糖异生的概念
由丙酮酸、草酰乙酸、乳酸等非糖物质转变 成葡萄糖的过程称为糖异生。
糖异生的证据来自动物实验：大鼠禁食24小时，肝中糖原从7%-1%，若喂乳酸、丙酮酸等糖原的量会增加。
二、糖异生的途径
糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同，但有两方面不同：
1、克服糖酵解的三步不可逆反应。
2、糖酵解在细胞质中进行，糖异生则分别在线粒体和细胞质中进行。
1、丙酮酸 PEP
2、1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖
1，6-二磷酸果糖+H2O 6-磷酸果糖+Pi
3、6-磷酸葡萄糖 葡萄糖
6-磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖+Pi
三、糖异生途径的意义
• 葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人脑对葡萄糖有高度依赖性。红细胞也需要葡萄糖。尤其在饥饿状态下葡萄糖异生尤为重要；在机体处在
剧烈运动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。
• 当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰CoA通过乙醛酸循环合成琥珀酸 TCA循环 糖
异生
• 葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人脑对葡萄糖有高度依赖性。红细胞也需要葡萄糖。尤其在饥饿状态下葡萄糖异生尤为重要；在机体处在
剧烈运动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。
当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰CoA通过乙醛酸循环合成琥珀酸 ——TCA循环 —— 草酰乙酸 ——糖异生 —— 葡萄糖—— 供种子萌发
使用
四、葡萄糖异生作用的调节
2、6-二磷酸果糖合成与降解的调控
血糖低-- 胰高血糖素释放-
cAMP级联作用- 蛋白磷酸化。
血糖高--胰岛素释放--
F-2、6-BP多
具有一条肽链的酶蛋白，由于某些氨基酸
的磷酸化和脱磷酸化使之具有两种酶活性
，这种酶称双功能酶。
糖异生与糖酵解作用的相互调节：
1、磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1、6-二磷酸酶的调节：
当AMP水平高时，表明需要ATP， PFK激活，增加糖酵解，由于果糖-1、6-二磷酸酶受抑制，则糖异生关闭。当ATP和柠檬酸水平高
时， PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1、6-二磷酸酶活性，从而增加糖异生速率。
当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用， 使酶蛋白磷酸化（FBPase2活化），降低F-2、6-
BP；当进食时，血糖水平较高，激素胰岛素释放，使F-2、6-BP增加，激活PFK，加速酵解；同时F-2、6-BP的增加抑制果糖-1、6-二磷酸
酶活性，使糖异生作用受抑制。
糖异生与糖酵解作用的相互调节：
2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶的调节：
高水平的ATP和Ala抑制丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由于该情况下乙酰CoA亦是充裕的，则活化丙酮酸羧化酶，有助于糖异生的进行。反之，在
细胞供能状态较低时，ADP水平较高，则抑制丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶，关闭糖异生作用。
丙酮酸激酶被F-1、6BP活化（前馈激活），即需要糖酵解加速时该酶的活性被提高。
当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，抑制糖酵解。
糖异生与糖酵解作用的紧密相互调节防止了二者共同进行时的无效循环。
第五节 多糖的生物合成
一、糖核苷酸的作用及形成
单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合生成糖核苷酸。
作用：糖核苷酸是高等动植物体内合成双糖和多糖时，葡萄糖的活化形式与供体。
种类：目前发现的糖核苷酸主要有UDPG,ADPG,TDPG,GDPG,CDPG等。在糖类代谢中，以UDPG,ADPG为最重要。（结构见书
P116）
形成：
1-P-G + UTP
二、淀粉的生物合成
㈠直链淀粉的生物合成
1、淀粉磷酸化酶
1-P葡萄糖+引物 淀粉+Pi
引物是作葡萄糖的受体，它是含α-1，4糖苷键的葡萄多糖，最小为麦芽三糖。转移来的葡萄糖分子结合在引物非还原末端C4的羟基上。
该酶的作用主要是催化淀粉的分解（植物细胞中磷酸的浓度较高）。
2、淀粉合酶（ UDPG焦磷酸化酶、 D-酶、淀粉合酶）是淀粉合成的主要途径。
ADPG+引物 淀粉+ADP 也可用UDPG做供体
三、糖原的合成与分解 主要发生在肝脏、骨骼肌中。
（一）糖原分解代谢
（二）糖原合成代谢
1.UDP葡萄糖焦磷酸化酶 G-1-P + UTP → UDP-葡萄糖 + ppi.
2.糖原合成酶 UDPG+引物 糖原+UDP
新的Glc残基加在糖原引物非还原端Glc残基的Ｃ４羟基上，生成α-１.4糖苷键。ＵＤＰ被延长的糖原分子末端Glc残基Ｃ４上的羟基取代
3.分枝酶
第七章 生物氧化 Biologic Oxidation
本章重点：电子传递链和氧化磷酸化作用，明确物质代谢和能量代谢的关系。
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念
1 、概念
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸
作用。
2 、生物氧化主要包括三方面的内容：
（1）在酶的催化下,将有机化合物中的C变成CO2—CO2如何形成？脱羧反应
（2）在酶的作用下,细胞利用分子氧将有机化合物中的负H氧化成H2O—H2O如何形成？电子传递链
（3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量转化成ATP—能量如何产生？
底物水平磷酸化 氧化磷酸化
二、生物氧化的特点
有机物的生物氧化和体外氧化（燃烧）的实质相同，但二者进行的方式和历程却不同：
生物氧化 体外燃烧
细胞内温和条件 高温或高压、干燥条件
（常温、常压、中性pH、水溶液）
一系列酶促反应 无机催化剂
逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆发释放
释放的能量转化成ATP被利用 转换为光和热，散失
真核细胞的生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
三、化学反应的自由能
自由能:在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自由能，用符号G表示。
在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化（ΔG）来衡量。
自由能的变化 △G = G产物 - G反应物
ΔG是衡量反应自发性的标准：
ΔG< 0，放能，可以产生有用的功,自发进行
ΔG >0，吸能，必须供给能量才能进行，非自发进行。
ΔG =0 ，平衡状态
注意：
一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化（△H），不能作为此反应能否自发进行的判据， △G才是唯一准确的指标。
△G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正
值，酶也无能为力。
当△G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行。
自由能变化的可加和性：在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。
故一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，驱动整个反应进行。
标准自由能变化：指在标准条件下，即温度为25℃（298K）， 1个大气压，参加反应的物质浓度为1mol/L，测得的自由能的变化，用△G °表
示。生化标准自由能变化：指将标准状况pH定为pH=7.0，测得的自由能的变化，用△G °´表示。
3、自由能变化与平衡常数的关系
aA + bB cC + dD
生化标准状况下，平衡常数用K ´ eq表示，则：
4、自由能变化与氧化还原电位的关系
生化标准氧化还原电位：生化标准条件下，发生氧化还原反应的每一氧化还原电子对的电子转移势能，用E0¢表示。
一般E0 ¢值越小，表示该氧还对的还原态失电子能力越大，即还原能力越强，是强还原剂。
E0’值越大，表示该氧还对的氧化态得电子能力越大，即氧化能力越强，是强氧化剂。
在氧化还原反应中，电子总是从E0’值较小的物质转移到值较大的物质，即从还原剂流向氧化剂。
生化标准氧化还原电位差（ΔE0 ’ ）：
ΔE0’= E0 ’氧化剂-E0 ’还原剂
= E0 ’电子受体-E0 ’电子供体
ΔG0 ’ = - nF ΔE0 ’
其中n为转移的电子数，ΔE0 ’的单位为伏特（V）
F为法拉第常数，F=96.496kJ/v.mol=23.063kcal/v.mol
四、高能化合物
1、高能化合物的概念
一般将水解时能够释放20.92 kJ /mol（5Kcal/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。
在高能化合物分子中，水解断裂时释放出大量自由能的活泼共价键称为高能键。
2、高能化合物的类型
按其分子结构特点及所含高能键的特征分：磷氧键型 磷氮键型 硫酯键型 甲硫键型
（1）、磷氧键型（—O-P)
(A)酰基磷酸化合物
1,3-二磷酸甘油酸 乙酰磷酸 酰基腺苷酸 氨酰基腺苷酸 氨甲酰磷酸
（B）焦磷酸化合物：焦磷酸 ATP（三磷酸腺苷） ADP（二磷酸腺苷）
（C）烯醇式磷酸化合物：磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物
（2）、 氮磷键型（如胍基磷酸化合物）：磷酸肌酸 磷酸精氨酸
磷酸肌酸是肌肉和脑中的储能物质，磷酸精氨酸某些无脊椎动物，如虾等的储能物质。
（3）、硫酯键型：酰基辅酶A 3¢-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
（4）、 甲硫键型：S-腺苷甲硫氨酸
3、最重要的高能化合物—ATP
例如：一个静卧的人24小时内消耗约40公斤ATP。
1）ATP在能量转化中的作用
①ATP是生物体通用的能量货币。
②ATP是磷酸基团转移反应的中间载体。 ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者，但不是能量的贮存者。
2）能荷
ATP是生命活动中能量的主要直接供体，因此ATP不断产生又不断消耗， ATP、ADP和AMP的转换率非常高。但他们在机体内总能保持相应的平衡状
态，以适应细胞对能量的需求。
细胞所处的能量状态用ATP、 ADP和AMP之间的关系式来表示，称为能荷，公式如下：[ATP]+1/2[ADP]
能荷= [ATP]+[ADP]+[AMP]
能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变为ATP时，能荷值为1。
高能荷抑制ATP的生成，促进ATP的应用，即促进机体内的合成代谢。
大多数细胞的能荷处于0.8-0.95之间。稳定的状态。进一步说明细胞内ATP的产生和利用都处于一个相对（同位素实验）
第二节 电子传递链
一、概念：需氧细胞内有机物通过分解途径所形成的还原性辅酶（NADH和FADH2）通过电子传递途径被重新氧化。即还原型辅酶上的氢原子以质子的形式
脱下，其电子沿一系列电子传递体转移，最后转移给分子氧并生成水，这个电子传递体系称为电子传递链。由于消耗氧，故也叫呼吸链。
电子传递链在原核生物存在于细胞膜上，在真核细胞存在于线粒体内膜上。
电子传递过程中，还原型辅酶被氧化:
在电子传递过程中释放出的能量，使ADP和磷酸结合生成ATP。
P/O比：一对电子通过呼吸链传至氧产生ATP的分子数。
NADH →2.5ATP（2.5 × 7.3 =18.25 Kcal/mol ）18.25 ÷52.6 = 34.7 %
FADH2→1.5ATP（1.5 × 7.3 =10.95 Kcal/mol ）10.95 ÷43.4 = 25.2 %
二、呼吸链的组成
呼吸链由一系列的氢传递体和电子传递体组成。包括：
NADH-Q还原酶（复合体Ⅰ） 、琥珀酸-Q还原酶（复合体II）、细胞色素还原酶（复合体III）、细胞色素氧化酶（复合体IV）。
1、 NADH-Q还原酶(NADH脱氢酶、复合体Ⅰ、亦是第一个质子泵) NADH-Q还原酶是一个大的蛋白质复合体。
辅基：FMN和铁-硫聚簇（Fe-S）
辅酶：辅酶Q
由辅基或辅酶负责传递电子。
FMN通过氧化还原变化可接收NADH+H+的氢以及电子。
FMN FMNH FMNH2
铁硫聚簇（Fe-S中心 ）：铁硫聚簇主要以（ Fe-S ） (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为铁硫蛋
白。
铁硫聚簇通过Fe3+ « Fe2+ 变化，将氢从FMNH2上脱下传给CoQ，起到传递电子的作用，每次传递一个电子. NADH-Q还原酶先与
NADH结合并将NADH上的两个氢转移到 FMN辅基上
2、辅酶Q（泛醌、亦简称Q)
如： NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、脂酰-CoA脱氢酶等是脂溶性醌类化合物，而且分子较小，可在线粒体内膜的磷脂双分子层的疏水区自由扩
散。
功能基团是苯醌,通过醌/酚的互变传递氢，Q (醌型结构) QH2（酚型结构）。因此，它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。
3、琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ）琥珀酸脱氢酶也是此复合体的一部分
辅基：FAD和Fe-S聚簇
辅酶：CoQ 。
琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时其辅基FAD还原为FADH2，然后FADH2又将电子传递给Fe-S聚簇。最后电子由Fe-S聚簇传递给
辅酶CoQ。
4、细胞色素还原酶（复合体Ⅲ、细胞色素bc1复合体）：细胞色素还原酶含有两种细胞色素，即细胞色素b(bL和bH)和细胞色素c1含有
2Fe-2S。复合体Ⅲ的作用是将电子从QH2转移到细胞色素c。
细胞色素（cytochrome,cyt）：细胞色素几乎存在于所有生物体内，根据吸收光谱带不同分a、b、c三类，主要含有5种细胞色素 b、
c 、c1 、 a、a3等，细胞色素是以血红素（heme，铁卟啉）为辅基的蛋白质。
细胞色素主要是通过辅基中Fe3+ « Fe2+ 的互变起传递电子的作用。
细胞色素是含铁的电子传递蛋白质的总称。铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素。
5、细胞色素c
在复合体III和Ⅳ之间传递电子。（细胞色素c 交互地与细胞色素还原酶的C1和细胞色素氧化酶接触）
6、细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ、细胞色素c氧化酶 ）
• 复合体Ⅳ由10个亚基构成。4个氧化－还原活性中心，即2个含有a型血红素（cyt.a、a3）和2个铜原子（CuA，CuB）。Cyta与CuA
相配合，cyta3与CuB相配合，当电子传递时，细胞色素的Fe3+ Fe2+间循环，同时Cu2+ Cu+间循环，将电子从cytc直接传递给
O2。也叫末端氧化酶。
三、呼吸链的电子传递顺序
呼吸链的各组分在线粒体内膜上是按一定顺序排列的，在线粒体内膜上主要有两条呼吸链：
四电子传递链的抑制剂
1、概念：能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。
专一性的电子传递抑制剂的使用是研究呼吸链中电子传递体顺序的有效方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素： 阻断了电子由NADH向CoQ的传递
（2）抗霉素A：阻断电子由QH2向cytC1的传递
（3）氰化物（CN-）、硫化氢（H2S）、叠氮化物（N3-）、一氧化碳（CO）等
阻断了电子由cytaa3向分子氧的传递。
第三节 氧化磷酸化
1、概念
是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即伴随电 子从底物到O2的传递，释放的自由能用以使ADP被磷酸化生成ATP的酶促过程，这种氧化与
磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是需氧细胞主要的能量来源，产生ATP的主要途径。
1分子葡萄糖分解代谢生成10个NADH和2个FADH2。
△G °´＝10´52.6+2´43.4=2564.8 kcal/mol
1分子葡萄糖体外燃烧释放2870.23 kcal/mol
2、形成ATP的部位（氧化与磷酸化偶联部位）
电子传递链释放大量自由能的部位有3处，即复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ ，这3个部位就是ATP合成的部位，称为偶联部位。
关于论证ATP形成部位的实验证据
（1）ΔG0 ’ =-nF ΔE0 ’
（2） 琥珀酸氧化P/O=1.5，苹果酸氧化P/O=2.5表明在NADH——CoQ 有一次磷酸化作用
（3）用抗坏血酸使电子从细胞色素C进入呼吸链，测得P/O=1，说明由cytaa3——O2有一次磷酸化
（4）使用专一性电子传递链抑制剂亦可测出ATP的形成部位
3、氧化磷酸化作用的机理
有关氧化磷酸化机理的几种假说：
1953年 Edward Slater，化学偶联假说
1964年 Pual Boyer，构象偶联假说
1961年 Peter Mitchell，化学渗透假说
（1）化学偶联假说（掌握要点）chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成高能共价中间物，高能中间物裂解驱动ADP磷酸化生成ATP。
（2）构象偶联假说conformational coupling hypothesis
认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象迄今未能分离出
这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。
（3）化学渗透假说chemiosmotic hypothesis
认为电子传递释放的自由能和ATP的合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。即电子传递释放的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入膜
间隙，从而形成跨线粒体内膜的H+离子梯度，即电化学梯度。这个跨膜的电化学电势驱动ATP的合成。
支持化学渗透假说的实验证据
氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。线粒体内膜对H+ OH- K+ Cl-都是不通透的。破坏H+ 浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载
体抑制剂）必然破坏氧化磷酸化作用的进行。线粒体的电子传递所形成的电子流能够将H+ 从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。大量直接或间接的实验证明膜表
面能够滞留大量质子，并且在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。迄今未能在电子传递过程中分离出一个与ATP形成有关的高能中间化合物，亦未能分离出
电子传递体的高能存在形式。
H+如何通过电子传递链“泵”出的？强大的质子流通过嵌在线粒体内膜的F0F1-ATP合酶返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，推动
ATP的合成。
ATP的合成机制— FOF1-ATP合酶：线粒体内膜的表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为FOF1-ATP合酶，也叫ATP合酶复合体或
ATP合酶，是ATP合成的场所。
它由FO、F1两部分组成，其中FO由4种6条不同的肽链组成，是复合体的柄（含质子通道），镶嵌到内膜中.F1由5种9条肽链组成，呈球状，是复合体
的头，与FO结合后这个头伸向膜内基质。FO是膜间隙质子返回膜内的通道，F1是催化ATP合成的部位，当膜间隙的质子经FO质子通道到达F1时便推动
ATP的合成。
亚线粒体结构证明FOF1-ATP合酶中FOF1的功能
根据当前最新测定, H+经NADH-Q还原酶、细胞色素bc1复合体（ Ⅲ ）、细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ）从基质泵到膜外时，一对电子泵出的质子数
依次为4、2、4，而合成一个ATP分子是由3个H+通过ATP合酶所驱动。所以电子从NADH传至O2，共产生的ATP分子数是2.5个。若从琥珀酸
传递至O2，只有两个偶联部位，产生1.5个ATP。
四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂
不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：
1、解偶联剂（uncouplers）：某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，使ATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解
偶联剂。解偶联剂不抑制电子传递。
解偶联剂主要有三种类型：化学解偶联剂：离子载体：解偶联蛋白：
化学解偶联剂：2、4-二硝基苯酚
DNP在pH=7的环境中以解离形式存在，是脂不溶的，不能过膜。在酸性环境中接受H+,成为不解离形式，是脂溶性的，很容易过膜，同时将H+带入膜
内，起消除质子浓度梯度的作用。亦称质子载体。
起同样作用的有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCP）。
离子载体（离子载体抑制剂）：是一类脂溶性物质，能与H+以外的其他一价阳离子结合，并作为他们的载体使他们能过穿过膜，消除跨膜的电位梯度。缬氨霉素
（K+）
短杆菌肽（K+ Na+）
解偶联蛋白（产热素）：是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为天然解偶联剂。它们能形成质子通道，让膜间的H+通过通道返回膜内，消除跨膜质子
浓度梯度。如：动物的褐色脂肪组织，其产热机制是线粒体氧化磷酸化解偶联的结果。
五、线粒体穿梭系统：磷酸甘油穿梭 苹果酸-天冬氨酸穿梭
真核细胞细胞液中产生的NADH必须进入线粒体才能经呼吸链氧化并生成ATP.
1、磷酸甘油穿梭（P/O=1.5）昆虫飞行肌细胞胞液NADH利用此穿梭
2、苹果酸-天冬氨酸穿梭（P/O=2.5）动物心脏及肝脏、胞质胞液内NADH利用此穿梭
Chapter 8 脂类代谢Lipid Metabolism
本章重点：脂肪酸的β-氧化与从头合成
脂类（lipid）:亦译为脂质或类脂。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。
脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸，醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。
脂类的生理功能：
生物膜的骨架成分 磷脂
能量储存形式 甘油三酯
参与信号识别、免疫 糖脂
激素、维生素的前体
生物体表保温防护
脂肪储存量大，热值高:
如70kg人体，脂肪：2008320 kJ 蛋白质：105000 kJ 糖原：2520 kJ
第一节 脂的消化、吸收和转运
一、脂类的消化和吸收
1. 脂类的消化（十二指肠）脂肪刺激胰腺分泌的脂类水解酶。
脂类水解酶：
①三酰甘油脂肪酶（水解三酰甘油C1、C3酯键）
②磷脂酶A2（水解磷脂，产生溶血磷酸和脂肪酸）
③胆固醇脂酶（水解胆固醇酯，产生胆固醇和脂肪酸）
④辅脂酶（Colipase）（和胆汁共同激活胰脏分泌的脂肪酶原）
2. 脂类的吸收：脂肪刺激胆囊分泌胆汁。
甘油单脂、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂可与胆汁盐乳化成混合微团（20nm），被肠粘膜的柱状表面细胞吸收。
被吸收的脂类，在柱状细胞中重新合成甘油三酯，结合上蛋白质、磷酯、胆固醇，形成乳糜微粒（CM），经胞吐排至细胞外，再经淋巴系统进入血
液。
二、脂类转运
甘油三脂和胆固醇脂在体内由脂蛋白转运。
脂蛋白的分类及结构与功能（见上册书）。
三、贮脂的动员
脂肪在脂肪酶作用下分解产生脂肪酸和醇，脂肪酸经血浆白蛋白运输至各组织细胞中。
脂肪的分解受激素调节：
促进：肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素都可以激活腺苷酸环化酶，使cAMP浓度升高。促使依赖cAMP的蛋白激酶活化，将无活性的脂肪酶磷
酸化，转变成有活性的脂肪酶，加速脂解作用。
抑制：胰岛素、前列腺素E1
第二节 甘油三酯的分解代谢
一.甘油三酯的水解：组织中有三种脂肪酶，分步将甘油三酯水解成甘油二酯、甘油单酯，最终产生3分子脂肪酸和1分子甘油。
三种酶：脂肪酶（激素敏感性甘油三酯脂肪酶，限速酶）、甘油二酯脂肪酶、甘油单酯脂肪酶。
二、甘油代谢：在脂肪细胞中，没有甘油激酶，无法利用脂解产生的甘油。
甘油进入血液，转运至肝脏后才能被甘油激酶磷酸化，生成3-磷酸甘油，再经磷酸甘油脱氢酶氧化成磷酸二羟丙酮，进入糖酵解途径或糖异生途
径。
甘油代谢生成的磷酸二羟丙酮将脂代谢与糖代谢联系起来。
1分子甘油彻底氧化分解产生多少个ATP ？
三、脂肪酸的氧化
（一）饱和偶数碳脂肪酸的β氧化
1.β氧化概念
饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，碳链在α位C原子与β位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的
脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为β-氧化
实验证据：
1904年，Franz 和Knoop。
实验前提：已知动物体内不能降解苯环，用苯基标记含奇数碳原子的脂肪酸，喂饲动物，尿中是苯甲酸衍生物马尿酸。用苯基标记含隅数碳原子的脂肪酸，喂饲动
物，尿中是苯乙酸衍生物苯乙尿酸。
结论：脂肪酸的氧化是从羧基端β-碳原子开始，每次分解出一个二碳片断，故称为脂肪酸β氧化。
2. 脂肪酸的β氧化过程
（1）脂肪酸的活化
脂肪酸首先在胞质中被活化，形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。
在脂酰CoA合成酶(硫激酶)催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：
（2）长链脂酰CoA向线粒体的转运，以脂酰肉碱形式转运至线粒体内。
β-氧化在线粒体基质中进行，而脂肪酸第一步活化在胞液中，脂酰CoA（10C以上）不能进入线粒体，需特殊的 转运机制来帮助跨膜。
酰基肉碱载体（L-β-羟基γ-三甲基氨基丁酸 ）以脂酰肉碱形式将脂酰CoA转运至线粒体内。
线粒体内膜外侧（胞质侧）：肉碱脂酰转移酶Ⅰ催化，脂酰CoA将脂酰基转移给肉碱的β羟基，生成脂酰肉碱。
线粒体内膜：移位酶将脂酰肉碱移入线粒体内，并将肉碱移出线粒体。
线粒体内: 肉碱脂酰转移酶Ⅱ催化，使脂酰基又转移给CoA，生成脂酰CoA和游离肉
（3）线粒体内的β-氧化过程
① 脂酰CoA脱氢生成β-反式烯脂酰CoA（脱氢） 脂酰CoA脱氢酶，以FAD为辅基。
②△2反式烯脂酰CoA水化生成L-β-羟脂酰CoA（水化）β-烯脂酰CoA水化酶。
③L-β-羟脂酰CoA脱氢生成β-酮脂酰CoA（脱氢）L-β羟脂酸CoA脱氢酶
④β-酮脂酰CoA硫解 (硫解) 酮脂酰硫解酶 生成乙酰CoA和（n-2）脂酰CoA
3. 脂肪酸β-氧化小结
（1）脂肪酸β-氧化时仅需活化一次，消耗两个 高能键相当于2 个ATP，生成脂酰CoA 。
（2）长链脂肪酸由线粒体外的脂酰CoA合成酶活化，经肉碱运到线粒内；中、短链脂肪酸直接进入线粒体，由线粒体内的脂酰CoA合成酶活化。
（3）β-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。
4. 脂肪酸β-氧化产生的能量（以16C的软脂酸为例）
⑴活化消耗2ATP，生成软脂酰CoA（胞质中）
⑵脂酰CoA脱氢，FADH2产生1.5 ATP。
⑶β-羟脂酰CoA脱氢，NADH产生2.5 ATP。
⑷β-酮脂酰CoA硫解：乙酰CoA → TCA，10 ATP
(n-2)脂酰CoA → 第二轮β氧化经过7次循环，产生7个NADH，7个FADH2， 8分子乙酰COA
活化消耗： 2ATP
β氧化产生： 7×（1.5 + 2.5）ATP ＝ 28
8个乙酰CoA： 8×（7.5 + 1.5+ 1）ATP ＝ 80
净生成： 108 – 2＝106 ATP
5.β-氧化的调节
⑴脂酰基进入线粒体的速度是限速步骤，长链脂肪酸生物合成的第一个前体丙二酸单酰CoA的浓度增加，可抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ，限制脂肪酸氧化。
⑵[NADH]/[NAD+]比率高时，β-羟脂酰CoA脱氢酶受抑制。
⑶乙酰CoA浓度高时，可抑制硫解酶，抑制氧化。
（二）奇数碳脂肪酸的β氧化 丙酰CoA有两条代谢途径。
1.丙酰CoA转化成琥珀酰CoA，进入TCA。动物体内存在这条途径，因此，在动物肝脏中奇数碳脂肪酸最终能够异生为糖。数碳脂肪酸最终能够异生为
糖。
2.丙酰CoA转化成乙酰CoA，进入TCA 。这条途径在植物、微生物中较普遍
（三） 不饱和脂肪酸的氧化分解
1. 单不饱和脂肪酸的氧化（单个双键，油酸）多不饱和脂肪酸的氧化≥2个双键，亚油酸（18：2，△9,12）
异构酶（改变双键位置和顺反构型）
β-羟脂酰COA差向酶（改变β-羟基构型：D→L型）
（四）脂肪酸的其它氧化途径
1.α-氧化（不需活化，直接氧化游离脂肪酸）
脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化。
RCH2COOH→RCOOH+CO2
α-氧化对于降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸、过分长链脂肪酸（如脑中C22、C24）有重要作用。
2.ω-氧化
12碳以上的脂肪酸是通过β-氧化进行分解作用；少数的12C以下的脂酸可在微粒体中经ω-氧化作用途径，产生二羧酸。
脂肪酸在酶催化下，其ω碳（末端甲基C）原子发生氧化，先生成ω-羟脂肪酸，继而氧化成α,ω-二羧酸的反应过程，称为ω-氧化。
从脂肪酸两端进行β-氧化（海洋中浮游细菌降解海面浮油）
故ω-氧化加速了脂肪酸的降解速度。
四、酮体代谢：在动物肌肉中乙酰COA可以进入TCA；在动物肝、肾脏线粒体内乙酰CoA可以生成丙酮、乙酰乙酸、D-β-羟丁酸，这三种物质称酮
体。
注意：酮体的三种化合物中D-β-羟丁酸不是酮
1.酮体生成的意义：酮体是肝输出能量的一种形式，生成酮体的目的是将肝中脂肪酸氧化产生的大量的乙酰CoA转移出去。酮体分子小，溶于水，能通过血脑
屏障及肌肉毛细管壁。脑组织细胞不能氧化脂肪酸，但能利用酮体。长期饥饿，糖供应不足时，酮体可以代替葡萄糖，成为脑及肌肉的重要能源。
2. 酮体的生成（肝、肾细胞的线粒体内）
肝脏线粒体中的乙酰CoA走哪一条途径（生成酮或进入TCA ），主要取决于草酰乙酸的可利用性。
饥饿状态下，草酰乙酸离开TCA，用于异生合
成葡萄糖。只有少量乙酰CoA进入TCA，大多数
乙酰CoA用于合成酮体。
酮体的生成过程：
1、2乙酰-CoA
乙酰乙酰-CoA
2、乙酰乙酰-CoA ＋乙酰-CoA HMG-CoA
3、 HMG-CoA 乙酰-CoA+乙酰乙酸
HMG-CoA：b-羟-b-甲基戊二酰-CoA
3.酮体的利用
（1）乙酰乙酸
乙酰乙酸生成2分子乙酰CoA进入TCA。
心、肾、脑、骨骼肌等。
（2）β-羟基丁酸被β羟基丁酸脱氢酶催化，生成乙
酰乙酸，进入上述途径。
（3）丙酮生成丙酮酸或乳酸，进入TCA或异生成糖。
4.酮体生成的调节
（1）饱食：胰岛素增加，脂解作用抑制，进入肝中脂肪酸减少，酮体生成减少。
饥饿：胰高血糖素增加，脂肪动员加强，血中
游离脂肪酸浓度升高，利于β氧化及酮体的生成。
（2）肝糖原含量及其代谢的影响
肝细胞糖原含量丰富时，脂肪酸合成甘油三酯
及磷脂。
肝细胞糖原供给不足时，脂肪酸主要进入线粒
体，进入β-氧化，酮体生成增多。
（3）丙二酸单酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体
乙酰CoA及柠檬酸能激活乙酰CoA羧化酶，
促进丙二酸单酰CoA的合成，后者能竞争性
抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ，从而阻止脂酰CoA
进入线粒体内进行β氧化，从而抑制酮体生 成。
第三节 脂肪酸和甘油三酯的合成代谢
脂肪酸合成不是脂肪酸分解步骤（b-氧化）的简单逆过程 。
一、饱和脂肪酸的合成
乙酰CoA是脂肪酸合成的起始（引）物，丙二酸单酰CoA是链的延长中2C供体。
合成的原料：乙酰CoA（糖酵解、 b-氧化、aa氧化）NADPH （ 40%磷酸戊糖途径、 60%苹果酸酶反应）ATP和HCO3
1. 乙酰CoA的转运（线粒体→细胞质）
乙酰CoA的来源：
EMP 丙酮酸 氧化脱羧 乙酰CoA
脂肪酸b氧化 乙酰CoA
氨基酸氧化 乙酰CoA
转运方式：柠檬酸-丙酮酸循环
2.丙二酸单酰CoA的生成（供体活化）
乙酰CoA羧化酶：是脂肪酸合成的限速酶。
组成：生物素羧基载体蛋白（BCCP）生物素羧化酶 羧基转移酶
辅酶是生物素 生物素+ BCCP 生物胞素
别构酶：柠檬酸激活，脂肪酸抑制。
3.脂酰基载体蛋白（ACP）
脂肪酸合成酶复合体：E.coli，6种酶和1种脂酰基载体蛋白（ACP）。
ACP的辅基：4-磷酸泛酰巯基乙胺。 4-磷酸泛酰巯基乙胺也是CoA的组成和活性部位。
脂肪酸合成过程中， ACP辅基上的-SH基以共价键与脂酰基相连。ACP辅基就象一个“摇臂”，携带脂酰基由一个酶转到另一个酶的活性位
点上。
脂酰基载体蛋白与辅酶A：共同活性基团：4-磷酸泛酰巯基乙胺
六种酶：AT :ACP转酰基酶；KS:β-酮脂酰ACP合酶；MT:丙二酸单酰ACP-转移酶； KR:β-酮脂酰ACP还原酶；HD:羟脂
酰-ACP脱水酶；ER:烯脂酰-ACP还原酶
脂肪酸合成酶复合体结构示意图：6种酶和1种脂酰基载体蛋白（ACP)
4.脂肪酸的生物合成步骤
（1）启动反应 （priming）
乙酰-CoA : ACP转酰基酶（AT）乙酰基（脂酰基）连到β-酮脂酰ACP合酶上。
（2）装载（loading）：丙二酸单酰基转移丙二酸单酰ACP-转移酶（MT），生成丙二酸单酰-S-ACP。生成丙二酸单酰-S-ACP。
丙二酸单酰基与ACP相连。
脂酰基(乙酰基)与β-酮脂酰-ACP合成酶相连。
为下一步缩合准备了两个底物。
（3）缩合反应（condensation）
β-酮脂酰ACP合成酶（KS），乙（脂）酰基引物的羰基C攻击丙二酸单酰基供体的甲基C生成乙酰乙酰-S-ACP 。
释放的CO2来自形成丙二酸单酰CoA时所羧化的HCO3-
（4）还原反应（reduction，第一次) β-酮脂酰ACP还原酶（KR）/ NADPH生成β-羟丁（脂）酰-ACP。
注意: 生成D型β羟丁酰-ACP，而脂肪β-氧化时形成的是L型。
（5）脱水反应 (dehydration) 羟脂酰-ACP脱水酶（HD）生成β-烯丁（脂）酰-S-ACP。
（6）还原反应 (reduction，第二次）烯脂酰-ACP还原酶（ER）/ NADPH形成了多2个C的丁酰-ACP或脂酰-ACP。
（7）释放（动物）软脂酰-ACP硫酯酶 软脂酰-ACP + H2O → 软脂酸 + HS-ACP
以软脂酸为例：
由乙酰-CoA合成软脂酸的总反应： 8乙酰CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP + H2O →软脂酸 + 8CoASH +
14NADP+ + 7ADP + 7Pi
7ATP用于合成7个丙二酸单酰CoA。1个乙酰CoA起始。
7次循环，每1次循环有2次还原反应（14NADPH）
奇数碳原子饱和脂肪酸合成是以丙二酸单酰ACP为起始引物，逐加的二碳也是以丙二酸单酰ACP作为供体。
多数生物仅限于形成软脂酸（16C）。β-酮脂酰ACP合成酶不能接受16C脂酰基
5. 脂肪酸合成的化学计量（从乙酰CoA开始）
以合成软脂酸为例（8个乙酰CoA）：
14NADPH，7ATP 14 × 2.5 + 7 = 42 ATP
6. 脂肪酸合成的调节
（1）酶浓度调节
乙酰CoA羧化酶（产生丙二酸单酰CoA）
脂肪酸合成酶系
苹果酸酶（产生还原力）
（2）酶活性的调节
乙酰CoA羧化酶是限速酶。
别构调节：柠檬酸激活，软脂酰CoA抑制。
共价调节：磷酸化失活，脱磷酸化激活。
胰高血糖素使其磷酸化失活，胰岛素使其脱磷酸化激活。
9. 脂肪酸氧化与合成途径的比较 详见 P264
区别点 合成（从乙酰CoA开始） 氧化（生成乙酰CoA）
细胞部位 细胞质 线粒体
酶 系 6种酶，多酶复合体或多酶融合体 4种酶分散存在
脂酰基载体 ACP CoA
二碳片段 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA
电子供体（受体） NADPH FAD、NAD
β-羟脂酰基构型 D型 L型
对HCO3及柠檬酸的需求 要 不要
能量变化
（软脂酸） 消耗7个ATP及14个NADPH 产生106ATP
产物 只合成16碳酸以内的脂肪酸 18碳脂肪酸可彻底降解
二、线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长
在动物体内，软脂酸为合成16C以上更长碳链脂肪酸的前体，需活化成脂酰CoA。
碳链延长发生在线粒体和内质网两个部位：
1. 线粒体脂肪酸延长酶系
独立于脂肪酸之外的过程，能够延长中、短链（4-16C）饱和或不饱和脂肪酸。长过程基本是β-氧化的逆过程，乙酰CoA作为二碳片段的供
体，NADPH作为氢供只是烯脂酰CoA还原酶代替了脂酰CoA脱氢酶。
2. 内质网脂肪酸延长酶系
哺乳动物细胞的内质网膜能延长饱和或不饱和长链脂肪酸（16C及以上），延长过程与从头合成相似（缩合、脱水、还原、再还原） ，只是以
CoA代替ACP作为脂酰基载体，丙二酸单酰CoA作为二碳供体，从羧基端延长。 NADPH作为氢供体。
三、不饱和脂肪酸的合成
在人类及多数动物体内，只能合成一个双键的不饱和脂肪酸（△9），如硬脂酸脱氢生成油酸，软脂酸脱氢生成棕榈油酸。
植物和某些微生物可以合成(△12)二烯酸、三烯酸，甚至四烯酸。
1. 氧化脱氢（需氧）
一般在脂肪酸的第9、10位脱氢，生成不饱和脂肪酸。
例如，硬脂酸可在特殊脂肪酸氧化酶作用下，脱氢生成油酸。
2.β碳原子脱水途径（β-羟脂酰ACP脱水）
大杨杆菌：棕榈油酸的合成是由β-羟癸脂酰-ACP开始。
含2、3、4个双键的脂肪酸也能用类似方法合成。但是，由于人和哺乳动物缺乏在脂肪酸的第9位碳原子以上位置引入不饱和双链的去饱和酶，不能合成足够的
十八碳二烯酸（亚油酸，9,12-十八碳二烯酸）、十八碳三烯酸（亚麻酸，9,12,15-十八碳三烯酸）。必须由食物供给，称必须脂肪酸。
3. 去饱和途径
脂酰CoA去饱和酶，催化软脂酰CoA及硬脂酰CoA分别在C9-C10脱氢，生成棕榈油酸（△9 16:1）和油酸(△9 18:1)
4. 其它转化途径
低温时，脂肪酸去饱和作用加强。
四、三脂酰甘油的合成
动物肝脏、脂肪组织及小肠粘膜细胞中合成大量的三脂酰甘油，植物也能大量合成三脂酰甘油，微生物合成较少。
合成原料：3-磷酸甘油（L-α-磷酸甘油) 脂酰CoA
3-磷酸甘油的来源
⑴磷酸二羟丙酮(糖酵解产物)还原生成3-磷酸甘
⑵甘油磷酸化（甘油激酶，只在肝脏中有。)
脂肪代谢的主要途径
五、各组织中脂肪代谢的相互关系及脂肪代谢途径
六、脂代谢与糖代谢的关系
1.甘油→磷酸二羟丙酮→糖异生
2.植物及微生物 脂肪酸→乙酰CoA→琥珀酸→糖异生
3.动物
奇数碳脂肪酸→丙酰CoA→琥珀酰CoA→糖异生糖→乙酰CoA→脂肪酸
4.糖→磷酸二羟丙酮→甘油→甘油脂
第四节 甘油磷脂代谢
磷脂：甘油磷脂、鞘氨醇磷脂
甘油磷脂：磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇
一、甘油磷脂的水解
磷脂能被不同的磷脂酶水解，水解位点如下：
以卵磷脂为例
1.磷脂酶 A1
存在于动物细胞中，作用于1位。生成2-脂酰基甘油磷酸胆碱（溶血卵磷脂）和脂肪酸。
2.磷脂酶 A2
大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒中，动物胰脏中有此酶原，作用于2位，生成1-脂酰基甘油磷酸胆碱（溶血卵磷脂）和脂肪酸。
3.磷脂酶 C
存在于动物脑、蛇毒和细菌毒素中。作用于3位，生成二酰甘油和磷酰胆碱。
4.磷脂酶 D
主要存在于高等植物中，作用于4位，水解产物是磷脂酸和胆碱。
5.磷脂酶 B（溶血磷脂酶）
能同时水解1、2位。磷脂经过酶促降解，脱去一个脂肪酸分子，生成溶血磷脂（带一个脂肪酸和一个磷酸胆碱）。
催化溶血磷脂水解的酶称溶血磷脂酶（L1 L2）磷脂酶的催化作用使磷脂分解，促使细胞膜不断更新、修复。
二、甘油磷脂的生物合成
1.磷脂酰乙醇胺的合成（脑磷脂）
（1）乙醇胺磷酸化： H2N-CH2-CH2-OH + ATP——H3N+-CH2-CH2-O-PO32- + ADP
（2）磷酸乙醇胺生成CDP-乙醇胺 磷酸乙醇胺胞嘧啶核苷酸（CTP）转移酶
（3）CDP-乙醇胺与甘油二脂生成磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
甘油二酯 + CDP-乙醇胺 磷脂酰乙醇胺+ CMP
甘油二酯的来源：甘油三酯合成的中间产物；磷脂酶C催化磷脂酸水解的产物。
2.磷脂酰胆碱的合成（卵磷脂）
（1）节约利用途径（主要是细菌）
由磷脂酰乙醇胺的氨基直接甲基化，甲基的供体是S-腺苷甲硫氨酸。磷脂酰乙醇胺甲基转移酶，该酶的辅基是四氢叶酸
（2）从头合成（动物细胞）
此途径与合成磷脂酰乙醇胺的途径相同。
由胆碱开始，胆碱来源于食物或磷脂酰胆碱的降解，胆碱不能在动物体内生成。
A.胆碱 + ATP (碱激酶)——磷酸胆碱 + ADP
B.磷酸胆碱 + CTP (磷酸胆碱胞嘧啶核苷酸转移酶)——CDP-胆碱 + PPi
C.CDP-胆碱 + 甘油二酯 (磷酸胆碱转移酶)——磷脂酰胆碱 + CMP
3.磷脂酰丝氨酸的合成
（1）丝氨酸与磷脂酰乙醇胺的醇基进行酶促交换
磷脂酰乙醇胺 + 丝氨酸 →磷脂酰丝氨酸 + 乙醇胺
动物、大肠杆菌中，磷脂酰丝氨酸可脱羧生成磷脂酰乙醇胺。
（2）磷脂酸→CDP-二脂酰甘油→磷脂酰丝氨酸（细菌中）
以上三个合成途径的关系：
CDP-二酰甘油的途径 CDP-乙醇胺的途径
利用CDP-二酰甘油的途径 利用CDP-乙醇胺的途径
三、其它脂类的代谢（自己看书，选学）
鞘脂类（鞘磷脂和鞘糖脂）的代谢：
由软脂酰-CoA和丝氨酸 鞘氨醇 神经酰胺，神经酰胺（ceramide ）是鞘磷脂、鞘糖脂的核心
胆固醇的代谢：胆固醇的合成中27个碳原子全部来源于乙酰CoA。HMG-CoA还原酶/NADPH是胆固醇合成的关键调控酶。
胆固醇的转化：
转化为胆酸及其衍生物
转化为类固醇激素
转化为VD
第九章 蛋白质降解与氨基酸代谢
Protein degradation and amino acid metabolism
重点内容：脱氨的主要方式 ；氨的去路；尿素的合成；氨的转运；脱氨基后碳架的去向；氨基酸合成中的碳源和氮源；一碳单位及作
用。
第一节 蛋白质降解及氮平衡
蛋白质的降解：外源蛋白的消化；内源性蛋白的选择性降解
一、 外源蛋白质消化吸收
肽酶 末端 ：羧基末端 羧肽酶A、B 氨基末端 氨肽酶
蛋白酶 肽链内部：含AA较少的肽链
蛋白质 小片段 氨基酸
蛋白酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶
二、内源蛋白质的降解
人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有1%～2%的蛋白被降解、更新。（蛋白质周转）
不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1～8天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的
调节酶的t1/2 均很短。
真核细胞中蛋白质降解的两条途径：
不依赖ATP的途径－溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。
依赖ATP和泛肽的途径－胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白。
泛肽（Ubiquitin） 8.5KD（76氨基酸残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个氨
基酸残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者带上标记，然后被蛋白酶降解。
泛肽标记选择性降解蛋白质的过程：
1、泛肽的羧基与泛肽活化酶（E1）的巯基连接（ATP驱动）
2、活化的泛肽立即与泛肽携带蛋白（E2）的巯基连接
3、在泛肽蛋白连接酶（E3）的催化下，泛肽的羧基与选择性降解的蛋白质Lys的氨基连接。
选择性：（1）异常蛋白、（2）正常的调节蛋白和酶
选择性降解的特点：
（1）重要代谢调控位点的酶或调节蛋白，降解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶）
（2）“ 持家蛋白”的降解速度慢（长寿蛋白多是持家蛋白）
（3）蛋白质的降解速度受到细胞营养及激素状态的调节，营养缺乏，周转速度加快。
意义：（1）清除异常蛋白；（2）细胞对代谢进行调控的一种方式
三、氮平衡
氮平衡：机体摄入的氮量和排出的氮量，在正常情况下处于平衡状态。摄入氮＝排出氮。
氮正平衡：摄入氮＞排出氮。部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。
氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾病。
第二节 氨基酸分解代谢
氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。
氨基酸分解代谢一般分三步：一是先脱去氨基；二是脱氨后生成的碳架进入TCA被氧化，产生能量，碳架还可作为糖、脂肪酸合成的原料；三是脱氨后产生的
NH3与ASP的N原子结合成为尿素排出体外。
一、脱氨基作用
• 脱氨基作用包括：氧化脱氨基作用；转氨基作用；联合脱氨基作用；非氧化脱氨基作用。
1.氧化脱氨基
a-AA在酶的作用下，氧化生成a-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。
催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）：
（1）Ｌ-氨基酸氧化酶
催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。
对下列氨基酸不起作用：
Gly、β-羟氨酸（Ser、 Thr）、二羧氨基酸（ Glu、 Asp）、二氨氨基酸（Lys、 Arg）
（2） D-氨基酸氧化酶 体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。
（3） L-Glu脱氢酶 专一性强，分布广泛，活力强，以NAD+或NADP+为辅基。
真核生物中，真正起作用的不是L-氨基酸氧化酶，而是L-谷氨酸脱氢酶。
真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。是脱氨基活力最强的别构酶，在动、植、微生物体内都有。
抑制剂：ATP、GTP、NADH。
激活剂：ADP、GDP及某些氨基酸。
因此，当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于氨基酸分解供能（动物体内有10%的能量来自氨基酸氧化）。
2.转氨基作用
转氨基作用：a-氨基酸和a-酮酸之间氨基转移，使原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。
由转氨酶催化，辅基是磷酸吡哆醛（维生素B6）。转氨酶在真核细胞的胞液、线粒体中都存在。
转氨基作用是氨基酸脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，氨基酸都能参与转氨基作用。
不同的转氨酶催化不同的转氨反应。
大多数转氨酶集中在胞液，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。 Glu穿过线粒体膜，借助Asp转氨酶将氨基转给草酰乙
酸形成Asp。Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。
如:丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。
重要例外：
葡萄糖－丙氨酸循环：
肌肉氨基转移酶，将丙酮酸作为氨基受体，生成的丙氨酸经血液循环转运至肝脏，再经肝脏转氨基作用生成丙酮酸，再经糖异生生成葡萄糖，G回到肌肉组织酵解
为丙酮酸。
作用： 将氨运入肝脏
3.联合脱氨基
单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力
都低。
机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。
(1)以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
氨基酸的a-氨基先转到a-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，并释放出氨。
（2） 通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基
骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主。
4.非氧化脱氨基作用（多在微生物的中进行）
①还原脱氨基
②水解脱氨基
③脱水脱氨基
④脱巯基脱氨基
⑤氧化-还原脱氨基 两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。
⑥脱酰胺基作用
谷胺酰胺酶：谷胺酰胺 + H2O →谷氨酸 + NH3
天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O →天冬氨酸 + NH3
谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中。
二、脱羧反应
氨基酸脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能。
如：脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经递质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血
压的作用。但大多数胺类对动物有毒，体内的胺氧化酶能将胺氧化为醛和氨。
三、氨的去向
氨对生物机体有毒，高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。
氨中毒的机理：脑细胞线粒体内的氨与α-酮戊二酸生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH
氨的去路：
1、排出体外
排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）
以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）
以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）
2、重新利用合成AA：合成酰胺（高等植物中氨基氮以Gln、Asn的形式储存）嘧啶环的合成（核酸代谢）
（一）氨的转运（肝外→肝脏）
以Gln的形式：
NH4+ + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+
Gln+H2O Glu + NH4+
Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。
以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸循环：肌肉）
NH4++丙酮酸 Ala
Ala+ 草酰乙酸 Asp+丙酮酸
（二）氨的释放
1.直接释放
排氨动物将氨以Gln形式运至释放部位，如：鱼类的鳃，经鳃内Gln酶分解，直接释放NH3，游离的NH3借助扩散作用直接排出体外。
2. 生成尿酸（见核苷酸代谢）
尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。
3.尿素的生成（尿素循环）
排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环。
1932年Krebs和Henseleit发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任何一种，都可促使尿素的合成。已
早知：
Arg + H2O 鸟氨酸 + 尿素
尿素循环过程：
（1）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）
肝细胞线粒体中，经联合脱氨基作用脱下的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。尿素的第一个氮原子以氨甲酰磷
酸的形式获取。
注意区别：
氨甲酰磷酸合酶I：在线粒体中，以氨作为氮供体， 催化尿素合成。
氨甲酰磷酸合酶II：在胞质中，以Glu作为氮供体，催化尿嘧啶合成。
（2）合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）
线粒体内鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸，瓜氨酸进入细胞质。
（3）合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶）
消耗2个高能磷酸键，尿素的第二个氮以Asp的形式加入。
（4）精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）
此时Asp的氨基转移到Arg上。
来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。 延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再合成天冬氨酸。
（5） 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素
尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。
• 尿素循环总反应：
NH4+ + CO2 + 3ATP + Asp + 2H2O →尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 延胡索酸
合成1分子尿素可清除2分子氨及1分子CO2 ，消耗4个高能磷酸键。
尿素循环与TCA的关系：延胡索酸、草酰乙酸 （联系物）。
四、氨基酸碳架的去向
再合成AA
AA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。
五种产物为：乙酰CoA、 a-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸（P234）
转变成糖和脂肪
生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸、延胡而索酸和a-酮戊二酸的AA。（Ala Thr Gly Ser Cys/ Ile Met
Val/ Asp Asn/ Phe Tyr/ Arg His Gln Pro Glu）
转变成酮体
生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、b-丁酸的AA。（Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中）
而Phe、Tyr是生酮兼生糖氨基酸
1. 经丙酮酸生成乙酰CoA的途径（5）Ala、Gly、Ser、Thr、Cys生成丙酮酸。
（1）Ala 与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）
（2）Gly先转变成Ser，再由Ser脱水脱氨转变成丙酮酸。Gly与Ser互变灵活，是Ser生物合成的重要途径。Gly的分解代谢不是以形成乙酰
CoA为主要途径，Gly的重要作用是提供一碳单位：
Gly + FH4 + NAD+ →N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADH
（3）Ser 脱水、脱氨生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）
（4）Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸 → 乙酰CoA。
（5）Cys 转氨生成β-巯基丙酮酸，脱巯基生成丙酮酸
Thr、Gly、Ser、Ala和Cys 5种aa通过丙酮酸形成乙酰-CoA的关系图：
2. 经乙酰乙酰CoA生成乙酰CoA的途径（5）
5种aa：Phe、Tyr、Leu、Lye和Trp
（1）Phe → Tyr → 乙酰乙酰CoA
产物 ： 乙酰乙酰CoA、延胡索酸和CO2 。
（2）Tyr
产物：乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。）、延胡索酸和CO2 。
（3）Leu
产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。
反应中先脱去1个CO2 ，后又加上1个CO2 ，C原子数不变 。
（4）Lys
产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2 。
在反应途中转氨：a. 氧化脱氨 b. 转氨
（5）Trp
产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个 CO2 ，1个甲酸。
3. 生成α-酮戊二酸的途径（5）Arg、His、Gln、Pro、Glu生成α-酮戊二酸。
（1）Arg
产物：1分子Glu，1分子尿素。
（2）His
产物：1分子Glu，1分子NH3 , 1分子甲亚氨基。
（3）Gln 三条途径
A. Gln酶： Gln + H2O → Glu + NH3
B. Glu合成酶： Gln+α-酮戊二酸 + NADPH →2Glu + NADP+
C. 转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸 →Glu + r-酮谷酰氨酸
（4）Pro
产物：Pro氧化、加水 → Glu半醛→ Glu
羟pro → 丙酮酸 + 丙醛酸
4. 琥珀酰CoA途径（3）Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA
（1）Met
S-腺苷甲硫氨酸 转移1个甲基生成S-腺苷高Cys ，将-SH转给Ser生成Cys， Cys＋a酮丁酸 琥珀酰
CoA
（2）Ile
产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA
（3）Val
产生一个琥珀酰CoA
5. 草酰乙酸途径
Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.
6. 延胡索酸途径：Phe、Tyr可生成延胡索酸。
五、由氨基酸衍生的其它重物质
1. 氨基酸产生一碳单位
一碳单位：具有一个碳原子的基团。
包括：亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（ HC=O-），羟甲基（-CH2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-
CH=），甲基（-CH3）。
• 一碳单位不仅与氨基酸代谢密切相关，还参与嘌呤、胸腺嘧啶的合成，是生物体内的甲基来源。
• Gly、Thr、Ser、His、Met 等氨基酸可以提供一碳单位。
• 一碳单位的转移靠四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N 5、N 10。
2. 氨基酸与生物活性物质 P332表30-2 氨基酸来源的生物活性物质。
（1）Tyr与黑色素
酪氨酸 二羟苯丙氨酸 多巴醌 黑色素
（2）Tyr与儿茶酚胺类
生成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素，统称儿茶酚胺类。前二者是神经递质，后二者是激素。P333 图30-35
（3）Trp与5-羟色胺、吲哚乙酸。 5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩。吲哚乙酸是植物生长激素。P334 图30-36 Trp生成
5-羟色胺和吲哚乙酸。
（4）肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）在动物的肌肉、脑、血液中，肌酸和磷酸肌酸贮存和转移磷酸键能。
Arg、Gly、Met合成磷酸肌酸。P334 图30-36 肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met
（5）His与组胺：组胺是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。His脱羧生成组胺。
（6）Arg → 水解 → 鸟氨酸 → 脱羧 → 腐胺 →亚精胺 → 精胺
（7）Glu与r-氨基丁酸
Glu本身就是一种兴奋性神经递质，在脑、脊髓中广泛存在。Glu脱羧生成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。
（8）牛磺酸和Cys
Cys 的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO – 生成牛磺酸，是胆酸组分，乳化食物。
六、氨基酸代谢缺陷症 P336 表30-3
第三节 氨基酸合成
一、氨基酸合成中的氮源和碳源
1. 氮源
（1）生物固氮（微生物）
a. 与豆科植物共生的根瘤菌
b. 自养固氮菌 兰藻在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3
N2 + 6e- + 12ATP + 12H2O——2NH4+ + 12ADP + 12Pi + 4H+
2. 碳源
直接碳源是相应的α-酮酸，植物、微生物能合成20种氨基酸相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分氨基酸相应的α-酮酸。
主要来源：糖酵解、TCA、磷酸戊糖途径。
必需氨基酸：Ile、Met、 Lys、 Val 、 Leu、 Trp、 Phe、 Thr、Arg、His。
3. 植物、部分微生物氨基酸合成方式
①α-酮戊二酸衍生类型（4） Glu、Gln、Pro、Arg。
与氨基酸分解进入α-酮戊二酸的途径比较，少了His。
Gln
α-酮戊二酸 Glu Pro
Arg
②草酰乙酸衍生类型（6） Asp、Asn、Met、Thr、Ile（也可归入丙酮类）、Lys（植物、细菌）
Asn
草酰乙酸 Asp Met
Lys
Thr Ile
经TCA中间产物（α-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10种氨基酸。即
Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。
③丙酮酸衍生类型（3） Ala、Val、Leu
Ala
丙酮酸 Val
Leu
④3-磷酸甘油酸衍生类型（3） Ser、Gly、Cys
Gly
3-磷酸甘油酸 Ser
Cys
经酵解中间产物（3-磷酸甘油酸、丙酮酸），可合成Ala、Val、Leu、Ser、Cys、Gly等6种氨基酸。
⑤酵解及磷酸戊糖中间产物（3）可合成Phe、Tyr、Trp
磷酸烯醇丙酮酸 Phe
4-磷酸赤藓糖 Tyr
Trp
⑥磷酸戊糖中间产物（1）His有自己独特的合成途径。
5-磷酸核糖 His
二、 脂肪族氨基酸生物合成途径
(一）谷氨酸族aa的生物合成
谷氨酸族aa： Glu、Gln、Pro、Arg、Lys
共同碳架：TCA中的a-酮戊二酸。
（（1）Glu的合成
（2）Gln的合成
由α-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步生Gln。
谷氨酰胺可做为NH3的供体将其转移，除Gly、Ala和Ser，其余含氮物的氮都直接来自Gln。
Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受8种含氮物反馈调控：氨基Glc-6-P、Trp、Ala、 Gly、 His和
CTP、AMP、氨甲酰磷酸。
（3）脯AA的合成 由α-酮戊二酸形成Glu
（4）由谷AA 精AA
（二）天冬氨酸族aa的生物合成
天冬氨酸族aa ：Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys
共同碳架：TCA中的草酰乙酸
（1） Asp的合成
（2）Thr、Ile、Lys、Met的合成（前面已讲）
（三） 丙氨酸族aa的合成
丙氨酸族aa：Ala、Val、Leu、（Ile）
共同碳架：EMP中的丙酮酸
（1） Ala的合成
（1） Ala的合成
谷丙转氨酶：GPT
（2） Val、Leu的合成
（四）丝氨酸族aa的合成
丝氨酸族aa：Ser、Gly、Cys
甘AA碳架：乙醛酸循环中的乙醛酸（植物、微生物）
（1）Gly 的合成
（2）Ser的合成
Ser、Gly的其它合成途径：
碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
（3）半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）半胱氨酸的合成途径（动物中）
三、芳香族aa和His的合成
（1）芳香族aa的合成
芳香族aa ：Trp、Tyr、Phe
芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和磷酸烯醇式丙酮酸(EMP) 苯环C1和C6来自PEP，C2-C5来自4-磷酸赤藓糖
若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体，那么芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径
（2）His的合成
组AA族碳架：PPP中的5－磷酸核糖
第一步：PRPP将5’-磷酸核糖转移至ATP的嘌呤环的1号N原子上并水解产生N-1- 5’-磷酸核糖-AMP
第二步：N-1- 5’-磷酸核糖-AMP嘌呤环在C6和N1之间打开
第三步：打开核糖的呋喃环，将其转变为酮糖
第三步：酮糖接受GLn的氨基并裂解环化产生咪唑-3-磷酸甘油
第四步：咪唑-3-磷酸甘油脱水生成咪唑-3-磷酸丙酮
第五步：咪唑-3-磷酸丙酮接受Glu的氨基生成组氨酸
His的合成的C源和N源：
四、氨基酸生物合成的调节
最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过别构效应调节第一个酶的活性。
1. 通过终端产物对氨基酸合成的反馈抑制
（1）简单的终端产物反馈抑制如由Thr合成Ile
甘AA碳架：乙醛酸循环中的乙醛酸（植物、微生物）
（2）不同终端产物对共同合成途径的协同抑制
（3）不同分枝产物对多个同工酶的抑制
（4）连续反馈抑制（又叫连续产物抑制）终端产物E和H，只分别抑制分道后自己的分支途径中第一个酶的活性。共同途径的终端产物D抑制共同途径的第一个
酶的作用。
2.调节酶量
在aa合成途径中，有些酶能够受到细胞合成量的控制，这种酶叫阻遏酶（repressible enzyme）。
酶量的控制主要是通过有关酶编码基因活性的改变。
五、几种重要的氨基酸衍生物的生物合成（P363）
1. 谷胱苷肽
2. 肌酸
3. 卟啉血红素、细胞色素、叶绿素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成
4. 短杆菌肽
六、DNA合成（探针、引物、基因）
1. 化学合成
DNA固相合成，亚磷酸三酯法，3’ → 5’端。
5’-OH用二对甲氧三苯甲基（DMT）保护， 二氯乙酸去保护。
3’-OH用氨基磷酸化合物活化。
碱基上氨基用苯甲酸保护。
保护5’-OH、活化3’-OH、保护所有NH2。
2. 酶法合成DNA
PCR（Polymerase Chain Reaction）
①模板DNA（单链）
②引物
③DNA聚合酶
④dATP、 dGTP、dCTP、dTTP
⑤一定浓度的Mg2+
合成方向：5 ’ → 3’端
化学合成：方向3’ → 5’，不需酶和DNA模板。
生物合成：方向5’ → 3’，需模板、引物和酶。
5.1 Introduction
一、Concept of Hormone
1.Hormone
生物体内特殊组织或腺体产生的，通过体液运送到特定部位，产生特异激动效应的一类微量有机化合物。生物体内化学信息分子。
多细胞生物体内，协调不同细胞活动的化学信使。它使高等生物体的细胞、组织和器官，既分工又协作。
2.分泌方式
（1）内分泌 内分泌细胞分泌激素，进入血液循环，转运至靶细胞，产生激动效应。
（2）旁分泌 部分细胞分泌激素，通过扩散作用于邻近的细胞。
（3）自分泌 细胞分泌的激素对自身或同类细胞发挥作用。
（4）外激素 从体内分泌到体外，通过空气、水等传播，引起同种生物产生生理效应。
内分泌激素
二、激素的分类（按化学本质分类）
含氮激素、甾醇类激素和脂肪族激素 P 551-553 表17-1、17-2
1.含氮激素
蛋白质、肽、儿茶酚等水溶性大分子，与膜受体结合，诱导生成第二信使，将信号传递到细胞内。
胺类激素： 儿茶酚
氨基酸衍生物类激素： 甲状腺素
肽类激素： 抗利尿素
蛋白质类激素： 生长素、胰岛素 促卵泡激素（FSH）黄体生成素（LH）
垂体和下丘脑分泌的激素都是含氮激素（蛋白类、多肽类）。
甲状腺、甲状旁腺、肾上腺髓质、胰岛、肠粘膜、胃粘膜等分泌的激素也是含氮激素。
2.甾醇类激素
肾上腺皮质、性腺、胎盘等分泌的激素都属此类。
类固醇激素、甲状腺素等小分子脂溶性激素，通过细胞膜进入细胞内，与细胞质内受体结合，然后进入细胞核发挥作用。
3. 脂肪族激素（脂肪酸衍生物激素）主要是前列腺素（PG）。
三、 激素作用的特点
1. 信号传递
2. 级联放大 极微量的激素就可产生强烈的生理效应。在体内的浓度一般在10-7--10-12mol/L。
3. 相对特异性 激素与受体结合是专一的，受体在靶细胞膜表面或细胞内部，甾醇类激素可穿过细胞膜。
4. 作用的时效性 有些激素到达靶细胞后，几秒钟内起作用；另一些需几小时至几天才达到最大生理效应。
5. 激素之间有时相互协同，有时相互抑制。
5.2 激素的分泌与控制
一、下丘脑分泌的激素（ P551、582 ）多肽类，有9种。
丘脑下部的神经细胞能分泌多种肽类激素，经垂体门静脉系统，到达腺垂体，促进或抑制腺垂体对应激素的释放。
下丘脑激素直接控制垂体激素的分泌，通过垂体间接控制其它外周内分泌腺的分泌。
1.促甲状腺激素释放因子（TRF）焦谷－组－脯组成的三肽激素。
促进促甲状腺激素（TSH）的分泌。
2.促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）41肽，促进垂体前叶释放促肾上腺皮质激素（ACTH）
3.生长激素释放抑制因子（GRIF）
14肽，抑制生长激素的分泌，且抑制胰高血糖素分泌，促进胰岛素分泌。
二、垂体分泌的激素（蛋白质类）
（一）垂体前叶激素
1.生长激素（GH）
刺激骨骼生长，促进粘多糖及胶原的合成，影响蛋白质、糖、脂代谢。
2.促甲状腺激素（TSH）
促进甲状腺的发育及分泌。
促甲状腺激素的分泌受下丘脑分泌的促甲状腺激素释放因子的促进。
3.促黄体生成激素（LH）
功能：促进卵泡发育成黄体，促进胆甾醇转变成孕酮并分泌孕酮。
4.促卵泡激素（FSH）
功能：促使卵巢（精巢）发育，促进卵泡（或精子）的生成和释放。
5.催乳激素（LTH）
功能，刺激乳腺分泌乳汁，刺激并维持黄体分泌孕酮。
6.促肾上腺皮质激素（ACTH）
功能：促进体内储存的胆甾醇在肾上腺皮质中转化成肾上腺皮质酮，并刺激肾上腺分泌激素。
（二）垂体后叶激素
由下丘脑合成，贮存在垂体后叶中。
1.催产素
功能：使多种平滑肌收缩（特别是子宫收缩）孕酮可抑制催产素的作用。
2.加压素（抗利尿素）
功能：使小动脉收缩，增高血压，并可减少排尿，调节水代谢。
三、腺体分泌的激素（外周内分泌腺）
1.甲状腺、甲状旁腺 2.肾上腺（髓质）3.胰岛 4.肾上腺（皮质） 糖皮质、盐皮质 5.性腺
四、激素分泌的调节控制
1.上一级对下一级的调节
大脑皮层
↓
丘脑下部
↓促激素释放（抑制）因子
垂体
↓促激素
外周腺体
↓激素
外围激素
↓
最终靶细胞
2.负反馈作用
外围激素对下丘脑或垂体的调节称长负反馈。
促激素对下丘脑的调节称短负调节。
下丘脑本身产生的激素对下丘脑的调节称超短负反馈。
3.酶的分步剪切调节
有的激素经几个酶作用，在不同水平上被分步剪切，逐步被激活。
4.多元调节
激素通过它们之间的相互制约、相互依赖而受到调控。
负反馈作用
CRF促肾上腺皮质激素释放因子
ACTH促肾上腺皮质激素
5.3 激素作用机理
一、受体及特点 胞外受体、胞内受体
1.受体的结构与功能
细胞中能识别配体（神经递质、激素、细胞因子）并与其特异结合，引起各种生物效应的分子均称为受体。
受体的化学本质是蛋白质，在细胞表面的受体大多为糖蛋白。
激素与受体结合，是信息传递至细胞的第一步。随后，由受体构象的变化引起一系列信号传递过程。
结合域，特异性结合配体。
功能域，参与信号传递。
2.激素与受体结合的特点
①高亲和力 H R H + R
＝常数
低浓度的激素也能与受体结合，引起生理效应。
②高特异性
有相应受体的靶细胞，才对激素起反应。没有相应受体的细胞，同样也接触激素，但不会引起反应。
③激素与受体结合是非共价的、可逆的
当激素与受体分离后，激素的信使作用中止。
Kd在10-9－10-11 mol/L
当[H]↓时，则[HR]↓。
④受体的数量大
一般有数百至数千个，甚至上万个。
激素生物效应的强弱通常与受体结合的激素的量成正比。
当受体饱和以后，激素的生物效应就不再随激素浓度升高而增强。
3.受体的类型
①受体－离子通道型
结合域与配体（激素）结合后，受体变构，使通道开放或关闭，引起或切断离子流动，从而传递信号。
神经元的乙酰胆碱受体，由5个亚基在细胞膜内呈五边形排列，围成离子通道壁。当它与乙酰胆碱结合时，膜通道开放，膜外阳离子（Na+为主）内
流，引起突触后膜电位变化。
图 细胞表面受体
②受体－G蛋白－效应蛋白型
信息分子与细胞膜受体结合，受体变构，通过G蛋白激活相应的效应蛋白（如酶或其它功能蛋白）。
酶被激活后，可催化生成一些小分子化学物质，后者进入胞液内，引起细胞产生相应的生物效应，称为第二信使。
在真核细胞中，鸟苷三磷酸（GTP）结合蛋白（简称G蛋白）在联系细胞膜受体与效应蛋白质中起重要作用。
③受体－酪氨酸蛋白激酶型
受体本身具有酪氨酸蛋白激酶活性，如胰岛素及一些细胞生长因子的受体。
跨膜糖蛋白，胞外部分构成结合域以结合配体，中间有20多个疏水aa，构成跨膜区，胞内有较多可以被磷酸化的酪氨酸残基。
激素与受体结合后，受体首先自身磷酸化，然后进一步磷酸化其它的效应蛋白。
④受体－转录因子型
类固醇激素及甲状腺激素的受体。
位于细胞内，激素直接进入细胞内并与细胞内受体结合，活化的激素－受体复合物转移入核内，与所调控基因的特定部位结合，然后启动转录。
二、激素的作用机理
（一）cAMP－蛋白激酶A途径
大部分含氮激素通过cAMP而起作用。
含氮激素（第一信使）与靶细胞膜上的特异受体结合,引发已结合在受体上的G蛋白生成Gs蛋白－GTP，Gs蛋白活化腺苷酸环化酶，活化
的腺苷酸环化酶催化ATP转化成cAMP（第二信使） 。
cAMP激活依赖cAMP的蛋白激酶A（蛋白激酶A、PKA），蛋白激酶A催化一些蛋白质的Ser、Thr羟基磷酸化，从而改变这些酶的活性，
调节代谢。
cAMP途径
G蛋白的活化
当激素停止分泌时，结合在受体上的激素就逐渐解离下来。Gα-GTP缓慢水解，释放掉GTP，Gα失去催化活性，与β γ 亚基重新形成无活性的G蛋白
（G β γ α－GDP），信号传导停止。
结合态GTP水解，表明G蛋白是一个GTPase，即这个调节蛋白具有一种内藏式的脱活作用，缺乏激素时，G蛋白结合GDP的无活性形式存在。
cAMP激活蛋白激酶A
蛋白激酶A能使下列酶磷酸化。
酶 活性改变 代谢调节
磷酸化酶b激酶 激活 糖原分解，抑制糖原合成。
糖原合成酶 抑制 抑制糖原合成
丙酮酸激酶 抑制 抑制糖酵解
（二）IP3、Ca2+－钙调蛋白激酶途径
第二信使：IP3、Ca2+。
激素（儿茶酚胺、血管舒张素Ⅱ、抗利尿素、5-羟色胺等）与细胞膜上受体结合，激活G蛋白。通过G蛋白介导，激活磷脂酶
C（PLC，磷酸肌醇酶）。磷脂酶C可将磷脂酰肌醇-4.5-二磷酸（PIP2）水解成二脂酰甘油DAG及IP3。
IP3进入胞质中，在内质网膜表面有IP3受体，其亚基的羧基部分构成钙通道。IP3与IP3受结合后，受体变构，钙通道打开，贮于内质网的
Ca2+释放入细胞质内，胞质Ca2+的升高可激活Ca2+/钙调蛋白（ CaM）依赖性蛋白激酶（CaM激酶）。
DAG可激活蛋白激酶C，活化的蛋白激酶C可将多种靶蛋白中的Ser、Thr残基磷酸化，调节酶活性。
可被CaM激酶磷酸化的酶有：
糖原合成酶、磷酸化酶激酶、丙酮酸羧化酶、丙酮酸脱氢酶等几十种。
CaM有4个结合Ca2+位点，当结合Ca2+后变构，一些依赖Ca2+/CaM的蛋白激酶就被激活，从而可使许多靶酶Ser、Thr残基磷酸化，使酶
激活或失活。Ca2+/CaM复合物也可以直接地与靶酶起作用。
钙调蛋白EF手
螺旋区-泡区-螺旋区结构的钙传感器家族成员之一。
钙离子与许多生理活动有关，是许多信号传导途径中的细胞内信使，与细胞收缩、胞吐、胞饮、糖元代谢、神经递质释放、染色体运动、细胞死亡等都
有密切关系。
（四）细胞内受体途径
甾醇类激素及少数含氮激素：糖皮质激素、盐皮质激素（醛甾酮）、雌激素（雌二醇、孕酮）、雄激素（睾酮）、甲状腺素等。
激素直接进入细胞，在胞质中与各自的受体结合，激素-受体复合物穿过核膜，与各自特定的基因调控序列结合，启动转录。
激素应答元件：受类固醇激素调控的基因中，与激素-受体复合物结合的部位（HRE）。
胞内受体途径
P581 表17－6 一些激素的作用方式
5.4 激素作用举例
一、肾上腺素（ cAMP方式）
属儿茶酚胺类化合物，生成后在囊泡内储存，在惊恐、低氧、血压降低等应激状态时，囊泡通过泡吐作用释放。
靶细胞：肌肉、脂肪、肝脏
灭活：肝细胞
1. 结构与功能
肾上腺素及去甲肾上腺素均由Tyr转化而来（由肾上腺髓质分泌）。可使心跳加快、血管收缩、血压上升。对糖代谢影响最大，在肝细胞中可加强肝糖元分解，
迅速升高血糖。此外，还能促进蛋白质、氨基酸、脂肪分解。
2.β-肾上腺素受体的构象--跨膜七螺旋区
受体是跨膜蛋白，与G蛋白偶连，跨膜螺旋区结构是激活G蛋白的跨膜受体所具有的普遍特征。
3.肾上腺素的作用方式
促进糖元分解 ：当肾上腺素到达肝细胞表面时，迅速与肝细胞表面的肾上腺素受体结合，受体构象变化，激活与受体偶联的G蛋白，G蛋白激活膜上的
腺苷酸环化酶，产生cAMP。
少量的肾上腺素，能引起强烈反应，信号逐级放大，在几秒钟内就可使磷酸化酶的活性达到最大。肾上腺素停止分泌：结合在肝细胞膜上的肾上腺素就解离下
来。cAMP不再生成，遗留的cAMP被磷酸二酯酶分解。
蛋白激酶A的两种亚基又结合成无活性的复合体（催化亚基和调节亚基）。
有活性的磷酸化酶激酶的磷酸化形式遭到脱磷酸作用，变成无活性形式。
磷酸化酶a受到磷酸酶作用，脱去磷酸变成无活性的磷酸化酶b，糖元分解停止。
无活性的磷酸化形式的糖元合成酶经过脱磷酸作用，又变得活跃起来，继续合成糖元。
二、甲状腺素
1. 结构
含碘酪氨酸衍生物。在甲状腺中合成甲状腺球蛋白，每分子球蛋白含2-4个T4分子。当受促甲状腺激素刺激时，溶酶体中的蛋白酶水解甲状腺球蛋白，放出
T4和T3。血浆中T3和T4绝大部分与血浆中的蛋白质结合运输，可防止T3、T4经肾丢失。T3、T4在肝中灭活，肝中有一种与甲状腺素亲合力极强的
蛋白质，血流经过肝脏时，1/3的甲状腺素被肝细胞摄取，与葡萄糖醛酸或硫酸反应后失活，由胆汁排出。还可经脱氨、脱羧、脱碘失活。
2.功能
增强新陈代谢，引起耗氧量及产热量增加，促进智力与体质发育。
缺乏症：幼年 发育迟缓，行动呆笨等。成年 厚皮病、基础代谢降低。
过量：甲亢、基础代谢增高、眼球突出、心跳加快、消瘦、神经系统兴奋提高，表现为神经过敏。
三、胰岛素及胰高血糖素
1.结构
①β-细胞 A链21氨基酸，B链30氨基酸。
②α-细胞 胰高血糖素，29氨基酸。
2.功能
①胰岛素 提高组织摄取葡萄糖的能力，抑制肝糖元分解，促进肝糖元及肌糖元合成，可降低血糖。
缺乏：血糖升高，尿中有糖，糖尿病。
过量：血糖过低，能量供应不足，影响大脑机能。
②胰高血糖素：增高血糖含量，促进肝糖元分解
3.作用方式
（1）胰岛素：受体－酪氨酸蛋白激酶途径
胰岛素的受体是跨膜的酪氨酸激酶，由α 2β 2组成，α链处在细胞膜的外侧，β链穿过细胞膜。
（2）胰高血糖素（cAMP途径）
与肾上腺素类似，通过cAMP途径，提高肝糖元磷酸化酶活性，促进肝糖原分解（不促使肌糖原分解）。
第六章 糖类代谢 Carbohydrate Metabolism
本章重点：糖酵解、三羧酸循环的反应历程及生物学意义；磷酸戊糖途经的特点和生物学意义；明确糖合成的基本途径。
糖代谢的生物学功能：
能量转换（能源）
物质转换（碳源）： 氨基酸、脂肪酸、核苷酸。
可以构成重要的生物活性物质：NAD、FAD、DNA、RNA、ATP。
糖代谢包括分解代谢与合成代谢:
分解代谢：酵解（共同途径）、三羧酸循环（最终氧化途径）、磷酸戊糖途径、糖醛酸途径等。
合成代谢：糖异生、糖原合成、结构多糖合成以及光合作用。
糖代谢受神经、激素、别构物调节控制
第一节 糖酵解 Glycolysis
一、酵解与发酵
酵解：细胞质中的酵解酶系将Glc降解成丙酮酸，并生成ATP的过程。
发酵：Fermentation
乳酸发酵：酵解产生的丙酮酸被NADH还原，生成乳酸。(厌氧生物体内或剧烈运动时肌肉组织中）
酒精发酵：丙酮酸脱羧生成的乙醛，被NADH还原,生成乙醇。（厌氧生物，如酵母）
二、糖酵解过程（EMP）Embden-Meyerhof-Parnas Pathway ，1940。在细胞质中进行。
1.反应步骤
反应分10步
（1）葡萄糖磷酸化生成G-6-P 已糖激酶或葡萄糖激酶，反应不可逆激酶：催化ATP分子的磷酸基转移到底物上的酶，一般需要Mg2+或Mn2+作
为辅因子。
已糖激酶：催化Glc、Fru、Man磷酸化。调节酶，可被G-6-P抑制
葡萄糖激酶：对Glc有专一活性，存在于肝脏中。不被G-6-P抑制。
Glc激酶是一个诱导酶。
肌肉细胞中已糖激酶对Glc的Km为0.1 mmol/L，肝中Glc激酶对Glc的Km为5-10 mmol/L。平时，Glc浓度为5 mmol/
L时，肌肉细胞中已糖激酶催化的酶促反应已经达最大速度，而肝中Glc激酶并不活跃。进食后，肝中Glc浓度增高，此时Glc激酶催化Glc转化成
G-6-P，进一步转化成糖元，贮存于肝细胞中。
（２）G-6-P异构化为F-6-P 磷酸Glc异构酶将葡萄糖的羰基C由C1移至C2，反应可逆，方向由底物与产物的含量控制。
（３）F-6-P磷酸化生成F-1.6-2P 不可逆，磷酸果糖激酶。
是酵解途径的第二个调节酶，也是酵解途径的限速酶。ATP、H+对该酶有明显调节作用。
（４）F-1.6-2P裂解成3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮（DHAP）醛缩酶催化
（５）磷酸二羟丙酮（DHAP）异构成3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖异构酶
（６）3-磷酸甘油醛氧化成1.3－二磷酸甘油酸
磷酸甘油醛脱氢酶，该反应既是氧化反应，又是磷酸化反应。
（７）1，3-二磷酸甘油酸转化成3-磷酸甘油酸和ATP 磷酸甘油酸激酶
（８）3-磷酸甘油酸转化成2-磷酸甘油酸 磷酸甘油酸变位酶，磷酰基从C3移至C2。
（９）2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸 烯醇化酶
（１0）磷酸烯醇式丙酮酸生成ATP和丙酮酸
丙酮酸激酶，酵解途径的第三个调节酶。 反应不可逆
三、糖酵解的能量变化
EMP总反应式：
1葡萄糖 + 2Pi + 2ADP + 2NAD+ →
2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
无氧情况下： 2NADH还原丙酮酸，生成2分子乳酸或乙醇，故净产生2分子ATP
有氧条件下： 2NADH进入线粒体经呼吸链氧化又可产生5分子ATP,再加上由底物水平的磷酸化形成的2个ATP，故共可产生2+5=7分子
ATP。但肌肉和神经组织2NADH进入线粒体经呼吸链氧化只产生3分子ATP,再加上糖酵解的2个ATP，共3 +2=5分子ATP。Why?
甘油磷酸穿梭：NADH → 1.5 ATP
NADH将胞质中磷酸二羟丙酮经磷酸甘油脱氢酶催化还原成3-磷酸甘油， 3-磷酸甘油进入线粒体，将2H传递给FAD。FADH2
进入呼吸链，产生1.5 ATP。(磷酸甘油脱氢酶的辅基是FAD)
苹果酸穿梭：NADH → 2.5 ATP
胞质中的NADH，经苹果酸脱氢酶催化，使草酰乙酸还原成苹果酸，再通过苹果酸-a-酮戊二酸载体转运，进入线粒体内。线粒体内的苹果
酸脱氢酶催化，生成NADH和草酰乙酸。(苹果酸脱氢酶的辅基是NAD+)
四、糖酵解的意义
1、糖酵解是存在一切生物体内糖分解代谢的共同途径。
2、通过糖酵解生成ATP，为生命活动提供部分能量，是厌氧生物获取能量的主要方式。
3、糖酵解途径的许多中间产物可作为合成其他物质的原料（提供碳骨架），如磷酸二羟丙酮 甘油。
4、是糖有氧分解的准备阶段。
5、基本为由非糖物质转变为糖的异生途径之逆过程。
五、糖酵解的调节
糖酵解的主要作用是产生ATP及含碳中间物。细胞对酵解速度的调控则是为了满足细胞对能量及碳骨架的需求。
代谢途径中，不可逆反应的酶所处的部位是控制代谢反应的有力部位。
1.已糖激酶调节
控制葡萄糖的进入。
抑制剂：G-6-P和ATP
激活剂：ADP
2.磷酸果糖激酶调节（关键限速步骤）
磷酸果糖激酶是酵解过程中最重要的调节酶，酵解速度主要取决于该酶活性，因此它是一个限速酶。
抑制剂：ATP、柠檬酸、脂肪酸和H+。
激活剂：AMP、F-2.6-2P。
ATP：细胞内含有丰富的ATP时，此酶几乎无活性。柠檬酸：高含量的柠檬酸是碳骨架过剩的信号。
H+：防止缺氧时产生过量的乳酸。（血液酸中毒）
3.丙酮酸激酶调节 调节糖酵解的出口。
抑制剂：乙酰CoA、长链脂肪酸、Ala和ATP。
激活剂：F-1.6-2P。
六丙酮酸的去路
1.进入三羧酸循环（柠檬酸循环）
2.生成乳酸
在乳酸脱氢酶催化下，丙酮酸接受NADH上的氢生成乳酸。
总反应式：Glc + 2ADP + 2Pi → 2乳酸 + 2ATP + 2H2O
动物体内的乳酸循环（ Cori 循环）：
肌肉收缩，糖酵解产生乳酸。乳酸透过细胞膜进入血液，在肝脏中异生为Glc，解除乳酸积累引起的中毒。
Cori循环是一个耗能过程：2分子乳酸生成1分子Glc，消耗6个ATP。
3.乙醇的生成
酵母或其它微生物经糖酵解产生的丙酮酸，可以经丙酮酸脱羧酶催化，脱羧生成乙醛，在醇脱氢酶催化下，乙醛被NADH还原成乙醇。
总反应：Glc + 2pi + 2ADP + 2H+→2乙醇 + 2CO2 + 2ATP + 2H20
在厌氧条件下，能产生乙醇的微生物，如果氧气充分时，则会通过乙醛氧化生成乙酸。
4.丙酮酸还可重新合成糖（糖异生）
三羧酸循环
葡萄糖 ------糖异生------- 丙酮酸 酒精发酵
乳酸发酵
七、其它单糖进入糖酵解途径
1．糖原降解产物G-1-P
2．D-果糖
3．D-半乳糖
4．D-甘露糖
葡萄糖有氧氧化包括四个阶段:
①糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、 2ATP、2NADH）
②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA（CO2、NADH）
③三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH）
④呼吸链氧化磷酸化（NADH→ATP）
NADH-Q还原酶 CoQ 细胞色素还原酶 细胞色素c
（NADH）
琥珀酸－Q还原酶 细胞色素氧化酶
（FADH2）
1/2O2+2H+ H2O
第二节 三羧酸循环
概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，
称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle), 简称TCA循环，又称Krebs循环。
三羧酸循环在线粒体基质中进行
一、由丙酮酸形成乙酰CoA
反应不可逆，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。
E.coli丙酮酸脱氢酶复合体：
缩写 肽链数 辅酶 催化反应
丙酮酸脱氢（羧）酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脱羧
二氢硫辛酸乙 E2 24 硫辛酸 将乙酰基转移到CoA
酰转移酶
二氢硫辛酸脱氢酶 E3 12 FAD NAD+ 将还原型硫辛酰胺转变为氧化型
此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子。
丙酮酸脱氢酶复合体的活性调节
1、ATP抑制E1 乙酰CoA抑制E2，NADH抑制E3。抑制效应被AMP、CoA和NAD+逆转。
2、E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。
3、砷化物与硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。
4、Ca＋激活
二 TCA循环的过程
1 、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
单向不可逆
可调控的限速步骤
氟乙酰CoA导致致死合成 常作为杀虫药
2、 柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）
在pH7.0，25°C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6
3 、 由异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）
TCA中第一次氧化脱羧反应
异柠檬酸脱氢酶为TCA中第二个调节酶
三羧酸到二羧酸的转变
4 、 α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（ α-酮戊二酸脱氢酶复合体）
TCA中第二次氧化脱羧过程，第三个调节酶
α-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似
α-酮戊二酸脱氢酶E1
琥珀酰转移酶E2
二氢硫辛酸脱氢酶E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+
TCA第一轮循环释放的2CO2都来自草酰乙酸，乙酰CoA羰基碳在第二轮循环中释放，甲基碳在第三轮循环中释放50%，以后每循环一轮释放余下的
50%。
5、琥珀酰COA转化成琥珀酸
TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤
GTP+ADP GDP+ATP
6 、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸
TCA中第三次氧化的步骤
丙二酸为该酶的竞争性抑制剂
开始四碳酸之间的转变
7 、 延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）
8 、 苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）
TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。
TCA：一次底物水平磷酸化，二次脱羧，三个调节位点，四次氧化脱氢反应。
三、TCA循环的化学计量
乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O
2 CO2 +3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+
循环的特点：
1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰
CoA的2个C原子形成CO2。
2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。
3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP, 1GTP 相当于1ATP。
4、循环中消耗两分子水。
5、3NADH 7.5 ATP ， 1FADH2 1.5ATP，再加上1个GTP
6、单向进行
1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。
若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。
若从葡萄糖开始，共可产生12.5×2+5=30个ATP（骨骼肌、脑细胞）或12.5×2+7=32个ATP（其它组织）。
四、三羧酸循环的回补反应
三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如
α-酮戊二酸 谷氨酸
草酰乙酸 天冬氨酸
琥珀酰CoA 卟啉环
上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应
(anaplerotic reaction)。
草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：
丙酮酸羧化
PEP的羧化
苹果酸脱氢
由氨基酸形成
丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应)
在线粒体内进行
草酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足 TCA循环速度降低乙酰-CoA浓度增加，丙酮酸羧化酶 产生更多的草酰乙酸 PEP羧化（在植物、酵母、细
菌）苹果酸脱氢 氨基酸转化
五、三羧酸循环的调控
三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有 3个调控部位。
1、柠檬酸合成酶（限速酶）
抑制：ATP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA。
激活：乙酰CoA、草酰乙酸。
2、异柠檬酸脱氢酶
抑制：NADH、ATP。
活化：ADP，当缺乏ADP时就失去活性，Ca2+激活。
3、α-酮戊二酸脱氢酶
抑制：NADH、琥珀酰CoA。
活化：Ca2+。
六、三羧酸循环的生物学意义
与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的能量，一分子葡萄糖经EMP、TCA循环和呼吸链氧化共可产生32个ATP。
TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。
TCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步 骤，为其他生物合成提供原料。
第三节 磷酸戊糖途径
磷酸戊糖途径：1953年阐述了磷酸戊糖途径（pentose phosphate pathway)，简称PPP途径，也叫磷酸己糖支路。在胞质中进
行。
两个事实：
①用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（磷酸甘油醛脱氢酶），发现Glc的消耗不受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径。
②用14C分别标记Glc的C1和C6，然后分别测定14CO2生成量，发现C1标记的Glc比C6标记的Glc更快、更多地生成14CO2 。
一、反应过程
第一阶段：葡萄糖的氧化脱羧阶段
6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核酮糖
第二阶段：非氧化的分子重排阶段
磷酸戊糖分子重排，生成不同碳链长度的磷酸单糖。
㈠葡萄糖的氧化脱羧阶段
6-磷酸葡萄糖脱氢酶（调控酶）， NADPH反馈抑制此酶活性。 6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
本阶段总反应：
6-P葡萄糖+2NADP++H2O 5-P-核酮糖+CO2+2NADPH+2H+
㈡ 非氧化的分子重排阶段
1、磷酸戊糖异构生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖
2、磷酸戊糖转酮、转醛反应
生成酵解途径的中间产物（F-6-P，3-磷酸甘油醛）
（1）转酮反应
（2）转醛反应
转醛酶将7-磷酸庚酮糖上的三碳单位（二羟丙酮基）转到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鲜糖和6-磷酸果糖。
（3）转酮反应（转酮酶）
磷酸戊糖分子重排的总结果是：2个5-磷酸木酮糖 + 1个5-磷酸核糖 →2个6-磷酸果糖+ 1个3磷酸甘油醛；3个5-磷酸核糖 →2个
6-磷酸果糖 + 1个3磷酸甘油醛
磷酸戊糖途径小结：
1.可将G-6-P彻底氧化
第一阶段：
3Glc 3（G-6-P）
3（G-6-P酸内酯） 3（ G-6-P酸）
2（5-P木酮糖）+ 5-P核糖
第二阶段：
5-P木酮糖 + 5-P核糖 F-6-P + 4-P赤藓糖
5-P木酮糖 + 4-P赤藓糖 F-6-P + 3-P甘油醛
最终结果：
3Glc + 6NADP+ 2（ F-6-P ）+ 3-P甘油醛 + 6NADPH + 3CO2
6Glc + 12NADP+ 4（ F-6-P ）+ 2（ 3-P甘油醛） + 12NADPH + 6CO2
6Glc + 12NADP+ 5（ F-6-P ）+ 12NADPH + 6CO2
2.转酮酶（TPP）、转醛酶催化可逆反应转移的都是酮，受体是醛。
转酮酶转移的是二碳单位（羟乙酰基）。转醛酶转移的是三碳单位（二羟丙酮基）。
3.磷酸戊糖途径的中间产物，可进入糖酵解途径中，反之亦可。
主要是6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
4.碳的释放 磷酸戊糖途径释放14C1
在TCA循环中：
先释放C3、C4（丙酮酸脱羧）
第二轮后释放C2、C5（乙酰CoA的羰基碳：CH3C*=O-CoA，100%）
第三轮后释放C1、C6（乙酰CoA的甲基碳：*CH3C=O-CoA，每循环一轮释放50%）
二、磷酸戊糖途径的调节
• 6-磷酸葡萄糖脱氢酶是限速酶，催化不可逆反应。活性主要受NADPH/NADP+的调节。
• NADPH反馈抑制6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。
非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物的浓度。
三、磷酸戊糖途径与糖酵解途径的调节
G-6-P的流向取决于对NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。
1.5-磷酸核糖的需要量比NADPH大很多时
5（G-6-P）+ ATP → 6(5-磷酸核糖）+ ADP + H+
2.对5-磷酸核糖和NADPH的需要量平衡时
G-6-P + 2NADP+ + H2O→5-磷酸核糖 + 2NADH + 2H+ + CO2
3.NADPH的需要量比5-磷酸核糖多很多时
6（G-6-P）+ 12NADP+ + 6H2O →6（5-磷酸核糖）+ 12NADPH + 12H+ + 6CO2
5-磷酸核糖通过重组及Glc异生作用，再合成G-P-6。
4. 需要NADPH和ATP的量更多时， G-6-P转化成丙酮酸
3（G-6-P）+ 6NADP+ + 5NAD+ + 8ADP + 5Pi→
5丙酮酸 + 6NADPH + 5NADH + 8ATP + 8H+ + 3CO2 + 2H2O
四、磷酸戊糖途径的生理意义
1.产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原剂（力），比如参与脂肪酸和固醇类物质的合成。
2.中间产物为许多化合物的合成提供碳骨架
如：
5-P-核糖 核苷酸
4-P-赤藓糖 芳香族氨基酸
3. 可与光合作用联系起来，实现某些单糖间的互变。
4. PPP途径是一个可单独进行氧化分解的途径。因此可以和EMP、TCA相互补充、相互配合，增加机体的适应能力。 如：NADPH也可用于ATP
合成
跨线粒体穿梭转运，将氢转移至线粒体NAD+上。
胞液内：α-酮戊二酸 + CO2 + NADPH + H+
异柠檬酸 + NADP+
线粒体内：异柠檬酸 + NAD+
α-酮戊二酸 + CO2 + NADH + H+
一分子Glc→12分子NADPH，12×2.5 – 1 = 29 ATP
第四节 糖的生物合成
高等植物体内葡萄糖的合成途径：
卡尔文（ Calvin）循环：由CO2和H2O合成已糖。合成动力（能量）是叶绿素吸收的光能。
蔗糖、淀粉的降解
糖异生
动物体内葡萄糖的合成途径：糖原的降解 糖异生
一、糖异生的概念
由丙酮酸、草酰乙酸、乳酸等非糖物质转变 成葡萄糖的过程称为糖异生。
糖异生的证据来自动物实验：大鼠禁食24小时，肝中糖原从7%-1%，若喂乳酸、丙酮酸等糖原的量会增加。
二、糖异生的途径
糖异生途径的大部分反应与糖酵解的逆反应相同，但有两方面不同：
1、克服糖酵解的三步不可逆反应。
2、糖酵解在细胞质中进行，糖异生则分别在线粒体和细胞质中进行。
1、丙酮酸 PEP
2、1，6-二磷酸果糖 6-磷酸果糖
1，6-二磷酸果糖+H2O 6-磷酸果糖+Pi
3、6-磷酸葡萄糖 葡萄糖
6-磷酸葡萄糖+H2O 葡萄糖+Pi
三、糖异生途径的意义
• 葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人脑对葡萄糖有高度依赖性。红细胞也需要葡萄糖。尤其在饥饿状态下葡萄糖异生尤为重要；在机体处在
剧烈运动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。
• 当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰CoA通过乙醛酸循环合成琥珀酸 TCA循环 糖
异生
• 葡萄糖异生对人类以及其他动物是绝对需要的途径：人脑对葡萄糖有高度依赖性。红细胞也需要葡萄糖。尤其在饥饿状态下葡萄糖异生尤为重要；在机体处在
剧烈运动时，也需要非糖物质及时提供葡萄糖，以维持血糖水平。
当油料种子萌发时，脂肪酸经乙酰CoA通过乙醛酸循环合成琥珀酸 ——TCA循环 —— 草酰乙酸 ——糖异生 —— 葡萄糖—— 供种子萌发
使用
四、葡萄糖异生作用的调节
2、6-二磷酸果糖合成与降解的调控
血糖低-- 胰高血糖素释放-
cAMP级联作用- 蛋白磷酸化。
血糖高--胰岛素释放--
F-2、6-BP多
具有一条肽链的酶蛋白，由于某些氨基酸
的磷酸化和脱磷酸化使之具有两种酶活性
，这种酶称双功能酶。
糖异生与糖酵解作用的相互调节：
1、磷酸果糖激酶（PFK）和果糖-1、6-二磷酸酶的调节：
当AMP水平高时，表明需要ATP， PFK激活，增加糖酵解，由于果糖-1、6-二磷酸酶受抑制，则糖异生关闭。当ATP和柠檬酸水平高
时， PFK受抑制，降低糖酵解的速率，柠檬酸增加果糖-1、6-二磷酸酶活性，从而增加糖异生速率。
当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用， 使酶蛋白磷酸化（FBPase2活化），降低F-2、6-
BP；当进食时，血糖水平较高，激素胰岛素释放，使F-2、6-BP增加，激活PFK，加速酵解；同时F-2、6-BP的增加抑制果糖-1、6-二磷酸
酶活性，使糖异生作用受抑制。
糖异生与糖酵解作用的相互调节：
2、丙酮酸激酶、丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶的调节：
高水平的ATP和Ala抑制丙酮酸激酶，从而抑制糖酵解；由于该情况下乙酰CoA亦是充裕的，则活化丙酮酸羧化酶，有助于糖异生的进行。反之，在
细胞供能状态较低时，ADP水平较高，则抑制丙酮酸羧化酶和PEP羧激酶，关闭糖异生作用。
丙酮酸激酶被F-1、6BP活化（前馈激活），即需要糖酵解加速时该酶的活性被提高。
当饥饿时，由于血糖水平低，激素胰高血糖素释放，引起cAMP的级联作用，使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而失去活性，抑制糖酵解。
糖异生与糖酵解作用的紧密相互调节防止了二者共同进行时的无效循环。
第五节 多糖的生物合成
一、糖核苷酸的作用及形成
单糖与核苷酸通过磷酸酯键结合生成糖核苷酸。
作用：糖核苷酸是高等动植物体内合成双糖和多糖时，葡萄糖的活化形式与供体。
种类：目前发现的糖核苷酸主要有UDPG,ADPG,TDPG,GDPG,CDPG等。在糖类代谢中，以UDPG,ADPG为最重要。（结构见书
P116）
形成：
1-P-G + UTP
二、淀粉的生物合成
㈠直链淀粉的生物合成
1、淀粉磷酸化酶
1-P葡萄糖+引物 淀粉+Pi
引物是作葡萄糖的受体，它是含α-1，4糖苷键的葡萄多糖，最小为麦芽三糖。转移来的葡萄糖分子结合在引物非还原末端C4的羟基上。
该酶的作用主要是催化淀粉的分解（植物细胞中磷酸的浓度较高）。
2、淀粉合酶（ UDPG焦磷酸化酶、 D-酶、淀粉合酶）是淀粉合成的主要途径。
ADPG+引物 淀粉+ADP 也可用UDPG做供体
三、糖原的合成与分解 主要发生在肝脏、骨骼肌中。
（一）糖原分解代谢
（二）糖原合成代谢
1.UDP葡萄糖焦磷酸化酶 G-1-P + UTP → UDP-葡萄糖 + ppi.
2.糖原合成酶 UDPG+引物 糖原+UDP
新的Glc残基加在糖原引物非还原端Glc残基的Ｃ４羟基上，生成α-１.4糖苷键。ＵＤＰ被延长的糖原分子末端Glc残基Ｃ４上的羟基取代
3.分枝酶
第七章 生物氧化 Biologic Oxidation
本章重点：电子传递链和氧化磷酸化作用，明确物质代谢和能量代谢的关系。
第一节 生物氧化概述
一、生物氧化的概念
1 、概念
有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。生物氧化通常需要消耗氧，所以又称为呼吸
作用。
2 、生物氧化主要包括三方面的内容：
（1）在酶的催化下,将有机化合物中的C变成CO2—CO2如何形成？脱羧反应
（2）在酶的作用下,细胞利用分子氧将有机化合物中的负H氧化成H2O—H2O如何形成？电子传递链
（3）当有机物被氧化成CO2和H2O时，释放的能量转化成ATP—能量如何产生？
底物水平磷酸化 氧化磷酸化
二、生物氧化的特点
有机物的生物氧化和体外氧化（燃烧）的实质相同，但二者进行的方式和历程却不同：
生物氧化 体外燃烧
细胞内温和条件 高温或高压、干燥条件
（常温、常压、中性pH、水溶液）
一系列酶促反应 无机催化剂
逐步氧化放能，能量利用率高 能量爆发释放
释放的能量转化成ATP被利用 转换为光和热，散失
真核细胞的生物氧化多在线粒体内进行，在不含线粒体的原核细胞中，生物氧化在细胞膜上进行。
三、化学反应的自由能
自由能:在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自由能，用符号G表示。
在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化（ΔG）来衡量。
自由能的变化 △G = G产物 - G反应物
ΔG是衡量反应自发性的标准：
ΔG< 0，放能，可以产生有用的功,自发进行
ΔG >0，吸能，必须供给能量才能进行，非自发进行。
ΔG =0 ，平衡状态
注意：
一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化（△H），不能作为此反应能否自发进行的判据， △G才是唯一准确的指标。
△G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正
值，酶也无能为力。
当△G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行。
自由能变化的可加和性：在偶联的几个化学反应中，自由能的总变化等于每一步反应自由能变化的总和。
故一个热力学上不能进行的反应，可与其它反应偶联，驱动整个反应进行。
标准自由能变化：指在标准条件下，即温度为25℃（298K）， 1个大气压，参加反应的物质浓度为1mol/L，测得的自由能的变化，用△G °表
示。生化标准自由能变化：指将标准状况pH定为pH=7.0，测得的自由能的变化，用△G °´表示。
3、自由能变化与平衡常数的关系
aA + bB cC + dD
生化标准状况下，平衡常数用K ´ eq表示，则：
4、自由能变化与氧化还原电位的关系
生化标准氧化还原电位：生化标准条件下，发生氧化还原反应的每一氧化还原电子对的电子转移势能，用E0¢表示。
一般E0 ¢值越小，表示该氧还对的还原态失电子能力越大，即还原能力越强，是强还原剂。
E0’值越大，表示该氧还对的氧化态得电子能力越大，即氧化能力越强，是强氧化剂。
在氧化还原反应中，电子总是从E0’值较小的物质转移到值较大的物质，即从还原剂流向氧化剂。
生化标准氧化还原电位差（ΔE0 ’ ）：
ΔE0’= E0 ’氧化剂-E0 ’还原剂
= E0 ’电子受体-E0 ’电子供体
ΔG0 ’ = - nF ΔE0 ’
其中n为转移的电子数，ΔE0 ’的单位为伏特（V）
F为法拉第常数，F=96.496kJ/v.mol=23.063kcal/v.mol
四、高能化合物
1、高能化合物的概念
一般将水解时能够释放20.92 kJ /mol（5Kcal/mol)以上自由能的化合物称为高能化合物。
在高能化合物分子中，水解断裂时释放出大量自由能的活泼共价键称为高能键。
2、高能化合物的类型
按其分子结构特点及所含高能键的特征分：磷氧键型 磷氮键型 硫酯键型 甲硫键型
（1）、磷氧键型（—O-P)
(A)酰基磷酸化合物
1,3-二磷酸甘油酸 乙酰磷酸 酰基腺苷酸 氨酰基腺苷酸 氨甲酰磷酸
（B）焦磷酸化合物：焦磷酸 ATP（三磷酸腺苷） ADP（二磷酸腺苷）
（C）烯醇式磷酸化合物：磷氧键型：酰基磷酸化合物、焦磷酸化合物、烯醇式磷酸化合物
（2）、 氮磷键型（如胍基磷酸化合物）：磷酸肌酸 磷酸精氨酸
磷酸肌酸是肌肉和脑中的储能物质，磷酸精氨酸某些无脊椎动物，如虾等的储能物质。
（3）、硫酯键型：酰基辅酶A 3¢-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸
（4）、 甲硫键型：S-腺苷甲硫氨酸
3、最重要的高能化合物—ATP
例如：一个静卧的人24小时内消耗约40公斤ATP。
1）ATP在能量转化中的作用
①ATP是生物体通用的能量货币。
②ATP是磷酸基团转移反应的中间载体。 ATP在传递能量方面起着转运站的作用，它是能量的携带者和转运者，但不是能量的贮存者。
2）能荷
ATP是生命活动中能量的主要直接供体，因此ATP不断产生又不断消耗， ATP、ADP和AMP的转换率非常高。但他们在机体内总能保持相应的平衡状
态，以适应细胞对能量的需求。
细胞所处的能量状态用ATP、 ADP和AMP之间的关系式来表示，称为能荷，公式如下：[ATP]+1/2[ADP]
能荷= [ATP]+[ADP]+[AMP]
能荷是细胞所处能量状态的一个指标，当细胞内的ATP全部转变为AMP时能荷值为0，当AMP全部转变为ATP时，能荷值为1。
高能荷抑制ATP的生成，促进ATP的应用，即促进机体内的合成代谢。
大多数细胞的能荷处于0.8-0.95之间。稳定的状态。进一步说明细胞内ATP的产生和利用都处于一个相对（同位素实验）
第二节 电子传递链
一、概念：需氧细胞内有机物通过分解途径所形成的还原性辅酶（NADH和FADH2）通过电子传递途径被重新氧化。即还原型辅酶上的氢原子以质子的形式
脱下，其电子沿一系列电子传递体转移，最后转移给分子氧并生成水，这个电子传递体系称为电子传递链。由于消耗氧，故也叫呼吸链。
电子传递链在原核生物存在于细胞膜上，在真核细胞存在于线粒体内膜上。
电子传递过程中，还原型辅酶被氧化:
在电子传递过程中释放出的能量，使ADP和磷酸结合生成ATP。
P/O比：一对电子通过呼吸链传至氧产生ATP的分子数。
NADH →2.5ATP（2.5 × 7.3 =18.25 Kcal/mol ）18.25 ÷52.6 = 34.7 %
FADH2→1.5ATP（1.5 × 7.3 =10.95 Kcal/mol ）10.95 ÷43.4 = 25.2 %
二、呼吸链的组成
呼吸链由一系列的氢传递体和电子传递体组成。包括：
NADH-Q还原酶（复合体Ⅰ） 、琥珀酸-Q还原酶（复合体II）、细胞色素还原酶（复合体III）、细胞色素氧化酶（复合体IV）。
1、 NADH-Q还原酶(NADH脱氢酶、复合体Ⅰ、亦是第一个质子泵) NADH-Q还原酶是一个大的蛋白质复合体。
辅基：FMN和铁-硫聚簇（Fe-S）
辅酶：辅酶Q
由辅基或辅酶负责传递电子。
FMN通过氧化还原变化可接收NADH+H+的氢以及电子。
FMN FMNH FMNH2
铁硫聚簇（Fe-S中心 ）：铁硫聚簇主要以（ Fe-S ） (2Fe-2S) 或 (4Fe-4S) 形式存在，铁硫聚簇与蛋白质结合称为铁硫蛋
白。
铁硫聚簇通过Fe3+ « Fe2+ 变化，将氢从FMNH2上脱下传给CoQ，起到传递电子的作用，每次传递一个电子. NADH-Q还原酶先与
NADH结合并将NADH上的两个氢转移到 FMN辅基上
2、辅酶Q（泛醌、亦简称Q)
如： NADH-Q还原酶、琥珀酸-Q还原酶、脂酰-CoA脱氢酶等是脂溶性醌类化合物，而且分子较小，可在线粒体内膜的磷脂双分子层的疏水区自由扩
散。
功能基团是苯醌,通过醌/酚的互变传递氢，Q (醌型结构) QH2（酚型结构）。因此，它在线粒体呼吸链中作为电子和质子的传递体。
3、琥珀酸-Q还原酶（复合体Ⅱ ）琥珀酸脱氢酶也是此复合体的一部分
辅基：FAD和Fe-S聚簇
辅酶：CoQ 。
琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为延胡索酸，同时其辅基FAD还原为FADH2，然后FADH2又将电子传递给Fe-S聚簇。最后电子由Fe-S聚簇传递给
辅酶CoQ。
4、细胞色素还原酶（复合体Ⅲ、细胞色素bc1复合体）：细胞色素还原酶含有两种细胞色素，即细胞色素b(bL和bH)和细胞色素c1含有
2Fe-2S。复合体Ⅲ的作用是将电子从QH2转移到细胞色素c。
细胞色素（cytochrome,cyt）：细胞色素几乎存在于所有生物体内，根据吸收光谱带不同分a、b、c三类，主要含有5种细胞色素 b、
c 、c1 、 a、a3等，细胞色素是以血红素（heme，铁卟啉）为辅基的蛋白质。
细胞色素主要是通过辅基中Fe3+ « Fe2+ 的互变起传递电子的作用。
细胞色素是含铁的电子传递蛋白质的总称。铁原子处于卟啉的结构中心，构成血红素。
5、细胞色素c
在复合体III和Ⅳ之间传递电子。（细胞色素c 交互地与细胞色素还原酶的C1和细胞色素氧化酶接触）
6、细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ、细胞色素c氧化酶 ）
• 复合体Ⅳ由10个亚基构成。4个氧化－还原活性中心，即2个含有a型血红素（cyt.a、a3）和2个铜原子（CuA，CuB）。Cyta与CuA
相配合，cyta3与CuB相配合，当电子传递时，细胞色素的Fe3+ Fe2+间循环，同时Cu2+ Cu+间循环，将电子从cytc直接传递给
O2。也叫末端氧化酶。
三、呼吸链的电子传递顺序
呼吸链的各组分在线粒体内膜上是按一定顺序排列的，在线粒体内膜上主要有两条呼吸链：
四电子传递链的抑制剂
1、概念：能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。
专一性的电子传递抑制剂的使用是研究呼吸链中电子传递体顺序的有效方法。
2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位
（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素： 阻断了电子由NADH向CoQ的传递
（2）抗霉素A：阻断电子由QH2向cytC1的传递
（3）氰化物（CN-）、硫化氢（H2S）、叠氮化物（N3-）、一氧化碳（CO）等
阻断了电子由cytaa3向分子氧的传递。
第三节 氧化磷酸化
1、概念
是与电子传递过程偶联的磷酸化过程。即伴随电 子从底物到O2的传递，释放的自由能用以使ADP被磷酸化生成ATP的酶促过程，这种氧化与
磷酸化相偶联的作用称为氧化磷酸化。
氧化磷酸化是需氧细胞主要的能量来源，产生ATP的主要途径。
1分子葡萄糖分解代谢生成10个NADH和2个FADH2。
△G °´＝10´52.6+2´43.4=2564.8 kcal/mol
1分子葡萄糖体外燃烧释放2870.23 kcal/mol
2、形成ATP的部位（氧化与磷酸化偶联部位）
电子传递链释放大量自由能的部位有3处，即复合物Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ ，这3个部位就是ATP合成的部位，称为偶联部位。
关于论证ATP形成部位的实验证据
（1）ΔG0 ’ =-nF ΔE0 ’
（2） 琥珀酸氧化P/O=1.5，苹果酸氧化P/O=2.5表明在NADH——CoQ 有一次磷酸化作用
（3）用抗坏血酸使电子从细胞色素C进入呼吸链，测得P/O=1，说明由cytaa3——O2有一次磷酸化
（4）使用专一性电子传递链抑制剂亦可测出ATP的形成部位
3、氧化磷酸化作用的机理
有关氧化磷酸化机理的几种假说：
1953年 Edward Slater，化学偶联假说
1964年 Pual Boyer，构象偶联假说
1961年 Peter Mitchell，化学渗透假说
（1）化学偶联假说（掌握要点）chemical coupling hypothesis
认为电子传递反应释放的能量通过一系列连续的化学反应形成高能共价中间物，高能中间物裂解驱动ADP磷酸化生成ATP。
（2）构象偶联假说conformational coupling hypothesis
认为电子沿电子传递链传递使线粒体内膜的蛋白质组分发生了构象变化，形成一种高能构象，这种高能形式通过ATP的合成而恢复其原来的构象迄今未能分离出
这种高能蛋白质。但在电子传递过程中蛋白质组分的构象变化还是存在的。
（3）化学渗透假说chemiosmotic hypothesis
认为电子传递释放的自由能和ATP的合成是与一种跨线粒体内膜的质子梯度相偶联的。即电子传递释放的自由能驱动H+从线粒体基质跨过内膜进入膜
间隙，从而形成跨线粒体内膜的H+离子梯度，即电化学梯度。这个跨膜的电化学电势驱动ATP的合成。
支持化学渗透假说的实验证据
氧化磷酸化作用的进行需要封闭的线粒体内膜存在。线粒体内膜对H+ OH- K+ Cl-都是不通透的。破坏H+ 浓度梯度的形成（用解偶联剂或离子载
体抑制剂）必然破坏氧化磷酸化作用的进行。线粒体的电子传递所形成的电子流能够将H+ 从线粒体内膜逐出到线粒体膜间隙。大量直接或间接的实验证明膜表
面能够滞留大量质子，并且在一定条件下质子能够沿膜表面迅速转移。迄今未能在电子传递过程中分离出一个与ATP形成有关的高能中间化合物，亦未能分离出
电子传递体的高能存在形式。
H+如何通过电子传递链“泵”出的？强大的质子流通过嵌在线粒体内膜的F0F1-ATP合酶返回基质，质子电化学梯度蕴藏的自由能释放，推动
ATP的合成。
ATP的合成机制— FOF1-ATP合酶：线粒体内膜的表面有一层规则地间隔排列着的球状颗粒，称为FOF1-ATP合酶，也叫ATP合酶复合体或
ATP合酶，是ATP合成的场所。
它由FO、F1两部分组成，其中FO由4种6条不同的肽链组成，是复合体的柄（含质子通道），镶嵌到内膜中.F1由5种9条肽链组成，呈球状，是复合体
的头，与FO结合后这个头伸向膜内基质。FO是膜间隙质子返回膜内的通道，F1是催化ATP合成的部位，当膜间隙的质子经FO质子通道到达F1时便推动
ATP的合成。
亚线粒体结构证明FOF1-ATP合酶中FOF1的功能
根据当前最新测定, H+经NADH-Q还原酶、细胞色素bc1复合体（ Ⅲ ）、细胞色素氧化酶（复合体Ⅳ）从基质泵到膜外时，一对电子泵出的质子数
依次为4、2、4，而合成一个ATP分子是由3个H+通过ATP合酶所驱动。所以电子从NADH传至O2，共产生的ATP分子数是2.5个。若从琥珀酸
传递至O2，只有两个偶联部位，产生1.5个ATP。
四、氧化磷酸化的解偶联剂和抑制剂
不同的化学因素对氧化磷酸化作用的影响方式不同，据此将它们分成三大类：
1、解偶联剂（uncouplers）：某些化合物能消除跨膜的质子浓度梯度或电位梯度，使ATP不能合成，这种作用称为解偶联作用，这类化合物成为解
偶联剂。解偶联剂不抑制电子传递。
解偶联剂主要有三种类型：化学解偶联剂：离子载体：解偶联蛋白：
化学解偶联剂：2、4-二硝基苯酚
DNP在pH=7的环境中以解离形式存在，是脂不溶的，不能过膜。在酸性环境中接受H+,成为不解离形式，是脂溶性的，很容易过膜，同时将H+带入膜
内，起消除质子浓度梯度的作用。亦称质子载体。
起同样作用的有三氟甲氧基苯腙羰基氰化物（FCCP）。
离子载体（离子载体抑制剂）：是一类脂溶性物质，能与H+以外的其他一价阳离子结合，并作为他们的载体使他们能过穿过膜，消除跨膜的电位梯度。缬氨霉素
（K+）
短杆菌肽（K+ Na+）
解偶联蛋白（产热素）：是存在于某些生物细胞线粒体内膜上的蛋白质，为天然解偶联剂。它们能形成质子通道，让膜间的H+通过通道返回膜内，消除跨膜质子
浓度梯度。如：动物的褐色脂肪组织，其产热机制是线粒体氧化磷酸化解偶联的结果。
五、线粒体穿梭系统：磷酸甘油穿梭 苹果酸-天冬氨酸穿梭
真核细胞细胞液中产生的NADH必须进入线粒体才能经呼吸链氧化并生成ATP.
1、磷酸甘油穿梭（P/O=1.5）昆虫飞行肌细胞胞液NADH利用此穿梭
2、苹果酸-天冬氨酸穿梭（P/O=2.5）动物心脏及肝脏、胞质胞液内NADH利用此穿梭
Chapter 8 脂类代谢Lipid Metabolism
本章重点：脂肪酸的β-氧化与从头合成
脂类（lipid）:亦译为脂质或类脂。其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。
脂肪酸多为4碳以上的长链一元羧酸，醇成分包括甘油、鞘氨醇、高级一元醇和固醇。
脂类的生理功能：
生物膜的骨架成分 磷脂
能量储存形式 甘油三酯
参与信号识别、免疫 糖脂
激素、维生素的前体
生物体表保温防护
脂肪储存量大，热值高:
如70kg人体，脂肪：2008320 kJ 蛋白质：105000 kJ 糖原：2520 kJ
第一节 脂的消化、吸收和转运
一、脂类的消化和吸收
1. 脂类的消化（十二指肠）脂肪刺激胰腺分泌的脂类水解酶。
脂类水解酶：
①三酰甘油脂肪酶（水解三酰甘油C1、C3酯键）
②磷脂酶A2（水解磷脂，产生溶血磷酸和脂肪酸）
③胆固醇脂酶（水解胆固醇酯，产生胆固醇和脂肪酸）
④辅脂酶（Colipase）（和胆汁共同激活胰脏分泌的脂肪酶原）
2. 脂类的吸收：脂肪刺激胆囊分泌胆汁。
甘油单脂、脂肪酸、胆固醇、溶血磷脂可与胆汁盐乳化成混合微团（20nm），被肠粘膜的柱状表面细胞吸收。
被吸收的脂类，在柱状细胞中重新合成甘油三酯，结合上蛋白质、磷酯、胆固醇，形成乳糜微粒（CM），经胞吐排至细胞外，再经淋巴系统进入血
液。
二、脂类转运
甘油三脂和胆固醇脂在体内由脂蛋白转运。
脂蛋白的分类及结构与功能（见上册书）。
三、贮脂的动员
脂肪在脂肪酶作用下分解产生脂肪酸和醇，脂肪酸经血浆白蛋白运输至各组织细胞中。
脂肪的分解受激素调节：
促进：肾上腺素、胰高血糖素、肾上腺皮质激素都可以激活腺苷酸环化酶，使cAMP浓度升高。促使依赖cAMP的蛋白激酶活化，将无活性的脂肪酶磷
酸化，转变成有活性的脂肪酶，加速脂解作用。
抑制：胰岛素、前列腺素E1
第二节 甘油三酯的分解代谢
一.甘油三酯的水解：组织中有三种脂肪酶，分步将甘油三酯水解成甘油二酯、甘油单酯，最终产生3分子脂肪酸和1分子甘油。
三种酶：脂肪酶（激素敏感性甘油三酯脂肪酶，限速酶）、甘油二酯脂肪酶、甘油单酯脂肪酶。
二、甘油代谢：在脂肪细胞中，没有甘油激酶，无法利用脂解产生的甘油。
甘油进入血液，转运至肝脏后才能被甘油激酶磷酸化，生成3-磷酸甘油，再经磷酸甘油脱氢酶氧化成磷酸二羟丙酮，进入糖酵解途径或糖异生途
径。
甘油代谢生成的磷酸二羟丙酮将脂代谢与糖代谢联系起来。
1分子甘油彻底氧化分解产生多少个ATP ？
三、脂肪酸的氧化
（一）饱和偶数碳脂肪酸的β氧化
1.β氧化概念
饱和脂肪酸在一系列酶的作用下，羧基端的β位C原子发生氧化，碳链在α位C原子与β位C原子间发生断裂，每次生成一个乙酰COA和较原来少二个碳单位的
脂肪酸，这个不断重复进行的脂肪酸氧化过程称为β-氧化
实验证据：
1904年，Franz 和Knoop。
实验前提：已知动物体内不能降解苯环，用苯基标记含奇数碳原子的脂肪酸，喂饲动物，尿中是苯甲酸衍生物马尿酸。用苯基标记含隅数碳原子的脂肪酸，喂饲动
物，尿中是苯乙酸衍生物苯乙尿酸。
结论：脂肪酸的氧化是从羧基端β-碳原子开始，每次分解出一个二碳片断，故称为脂肪酸β氧化。
2. 脂肪酸的β氧化过程
（1）脂肪酸的活化
脂肪酸首先在胞质中被活化，形成脂酰CoA，然后进入线粒体或在其它细胞器中进行氧化。
在脂酰CoA合成酶(硫激酶)催化下，由ATP提供能量，将脂肪酸转变成脂酰CoA：
（2）长链脂酰CoA向线粒体的转运，以脂酰肉碱形式转运至线粒体内。
β-氧化在线粒体基质中进行，而脂肪酸第一步活化在胞液中，脂酰CoA（10C以上）不能进入线粒体，需特殊的 转运机制来帮助跨膜。
酰基肉碱载体（L-β-羟基γ-三甲基氨基丁酸 ）以脂酰肉碱形式将脂酰CoA转运至线粒体内。
线粒体内膜外侧（胞质侧）：肉碱脂酰转移酶Ⅰ催化，脂酰CoA将脂酰基转移给肉碱的β羟基，生成脂酰肉碱。
线粒体内膜：移位酶将脂酰肉碱移入线粒体内，并将肉碱移出线粒体。
线粒体内: 肉碱脂酰转移酶Ⅱ催化，使脂酰基又转移给CoA，生成脂酰CoA和游离肉
（3）线粒体内的β-氧化过程
① 脂酰CoA脱氢生成β-反式烯脂酰CoA（脱氢） 脂酰CoA脱氢酶，以FAD为辅基。
②△2反式烯脂酰CoA水化生成L-β-羟脂酰CoA（水化）β-烯脂酰CoA水化酶。
③L-β-羟脂酰CoA脱氢生成β-酮脂酰CoA（脱氢）L-β羟脂酸CoA脱氢酶
④β-酮脂酰CoA硫解 (硫解) 酮脂酰硫解酶 生成乙酰CoA和（n-2）脂酰CoA
3. 脂肪酸β-氧化小结
（1）脂肪酸β-氧化时仅需活化一次，消耗两个 高能键相当于2 个ATP，生成脂酰CoA 。
（2）长链脂肪酸由线粒体外的脂酰CoA合成酶活化，经肉碱运到线粒内；中、短链脂肪酸直接进入线粒体，由线粒体内的脂酰CoA合成酶活化。
（3）β-氧化包括脱氢、水化、脱氢、硫解4个重复步骤。
4. 脂肪酸β-氧化产生的能量（以16C的软脂酸为例）
⑴活化消耗2ATP，生成软脂酰CoA（胞质中）
⑵脂酰CoA脱氢，FADH2产生1.5 ATP。
⑶β-羟脂酰CoA脱氢，NADH产生2.5 ATP。
⑷β-酮脂酰CoA硫解：乙酰CoA → TCA，10 ATP
(n-2)脂酰CoA → 第二轮β氧化经过7次循环，产生7个NADH，7个FADH2， 8分子乙酰COA
活化消耗： 2ATP
β氧化产生： 7×（1.5 + 2.5）ATP ＝ 28
8个乙酰CoA： 8×（7.5 + 1.5+ 1）ATP ＝ 80
净生成： 108 – 2＝106 ATP
5.β-氧化的调节
⑴脂酰基进入线粒体的速度是限速步骤，长链脂肪酸生物合成的第一个前体丙二酸单酰CoA的浓度增加，可抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ，限制脂肪酸氧化。
⑵[NADH]/[NAD+]比率高时，β-羟脂酰CoA脱氢酶受抑制。
⑶乙酰CoA浓度高时，可抑制硫解酶，抑制氧化。
（二）奇数碳脂肪酸的β氧化 丙酰CoA有两条代谢途径。
1.丙酰CoA转化成琥珀酰CoA，进入TCA。动物体内存在这条途径，因此，在动物肝脏中奇数碳脂肪酸最终能够异生为糖。数碳脂肪酸最终能够异生为
糖。
2.丙酰CoA转化成乙酰CoA，进入TCA 。这条途径在植物、微生物中较普遍
（三） 不饱和脂肪酸的氧化分解
1. 单不饱和脂肪酸的氧化（单个双键，油酸）多不饱和脂肪酸的氧化≥2个双键，亚油酸（18：2，△9,12）
异构酶（改变双键位置和顺反构型）
β-羟脂酰COA差向酶（改变β-羟基构型：D→L型）
（四）脂肪酸的其它氧化途径
1.α-氧化（不需活化，直接氧化游离脂肪酸）
脂肪酸在一些酶的催化下，其α-C原子发生氧化，结果生成一分子CO2和较原来少一个碳原子的脂肪酸，这种氧化作用称为α-氧化。
RCH2COOH→RCOOH+CO2
α-氧化对于降解支链脂肪酸、奇数碳脂肪酸、过分长链脂肪酸（如脑中C22、C24）有重要作用。
2.ω-氧化
12碳以上的脂肪酸是通过β-氧化进行分解作用；少数的12C以下的脂酸可在微粒体中经ω-氧化作用途径，产生二羧酸。
脂肪酸在酶催化下，其ω碳（末端甲基C）原子发生氧化，先生成ω-羟脂肪酸，继而氧化成α,ω-二羧酸的反应过程，称为ω-氧化。
从脂肪酸两端进行β-氧化（海洋中浮游细菌降解海面浮油）
故ω-氧化加速了脂肪酸的降解速度。
四、酮体代谢：在动物肌肉中乙酰COA可以进入TCA；在动物肝、肾脏线粒体内乙酰CoA可以生成丙酮、乙酰乙酸、D-β-羟丁酸，这三种物质称酮
体。
注意：酮体的三种化合物中D-β-羟丁酸不是酮
1.酮体生成的意义：酮体是肝输出能量的一种形式，生成酮体的目的是将肝中脂肪酸氧化产生的大量的乙酰CoA转移出去。酮体分子小，溶于水，能通过血脑
屏障及肌肉毛细管壁。脑组织细胞不能氧化脂肪酸，但能利用酮体。长期饥饿，糖供应不足时，酮体可以代替葡萄糖，成为脑及肌肉的重要能源。
2. 酮体的生成（肝、肾细胞的线粒体内）
肝脏线粒体中的乙酰CoA走哪一条途径（生成酮或进入TCA ），主要取决于草酰乙酸的可利用性。
饥饿状态下，草酰乙酸离开TCA，用于异生合
成葡萄糖。只有少量乙酰CoA进入TCA，大多数
乙酰CoA用于合成酮体。
酮体的生成过程：
1、2乙酰-CoA
乙酰乙酰-CoA
2、乙酰乙酰-CoA ＋乙酰-CoA HMG-CoA
3、 HMG-CoA 乙酰-CoA+乙酰乙酸
HMG-CoA：b-羟-b-甲基戊二酰-CoA
3.酮体的利用
（1）乙酰乙酸
乙酰乙酸生成2分子乙酰CoA进入TCA。
心、肾、脑、骨骼肌等。
（2）β-羟基丁酸被β羟基丁酸脱氢酶催化，生成乙
酰乙酸，进入上述途径。
（3）丙酮生成丙酮酸或乳酸，进入TCA或异生成糖。
4.酮体生成的调节
（1）饱食：胰岛素增加，脂解作用抑制，进入肝中脂肪酸减少，酮体生成减少。
饥饿：胰高血糖素增加，脂肪动员加强，血中
游离脂肪酸浓度升高，利于β氧化及酮体的生成。
（2）肝糖原含量及其代谢的影响
肝细胞糖原含量丰富时，脂肪酸合成甘油三酯
及磷脂。
肝细胞糖原供给不足时，脂肪酸主要进入线粒
体，进入β-氧化，酮体生成增多。
（3）丙二酸单酰CoA抑制脂酰CoA进入线粒体
乙酰CoA及柠檬酸能激活乙酰CoA羧化酶，
促进丙二酸单酰CoA的合成，后者能竞争性
抑制肉碱脂酰转移酶Ⅰ，从而阻止脂酰CoA
进入线粒体内进行β氧化，从而抑制酮体生 成。
第三节 脂肪酸和甘油三酯的合成代谢
脂肪酸合成不是脂肪酸分解步骤（b-氧化）的简单逆过程 。
一、饱和脂肪酸的合成
乙酰CoA是脂肪酸合成的起始（引）物，丙二酸单酰CoA是链的延长中2C供体。
合成的原料：乙酰CoA（糖酵解、 b-氧化、aa氧化）NADPH （ 40%磷酸戊糖途径、 60%苹果酸酶反应）ATP和HCO3
1. 乙酰CoA的转运（线粒体→细胞质）
乙酰CoA的来源：
EMP 丙酮酸 氧化脱羧 乙酰CoA
脂肪酸b氧化 乙酰CoA
氨基酸氧化 乙酰CoA
转运方式：柠檬酸-丙酮酸循环
2.丙二酸单酰CoA的生成（供体活化）
乙酰CoA羧化酶：是脂肪酸合成的限速酶。
组成：生物素羧基载体蛋白（BCCP）生物素羧化酶 羧基转移酶
辅酶是生物素 生物素+ BCCP 生物胞素
别构酶：柠檬酸激活，脂肪酸抑制。
3.脂酰基载体蛋白（ACP）
脂肪酸合成酶复合体：E.coli，6种酶和1种脂酰基载体蛋白（ACP）。
ACP的辅基：4-磷酸泛酰巯基乙胺。 4-磷酸泛酰巯基乙胺也是CoA的组成和活性部位。
脂肪酸合成过程中， ACP辅基上的-SH基以共价键与脂酰基相连。ACP辅基就象一个“摇臂”，携带脂酰基由一个酶转到另一个酶的活性位
点上。
脂酰基载体蛋白与辅酶A：共同活性基团：4-磷酸泛酰巯基乙胺
六种酶：AT :ACP转酰基酶；KS:β-酮脂酰ACP合酶；MT:丙二酸单酰ACP-转移酶； KR:β-酮脂酰ACP还原酶；HD:羟脂
酰-ACP脱水酶；ER:烯脂酰-ACP还原酶
脂肪酸合成酶复合体结构示意图：6种酶和1种脂酰基载体蛋白（ACP)
4.脂肪酸的生物合成步骤
（1）启动反应 （priming）
乙酰-CoA : ACP转酰基酶（AT）乙酰基（脂酰基）连到β-酮脂酰ACP合酶上。
（2）装载（loading）：丙二酸单酰基转移丙二酸单酰ACP-转移酶（MT），生成丙二酸单酰-S-ACP。生成丙二酸单酰-S-ACP。
丙二酸单酰基与ACP相连。
脂酰基(乙酰基)与β-酮脂酰-ACP合成酶相连。
为下一步缩合准备了两个底物。
（3）缩合反应（condensation）
β-酮脂酰ACP合成酶（KS），乙（脂）酰基引物的羰基C攻击丙二酸单酰基供体的甲基C生成乙酰乙酰-S-ACP 。
释放的CO2来自形成丙二酸单酰CoA时所羧化的HCO3-
（4）还原反应（reduction，第一次) β-酮脂酰ACP还原酶（KR）/ NADPH生成β-羟丁（脂）酰-ACP。
注意: 生成D型β羟丁酰-ACP，而脂肪β-氧化时形成的是L型。
（5）脱水反应 (dehydration) 羟脂酰-ACP脱水酶（HD）生成β-烯丁（脂）酰-S-ACP。
（6）还原反应 (reduction，第二次）烯脂酰-ACP还原酶（ER）/ NADPH形成了多2个C的丁酰-ACP或脂酰-ACP。
（7）释放（动物）软脂酰-ACP硫酯酶 软脂酰-ACP + H2O → 软脂酸 + HS-ACP
以软脂酸为例：
由乙酰-CoA合成软脂酸的总反应： 8乙酰CoA + 14NADPH + 14H+ + 7ATP + H2O →软脂酸 + 8CoASH +
14NADP+ + 7ADP + 7Pi
7ATP用于合成7个丙二酸单酰CoA。1个乙酰CoA起始。
7次循环，每1次循环有2次还原反应（14NADPH）
奇数碳原子饱和脂肪酸合成是以丙二酸单酰ACP为起始引物，逐加的二碳也是以丙二酸单酰ACP作为供体。
多数生物仅限于形成软脂酸（16C）。β-酮脂酰ACP合成酶不能接受16C脂酰基
5. 脂肪酸合成的化学计量（从乙酰CoA开始）
以合成软脂酸为例（8个乙酰CoA）：
14NADPH，7ATP 14 × 2.5 + 7 = 42 ATP
6. 脂肪酸合成的调节
（1）酶浓度调节
乙酰CoA羧化酶（产生丙二酸单酰CoA）
脂肪酸合成酶系
苹果酸酶（产生还原力）
（2）酶活性的调节
乙酰CoA羧化酶是限速酶。
别构调节：柠檬酸激活，软脂酰CoA抑制。
共价调节：磷酸化失活，脱磷酸化激活。
胰高血糖素使其磷酸化失活，胰岛素使其脱磷酸化激活。
9. 脂肪酸氧化与合成途径的比较 详见 P264
区别点 合成（从乙酰CoA开始） 氧化（生成乙酰CoA）
细胞部位 细胞质 线粒体
酶 系 6种酶，多酶复合体或多酶融合体 4种酶分散存在
脂酰基载体 ACP CoA
二碳片段 丙二酸单酰CoA 乙酰CoA
电子供体（受体） NADPH FAD、NAD
β-羟脂酰基构型 D型 L型
对HCO3及柠檬酸的需求 要 不要
能量变化
（软脂酸） 消耗7个ATP及14个NADPH 产生106ATP
产物 只合成16碳酸以内的脂肪酸 18碳脂肪酸可彻底降解
二、线粒体和内质网中脂肪酸碳链的延长
在动物体内，软脂酸为合成16C以上更长碳链脂肪酸的前体，需活化成脂酰CoA。
碳链延长发生在线粒体和内质网两个部位：
1. 线粒体脂肪酸延长酶系
独立于脂肪酸之外的过程，能够延长中、短链（4-16C）饱和或不饱和脂肪酸。长过程基本是β-氧化的逆过程，乙酰CoA作为二碳片段的供
体，NADPH作为氢供只是烯脂酰CoA还原酶代替了脂酰CoA脱氢酶。
2. 内质网脂肪酸延长酶系
哺乳动物细胞的内质网膜能延长饱和或不饱和长链脂肪酸（16C及以上），延长过程与从头合成相似（缩合、脱水、还原、再还原） ，只是以
CoA代替ACP作为脂酰基载体，丙二酸单酰CoA作为二碳供体，从羧基端延长。 NADPH作为氢供体。
三、不饱和脂肪酸的合成
在人类及多数动物体内，只能合成一个双键的不饱和脂肪酸（△9），如硬脂酸脱氢生成油酸，软脂酸脱氢生成棕榈油酸。
植物和某些微生物可以合成(△12)二烯酸、三烯酸，甚至四烯酸。
1. 氧化脱氢（需氧）
一般在脂肪酸的第9、10位脱氢，生成不饱和脂肪酸。
例如，硬脂酸可在特殊脂肪酸氧化酶作用下，脱氢生成油酸。
2.β碳原子脱水途径（β-羟脂酰ACP脱水）
大杨杆菌：棕榈油酸的合成是由β-羟癸脂酰-ACP开始。
含2、3、4个双键的脂肪酸也能用类似方法合成。但是，由于人和哺乳动物缺乏在脂肪酸的第9位碳原子以上位置引入不饱和双链的去饱和酶，不能合成足够的
十八碳二烯酸（亚油酸，9,12-十八碳二烯酸）、十八碳三烯酸（亚麻酸，9,12,15-十八碳三烯酸）。必须由食物供给，称必须脂肪酸。
3. 去饱和途径
脂酰CoA去饱和酶，催化软脂酰CoA及硬脂酰CoA分别在C9-C10脱氢，生成棕榈油酸（△9 16:1）和油酸(△9 18:1)
4. 其它转化途径
低温时，脂肪酸去饱和作用加强。
四、三脂酰甘油的合成
动物肝脏、脂肪组织及小肠粘膜细胞中合成大量的三脂酰甘油，植物也能大量合成三脂酰甘油，微生物合成较少。
合成原料：3-磷酸甘油（L-α-磷酸甘油) 脂酰CoA
3-磷酸甘油的来源
⑴磷酸二羟丙酮(糖酵解产物)还原生成3-磷酸甘
⑵甘油磷酸化（甘油激酶，只在肝脏中有。)
脂肪代谢的主要途径
五、各组织中脂肪代谢的相互关系及脂肪代谢途径
六、脂代谢与糖代谢的关系
1.甘油→磷酸二羟丙酮→糖异生
2.植物及微生物 脂肪酸→乙酰CoA→琥珀酸→糖异生
3.动物
奇数碳脂肪酸→丙酰CoA→琥珀酰CoA→糖异生糖→乙酰CoA→脂肪酸
4.糖→磷酸二羟丙酮→甘油→甘油脂
第四节 甘油磷脂代谢
磷脂：甘油磷脂、鞘氨醇磷脂
甘油磷脂：磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇
一、甘油磷脂的水解
磷脂能被不同的磷脂酶水解，水解位点如下：
以卵磷脂为例
1.磷脂酶 A1
存在于动物细胞中，作用于1位。生成2-脂酰基甘油磷酸胆碱（溶血卵磷脂）和脂肪酸。
2.磷脂酶 A2
大量存在于蛇毒、蝎毒、蜂毒中，动物胰脏中有此酶原，作用于2位，生成1-脂酰基甘油磷酸胆碱（溶血卵磷脂）和脂肪酸。
3.磷脂酶 C
存在于动物脑、蛇毒和细菌毒素中。作用于3位，生成二酰甘油和磷酰胆碱。
4.磷脂酶 D
主要存在于高等植物中，作用于4位，水解产物是磷脂酸和胆碱。
5.磷脂酶 B（溶血磷脂酶）
能同时水解1、2位。磷脂经过酶促降解，脱去一个脂肪酸分子，生成溶血磷脂（带一个脂肪酸和一个磷酸胆碱）。
催化溶血磷脂水解的酶称溶血磷脂酶（L1 L2）磷脂酶的催化作用使磷脂分解，促使细胞膜不断更新、修复。
二、甘油磷脂的生物合成
1.磷脂酰乙醇胺的合成（脑磷脂）
（1）乙醇胺磷酸化： H2N-CH2-CH2-OH + ATP——H3N+-CH2-CH2-O-PO32- + ADP
（2）磷酸乙醇胺生成CDP-乙醇胺 磷酸乙醇胺胞嘧啶核苷酸（CTP）转移酶
（3）CDP-乙醇胺与甘油二脂生成磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
甘油二酯 + CDP-乙醇胺 磷脂酰乙醇胺+ CMP
甘油二酯的来源：甘油三酯合成的中间产物；磷脂酶C催化磷脂酸水解的产物。
2.磷脂酰胆碱的合成（卵磷脂）
（1）节约利用途径（主要是细菌）
由磷脂酰乙醇胺的氨基直接甲基化，甲基的供体是S-腺苷甲硫氨酸。磷脂酰乙醇胺甲基转移酶，该酶的辅基是四氢叶酸
（2）从头合成（动物细胞）
此途径与合成磷脂酰乙醇胺的途径相同。
由胆碱开始，胆碱来源于食物或磷脂酰胆碱的降解，胆碱不能在动物体内生成。
A.胆碱 + ATP (碱激酶)——磷酸胆碱 + ADP
B.磷酸胆碱 + CTP (磷酸胆碱胞嘧啶核苷酸转移酶)——CDP-胆碱 + PPi
C.CDP-胆碱 + 甘油二酯 (磷酸胆碱转移酶)——磷脂酰胆碱 + CMP
3.磷脂酰丝氨酸的合成
（1）丝氨酸与磷脂酰乙醇胺的醇基进行酶促交换
磷脂酰乙醇胺 + 丝氨酸 →磷脂酰丝氨酸 + 乙醇胺
动物、大肠杆菌中，磷脂酰丝氨酸可脱羧生成磷脂酰乙醇胺。
（2）磷脂酸→CDP-二脂酰甘油→磷脂酰丝氨酸（细菌中）
以上三个合成途径的关系：
CDP-二酰甘油的途径 CDP-乙醇胺的途径
利用CDP-二酰甘油的途径 利用CDP-乙醇胺的途径
三、其它脂类的代谢（自己看书，选学）
鞘脂类（鞘磷脂和鞘糖脂）的代谢：
由软脂酰-CoA和丝氨酸 鞘氨醇 神经酰胺，神经酰胺（ceramide ）是鞘磷脂、鞘糖脂的核心
胆固醇的代谢：胆固醇的合成中27个碳原子全部来源于乙酰CoA。HMG-CoA还原酶/NADPH是胆固醇合成的关键调控酶。
胆固醇的转化：
转化为胆酸及其衍生物
转化为类固醇激素
转化为VD
第九章 蛋白质降解与氨基酸代谢
Protein degradation and amino acid metabolism
重点内容：脱氨的主要方式 ；氨的去路；尿素的合成；氨的转运；脱氨基后碳架的去向；氨基酸合成中的碳源和氮源；一碳单位及作
用。
第一节 蛋白质降解及氮平衡
蛋白质的降解：外源蛋白的消化；内源性蛋白的选择性降解
一、 外源蛋白质消化吸收
肽酶 末端 ：羧基末端 羧肽酶A、B 氨基末端 氨肽酶
蛋白酶 肽链内部：含AA较少的肽链
蛋白质 小片段 氨基酸
蛋白酶：胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶
二、内源蛋白质的降解
人及动物体内蛋白质处于不断降解和合成的动态平衡。成人每天有1%～2%的蛋白被降解、更新。（蛋白质周转）
不同蛋白的半寿期差异很大，人血浆蛋白质的t1/2约10天，肝脏的t1/2约1～8天，结缔组织蛋白的t1/2约180天，许多关键性的
调节酶的t1/2 均很短。
真核细胞中蛋白质降解的两条途径：
不依赖ATP的途径－溶酶体中进行，主要降解外源蛋白、膜蛋白及长寿命的细胞内蛋白。
依赖ATP和泛肽的途径－胞质中进行，主要降解异常蛋白和短寿命蛋白。
泛肽（Ubiquitin） 8.5KD（76氨基酸残基）的小分子蛋白质，普遍存在于真核细胞内。一级结构高度保守，酵母与人只相差3个氨
基酸残基，它能与被降解的蛋白质共价结合，使后者带上标记，然后被蛋白酶降解。
泛肽标记选择性降解蛋白质的过程：
1、泛肽的羧基与泛肽活化酶（E1）的巯基连接（ATP驱动）
2、活化的泛肽立即与泛肽携带蛋白（E2）的巯基连接
3、在泛肽蛋白连接酶（E3）的催化下，泛肽的羧基与选择性降解的蛋白质Lys的氨基连接。
选择性：（1）异常蛋白、（2）正常的调节蛋白和酶
选择性降解的特点：
（1）重要代谢调控位点的酶或调节蛋白，降解速度快（短寿蛋白多是调节蛋白或调节酶）
（2）“ 持家蛋白”的降解速度慢（长寿蛋白多是持家蛋白）
（3）蛋白质的降解速度受到细胞营养及激素状态的调节，营养缺乏，周转速度加快。
意义：（1）清除异常蛋白；（2）细胞对代谢进行调控的一种方式
三、氮平衡
氮平衡：机体摄入的氮量和排出的氮量，在正常情况下处于平衡状态。摄入氮＝排出氮。
氮正平衡：摄入氮＞排出氮。部分摄入的氮用于合成体内蛋白质，儿童、孕妇。
氮负平衡：摄入氮＜排出氮。饥锇、疾病。
第二节 氨基酸分解代谢
氨基酸的分解代谢主要在肝脏中进行。
氨基酸分解代谢一般分三步：一是先脱去氨基；二是脱氨后生成的碳架进入TCA被氧化，产生能量，碳架还可作为糖、脂肪酸合成的原料；三是脱氨后产生的
NH3与ASP的N原子结合成为尿素排出体外。
一、脱氨基作用
• 脱氨基作用包括：氧化脱氨基作用；转氨基作用；联合脱氨基作用；非氧化脱氨基作用。
1.氧化脱氨基
a-AA在酶的作用下，氧化生成a-酮酸，同时消耗氧并产生氨的过程。
催化氧化脱氨基反应的酶（氨基酸氧化酶）：
（1）Ｌ-氨基酸氧化酶
催化L-AA氧化脱氨，体内分布不广泛，最适pH10左右，以FAD或FMN为辅基。
对下列氨基酸不起作用：
Gly、β-羟氨酸（Ser、 Thr）、二羧氨基酸（ Glu、 Asp）、二氨氨基酸（Lys、 Arg）
（2） D-氨基酸氧化酶 体内分布广泛，以FAD为辅基。但体内D-AA不多。
（3） L-Glu脱氢酶 专一性强，分布广泛，活力强，以NAD+或NADP+为辅基。
真核生物中，真正起作用的不是L-氨基酸氧化酶，而是L-谷氨酸脱氢酶。
真核细胞的Glu脱氢酶，大部分存在于线粒体基质中，是一种不需O2的脱氢酶。是脱氨基活力最强的别构酶，在动、植、微生物体内都有。
抑制剂：ATP、GTP、NADH。
激活剂：ADP、GDP及某些氨基酸。
因此，当ATP、GTP不足时，Glu的氧化脱氨会加速进行，有利于氨基酸分解供能（动物体内有10%的能量来自氨基酸氧化）。
2.转氨基作用
转氨基作用：a-氨基酸和a-酮酸之间氨基转移，使原来的氨基酸生成相应的酮酸，而原来的酮酸生成相应的氨基酸。
由转氨酶催化，辅基是磷酸吡哆醛（维生素B6）。转氨酶在真核细胞的胞液、线粒体中都存在。
转氨基作用是氨基酸脱氨的重要方式，除Gly、Lys、Thr、Pro外，氨基酸都能参与转氨基作用。
不同的转氨酶催化不同的转氨反应。
大多数转氨酶集中在胞液，优先利用α-酮戊二酸作为氨基的受体，生成Glu。 Glu穿过线粒体膜，借助Asp转氨酶将氨基转给草酰乙
酸形成Asp。Asp是合成尿素时氮的供体，通过转氨作用解决氨的去向。
如:丙氨酸转氨酶，可生成Glu，叫谷丙转氨酶（GPT）。肝细胞受损后，血中此酶含量大增，活性高。肝细胞正常，血中此酶含量很低。
重要例外：
葡萄糖－丙氨酸循环：
肌肉氨基转移酶，将丙酮酸作为氨基受体，生成的丙氨酸经血液循环转运至肝脏，再经肝脏转氨基作用生成丙酮酸，再经糖异生生成葡萄糖，G回到肌肉组织酵解
为丙酮酸。
作用： 将氨运入肝脏
3.联合脱氨基
单靠转氨基作用不能最终脱掉氨基，单靠氧化脱氨基作用也不能满足机体脱氨基的需要，因为只有Glu脱氢酶活力最高，其余L-氨基酸氧化酶的活力
都低。
机体借助联合脱氨基作用可以迅速脱去氨基。
(1)以谷氨酸脱氢酶为中心的联合脱氨基作用
氨基酸的a-氨基先转到a-酮戊二酸上，生成相应的α-酮酸和Glu，然后在L-Glu脱氨酶催化下，脱氨基生成α-酮戊二酸，并释放出氨。
（2） 通过嘌呤核苷酸循环的联合脱氨基
骨骼肌、心肌、肝脏、脑都是以嘌呤核苷酸循环的方式为主。
4.非氧化脱氨基作用（多在微生物的中进行）
①还原脱氨基
②水解脱氨基
③脱水脱氨基
④脱巯基脱氨基
⑤氧化-还原脱氨基 两个氨基酸互相发生氧化还原反应，生成有机酸、酮酸、氨。
⑥脱酰胺基作用
谷胺酰胺酶：谷胺酰胺 + H2O →谷氨酸 + NH3
天冬酰胺酶：天冬酰胺 + H2O →天冬氨酸 + NH3
谷胺酰胺酶、天冬酰胺酶广泛存在于动植物和微生物中。
二、脱羧反应
氨基酸脱羧反应广泛存在于动、植物和微生物中，有些产物具有重要生理功能。
如：脑组织中L-Glu脱羧生成r-氨基丁酸，是重要的神经递质。His脱羧生成组胺（又称组织胺），有降低血压的作用。Tyr脱羧生成酪胺，有升高血
压的作用。但大多数胺类对动物有毒，体内的胺氧化酶能将胺氧化为醛和氨。
三、氨的去向
氨对生物机体有毒，高等动物的脑对氨极敏感，血中1%的氨会引起中枢神经中毒，因此，脱去的氨必须排出体外。
氨中毒的机理：脑细胞线粒体内的氨与α-酮戊二酸生成Glu，大量消耗α-酮戊二酸，影响TCA，同时大量消耗NADPH
氨的去路：
1、排出体外
排氨生物：NH3转变成酰胺（Gln），运到排泄部位后再分解。（原生动物、线虫和鱼类）
以尿酸排出：将NH3转变为溶解度较小的尿酸排出。通过消耗大量能量而保存体内水分。（陆生爬虫及鸟类）
以尿素排出：经尿素循环（肝脏）将NH3转变为尿素而排出。（哺乳动物）
2、重新利用合成AA：合成酰胺（高等植物中氨基氮以Gln、Asn的形式储存）嘧啶环的合成（核酸代谢）
（一）氨的转运（肝外→肝脏）
以Gln的形式：
NH4+ + Glu+ ATP Gln+ADP+Pi+H+
Gln+H2O Glu + NH4+
Gln中性无毒，易透过细胞膜，是氨的主要运输形式。
以Ala转运（葡萄糖-丙氨酸循环：肌肉）
NH4++丙酮酸 Ala
Ala+ 草酰乙酸 Asp+丙酮酸
（二）氨的释放
1.直接释放
排氨动物将氨以Gln形式运至释放部位，如：鱼类的鳃，经鳃内Gln酶分解，直接释放NH3，游离的NH3借助扩散作用直接排出体外。
2. 生成尿酸（见核苷酸代谢）
尿酸（包括尿素）也是嘌呤代谢的终产物。
3.尿素的生成（尿素循环）
排尿素动物在肝脏中合成尿素的过程称尿素循环。
1932年Krebs和Henseleit发现，向悬浮有肝切片的缓冲液中，加入鸟氨酸、瓜氨酸、Arg中的任何一种，都可促使尿素的合成。已
早知：
Arg + H2O 鸟氨酸 + 尿素
尿素循环过程：
（1）氨甲酰磷酸的生成（氨甲酰磷酸合酶I）
肝细胞线粒体中，经联合脱氨基作用脱下的氨（NH4+）与TCA循环产生的CO2反应生成氨甲酰磷酸。尿素的第一个氮原子以氨甲酰磷
酸的形式获取。
注意区别：
氨甲酰磷酸合酶I：在线粒体中，以氨作为氮供体， 催化尿素合成。
氨甲酰磷酸合酶II：在胞质中，以Glu作为氮供体，催化尿嘧啶合成。
（2）合成瓜氨酸（鸟氨酸转氨甲酰酶）
线粒体内鸟氨酸接受氨甲酰磷酸提供的氨甲酰基，生成瓜氨酸，瓜氨酸进入细胞质。
（3）合成精氨琥珀酸（精氨琥珀酸合酶）
消耗2个高能磷酸键，尿素的第二个氮以Asp的形式加入。
（4）精氨琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索素酸（精氨琥珀酸裂解酶）
此时Asp的氨基转移到Arg上。
来自Asp的碳架被保留下来，生成延胡索酸。 延胡索素酸可以经苹果酸、草酰乙酸再合成天冬氨酸。
（5） 精氨酸水解生成鸟氨酸和尿素
尿素生成后，由血液运到肾脏随尿排除。
• 尿素循环总反应：
NH4+ + CO2 + 3ATP + Asp + 2H2O →尿素 + 2ADP + 2Pi + AMP + PPi + 延胡索酸
合成1分子尿素可清除2分子氨及1分子CO2 ，消耗4个高能磷酸键。
尿素循环与TCA的关系：延胡索酸、草酰乙酸 （联系物）。
四、氨基酸碳架的去向
再合成AA
AA分解产生5种产物进入TCA循环，进行彻底的氧化分解。
五种产物为：乙酰CoA、 a-酮戊二酸、琥珀酰CoA、延胡索酸、草酰乙酸（P234）
转变成糖和脂肪
生糖AA：凡能生成丙酮酸、琥珀酸、草酰乙酸、延胡而索酸和a-酮戊二酸的AA。（Ala Thr Gly Ser Cys/ Ile Met
Val/ Asp Asn/ Phe Tyr/ Arg His Gln Pro Glu）
转变成酮体
生酮AA：凡能生成乙酰乙酸、b-丁酸的AA。（Phe Tyr Leu Lys Trp,在动物肝脏中）
而Phe、Tyr是生酮兼生糖氨基酸
1. 经丙酮酸生成乙酰CoA的途径（5）Ala、Gly、Ser、Thr、Cys生成丙酮酸。
（1）Ala 与α-酮戊二酸转氨（谷丙转氨酶）
（2）Gly先转变成Ser，再由Ser脱水脱氨转变成丙酮酸。Gly与Ser互变灵活，是Ser生物合成的重要途径。Gly的分解代谢不是以形成乙酰
CoA为主要途径，Gly的重要作用是提供一碳单位：
Gly + FH4 + NAD+ →N5,N10-甲烯基FH4 + CO2 + NH4+ + NADH
（3）Ser 脱水、脱氨生成丙酮酸（丝氨酸脱水酶）
（4）Thr醛缩酶催化裂解成Gly和乙醛，后者氧化成乙酸 → 乙酰CoA。
（5）Cys 转氨生成β-巯基丙酮酸，脱巯基生成丙酮酸
Thr、Gly、Ser、Ala和Cys 5种aa通过丙酮酸形成乙酰-CoA的关系图：
2. 经乙酰乙酰CoA生成乙酰CoA的途径（5）
5种aa：Phe、Tyr、Leu、Lye和Trp
（1）Phe → Tyr → 乙酰乙酰CoA
产物 ： 乙酰乙酰CoA、延胡索酸和CO2 。
（2）Tyr
产物：乙酰乙酰CoA（可转化成2个乙酰CoA。）、延胡索酸和CO2 。
（3）Leu
产物：1个乙酰CoA，1个乙酰乙酰CoA，相当于3个乙酰CoA。
反应中先脱去1个CO2 ，后又加上1个CO2 ，C原子数不变 。
（4）Lys
产物：1个乙酰乙酰CoA，2个CO2 。
在反应途中转氨：a. 氧化脱氨 b. 转氨
（5）Trp
产物：1个乙酰乙酰CoA，1个乙酰CoA，4个 CO2 ，1个甲酸。
3. 生成α-酮戊二酸的途径（5）Arg、His、Gln、Pro、Glu生成α-酮戊二酸。
（1）Arg
产物：1分子Glu，1分子尿素。
（2）His
产物：1分子Glu，1分子NH3 , 1分子甲亚氨基。
（3）Gln 三条途径
A. Gln酶： Gln + H2O → Glu + NH3
B. Glu合成酶： Gln+α-酮戊二酸 + NADPH →2Glu + NADP+
C. 转酰胺酶：Gln+α-酮戊二酸 →Glu + r-酮谷酰氨酸
（4）Pro
产物：Pro氧化、加水 → Glu半醛→ Glu
羟pro → 丙酮酸 + 丙醛酸
4. 琥珀酰CoA途径（3）Met、Ile、Val转变成琥珀酰CoA
（1）Met
S-腺苷甲硫氨酸 转移1个甲基生成S-腺苷高Cys ，将-SH转给Ser生成Cys， Cys＋a酮丁酸 琥珀酰
CoA
（2）Ile
产生一个乙酰CoA和一个琥珀酰CoA
（3）Val
产生一个琥珀酰CoA
5. 草酰乙酸途径
Asp和Asn可转变成草酰乙酸进入TCA，Asn先转变成Asp（Asn酶），Asp经转氨作用生成草酰乙酸.
6. 延胡索酸途径：Phe、Tyr可生成延胡索酸。
五、由氨基酸衍生的其它重物质
1. 氨基酸产生一碳单位
一碳单位：具有一个碳原子的基团。
包括：亚氨甲基（-CH=NH），甲酰基（ HC=O-），羟甲基（-CH2OH），亚甲基（又称甲叉基，-CH2），次甲基（又称甲川基，-
CH=），甲基（-CH3）。
• 一碳单位不仅与氨基酸代谢密切相关，还参与嘌呤、胸腺嘧啶的合成，是生物体内的甲基来源。
• Gly、Thr、Ser、His、Met 等氨基酸可以提供一碳单位。
• 一碳单位的转移靠四氢叶酸（5，6，7，8-四氢叶酸），携带甲基的部位是N 5、N 10。
2. 氨基酸与生物活性物质 P332表30-2 氨基酸来源的生物活性物质。
（1）Tyr与黑色素
酪氨酸 二羟苯丙氨酸 多巴醌 黑色素
（2）Tyr与儿茶酚胺类
生成多巴、多巴胺、去甲肾上腺素、肾上腺素，统称儿茶酚胺类。前二者是神经递质，后二者是激素。P333 图30-35
（3）Trp与5-羟色胺、吲哚乙酸。 5-羟色胺是神经递质，促进血管收缩。吲哚乙酸是植物生长激素。P334 图30-36 Trp生成
5-羟色胺和吲哚乙酸。
（4）肌酸和磷酸肌酸（Arg、Gly、Met）在动物的肌肉、脑、血液中，肌酸和磷酸肌酸贮存和转移磷酸键能。
Arg、Gly、Met合成磷酸肌酸。P334 图30-36 肌酸合成中的甲基化：S-腺苷Met
（5）His与组胺：组胺是一种血管舒张剂，在神经组织中是感觉神经的一种递质。His脱羧生成组胺。
（6）Arg → 水解 → 鸟氨酸 → 脱羧 → 腐胺 →亚精胺 → 精胺
（7）Glu与r-氨基丁酸
Glu本身就是一种兴奋性神经递质，在脑、脊髓中广泛存在。Glu脱羧生成的r-氨基丁酸是一种抑制性神经递质。
（8）牛磺酸和Cys
Cys 的SH氧化成-SO3-，并脱去-COO – 生成牛磺酸，是胆酸组分，乳化食物。
六、氨基酸代谢缺陷症 P336 表30-3
第三节 氨基酸合成
一、氨基酸合成中的氮源和碳源
1. 氮源
（1）生物固氮（微生物）
a. 与豆科植物共生的根瘤菌
b. 自养固氮菌 兰藻在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3
N2 + 6e- + 12ATP + 12H2O——2NH4+ + 12ADP + 12Pi + 4H+
2. 碳源
直接碳源是相应的α-酮酸，植物、微生物能合成20种氨基酸相应的全部碳架或前体。人和动物只能直接合成部分氨基酸相应的α-酮酸。
主要来源：糖酵解、TCA、磷酸戊糖途径。
必需氨基酸：Ile、Met、 Lys、 Val 、 Leu、 Trp、 Phe、 Thr、Arg、His。
3. 植物、部分微生物氨基酸合成方式
①α-酮戊二酸衍生类型（4） Glu、Gln、Pro、Arg。
与氨基酸分解进入α-酮戊二酸的途径比较，少了His。
Gln
α-酮戊二酸 Glu Pro
Arg
②草酰乙酸衍生类型（6） Asp、Asn、Met、Thr、Ile（也可归入丙酮类）、Lys（植物、细菌）
Asn
草酰乙酸 Asp Met
Lys
Thr Ile
经TCA中间产物（α-酮戊二酸、草酰乙酸）可合成10种氨基酸。即
Glu、Gln、Pro、Arg、Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys。
③丙酮酸衍生类型（3） Ala、Val、Leu
Ala
丙酮酸 Val
Leu
④3-磷酸甘油酸衍生类型（3） Ser、Gly、Cys
Gly
3-磷酸甘油酸 Ser
Cys
经酵解中间产物（3-磷酸甘油酸、丙酮酸），可合成Ala、Val、Leu、Ser、Cys、Gly等6种氨基酸。
⑤酵解及磷酸戊糖中间产物（3）可合成Phe、Tyr、Trp
磷酸烯醇丙酮酸 Phe
4-磷酸赤藓糖 Tyr
Trp
⑥磷酸戊糖中间产物（1）His有自己独特的合成途径。
5-磷酸核糖 His
二、 脂肪族氨基酸生物合成途径
(一）谷氨酸族aa的生物合成
谷氨酸族aa： Glu、Gln、Pro、Arg、Lys
共同碳架：TCA中的a-酮戊二酸。
（（1）Glu的合成
（2）Gln的合成
由α-酮戊二酸形成Glu，由Glu可以进一步生Gln。
谷氨酰胺可做为NH3的供体将其转移，除Gly、Ala和Ser，其余含氮物的氮都直接来自Gln。
Gln合酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶，活性受8种含氮物反馈调控：氨基Glc-6-P、Trp、Ala、 Gly、 His和
CTP、AMP、氨甲酰磷酸。
（3）脯AA的合成 由α-酮戊二酸形成Glu
（4）由谷AA 精AA
（二）天冬氨酸族aa的生物合成
天冬氨酸族aa ：Asp、Asn、Met、Thr、Ile、Lys
共同碳架：TCA中的草酰乙酸
（1） Asp的合成
（2）Thr、Ile、Lys、Met的合成（前面已讲）
（三） 丙氨酸族aa的合成
丙氨酸族aa：Ala、Val、Leu、（Ile）
共同碳架：EMP中的丙酮酸
（1） Ala的合成
（1） Ala的合成
谷丙转氨酶：GPT
（2） Val、Leu的合成
（四）丝氨酸族aa的合成
丝氨酸族aa：Ser、Gly、Cys
甘AA碳架：乙醛酸循环中的乙醛酸（植物、微生物）
（1）Gly 的合成
（2）Ser的合成
Ser、Gly的其它合成途径：
碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
（3）半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）半胱氨酸的合成途径（动物中）
三、芳香族aa和His的合成
（1）芳香族aa的合成
芳香族aa ：Trp、Tyr、Phe
芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和磷酸烯醇式丙酮酸(EMP) 苯环C1和C6来自PEP，C2-C5来自4-磷酸赤藓糖
若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体，那么芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径
（2）His的合成
组AA族碳架：PPP中的5－磷酸核糖
第一步：PRPP将5’-磷酸核糖转移至ATP的嘌呤环的1号N原子上并水解产生N-1- 5’-磷酸核糖-AMP
第二步：N-1- 5’-磷酸核糖-AMP嘌呤环在C6和N1之间打开
第三步：打开核糖的呋喃环，将其转变为酮糖
第三步：酮糖接受GLn的氨基并裂解环化产生咪唑-3-磷酸甘油
第四步：咪唑-3-磷酸甘油脱水生成咪唑-3-磷酸丙酮
第五步：咪唑-3-磷酸丙酮接受Glu的氨基生成组氨酸
His的合成的C源和N源：
四、氨基酸生物合成的调节
最有效的调节是通过合成过程的终端产物，反馈抑制反应系列中第一个酶的活性，即通过别构效应调节第一个酶的活性。
1. 通过终端产物对氨基酸合成的反馈抑制
（1）简单的终端产物反馈抑制如由Thr合成Ile
甘AA碳架：乙醛酸循环中的乙醛酸（植物、微生物）
（2）不同终端产物对共同合成途径的协同抑制
（3）不同分枝产物对多个同工酶的抑制
（4）连续反馈抑制（又叫连续产物抑制）终端产物E和H，只分别抑制分道后自己的分支途径中第一个酶的活性。共同途径的终端产物D抑制共同途径的第一个
酶的作用。
2.调节酶量
在aa合成途径中，有些酶能够受到细胞合成量的控制，这种酶叫阻遏酶（repressible enzyme）。
酶量的控制主要是通过有关酶编码基因活性的改变。
五、几种重要的氨基酸衍生物的生物合成（P363）
1. 谷胱苷肽
2. 肌酸
3. 卟啉血红素、细胞色素、叶绿素。卟啉由Gly和琥珀酰CoA合成
4. 短杆菌肽
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