生物化学与分子生物学 金属酶金属离子金属激活酶金属离子过氧化氢酶Fe2+丙酮酸激酶K+、Mg2+过氧化物酶Fe2+丙酮酸狻化酶Mn2•、Zn2•B－内酰胺酶Zn2+蛋白激酶Mg2+、Mn2• 二、酶的活性中心是酶分子执行其催化功能的部位酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域称为酶的活性中心(active center of enzymes)或酶的活性部位(active site of enzymes)（图3-1)。辅酶和辅基往往是酶活性中心的组成成分。酶分子中有许多化学基团，但它们并非都与酶的活性有关，其中一些与酶的活性密切相关的基团称为酶的必需基团(essential group)。常见的酶的必需基团有丝氨酸残基的轻基、组氨酸残基的咪挫基、半胱氨酸残基的琉基，以及酸性氨基酸残基的狻基等。有些必需基团位于酶的活性中心内，有些必需基团位于酶的活性中心外。酶活性中心内的必需基团可有结合基团(binding group)和催化基团(catalytic驴oup)之分，前者的作用是识别与结合底物和辅酶，形成酶－底物过渡态复合物，后者的作用是影响底物中的某些化学键的稳定性，催化底物发生化学反应，进而转变成产物。酶活性中心外的必需基团虽然不直接参与催化作用，却为维持酶活性中心的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。 物分子酶的活性中心催化基团活性中心内结合基团｝的必需基团圉3-1酶的活性中心示意圈 酶的活性中心具有三维结构，往往形成裂缝或凹陷。这些裂缝或凹陷由酶的特定空间构象所维持，深入到酶分子内部，且多由氨基酸残基的疏水基团组成，形成疏水”口袋＂。例如，溶菌酶的活性中心是一裂隙结构，可以容纳6个N－乙酰氨基葡糖环(A、B、C、D、E、F)。溶菌酶的催化基团是35位Glu和52位Asp，催化D环的糖昔键断裂。101位Asp和108位Trp是该酶的结合基团（图3-2)。图3-2溶菌酶的活性中心溶菌酶催化肤多糖中糖昔键水解，其活性中心是一裂隙，可以容纳肤多糖的6个N-乙酰氨基葡糖环；图中A、B、C、D、E、F代表每个单糖基的位置，活性中心中的必需基团有Glu35、Asp52、AsplOl和Trpl08，其中前两个必需基团是催化基团，水解D、E之间的糖昔键58第一篇生物大分子结构与功能三、同工酶催化相同的化学反应同工酶(isoenzyme或isozyme)是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。同工酶虽然在一级结构上存在差异，但其活性中心的三维结构相同或相似，故可以催化相同的化学反应。同工酶是长期进化过程中基因趋异(divergence)的产物，因此从分子遗传学角度同工酶也可解释为”由不同基因或复等位基因编码，催化相同反应，但呈现不同功能的一组酶的多态型”。由同一基因转录的mRNA前体经过不同的剪接过程，生成的多种不同mRNA的翻译产物（一系列酶）也属于同工酶。动物的乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)是一种含锌的四聚体酶。LDH由骨骼肌型(M型）和心肌型(H型）两种类型的亚基以不同的比例组成5种同工酶，即LDHl(H4汃LDH2(H3M)、LDH3(H2队）、LDH4(HM3)、LDH5(M4)（图3-3)，它们均能催化L乳酸与丙酮酸之间的氧化还原反应。在LDH的活性中心附近，两种亚基之间有极少数的氨基酸残基不同，如M型亚基的30位为丙氨酸残基，H亚基则为谷氨酰胺残基，且H亚基中的酸性氨基酸残基较多。这些微小的差别引起LDH同工酶解离程度不同、分子表面电荷不同，在pH8.6的缓冲液中进行电泳时的速率不同，自负极向正极泳动排列的次序为LDH5、LDH4、LDH3、LDH2和LDHl。两种亚基氨基酸序列和构象差异，表现出对底物的亲和力不同。如LDHl对乳酸的亲和力较大(K.,=4. lxl0-3moVL)，而LDH5对乳酸的亲和力较小(Km=14.3x l0-3moVL)，这主要是由千H型亚基对乳酸的Km小千M亚基的缘故。同一个体不同发育阶段和不同组织器官中，编码不同亚基的基因开放程度不同，合成的亚基种类和数量也不同，这使得某种同工酶在同一个体的不同组织，以及同一细胞的不同亚细胞结构的分布也不同，形成不同的同工酶谱。例如，大鼠出生前9天心肌LDH同工酶是M4，出生前5天转变为HM3,出生前1天为H2队和HM3，出生后第12天至第21天则是H3M和H2队。成年大鼠心肌LDH同工酶主要是比和H3M。表3-3列出了人体各组织器官中LDH同工酶的分布。 红细胞白细胞血清骨骼肌心肌肺肾肝脾 同工酶LDHl431227。731443210LDH2444934.7。243444425LDH3123320.95335121140LDH41611.716。512720LDH5。。5.779。12。565当组织细胞存在病变时，该组织细胞特异的同工酶可释放入血。因此，临床上检测血清中同工酶活性、分析同工酶谱有助于疾病的诊断和预后判定。例如，肌酸激酶(creatine kinase, CK)是由M型（肌型）和B型（脑型）亚基组成的二聚体酶。脑中含CK,(BB型），心肌中含CK2(MB型），骨骼肌中含CK3(MM型）。CK2仅见于心肌，且含量很高，约占人体CK总量的14%-42%。正常血液中的CK主要是CKl，几乎不含CK2；心肌梗死后3~6小时血中CK2活性升高，l2~24小时达峰值（升高近6倍），3～4天恢复正常。因此，CK2常作为临床早期诊断心肌梗死的指标之一。国酶与一般催化剂一样，在化学反应前后都没有质和量的改变。它们都只能催化热力学允许的化学反应；只能加速反应的进程，而不改变反应的平衡点，即不改变反应的平衡常数。由千酶的化学本质是蛋白质，因此酶促反应又具有不同于一般催化剂催化反应的特点和反应机制。 一、酶具有不同于—般催化剂的显著特点（一）酶对底物具有极高的催化效率 酶的催化效率通常比非催化反应高108~1020倍，比一般催化剂高lO7~lO13倍。例如，在H202分解成H20和02的反应中，无催化剂时反应的活化能为75312J/mol，用胶体把作催化剂时，反应的活化能降至48953J/mol，用过氧化氢酶催化时，反应的活化能降至8368J/mol（表3-4)。 底物催化剂反应温度('t)速率常数苯酰胺H+522.4xl0一6 a－胰凝乳蛋白酶2514.9尿素H+627.4x10刁脉酶215. Ox l06H2025622（二）酶对底物具有高度的特异性与一般催化剂不同，酶对其所催化的底物具有较严格的选择性。即一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并产生一定的产物，酶的这种特性称为酶的特异性(enzyme specificity)，亦称为酶的专一性。根据酶对底物选择的严格程度，酶的特异性可分为绝对特异性和相对特异性。1绝对特异性有的酶只作用于特定结构的底物分子，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。这种特异性称为绝对特异性(absolute spec正icity)。例如，脉酶仅能催化尿素水解生成CO2和NH3；唬珀酸脱氢酶仅催化骁珀酸与延胡索酸之间的氧化还原反应。有些具有绝对特异性的酶只能催化底物的一种光学异构体或一种立体异构体进行反应。例如，乳酸脱氢酶仅催化L－乳酸脱氢生成丙酮酸，而对D孚L酸无作用（图3-4)；延胡索酸酶仅催化反－丁烯二酸（延胡索酸）加水产生苹果酸，而对顺－丁烯二酸（马来酸）无作用。2相对特异性有些酶对底物的特异性不是依据整个底物分子结构，而是依据底物分子中特定的化学键或特定的基团，因而可以作用于含有相同化学键或化学基团的一类化合物，这种选择性称为相对特异性(relative specificity)。例如，磷酸酶对一般的磷酸酷键都有水解作用，可水解甘油或酚与磷酸形成的酷键；脂肪酶不仅水解脂肪，也水解简单的酣；庶糖酶不仅水解庶糖，也水解棉子糖中的同一种糖昔键；消化系统中的蛋白酶仅对蛋白质中肤键的氨基酸残基种类有选择性，而对具体的底物蛋白质种类无严格要求（图3-5)。 （三）酶具有可调节性 体内许多酶的酶活性和酶的含噩受体内代谢物或激素的调节。例如，磷酸果糖激酶－l的活性受AMP的别构激活，而受ATP的别构抑制。有些酶的合成受物质的诱导或阻遏，从而改变细胞内的酶60第一篇生物大分子结构与功能镜面COOH COOH|乳酸脱氢酶|COOH COOH HO-C-H贰/\>C=O CI H3NAD+NADH+W CI H3HO-六H H飞-OH H-C础|—OH乳酸脱氢酶X CH3CH3R1氨1酶:j飞上胰蛋白酶弹性蛋白酶狻肤酶i言：。35三了COOH量。例如，胰岛素诱导HMG-CoA还原酶的合成，而胆固醇则阻遏该酶合成。机体通过对酶的活性与酶量的调节使得体内代谢过程受到精确调控，以使机体适应内外环境的不断变化。（四）酶具有不稳定性酶的化学本质是蛋白质。在某些理化因素（如高温、强酸、强碱等）的作用下，酶会发生变性而失去催化活性。因此，酶促反应往往都是在常温、常压和接近中性的条件下进行的。 二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率 (—)酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能化学反应中，由于反应物分子所含的能量高低不一，所含自由能较低的反应物分子，很难发生化学反应。只有那些达到或超过一定能量水平的分子，才有可能发生相互碰撞并进入化学反应过程，这样的分子称为活化分子。若将低自由能的反应物分子（基态）转变为能量较高的过渡态(trans山on state)分子，化学反应就有可能发生。活化能(activation energy)是指在一定温度下，lmol反应物从基态转变成过渡态所需要的自由能，即过渡态中间物比基态反应物高出的那部分能量。活化能是决定化学反应速率的内因，是化学反应的能障(energy barrier)。欲使反应速率加快，给予反应物活化能（如加热）或降低反应的活化能，均能使基态反应物转化为过渡态。酶与一般催化剂一样，通过降低反应的活化能，从而提高反应速率，但酶能使其底物分子获得更少的能量便可进入过渡态（图3-6)。据计算，在25气时活化能每减少4.184kJ/mol，反应速率可增高5.4倍。衍生于酶与底物相互作用的能量叫做结合能(binding energy)，这种结合能的释放是酶降低反应活化能所利用的自由能的主要来源。（二）酶与底物结合形成中间产物酶催化底物反应时，必须首先与底物结合形成中间产物。酶与底物结合的过程是释能反应，释放的结合能是降低反应活化能的主要能量来源。酶活性部位的结合基团能否有效地与底物结合，并将底物转化为过渡态，是酶能否发挥其催化作用的关键。 第三章酶与酶促反应产物平均能址反应进程 底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利千反应的正确定向关系（图38)。这种邻近效应(proximity effect)与定向排列(orien tation arrangement)实际上是将分酶－底物复合物子间的反应变成类似于分子内的反应，从而酶提高反应速率。图3-7酶与底物结合的诱导契合作用3.表面效应使底物分子去溶剂化酶的活性中心多形成疏水”口袋＂（图3-9)这样就造成一种有利于酶与其特定底物结合并催化其反应的环境。酶促反应在此疏水环境中进行，使底物分子去溶剂化(desolvation)，排除周即大量水分子对酶和底物分子中功能基团的干扰性吸引和排斥，防止水化膜的形成，利于底物与酶分子的密切接触和结合，这种现象称为表面效应(s urface effect)。（三）酶的催化机制呈现多元催化作用酶酶－底物复合物酶分子所含有的多种功能基团具有不同的图3-8酶与底物的邻近效应与定向排列解离常数，即使同一种功能基团处千不同的微X衍@第—篇生物大分子结构与功能图3-9胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和弹性蛋白酶与底物结合时的＂口袋＇＇状活性中心环境时，解离程度也有差异。酶活性中心上有些基团是质子供体（酸），有些基团是质子受体（碱）（表3-5)。这些基团参与质子的转移，可使反应速率提高102~10环音。这种催化作用称为普通酸－碱催化共价催化是指催化剂与反应物形成共价结合的中间物，降低反应活化能，然后把被转移基团传递给另外一个反应物的催化作用。当酶分子催化底物反应时，它可通过其活性中心上的亲核催化基团给底物中具有部分正电性的原子提供一对电子形成共价中间物（亲核催化），或通过其酶活性中心上的亲电子催化基团与底物分子的亲核原子形成共价中间物（亲电子催化），使底物上被转移基团传递给其辅酶或另外一个底物。因此，酶既可起亲核催化作用，又可起亲电子催化作用。许多酶催化的基团转移反应都是通过共价催化方式进行的。例如，胰凝乳蛋白酶195位丝氨酸残基的—OH是该酶活性中心的催化基团，当底物结合在酶上后，由于此一OH基团中氧原子含有孤对电子，在57位组氨酸残基碱催化的帮助下，能对底物蛋白肤键中跋基C（具有部分正电性）进行亲核攻击，导致肤键的断裂，形成一个不稳定的中间产物酰基化酶，后者易将酰基转移给水完成水解作用（图3-10)。


生物化学与分子生物学 第三章酶与酶促反应第三节酶促反应动力学（一）米曼方程揭示单底物反应的动力1902年，Victor Henri提出了酶－底物中间


生物化学与分子生物学 第三章酶与酶促反应第三节酶促反应动力学（一）米曼方程揭示单底物反应的动力1902年，Victor Henri提出了酶－底物中间 H人。钾I II—R1O=CH0促各种因素对酶是研究酶促反应速率以及reactions)(kinetics酶促反应动力学enzyme-catalyzed of且温度、抑制。酶促反应速率可受多种因素的影响，如酶浓度、底物浓度、反应速率影响机制的科学p。。研究酶促反应动力学具有重要的理论和实践意义剂及激活剂等—、底物浓度对酶促反应速率的影响呈矩形双曲线。当作图呈矩形双曲线[S](v)对底物浓度在酶浓度和其他反应条件不变的情况下，反应速率上升的幅度不着[S]的不断增加，段）；随随[S]的增加而升高，呈一级反应（曲线的[S]很低时，vav的不断增加，以至于所[S]b段）；再随着断变缓，呈现出一级反应与零级反应的混合级反应（曲线的V,,,.x)此(maximum velocity,达最大反应速率便不再增加，此时有酶的活性中心均被底物所饱和，vv，3-11)。段）（图时的反应可视为零级反应（曲线的c vm}学特性竺(S)生(E)与底物复合物学说，认为首先是酶成酶底物中间复合物(ES)，然后ES分解生成产物(P)和游离的酶。 I式3-1中的K1、构和k3分别为各向反应的丘底物浓度[S]速率常数。 图3-11底物浓度对酶促反应速率的影响1913年，Michaelis L和Menten M根据酶底物中间复合物学说，经过大量实验，将v对。[S]的矩形双曲线加以数学处理，得出单底物v与[S]的数学关系式，即著名的米曼：方程，简称米氏方程(Michaelis equation)。式3-2中的凡为米氏常数(Michaelis constant), Vm.,为最大反应速率。当[S]远远小于凡时，式32分母中的[S]可以忽略不计，米氏方程可以简化为v=二竺[S]，此时v与[S]成正比关系，反应呈一级反应（相当于图3-10中曲线的a段）。当[S]远远大于Kn，时，方程中的凡可以忽略不计，此时V=，飞?}第—篇生物大分子结构与功能vm旺，反应呈零级反应（相当于图3-10中曲线的c段）。米氏方程的推导基于这样的假设（或前提）：心反应是单底物反应；＠测定的反应速率为初速率（即指反应刚刚开始，各种影响因素尚未发挥作用时的酶促反应速率）；＠当[S]远远大于[E]时，在初速率范围内，底物的消耗很少(<5%），可以忽略不计。米氏方程的推导如下：根据式3-1,ES的生成速率＝丸([E,]-[ES])[S], ES的分解速率＝k2[ES]＋伈[ES]。式中[E』表示酶的总浓度，［E.]-[ES]表示游离酶的浓度[E]。当反应系统处于稳态时，ES的生成速率＝ES的分解速率，即：九([E,]-[ES])[S]=k2[ES]+k3[ES]（式3-3)将式3-5代入式3-4并整理得：[E,][S][ES]=Km+[S]（式3-6)由于在初速率范围内，反应体系中剩余的底物浓度(>95%）远超过生成的产物浓度。因此，逆反应可不予考虑，整个反应的速率与ES的浓度成正比，即：v=k3[E,][S]（式3-8)当所有的酶均形成ES时（即[ES]=[Et]），反应速率达到最大，即：将式3-9代入式3-8即得米氏方程：（二）凡与vmax是重要的酶促反应动力学参数1. Km值等于酶促反应速率为最大反应速率—半时的底物浓度当v等千vnmx的一半时，米氏方程可变换为：经整理得K'"=[S]。？记2. Km值是酶的特征性常数k,n值的大小并非固定不变，它与酶的结构、底物结构、反应环境的pH、温度和离子强度有关，而与酶浓度无关。各种酶的凡值是不同的，酶的凡值多在lO-6~10-2moV L的范围（表3-6)。


生物化学与分子生物学 I式3-1中的K1、构和k3分别为各向反应的丘底物浓度[S]速率常数。 酶底物Km(mol/L)已糖激酶（脑）ATP4xlO-4D－葡萄糖5xlO-5D－果糖1.5x l0刁胰凝乳蛋白酶甘氨酰酪氨酰甘氨酸1.08X10-lN－苯甲酰酪氨酰胺2.5x10一3B－半乳糖甘酶D－乳糖4. OxlO一3过氧化氢酶H2022.5xl0一2溶菌酶N－乙酰氨基葡糖6. OxlO刁3.位在一定条件下可表示酶对底物的亲和力米氏常数(Km)是单底物反应中3个速率常数的k2+k3当丛远远小于k2时，Km=k2/kl，即相当于ES分综合，即K产kl。已知，伈为限速步骤的速率常数。解为E+S的解离常数(dissociation constant, K,）。此时，凡代表酶对底物的亲和力。凡越大，表示酶对底物的亲和力越小；凡越小，酶对底物的亲和力越大。但并非所有的酶促反应都是k3远远小于k2，有时甚至伈远远大于k2，这时的凡就不能表示酶对底物的亲和力。对于生理性底物来说，大多数酶的转换数在1-104/s之间（表3-7)。


生物化学与分子生物学 I式3-1中的K1、构和k3分别为各向反应的丘底物浓度[S]速率常数。 '转换数是在酶被底物饱和的条件下测定的，受反应温度和pH等因素影响（三）凡和vmax常通过林－贝作圈法求取酶促反应的v对[S]作图为矩形双曲线，从此曲线上很难准确地求得反应的凡和vm立。千是，人们对米氏方程进行种种变换，采用直线作图法准确求得kn，和V“心，其中以林－贝(Lineweaver-Burk)作图法最为常用。第—篇生物大分子结构与功能林－贝作图法又称双倒数作图法。即将米氏方程的两边同时取倒数，并加以整理得一线性方程，V-Vma,.[S], V'""'以1/v对1/[s]作图，纵轴上的截距为1/Vm缸，横轴上的截距为－1/Km（图3-12)。二、底物足够时酶浓度对酶促反应速率的影响呈直线关系当[S]远远大于[E]时，反应中[S]浓度的变化量可以忽略不计。此时，随着酶浓度的增加，酶促反应速率增大，两者呈现正比关系（图3-13)。


生物化学与分子生物学 斜率＝玉巴，夕，夕志淀避三、温度对酶促反应速率的影响具有双重性 酶促反应时，随着反应体系温度的升高，底物分子的热运动加快，增加分子碰撞的机会，提高酶促反应速率；但当温度升高达到一定临界值时，温度的升高可使酶变性，使酶促反应速率下降。大多数酶在60"C时开始变性，80"C时多数酶的变性已不可逆。酶促反应速率达最大时的反应系统的温度称为酶的最适温度(optimum temperature)。反应系统的温度低千最适温度时，温度每升高10"C反应速率可增加1.7~2.5倍。当反应温度高于最适温度时，反应速率则因酶变性2.0失活而降低（图3-14)。酶的最适温度不是酶的特征性常数，它与反应时间有关。酶在低温下活性降低，随着温度的回升酶活性逐渐恢1.5复。医学上用低温保存酶和菌种等生物制品就是利用了酶的这一特性。临床上采用低温麻醉时，机体组织细胞中的1酶在低温下活性降低，物质代谢速率减慢，组织细胞耗氧量减少，对缺氧的耐受性升高，对机体具有保护作用。


生物化学与分子生物学 斜率＝玉巴，夕，夕志淀避三、温度对酶促反应速率的影响具有双重性 哺乳类动物组织中酶的最适温度多在35~40"C之间。能在较高温度生存的生物，细胞内酶的最适反应温度亦较高。0.51969年从美国黄石国家森林公园火山温泉中分离得到一种能在70~75"C环境中生长的栖热水生菌(Thermusaquatic出），从该菌的YTl株中提取到的Taq DNA聚合酶，其最适温度0102030405060温度t为72"C，95吃时该酶的半寿期长达40分钟。此酶作为工具酶已被应用于DNA的体外扩增。图3-14温度对酶促反应速率的影响四、pH通过改变酶分子及底物分子的解离状态影响酶促反应速率酶分子中的许多极性基团，在不同的pH条件下解离状态不同，酶活性中心的某些必需基团往往仅在某一解离状态时才最容易同底物结合或具有最大的催化活性。许多具有可解离基团的底物和辅酶的荷电状态也受pH改变的影响，从而影响酶对它们的亲和力。此外，pH还可影响酶活性中心的空间构象，从而影响酶的活性。因此，pH的改变对酶的催化作用影响很大。酶催化活性最高时反应体系的pH称为酶促反应的最适pH(op timum pH)（图3-15)。


生物化学与分子生物学 』胃：白酶\\// 虽然不同酶的最适pH各不相同，但除少数（如胃蛋白酶的最适pH约为1.8，肝精氨酸酶的最适pH为9.8)外，动物体内多数酶的最适pH接近中性。23456789IO11酶的最适pH也不是酶的特征性常数，它受底物pH浓度、缓冲液种类与浓度以及酶的纯度等因素的影图3-15pH对胃蛋白酶、胆碱酷酶和响。溶液pH高于或低于最适pH时，酶活性降低，远胰蛋白酶活性的影响离最适pH时还会导致酶变性失活。在测定酶活性时，应选用适宜的缓冲液以保持酶活性的相对恒定。 五、抑制剂可降低酶促反应速率 凡能使酶活性下降而又不引起酶蛋白变性的物质统称为酶的抑制剂(inh加tor)。抑制剂可与酶活性中心或活性中心之外的调节位点结合，从而抑制酶的活性。根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为不可逆性抑制与可逆性抑制两类。去除可逆性抑制剂，可使酶活性得以恢复。


生物化学与分子生物学 （一）不可逆性抑制剂与酶共价结合 不可逆性抑制剂和酶活性中心的必需基团共价结合，使酶失活。此类抑制剂不能用透析、超滤等方法予以去除。例如，有机磷农药（敌百虫、敌敌畏、乐果和马拉硫磷等）特异地与胆碱酷酶(choline esterase)活性中心丝氨酸残基的胫基结合，使胆碱酷酶失活，导致乙酰胆碱堆积，引起胆碱能神经兴奋，病人可出现恶心、呕吐、多汗、肌肉震颤、瞳孔缩小、惊厥等一系列症状。R10,p戎R10＼、乡0/、+HO-E~R20/p:___O-E有机磷化合物轻基酶磷酰化酶R!：烧基、胺基等；民：烧基、胺基、氨基等；X：卤基、烧氧基、酚氧基等解救有机磷衣药中毒时，可给予乙酰胆碱拈抗剂阿托品和胆碱酷酶复活剂解磷定。 HON=CH-0十凡O:P/＼°一RO:P乡＼。仁解磷定磷酰化酶磷酰化解磷定游离的经基酶 低浓度的重金属离子(Hg气Ag\Pb2＋等）及As”等可与琉基酶分子中的琉基结合使酶失活。例如，路易士气（一种化学毒气）能不可逆地抑制体内琉基酶的活性，从而引起神经系统、皮肤、黏膜、毛细血管等病变和代谢功能紊乱。`\


生物化学与分子生物学 HON=CH-0十凡O:P/＼°一RO:P乡＼。仁解磷定磷酰化酶磷酰化解磷定游离的经基酶 ,,第一篇生物大分子结构与功能Cl Cl/\As-CH=CHCl+E:/\SH SH-E:/\S/S\~As一CH=CHCl+HCI二琉基丙醇(British anti-lewisite, BAL)可以解除这类抑制剂对琉基酶的抑制。H2C-OH 失活的酶H2C-OH BAL 硫基酶BAL-与珅化物的复合物（二）可逆性抑制剂与酶非共价结合可逆性抑制剂与酶非共价可逆性结合，使酶活性降低或消失。采用透析、超滤或稀释等物理方法可将抑制剂除去，使酶的活性恢复。可逆性抑制作用遵守米氏方程。这里仅介绍三种典型的可逆性抑制作用。1.竞争性抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心抑制剂和酶的底物在结构上相似，可与底物竞争结合酶的活性中心，从而阻碍酶与底物形成中间产物，这种抑制作用称为竞争性抑制作用(competitive inhibition)。


生物化学与分子生物学 失活的酶H2C-OH BAL 反应式中K为EI的解离常数，又称抑制常数。抑制剂与酶形成二元复合物EI，增加底物浓度可使EI转变为ES。按照米氏方程的推导方法，竞争性抑制剂存在时的米氏方程为：将上述方程两边同时取倒数，则得其双倒数方程为：若以1/v对1/[s]作图，得图3-16。与无抑制剂时相比，竞争性抑制剂存在时的直线斜率增大，此时横轴截距所代表的表观k,n(appai·ent K"')增大，即酶对底物的亲和力降低，但不影响Vmax0Vm1红由千抑制剂和酶的结合是可逆的，抑制程度取1---,户决于抑制剂与酶的相对亲和力及与底物浓度的相--—-k m对比例。例如，丙二酸对唬珀酸脱氢酶的抑制作用km k,是竞争性抑制作用，当丙二酸与骁珀酸的浓度比为图3-16竞争性抑制作用双倒数作图1:50时，酶活性便被抑制50%。若增大唬珀酸浓度，此抑制作用可被削弱。


生物化学与分子生物学 失活的酶H2C-OH BAL 磺胺类药物的抑菌机制属千对酶的竞争性抑制作用。细菌利用鸟昔三磷酸(GTP)从头合成四氢叶酸(FH4)（图3-17)，其中6－轻甲基－7,8－二氢蝶呤焦磷酸和对氨基苯甲酸生成7,8－二氢蝶酸这步反应是由二氢蝶酸合酶(dihydropteroate synthase)来催化。磺胺类药物与对氨基苯甲酸的化学结构相似，竞争性地与二氢蝶酸合酶结合，抑制FH2以至于FH4合成，干扰一碳单位代谢，进而干扰核酸合成，使细菌的生长受到抑制。人类可直接利用食物中的叶酸，体内核酸合成不受磺胺类药物。 氨合酸酶鸟昔三磷酸(GTP)醴畔 图3-17细菌从头合成四氢叶酸的途径和磺胺类药物抑菌的作用机制根据竞争性抑制的特点，服用磺胺类药物时必须保持血液中足够高的药物浓度，以发挥其有效的抑菌作用。2.非竞争性抑制剂结合活性中心之外的调节位点有些抑制剂与酶活性中心外的结合位点相结合，不影响酶与底物的结合，底物也不影响酶与抑制剂的结合。底物和抑制剂之间无竞争关系，但抑制剂－酶－底物复合物(IES)不能进一步释放出产物。这种抑制作用称为非竞争性抑制作用(noncompetitive inhibition)。


生物化学与分子生物学 E+s士干ESE+P k2+非竞争性抑制剂存在时的米氏方程为：其双倒数方程为：+＝亡（1＋干）占心于）若以1/v对1/[s]作图，得图3-18。 非竞争性抑制剂存在时，直线的斜率增大，而凡不变，即非竞争性抑制剂不影响酶对底物的亲和第—篇生物大分子结构与功能1-V力，但使vm旺降低。亮氨酸对精氨酸酶的抑制、毒毛\花昔G（哇巴因）对细胞膜Na•, K•-ATP酶的抑制、麦芽糖对a淀粉酶的抑制都属千非竞争性抑制。3.反竞争性抑制剂的结合位点由底物诱导产+,,z,活性中心外的调节位点结合。不同的是，没有底物生与非竞争性抑制剂一样，此类抑制剂也是与酶/,z/z_f l/v结合时，游离的酶并不能与抑制剂结合，当底物与酶结合后，酶才能与抑制剂结合。因此，抑制剂仅与反竞争性抑制剂存在时的米氏方程为：尸 亡 km了文（1＋口同样，若以l lv对1/[s]作图，得图3-19。 反竞争性抑制剂不改变直线的斜率，但使酶促冗认 1 1＋恩）


生物化学与分子生物学 1＋恩） 反应的Vmax降低，这是由于一部分ES与I结合，生'成不能转变为产物的IES的缘故。反竞争性抑制剂使酶促反应的表观凡降低。其原因是由于IES ＼抑制 的形成，使ES量下降，增加酶对底物的亲和力，从＿士（1＋恩） 而增进底物与酶结合的作用。苯丙氨酸对胎盘型 碱性磷酸酶的抑制属于反竞争性抑制作用。图3-19反竞争性抑制作用双倒数作图现将三种可逆性抑制作用的特点比较列于表3-8。表3-8三种可逆性抑制作用的比较六、激活剂可提高酶促反应速率使酶由无活性变为有活性或使酶活性增加的物质称为酶的激活剂(ac tivator)。激活剂大多为金属离子，如Mg2+,K+,Mn正等；少数为阴离子，如Cl一。也有许多有机化合物激活剂，如胆汁酸盐。


生物化学与分子生物学 而增进底物与酶结合的作用。苯丙氨酸对胎盘型 大多数金属离子激活剂对酶促反应是不可缺少的，否则将测不到酶的活性。这类激活剂称为酶的必需激活剂(essenti al acti vator)。必需激活剂参加酶与底物或与酶－底物复合物结合反应，但激活剂本身不转化为产物。例如，已糖激酶催化的反应中，Mg2＋与底物ATP结合生成Mg2+-ATP，后者作为酶的真正底物参加反应。有些酶即使激活剂不存在时，仍有一定的催化活性，激活剂则可使其活性增加，这类激活剂称为非必需激活剂(non-essential activator)。非必需激活剂通过与酶或底物或酶－底物复合物结合，提高酶的活性。例如，Cl一是唾液淀粉酶的非必需激活剂。 第四节酶的调节 细胞内许多酶的活性是可以受调节的。通过调节，有些酶可在有活性和无活性、或者高活性和低活性两种状态之间转变。此外，某些酶在细胞内的含量也可以发生改变，从而改变酶在细胞内的总活性。细胞根据内外环境的变化而调整细胞内代谢时，主要是通过对催化限速反应的调节酶（亦称为关键酶）的活性进行调节而实现的（见第十章）。


生物化学与分子生物学 —、酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节 细胞对现有酶活性的调节包括酶的别构调节和酶的化学修饰调节，它们属于对酶促反应速率的快速调节。(—)别构效应剂通过改变酶的构象而洞节酶活性体内一些代谢物可与某些酶的活性中心外的某个部位非共价可逆结合，引起酶的构象改变，从而改变酶的活性，酶的这种调节方式称为酶的别构调节(allos teric regulation of en~ymes)，亦曾称为变构调节。受别构调节的酶称为别构酶(allosteri c enzyme)，引起别构效应的物质称为别构效应剂(allosteric effector)。酶分子与别构效应剂结合的部位称为别构部位(allosteric site)或调节部位(regulatory si te)。有些酶的调节部位与催化部位存在千同一亚基；有的则分别存在千不同的亚基，从而有催化亚基和调节亚基之分。根据别构效应剂对别构酶的调节效果，有别构激活剂(allosteric activator)和别构抑制剂(allosteric inh伽tor)之分。别构效应剂可以是代谢途径的终产物、中间产物、酶的底物或其他物质。


生物化学与分子生物学 —、酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节 别构酶分子中常含有多个（偶数）亚基，具有多亚基的别构酶也与血红蛋白一样，存在着协同效应，包括正协同效应和负协同效应。如果效应剂与酶的一个亚基结合，此亚基的别构效应使相邻亚基也发生构象改变，并增加对此效应剂的亲和力，这种协同效应称为正协同效应；如果后续亚基的构象改变降低对此效应剂的亲和力，则称为负协同效应。如果效应剂是底物本身，正协同效应的反应速率－底物浓度曲线呈“S”形（图3-20)。


生物化学与分子生物学 —、酶活性的调节是对酶促反应速率的快速调节 （二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价可逆结合来实现酶蛋白肤链上的一些基团可在其他酶的催化下，与某些化学基团共价结合，同时又可在另一种酶的催化下，去掉已结合的化学基团，从而影响酶的活性，酶的这种调节方式称为酶的共价修饰(covalen t modification of enzymes)或称酶的化学修饰(chemical mod山cation)。在化学修饰过程中，酶发生无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种形式的互变。酶的共价修饰有多种形式，其中最常见的形式是磷酸化和去磷酸化。酶蛋白的磷酸化是在蛋白激酶的催化下，来自ATP的丫－磷酸基共价地结合在酶蛋白的Ser、Thr或Tyr残基的侧链轻基上。反之，磷酸化的酶蛋白在磷蛋白磷酸酶催化下，磷酸酷键被水解而脱去磷酸基（图3-21)。 第—篇生物大分子结构与功能制抑酶}构} ,,.,


生物化学与分子生物学 第—篇生物大分子结构与功能制抑酶}构} ,, E(Serffm厅yr)—OH E(Serffhrffyr)一0—f P—o（三）酶原需要通过激活过程才能转变为有活性的酶有些酶在细胞内合成或初分泌、或在其发挥催化功能前处于无活性状态，这种无活性的酶的前体称作酶原(zymogen或proenzyme)。在一定条件下，酶原向有催化活性的酶的转变过程称为酶原的激活。酶原的激活大多是经过蛋白酶的水解作用，去除一个或几个肤段后，导致分子构象改变，从而表现出催化活性。酶原激活实际上是酶的活性中心形成或暴露的过程。例如，胰蛋白酶原进入小肠后，在Ca2＋存在下受肠激酶的作用，第6位赖氨酸残基与第7位异亮氨酸残基之间的肤键断裂，水解掉一个六肤，分子构象发生改变，形成酶的活性中心，从而成为有催化活性的胰蛋白酶（图3-22)（动画3-1＂胰蛋白酶原激活”)。 肠激酶／胰蛋白酶离子键或氢键•\,胰蛋白酶原峦刁活性中心 此外，胃蛋白酶原、胰凝乳蛋白酶原、弹性蛋白酶原及狻基肤酶原等均需水解掉一个或几个肤段后，才具有消化蛋白质的活性（表3-9)。


生物化学与分子生物学 肠激酶／胰蛋白酶离子键或氢键•\,胰蛋白酶原峦刁活性中心 酶原的存在和酶原激活具有重要的生理意义。消化道蛋白酶以酶原形式分泌可避免胰腺的自身消化和细胞外基质蛋白遭受蛋白酶的水解破坏，同时还能保证酶在特定环境和部位发挥其催化作用。生理情况下，血管内的凝血因子以酶原形式存在，不发生血液凝固，可保证血流畅通。一旦血管破损，一系列凝血因子被激活，凝血酶原被激活生成凝血酶，后者催化纤维蛋白原转变成纤维蛋白，产生血疑块以阻止大量失血，对机体起保护作用。 酶原激活因素激活形式激活部位胃蛋白酶原W或胃蛋白酶胃蛋白酶＋六肤胃腔 胰疑乳蛋白酶原胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶＋两个二肤小肠腔弹性蛋白酶原胰蛋白酶弹性蛋白酶＋几个肤段小肠腔狻基肤酶原A胰蛋白酶狻基肤酶A＋几个肤段小肠腔二、酶含量的调节是对酶促反应速率的缓慢调节酶是机体的组成成分，各种酶都处于不断合成与降解的动态平衡过程中。因此，除改变酶的活性外，细胞也可通过改变酶蛋白合成与降解的速率来调节酶的含量，进而影响酶促反应速率。


生物化学与分子生物学 (—)酶蛋白合成可被诱导或阻遏 某些底物、产物、激素、生长因子及某些药物等可以在转录水平上影响酶蛋白的生物合成。一般在转录水平上能促进酶合成的物质称为诱导物(inducer)，诱导物诱发酶蛋白合成的作用称为诱导作用(induction)。反之，在转录水平上能减少酶蛋白合成的物质称为辅阻遏物(co-repressor)，辅阻遏物与无活性的阻遏蛋白结合而影响基因的转录，这种作用称为阻遏作用(repression)。酶基因被诱导表达后，尚需经过转录水平和翻译水平的加工修饰等过程，所以从诱导酶的合成到其发挥效应，一般需要几小时以上方可见效。但是，一旦酶被诱导合成后，即使去除诱导因素，酶的活性仍然待续存在，直到该酶被降解或抑制。因此，与酶活性的调节相比，酶合成的诱导与阻遏是一种缓慢而长效的调节。例如，胰岛素可诱导合成HMG-CoA还原酶，促进体内胆固醇合成，而胆固醇则阻遏HMG-CoA还原酶的合成；糖皮质激素可诱导磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶的合成，促进糖异生。镇静催眠类药物苯巴比妥可诱导肝微粒体单加氧酶合成。


生物化学与分子生物学 （二）酶的降解与一般蛋白质降解途径相同 细胞内各种酶的半寿期相差很大。如鸟氨酸脱狻酶的半寿期很短，仅30分钟，而乳酸脱氢酶的半寿期可长达130小时。组织蛋白的降解途径有：心组织蛋白降解的溶酶体途径（非ATP依赖性蛋白质降解途径），由溶酶体内的组织蛋白酶非选择性催化分解一些膜结合蛋白、长半寿期蛋白和细胞外的蛋白；＠组织蛋白降解的胞质途径(ATP依赖性泛素介导的蛋白降解途径），主要降解异常或损伤的蛋白质，以及几乎所有短半寿期(10分钟至2小时）的蛋白质。 第五节酶的分类与命名 目前已发现4000多种酶，为了研究和使用方便，1961年，国际生物化学学会酶学委员会推荐一套系统命名法及分类方法。


生物化学与分子生物学 —、酶可根据其催化的反应类型予以分类 根据酶催化的反应类型，酶可以分为六大类。（一）氧化还原酶类催化氧化还原反应的酶属于氧化还原酶类(oxidoreductases)，包括催化传递电子、氢以及需氧参加反应的酶。例如乳酸脱氢酶、唬珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等。．、（，对i}74第一篇生物大分子结构与功能催化底物之间基团转移或交换的酶属千转移酶类(transferases)。例如甲基转移酶、氨基转移酶、乙酰转移酶、转硫酶、激酶和多聚酶等。（三）水解酶类催化底物发生水解反应的酶属千水解酶类(hydrolases)。按其所水解的底物不同可分为蛋白酶、核酸酶、脂肪酶和脉酶等。根据蛋白酶对底物蛋白的作用部位，可进一步分为内肤酶和外肤酶。同样，核酸酶也可分为外切核酸酶和内切核酸酶。（四）裂合酶类催化从底物移去一个基团并形成双键的反应或其逆反应的酶属于裂合酶类(lyases)。例如脱水酶、脱狻酶、醋缩酶、水化酶等。（五）异构酶类催化分子内部基团的位置互变，几何或光学异构体互变，以及醒酮互变的酶属于异构酶类(i somerases)。例如变位酶、表异构酶、异构酶、消旋酶等。


生物化学与分子生物学 （六）连接酶类 催化两种底物形成一种产物并同时偶联有高能键水解和释能的酶属于连接酶类(ligases)（旧称合成酶类，synthetases)。此类酶催化分子间的缩合反应，或同一分子两个末端的连接反应；在催化反应时需核昔三磷酸(NTP)水解释能。例如DNA连接酶、氨基酰－tRNA合成酶、谷氨酰胺合成酶等。系统命名法最初对合酶(synthase)和合成酶(synthetase)进行了区分，合酶催化反应时不需要NTP供能，而合成酶需要。生物化学命名联合委员会(JCBN)规定：无论利用NTP与否，合酶能够被用于催化合成反应的任何一种酶。因此合酶属于连接酶类。国际系统分类法除按上述六类将酶依次编号外，还根据酶所催化的化学键的特点和参加反应的基团不同，将每一大类又进一步分类。每种酶的分类编号均由四组数字组成，数字前冠以EC(enzyme commission)。编号中第一个数字表示该酶属千六大类中的哪一类；第二组数字表示该酶属于哪一亚类；第三组数字表示亚－亚类；第四组数字是该酶在亚－亚类中的排序（表340)。


生物化学与分子生物学 （六）连接酶类 二、每—种酶均有其系统名称和推荐名称在酶学研究早期，酶的命名缺乏系统的规则，酶的名称多由发现者确定。虽然这些习惯名称多是根据酶所催化的底物、反应的性质以及酶的来源而定的，但常出现混乱。有的名称（如心肌黄酶、触酶等）完全不能说明酶促反应的本质。为了克服习惯名称的弊端，国际生物化学与分子生物学学会(JU BMB)以酶的分类为依据，于1961年提出系统命名法。系统命名法规定每一个酶都有一个系统名称(systematic name)，它标明酶的所有底物与反应性质。底物名称之间以“:"分隔。由于许多酶促反应是双底物或多底物反应，且许多底物的化学名称太长，这使许多酶的系统名称过长和过于复杂。为了应用方便，国际酶学委员会又从每种酶的数个习惯名称中选定一个简便实用的推荐名称(recommended name)（表3-10)。 第六节酶在医学中的应用 酶在医学中的应用十分广泛和重要，多种遗传病与酶的先天缺陷有关，许多酶已成为临床上诊断疾病的良好指标，有些酶还可作为药物用来治疗疾病。


生物化学与分子生物学 —、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关 1.酶的先天性缺陷是先天性疾病的重要病因之一现已发现140多种先天性代谢缺陷中，多由酶的先天性或遗传性缺损所致。例如，酪氨酸酶缺乏引起白化病；苯丙氨酸胫化酶缺乏使苯丙氨酸和苯丙酮酸在体内堆积，高浓度的苯丙氨酸可抑制5－轻色胺的生成，导致精神幼稚化；肝细胞中葡糖－6磷酸酶缺陷，可引起I a型糖原贮积症。2．一些疾病可引起酶活性或量的异常许多疾病引起酶的异常，这种异常又使病情加重。例如，急性胰腺炎时，胰蛋白酶原在胰腺中被激活，造成胰腺组织被水解破坏。许多炎症都可以导致弹性蛋白酶从浸润的白细胞或巨噬细胞中释放，对组织产生破坏作用。激素代谢障碍或维生素缺乏可引起某些酶的异常。例如，维生素K缺乏时，凝血因子II、VlI、IX、X的前体不能在肝内进一步狻化生成成熟的凝血因子，病人表现出因这些凝血因子质的异常所导致的临床征象。酶活性受到抑制多见于中毒性疾病。例如，有机磷农药中毒时，抑制胆碱酣酶活性，引起乙酰胆碱堆积，导致神经肌肉和心脏功能的严重紊乱。重金属中毒时，一些琉基酶的活性被抑制而导致代谢紊乱。


生物化学与分子生物学 —、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关 （二）体液中酶活性的改变可作为疾病的诊断指标组织器官损伤可使其组织特异性的酶释放入血，有助于对组织器官疾病的诊断。如急性肝炎时血清谷丙转氨酶活性升高；急性胰腺炎时血、尿淀粉酶活性升高；前列腺癌病人血清酸性磷酸酶含量增高；骨癌病人血中碱性磷酸酶含量升高；卵巢癌和睾丸肿瘤病人血中胎盘型碱性磷酸酶升高。因此，血清中酶的增多或减少可用于辅助诊断和预后判断。（三）某些酶可作为药物用于疾病的治疗,1．有些酶作为助消化的药物酶作为药物最早用于助消化。如消化腺分泌功能下降所致的消化不良，可服用胃蛋白酶、胰蛋白酶、胰脂肪酶、胰淀粉酶等予以纠正。2.有些酶用千清洁伤口和抗炎在清洁化脓伤口的洗涤液中，加入胰蛋白酶、溶菌酶、木瓜蛋白酶、疲萝蛋白酶等可加强伤口的净化、抗炎和防止浆膜粘连等。在某些外敷药中加入透明质酸酶可以增强药物的扩散作用。3有些酶具有溶解血栓的疗效临床上常用链激酶、尿激酶及纤溶酶等溶解血栓，用于治疗心、脑血管栓塞等疾病。


生物化学与分子生物学 —、酶与疾病的发生、诊断及治疗密切相关（一）许多疾病与酶的质和量的异常相关 此外，许多药物的作用机制是通过抑制体内的某些酶来达到治疗目的。前述的磺胺类药物是细菌二氢蝶酸合酶的竞争性抑制剂；氯霉素可抑制某些细菌转肤酶的活性从而抑制其蛋白质的合成；抗抑郁药通过抑制单胺氧化酶而减少儿茶酚胺的灭活，治疗抑郁症；洛伐他汀通过竞争性抑制HMG第—篇生物大分子结构与功能CoA还原酶的活性，减少胆固醇合成。甲氨蝶呤、5－氪尿啥唗、6－琉基嗦呤等用于治疗肿瘤也是因为它们都是核昔酸合成途径中相关酶的竞争性抑制剂。


生物化学与分子生物学 二、酶可作为试剂用于临床检验和科学研究 （一）有些酶可作为酶偶联测定法中的指示酶或辅助酶有些酶促反应的底物或产物含量极低，不易直接测定。此时，可偶联另一种或两种酶，使初始反应产物定量地转变为另一种较易定量测定的产物，从而测定初始反应中的底物、产物或初始酶活性。这种方法称为酶偶联测定法。若偶联一种酶，这个酶即为指示酶(ind icator enzyme)；若偶联两种酶，则前一种酶为辅助酶(aux山ary enzyme)，后一种酶为指示酶。例如，临床上测定血糖时，利用葡糖氧化酶将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，并释放H202，过氧化物酶催化H202与4－氨基安替比林及苯酚反应生成水和红色酣类化合物，测定红色酣类化合物在505nm处的吸光度即可计算出血糖浓度。此反应中的过氧化物酶即为指示酶。


生物化学与分子生物学 （二）有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶 临床上经常需检测许多微量分子，过去一般都采用放射性核素标记法。鉴于其应用不便，现今多以酶标记代替核素标记。例如，酶联免疫吸附测定(enzyme-linked immunosorbent assays, ELISA)法就是利用抗原－抗体特异性结合的特点，将标记酶与抗体偶联，对抗原或抗体进行检测的一种方法国。常用的标记酶有辣根过氧化物酶、碱性磷酸酶、葡糖氧化酶、B-D－半乳糖甘酶等。（三）多种酶成为基因工程常用的工具酶多种酶现已常规用于基因工程操作过程中。例如，II型限制性内切核酸酶、DNA连接酶、逆转录酶、DNA聚合酶等。酶是对其特异底物起高效催化作用的蛋白质。结合酶由酶蛋白和辅因子组成，只有全酶才具有催化作用。同工酶是指催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、理化性质乃至免疫学性质不同的一组酶。


生物化学与分子生物学 （二）有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶 酶对底物具有极高的催化效率、对底物具有高度的特异性以及具有可调节性。酶的特异性包括绝对特异性与相对特异性。酶的活性中心是酶分子中能与底物特异地结合并催化底物转变为产物的具有特定三维结构的区域。活性中心内外的必需基团对于维持酶活性中心的构象是不可或缺的。酶催化反应时，先与底物结合形成酶－底物复合物，通过邻近效应、定向排列、表面效应使底物转变成过渡态，并呈现多元催化作用。酶促反应速率受底物浓度、酶浓度、温度、pH、抑制剂和激活剂等影响。米氏方程揭示了单底物反应的动力学特性，米氏方程的双倒数作图常用来准确求取凡和Vmax。凡值等于反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，在一定条件下可反映酶与底物的亲和力大小。


生物化学与分子生物学 （二）有些酶可作为酶标记测定法中的标记酶 三种可逆性抑制剂作用的特点：竞争性抑制剂存在时表观凡增大，vmax不变；非竞争性抑制剂存在时k,＇，不变，Vmux下降；反竞争性抑制剂存在时表观Km和Vmux均降低。别构调节是由于别构效应剂与酶的活性中心外的某个部位非共价可逆结合，而改变酶的催化活性。化学修饰调节是因酶蛋白肤链上的一些基团在其他酶的催化下，与某些化学基团共价可逆结合，而影响酶的活性。酶原是无活性的酶前体。酶原激活的实质是酶的活性中心形成或暴露的过程。根据酶催化的反应类型将其分为6大类：氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂合酶类、异构酶类和连接酶类。 第四章聚糖的结构与功能 一、N－连接型糖蛋白的糖基化位点为Asn-X-Ser(Thr


生物化学与分子生物学 第四章聚糖的结构与功能 聚糖中的N-乙酰葡糖胺与蛋白质中天冬酰胺残基的酰胺氮以共价键连接，形成N－连接型糖蛋白，这种蛋白质等非糖生物分子与糖形成共价结合的反应过程称为糖基化。但是并非糖蛋白分子中所有天冬酰胺残基都可连接聚糖，只有糖蛋白分子中与糖形成共价结合的特定氨基酸序列，即Asn-XSer/Thr（其中X为脯氨酸以外的任何氨基酸）3个氨基酸残基组成的序列子(sequon)才有可能，这一序列子被称为糖基化位点（图4-1)。一个糖蛋白分子可存在若干个Asn-X-Ser/Thr序列子，这些序列子只能视为潜在糖基化位点，能否连接上聚糖还取决于周围的立体结构等。二、N连接型聚糖结构有高甘露糖型、复杂型和杂合型之分根据结构可将凡连接型聚糖分为3型：高甘露糖型、复杂型和杂合型。这3型N－连接型聚糖都有一个由2个N-GlcNAc和3个Man形成的五糖核心（图4-2)。高甘露糖型在核心五糖上连接了2~9个甘露糖，复杂型在核心五糖上可连接2、3、4或5个分支聚糖，宛如天线状，天线末端常连有N-乙酰神经氨酸。杂合型则兼有两者的结构。


生物化学与分子生物学 第一节糖蛋白分子中聚糖及其合成过程 糖蛋白(glycopro tein)是指糖类分子与蛋白质分子共价结合形成的蛋白质，其分子中的含糖量因蛋白质不同而异，有的可达20%，有的仅为5％以下。此外，糖蛋白分子中的单糖种类、组成比和聚糖的结构也存在显著差异。组成糖蛋白分CH20H如子中聚糖的单糖有7种：葡萄糖(glucose,H｝如尸o\NH i CH2CH C0天冬酰胺Gl c)、半乳糖(galactose, Gal)、甘露糖(manHO、.--V H nose,Man)、N－乙酰半乳糖胺(N-ace tylgaH NHCOCH, N－连接型lactosamine, GalNAc)、N－乙酰葡糖胺(NN－乙酰葡糖胺忑|acetylglucosamine, GlcNAc)、岩藻糖(fucose,Fuc)和N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminic CH20H CH20H R=H或CH3HO匕—o HO尸0H acid,NeuAc)。


生物化学与分子生物学 第一节糖蛋白分子中聚糖及其合成过程 H\、10_-HO,;;-o H R仁。H OH H H由上述单糖构成结构各异的聚糖可H OH H NHCOCH3NH经两种方式与糖蛋白的蛋白质部分连接，B半乳糖基－（1-3)-cx-N－乙酰半乳糖胺－丝氨酸闭；氨酸因此，根据连接方式不同可将糖蛋白聚糖分为N连接型聚糖(N-linked glycan)和图4-1糖蛋白聚糖的N连接型和0连接型O－连接型聚糖(0-lin k ed glycan)。N连接注：X为脯氨酸以外的任何氨基酸型聚糖是指与蛋白质分子中天冬酰胺残基的酰胺氮相连的聚糖；O－连接型聚糖是指与蛋白质分子中丝氨酸或苏氨酸胫基相连的聚糖（图4l)。所以，糖蛋白也相应分成N－连接糖蛋白和O－连接糖蛋白。不同种属、组织的同一种糖蛋白的N－连接型聚糖的结合位置、糖基数目、糖基序列不同，可以产生不同的糖蛋白分子形式。即使是同一组织中的某种糖蛋白，不同分子的同一糖基化位点的N－连接型聚糖结构也可以不同，这种糖蛋白聚糖结构的不均一性称为糖形(glycoform)。 ：2.3，或6~23，或6小1,4 Man -，扣/4i<i,6GlcNAc p Manf1,4心 Man＼,/4


生物化学与分子生物学 -，扣/4i<i,6GlcNAc p Manf1,4心 ,6Man土GlcNAc但r沁_4\•·Man M忏皿心M扭\/M：釭6GlcNAc GlcNAc GlcNAc r l,4!Pl,4,1,4GlcNAc土Fuc al,6GlcNAc GlcNAc(a)高甘露糖型；（b）复杂型；（c）杂合型Man：甘露糖；GicNAc:N－乙酰葡糖胺；SA：唾液酸；Gal：半乳糖；Fuc：岩藻糖；Asn：天冬酰胺三、N－连接型聚糖合成是以长秸醇作为聚糖载体N－连接型聚糖的合成场所是粗面内质网和高尔基体，可与蛋白质肤链的合成同时进行。在内质网内以长薛醇(dolichol, dol)作为聚糖载体，在糖基转移酶（一种催化糖基从糖基供体转移到受体化合物的酶）的作用下先将UDP-GlcNAc分子中的GlcNAc转移至长薛醇，然后再逐个加上糖基，糖基必须活化成UDP或GDP的衍生物，才能作为糖基供体底物参与反应，直至形成含有14个糖基的长菇醇焦磷酸聚糖结构，后者作为一个整体被转移至肤链的糖基化位点中的天冬酰胺的酰胺氮上。然后聚糖链依次在内质网和高尔基体进行加工，先由糖昔水解酶除去葡萄糖和部分甘露糖，然后再加上不同的单糖，成熟为各型N－连接型聚糖。图4-3显示从内质网到高尔基体，三种不同类型的聚糖逐步加工的，，飞i}80第一篇生物大分子结构与功能多肤链X I|o内质网高甘露糖型圈4-3三种不同类型N连接型聚糖加工过程过程。（动画4-1"N－聚糖的加工”)在生物体内，有些糖蛋白的加工简单，仅形成较为单一的高甘露糖型聚糖，有些形成杂合型，而有些糖蛋白则通过多种加工形成复杂型的聚糖。不同组织的同一种糖蛋白分子中的聚糖结构可以不同，说明N－连接型聚糖存在极大的多样性。即使同一种糖蛋白，其相同糖基化位点的聚糖结构也可不同，显示出相当大的微观不均一性，这可能与不完全糖基化以及糖昔酶和糖基转移酶缺乏绝对专一性有关。


生物化学与分子生物学 -，扣/4i<i,6GlcNAc p Manf1,4心  四、0连接型聚糖合成不需要聚糖载体 聚糖中的N－乙酰半乳糖胺与多肤链的丝氨酸或苏氨酸残基的轻基以共价键相连而形成0－连接糖蛋白。其糖基化位点的确切序列子还不清楚，但通常存在于糖蛋白分子表面丝氨酸和苏氨酸比较集中且周围常有脯氨酸的序列中，提示0－连接糖蛋白的糖基化位点由多肤链的二级结构、三级结构决定。O－连接型聚糖常由N－乙酰半乳糖胺与半乳糖构成核心二糖，核心二糖可重复延长及分支，再连接上岩藻糖、N－乙酰葡糖胺等单糖。与N－连接型聚糖合成不同，O－连接型聚糖合成是在多肤链合成后进行的，而且不需聚糖载体。在GalNAc转移酶作用下，将UDP-GalNAc中的GalNAc基转移至多肤链的丝／苏氨酸的轻基上，形成O－连接，然后逐个加上糖基，每一种糖基都有其相应的专一性糖基转移酶。整个过程在内质网开始，到高尔基体内完成。


生物化学与分子生物学 四、0连接型聚糖合成不需要聚糖载体 五、蛋白质[3-N－乙酰葡糖胺的糖基化是可逆的单糖基修饰蛋白质糖基化修饰除N－连接型聚糖修饰和0－连接型聚糖修饰外，还有[3-N－乙酰葡糖胺的单糖基修饰(0-GlcNAc)，主要发生于膜蛋白和分泌蛋白。蛋白质的0-GlcNAc糖基化修饰是在0-GlcNAc糖基转移酶(0-GlcNAc transfe rase, OGT)作用下，将[3-N－乙酰葡糖胺以共价键方式结合于蛋白质的丝／苏氨酸残基上。这种糖基化修饰与N－或O－连接型聚糖修饰不同，不在内膜（如内质网、高尔基体）系统中进行，主要存在于细胞质或胞核中。


生物化学与分子生物学 四、0连接型聚糖合成不需要聚糖载体 蛋白质在0-GlcNAc糖基化后，其解离需要特异性的[3-N－乙酰葡糖胺酶(0-GlcNAcase)作用，082第一篇生物大分子结构与功能并结合内皮细胞表面糖蛋白分子中的特异聚糖结构，白细胞以此与内皮细胞黏附，进而通过其他黏附分子的作用，使白细胞移动并完成出血管的过程。包免疫球蛋白G(IgG)属于N－连接糖蛋白，其聚糖主要存在千Fe段。IgG的聚糖可结合单核细胞或巨噬细胞上的Fe受体，并与补体Clq的结合和激活以及诱导细胞毒等过程有关。若IgG去除聚糖，其饺链区的空间构象遭到破坏，上述与Fe受体和补体的结合功能就会丢失。


生物化学与分子生物学 第二节蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖 蛋白聚糖(proteoglycan)是一类非常复杂的复合糖类，以聚糖含量为主，由糖胺聚糖(glycosamin oglycan, GAG)共价连接于不同核心蛋白质形成的糖复合体。一种蛋白聚糖可含有一种或多种糖胺聚糖。糖胺聚糖是由二糖单位重复连接而成的杂多糖，不分支。二糖单位中一个是糖胺（N-乙酰葡糖胺或N－乙酰半乳糖胺），另一个是糖醋酸（葡糖睦酸或艾杜糖醋酸）。由千糖胺聚糖的二糖单位含有糖胺故而得名。除糖胺聚糖外，蛋白聚糖还含有一些N-或0-连接型聚糖。核心蛋白质种类颇多，加之核心蛋白质相连的糖胺聚糖的种类、长度以及硫酸化程度等复杂因素，使蛋白聚糖的种类更为繁多。一、糖胺聚糖是由己糖酵酸和已糖胺组成的重复二糖单位体内重要的糖胺聚糖有6种：硫酸软骨素(chondroitin sulfate汃硫酸皮肤素(dermatan sulfate汃硫酸角质素(keratan sulfate)、透明质酸(hyaluronic acid)、肝素(heparin)和硫酸类肝素(heparan sulfate)。


生物化学与分子生物学 第二节蛋白聚糖分子中的糖胺聚糖 这些糖胺聚糖都是由重复的二糖单位组成（图4-4)。除透明质酸外，其他的糖胺聚糖都带有硫酸。硫酸软骨素的二糖单位由N－乙酰半乳糖胺和葡糖醒酸组成，最常见的硫酸化部位是N乙酰半乳糖胺残基的立和c6位。单个聚糖约有250个二糖单位，许多这样的聚糖与核心蛋白质以0－连接方式相连，形成蛋白聚糖。硫酸角质素的二糖单位由半乳糖和N－乙酰葡糖胺组成。它所形成的蛋白聚糖可分布于角膜中，也可与硫酸软骨素共同组成蛋白聚糖聚合物，分布于软骨和结缔组织中。硫酸皮肤素分布广泛，其二糖单位与硫酸软骨素很相似，仅一部分葡糖醋酸为艾杜糖酸酸所取代，所以硫酸皮肤素含有两种糖醋酸。葡糖醋酸转变为艾杜糖醋酸是在聚糖合成后进行，由差向异构酶催化。肝素的二糖单位为葡糖胺和艾杜糖睦酸(iduronic acid)，葡糖胺的氨基氮和c6位均带有硫酸。肝素合成时都是葡糖醒酸，然后差向异构化为艾杜糖酪酸，并随之进行乌位硫酸化。肝素所连接的核心蛋白质几乎仅由丝氨酸和甘氨酸组成。肝素分布于肥大细胞内，有抗凝作用。硫酸类肝素是细胞膜成分，突出于细胞外。?`1'}透明质酸的二糖单位为葡糖醋酸和N－乙葡糖醋酸6硫酸乙酰半乳糖胺H::COH


生物化学与分子生物学 硫酸软骨素硫酸角质素 半乳糖6硫酸乙酰葡糖胺艾杜糖醋酸4硫酸乙酰半乳糖胺艾杜糖醋酸6硫酸凡磺酸葡糖胺酰葡糖胺。一分子透明质酸可由50000个二糖单位组成，但它所连的蛋白质部分很小。透明质酸分布于关节滑液、眼的玻璃体及疏松的结缔组织中。 二、核心蛋白质均含有结合糖胺聚糖的结构域 与糖胺聚糖链共价结合的蛋白质称为核心蛋白质。核心蛋白质均含有相应的糖胺聚糖取代结构域，一些蛋白聚糖通过核心蛋白质特殊结构域铀定在细胞表面或细胞外基质的大分子中。核心蛋白质最小的蛋白聚糖称为丝甘蛋白聚糖(serglycan)，含有肝素，主要存在于造血细胞和肥大细胞的贮存颗粒中，是一种典型的细胞内蛋白聚糖。饰胶蛋白聚糖(decorin)的核心蛋白质分子质量为3.6万，富含亮氨酸重复序列的模体，它能与胶原相互作用，调节胶原纤维的形成和细胞外基质的组装。黏结蛋白聚糖(syndecan)的核心蛋白质分子质量为3.2万，含有胞质结构域、插入质膜的疏水结构域和胞外结构域。细胞外结构域连接有硫酸肝素和硫酸软骨素，是细胞膜表面主要蛋白聚糖之一。


生物化学与分子生物学 二、核心蛋白质均含有结合糖胺聚糖的结构域 蛋白聚糖聚合体(aggrecan)是细胞外基质的重要成分之一，由透明质酸长聚糖两侧经连图4-5骨朊软骨蛋白聚糖聚合物接蛋白而结合许多蛋白聚糖而成，由于糖胺聚糖上狻基或硫酸根均带有负电荷，彼此相斥，所以在溶液中蛋白聚糖聚合物呈瓶刷状（图4-5)已。 三、蛋白聚糖合成时在多肤链上逐—加上糖基 在内质网上，蛋白聚糖先合成核心蛋白质的多肤链部分，多肤链合成的同时即以0－连接或N连接的方式在丝氨酸或天冬酰胺残基上进行聚糖加工。聚糖的延长和加工修饰主要是在高尔基体内进行，以单糖的UDP衍生物为供体，在多肤链上逐个加上单糖，而不是先合成二糖单位。每一单糖都有其特异性的糖基转移酶，使聚糖依次延长。聚糖合成后再予以修饰，糖胺的氨基来自谷氨酰胺，硫酸则来自“活性硫酸＂，即3'－磷酸腺昔-5＇－磷酰硫酸。差向异构酶可将葡糖酸酸转变为艾杜糖醋酸。


生物化学与分子生物学 四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分（一）蛋白聚糖最主要的功能是构成细胞间基质 在细胞基质中各种蛋白聚糖以特异的方式与弹性蛋白、胶原蛋白相连，赋予基质特殊的结构国。基质中含有大量透明质酸，可与细胞表面的透明质酸受体结合，影响细胞与细胞的黏附、细胞迁移、增殖和分化等细胞行为。由于蛋白聚糖中的糖胺聚糖是多阴离子化合物，可结合Na+~K+，从而吸收水分子；糖的轻基也是亲水的，所以基质内的蛋白聚糖可以吸引、保留水而形成凝胶，容许小分子化合物自由扩散但阻止细菌通过，起保护作用。


生物化学与分子生物学 四、蛋白聚糖是细胞间基质重要成分（一）蛋白聚糖最主要的功能是构成细胞间基质 细胞表面也有众多类型的蛋白聚糖，大多数含有硫酸肝素，分布广泛，在神经发育、细胞识别结合和分化等方面起重要的调节作用。有些细胞还存在丝甘蛋白聚糖，它的主要功能是与带正电荷的蛋白酶、狻肤酶或组织胺等相互作用参与这些生物活性分子的贮存和释放。＼，飞份}84第一篇生物大分子结构与功能（二）各种蛋白聚糖有其特殊功能肝素是重要的抗凝剂，能使凝血酶失活；肝素还能特异地与毛细血管壁的脂蛋白脂肪酶结合，促使后者释放入血。在软骨中硫酸软骨素含量丰富，维待软骨的机械性能。角膜的胶原纤维之间充满硫酸角质素和硫酸皮肤素，使角膜透明。在肿瘤组织中各种蛋白聚糖的合成发生改变，可能与肿瘤增殖和转移有关。第三节糖脂由鞘糖脂、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂组成糖脂(glycolipid)是一种携有一个或多个以共价键连接糖基的复合脂质。由于脂质部分不同，糖脂可有鞘糖脂(glycosphingolipid)、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂之分。鞘糖脂、甘油糖脂是细胞膜脂的主要成分，具有重要的生理功能。


生物化学与分子生物学 一、鞘糖脂是神经酰胺被糖基化的糖昔化合物 与鞘磷脂一样，鞘糖脂也是以神经酰胺为母体的化合物。鞘磷脂分子中的神经酰胺1-位轻基被磷脂酰胆碱或磷脂酰乙醇胺化，而鞘糖脂分子中的神经酰胺l－位轻基被糖基化，形成糖昔化合物。鞘糖脂结构通式如下：1CH2—0一糖基A CH20H。 h|H心卢＼』f—（CH如—C I=[＿（CH心CH3鞘糖脂的结构通式H0-3C-4C=C一(CH如CH3 鞘糖脂分子中单糖主要为D－葡萄糖、D－半N神经酰脑昔脂(Gal13尸lCer)乳糖、N－乙酰葡糖胺、N－乙酰半乳糖胺、岩藻糖和唾液酸；脂肪酸成分主要为16~24碳的饱B CH20H和与低度饱和脂肪酸，此外，还有相当数量的a轻基脂酸。鞘糖脂又可根据分子中是否含


生物化学与分子生物学 h|H心卢＼』f—（CH如—C I=[＿（CH心CH3鞘糖脂的结构通式H0-3C-4C=C一(CH如CH3 H辜－H了:f』一（CH加CH,有唾液酸或硫酸基成分，分为中性鞘糖脂和酸H OH I H HI性鞘糖脂两类。HO-C-C=C-(CH2)12CH3（一）脑昔脂是不含唾液酸的中性鞘糖脂H I H I中性鞘糖脂的糖基不含唾液酸，常见的糖硫酸脑节脂(S04-3Gal13尸lCer)基是半乳糖、葡萄糖等单糖，也有二糖、三糖。C含单个糖基的中性鞘糖脂有半乳糖基神经酰如Gal Pl-3Ga!NA c Pl-4Gal3Pl-4Glc Pl-lCe r胺(Gal阻，lCer)和葡糖基神经酰胺(Glc但，t2l Cer)，又称脑昔脂(cerebroside)（图4-6A)。a SA含二糖基的中性鞘糖脂有乳糖基神经酰胺如GalNAc13I--+4Gal131--4Glc131--+lCer(Gal阳，4Glc阳，1Cer)。已知ABH和Lewis3血型的细胞表面抗原物质也为鞘糖脂，通常由抗原决定簇的蛋白质部分与乳糖基神经酰胺如4Gal!31--+4Glc131--+lCer 共价连接成五糖基神经酰胺和六糖基神经酰胺。


生物化学与分子生物学 共价连接成五糖基神经酰胺和六糖基神经酰胺。 』A鞘糖脂的疏水部分伸入膜的磷脂双层中，而极性糖基暴露在细胞表面，发挥血型抗原、图4-6几种鞘糖脂的化学结构组织或器官特异性抗原、分子与分子相互识别的作用。（二）硫昔脂是指糖基部分被硫酸化的酸性鞘糖脂鞘糖脂的糖基部分可被硫酸化，形成硫昔脂(sulfatide)。如脑昔脂被硫酸化，就形成最简单的硫昔脂，即硫酸脑昔脂(cerebroside sulfate)（图4-6B)。硫昔脂广泛地分布于人体的各器官中，以脑中的含量为最多。硫昔脂可能参与血液凝固和细胞黏着等过程。 （三）神经节苦脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂 糖基部分含有唾液酸的鞘糖脂，常称为神经节背脂(ganglioside)，属于酸性鞘糖脂。神经节昔脂分子中的糖基较脑昔脂为大，常为含有1个或多个唾液酸的寡糖链。在人体内的神经节昔脂中神经酰胺全为N－乙酰神经氨酸，并以a-2,3连接于寡糖链内部或末端的半乳糖残基上，或以a-2,6连接千N－乙酰半乳糖胺残基上，或以a-2,6连接千另一个唾液酸残基上。


生物化学与分子生物学 （三）神经节苦脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂 神经节昔脂是一类化合物，人体至少有60多种。神经节昔脂可根据含唾液酸的多少以及与神经酰胺相连的糖链顺序命名。M、D、T分别表示含l、2、3个唾液酸的神经节昔脂；下标1、2、3表示与神经酰胺相连的糖链顺序：l为Gal-GalNAc-Gal-Glc-Cer;2为GalNAc-Gal-Glc-Cer;3为Gal-Glc-Cer。图46C显示了GM1、GM2、GM3的结构。


生物化学与分子生物学 （三）神经节苦脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂 神经节昔脂分布千神经系统中，在大脑中占总脂的6%，神经末梢含撮丰富，种类繁多，在神经冲动传递中起重要作用。神经节背脂位于细胞膜表面，其头部是复杂的碳水化合物，伸出细胞膜表面，可以特异地结合某些垂体糖蛋白激素，发挥很多重要的生理调节功能。神经节昔脂还参与细胞相互识别，因此，在细胞生长、分化，甚至癌变时具有重要作用。神经节昔脂也是一些细菌蛋白毒素（如霍乱毒素）的受体。神经节昔脂分解紊乱时，引起多种遗传性鞘糖脂过剩疾病(sphingolipid storage disease)如Tay-Sachs病，主要症状为进行性发育阻滞、神经麻痹、神经衰退等，其原因为溶酶体内先天性缺乏氨基已糖昔酶A，不能水解神经节昔脂极性部分GalNAc和Gal残基之间的糖昔键而引起G队在脑中堆积。 二、甘油糖脂是髓磷脂的重要成分 髓磷脂(myelin)是包绕在神经元轴突外侧的脂质，起到保护和绝缘的作用。甘油糖脂(glyceroglycolip过）也称糖基甘油脂，是髓磷脂的重要成分。甘油糖脂由甘油二酣分子3位上的轻基与糖基连接而成。最常见的甘油糖脂有单半乳糖基甘油二酷和二半乳糖基甘油二酷。


生物化学与分子生物学 H芦0—CH2H芦二。』－R, OHH邕汇勹－RI单半乳糖基甘油二酣二半乳糖基甘油二酣第四节聚糖结构中蕴藏大量生物信息 聚糖参与细胞识别、细胞黏附、细胞分化、免疫识别、细胞信号转导、微生物致病过程和肿瘤转移过程等岱。糖生物学研究表明，特异的聚糖结构被细胞用来编码若干重要信息。在细胞内，聚糖参与并影响糖蛋白从初始合成至最后亚细胞定位的各个阶段及其功能。 —、聚糖组分是糖蛋白执行功能所必需 各类多糖或聚糖的合成并没有类似核酸、蛋白质合成所需模板的指导，而聚糖中的糖基序列或不86第一篇生物大分子结构与功能同糖有键的形成，主要取决千糖基转移酶的特异性识别糖底物和催化作用。依靠多种糖基转移酶特异性地有序地将供体分子中糖基转运至接受体上，在不同位点以不同糖甘键的方式，形成有序的聚糖结构。鉴千糖基转移酶由基因编码，所以糖基转移酶继续了基因至蛋白质信息流，将信息传递至聚糖分子；另外，聚糖（如血型物质）作为某些蛋白质组分与生物表型密切相关，体现生物信息。


生物化学与分子生物学 二、结构多样性的聚糖富含生物信息 聚糖结构的多样性和复杂性很可能赋予其携带大量生物信息的能力。上述复合糖类分子中聚糖在细胞间通讯、蛋白质折叠、蛋白质转运与定位、细胞黏附和免疫识别等方面发挥的功能，就是聚糖携带的生物信息的表现。目前对聚糖携带生物信息的详细方式、传递途径所知甚少。 (—)聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础 聚糖结构具有复杂性与多样性。复合糖类中的各种聚糖结构存在单糖种类、化学键连接方式及分支异构体的差异，形成千变万化的聚糖空间结构。尽管哺乳类动物单糖种类有限，但由于单糖连接方式、修饰方式的差异，使存在于聚糖中的单糖结构不计其数。例如，2个相同已糖的连接就有a与阻，2连接、1,3连接、1,4连接和1,6连接8种方式，加之聚糖中的单糖修饰（如甲基化、硫酸化、乙酰化、磷酸化等），所以从理论上计算，组成复合糖类中聚糖的已糖结构可能达1012之多（尽管并非所有的结构都天然存在）；目前巳知糖蛋白N－连接型聚糖中的已糖结构已有2000种（动画4-2"糖基化与磷酸化拈抗＂）。这种聚糖的结构多样性可能是其携带生物信息的基础。


生物化学与分子生物学 (—)聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础 （二）聚糖空间结构多样性受基因编码的糖基转移酶和糖昔酶调控聚糖空间结构的多样性提示所含信息量可能不亚于核酸。每一聚糖都有一个独特的能被单一蛋白质阅读，并与其相结合的特定空间构象（语言），这就是现代糖生物学家假定的糖密码(sugar code)。如果真的存在着糖密码的话，那么糖密码是如何产生的，其上游分子又是什么？这是糖生物学研究领域面临的挑战。已知构成聚糖的单糖种类与单糖序列是特定的，即存在于同一糖蛋白同一糖基化位点的聚糖结构通常是相同的（但也存在不均一性），提示“糖蛋白聚糖合成规律可能由上游分子控制”。目前，从复合糖类中聚糖的生物合成过程（包括糖基供体、合成所需酶类、合成的亚细胞部位、合成的基本过程）得知，聚糖的合成受基因编码的糖基转移酶和糖昔酶调控。糖基转移酶的种类繁多，已被克隆的糖基转移酶就多达130余种，其主要分布千内质网或高尔基体，参与聚糖的生物合成。除了受糖基转移酶和糖节酶调控外，聚糖结构可能还受其他因素影响与调控。


生物化学与分子生物学 (—)聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础 在细胞表面和细胞间质中存在着丰富的糖蛋白和蛋白聚糖，两者都由蛋白质部分和聚糖部分所组成。糖蛋白聚糖有N－连接型和0－连接型之分，前者聚糖以共价键方式与糖基化位点即Asn-X-Ser/Thr模体中的天冬酰胺的酰胺氮连接，后者与糖蛋白特定丝／苏氨酸残基侧链的轻基共价结合。N－连接型聚糖可分成高甘露糖型、复杂型和杂合型三型，它们都是由特异的糖菩酶和糖基转移酶催化加工而成。糖蛋白的聚糖参与许多生物学功能，如影响新生肤链的加工、运输和糖蛋白的生物半寿期，参与糖蛋白的分子识别和生物活性等。蛋白聚糖由糖胺聚糖和核心蛋白质组成。体内重要的糖胺聚糖有硫酸软骨素、硫酸肝素、透明质酸等。蛋白聚糖是主要的细胞外基质成分，它与胶原以特异的方式相连而赋子基质以特殊的结构。细胞表面的蛋白聚糖还参与细胞黏附、迁移、增殖和分化等功能。


生物化学与分子生物学 (—)聚糖空间结构多样性是其携带信息的基础 糖脂可分为鞘糖脂、甘油糖脂和类固醇衍生糖脂。鞘糖脂、甘油糖脂是细胞膜脂的主要成分。鞘糖脂是以神经酰胺为母体的化合物，根据分子中是否含有唾液酸或硫酸基成分可分为中性鞘糖脂和酸性鞘糖脂两类。神经节菩脂是含唾液酸的酸性鞘糖脂，主要分布于神经系统，种类繁多，在神经冲动传递中起重要作用。复合糖类中的各种聚糖结构存在单糖种类、化学键连接方式及分支异构体的差异，形成千变万化的聚糖空间结构，其复杂程度远高于核酸或蛋白质结构，很可能赋予其具有携带大量生物信息的能力。聚糖空间结构多样性受到多种因素的调控。l配体和受体相互作用时存在多重结合方式，有共受体参与的多体结合，以及同时具有蛋白质蛋白质、蛋白质－糖类不同性质的多点结合。请举例说明配体与受体识别、结合也需要聚糖的参与。2就糖蛋白而言，其寡糖链影响着蛋白质的整体构象，从而影响由构象决定的所有功能。试举例说明糖蛋白寡糖链的主要功能。3.有研究表明，蛋白聚糖与肿瘤特别是恶性肿瘤的发生、发展有密切联系。请进一步查阅文献，并阐述肿瘤组织中蛋白聚糖发生哪些变化？变化的可能原因是什么？蛋白聚糖及其变化对肿瘤进程有什么影响？


生物化学与分子生物学 （肖建英）第二篇物质代谢及其调节 本篇讨论体内几类重要物质的代谢过程及其调节。包括糖代谢、脂质代谢、生物氧化、氨基酸代谢、核昔酸代谢，非营养物质代谢以及各种重要物质代谢的相互联系与调节规律，共代谢是生命的最基本特征，是生命体与非生命体最本质的区别。代谢的实质是机体与环境之间的能量和物质交换。农作物能利用环境中的CO2和水，同时接收太阳光的能量，合成自身所需的含碳物质。人虽然不能直接利用太阳能，但在食用作物提供的含碳物质如淀粉之后，经过消化吸收、分解，产生CO2和水排出体外，同时释放能量供机体的需要。机体的各种生命活动如生长、发育、繁殖、修复、运动等，需要各种物质参与，这些物质需要机体自身合成或从食物中摄取。在这些复杂的生命过程中，还会产生各种“废物”，需要排出体外或处理后排出体外。所以，代谢包括了从消化吸收到排泄的全过程。消化吸收与排泄之间的各种代谢称为中间代谢，可分为分解代谢、合成代谢和转化。分解代谢是机体将消化吸收或自身巳有的物质分解，产生能量供机体各种生命活动需要。合成代谢是合成自身需要的物质，用于储存能量或供生长、发育、繁殖、修复等的需要。转化是物质之间的转变或相互转变。本篇重点讨论主要生命物质的消化吸收、分解代谢和合成代谢，少量涉及转化。


生物化学与分子生物学 （肖建英）第二篇物质代谢及其调节 在体内进行代谢的物质各种各样，不仅有糖、脂、蛋白质这样的大分子营养物质，也有维生素这样的小分子物质，还有无机盐、甚至水。它们的代谢需要相互协调，才能确保细胞乃至机体的正常功能。当机体内外环境发生变化时，各种物质之间的代谢变化也需协调进行。这些都需要对代谢进行调节。由千代谢主要经由酶促反应组成的代谢途径完成，改变代谢途径中的关键酶，即可实现对代谢的调节。一旦机体的代谢失调，或代谢的改变超出了机体的调节能力，就会导致疾病。同样，机体的各种疾病，都会表现出相应的代谢变化。学习本篇，不仅能更好地认识生命的本质及规律，也能为更好认识疾病及其机制和防治措施，还能为深入探讨疾病的发生机制、寻找新的防治措施打下基础。（方定志）


生物化学与分子生物学 第五章糖代谢 糖是人体所需的一类重要营养物质，其主要生理功能是为生命活动提供能源和碳源。糖是体内的主要供能物质，处于被优先利用的地位。lmol葡萄糖(glucose)完全氧化生成二氧化碳和水可释放2840kJ的能量，其中约34％转化储存于ATP，以供应机体生理活动所需的能量。糖也是体内的重要碳源，糖代谢的中间产物可转变成其他的含碳化合物，如非必需氨基酸、非必需脂肪酸、核昔酸等。此外，糖还参与组成糖蛋白和糖脂，调节细胞信息传递，参与构成细胞外基质等机体组织结构，形成NAD+~FAD、ATP等多种生物活性物质。除葡萄糖外，其他单糖如果糖、半乳糖、甘露糖等所占比例很小且主要转变为葡萄糖代谢的中间产物，故本章重点介绍葡萄糖在体内的代谢。 第一节糖的摄取与利用 机体主要从食物中获取糖类物质，经消化吸收后的糖转运进入组织细胞，发生一系列复杂连锁的化学反应，以满足多种生理活动的需要。 —、糖消化后以单体形式吸收 人类食物中可被机体分解利用的糖类主要有植物淀粉、动物糖原以及麦芽糖、庶糖、乳糖、葡萄糖等。食物中还含有大量的纤维素，虽然入体内缺少B－葡糖昔酶，纤维素不能被消化，但其有刺激肠蠕动等作用，也是维持健康所必需的。


生物化学与分子生物学 —、糖消化后以单体形式吸收 小麦、稻米和谷薯等食物中的糖类以淀粉(starch)为主。唾液和胰液中都有a－淀粉酶(a-amylase),可水解淀粉分子内的a-1,4－糖昔键。由于食物在口腔停留的时间很短，所以淀粉消化主要在小肠内进行。在胰液a－淀粉酶作用下，淀粉被水解的主要产物为仅含有a-1,4－糖昔键的麦芽糖、麦芽三糖，还生成少量含有a-1,6－糖昔键的异麦芽糖、带分支的寡聚葡萄糖混合物（称为a－极限糊精，a-limit dextrin)。寡糖在小肠黏膜刷状缘进一步消化，a－糖昔酶（包括麦芽糖酶）水解麦芽糖和麦芽三糖；a－极限糊精酶（包括异麦芽糖酶）可水解a-1,4－糖昔键和a-1,6－糖昔键，将a－极限糊精和异麦芽糖水解为葡萄糖已。肠黏膜细胞还含有庶糖酶和乳糖酶等，分别水解庶糖和乳糖。有些人由于缺乏乳糖酶，在食用牛奶后发生乳糖消化吸收障碍，而引起腹胀、腹泻等症状，称为乳糖不耐受(lactose intolerance)。


生物化学与分子生物学 —、糖消化后以单体形式吸收 糖类被消化成单糖后才能在小肠被吸收。小肠黏膜细胞依赖特定载体摄入葡萄糖，这是一个耗能的主动转运过程，同时伴有N旷的转运。这类转运葡萄糖的载体称为Na十依赖型葡糖转运蛋白(sodi um-dependent glucose transpmter, SGLT)，它们主要存在于小肠黏膜和肾小管上皮细胞。葡萄糖被小肠黏膜细胞吸收后经门静脉入肝，再经血液循环供身体各组织细胞摄取。肝对于维持血糖稳定发挥关键作用。当血糖较高时，肝通过合成糖原和分解葡萄糖来降低血糖；当血糖较低时，肝通过分解糖原和糖异生来升高血糖。


生物化学与分子生物学 二、细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白 葡萄糖吸收入血后，在体内代谢首先需进入细胞。这是依赖一类葡糖转运蛋白(glucose transporter, GLUT)实现的。人体中现已发现12种GLUT，分别在不同的组织细胞中起作用，其中GLUTl-GLUTS功能较为明确。GLUTl和GLUTI广泛分布于全身各组织中，与葡萄糖的亲和力较高，是细胞摄取葡萄糖的基本转运载体。GLUT2主要存在于肝和胰B细胞中，与葡萄糖的亲和力较低，使肝从餐后血中摄取过量的葡萄糖，并调节胰岛素分泌。GLUT4主要存在于肌和脂肪组织中，以胰岛素依赖方式摄取葡萄糖，耐力训练可以使肌组织细胞膜上的GLUT4数量增加。GLUT5主要分布于小肠，是果糖进入细胞的重要转运载体。这些GLUT成员的组织分布不同，生物功能不同，从而使各组织对葡萄糖的利用效率有所差异。


生物化学与分子生物学 二、细胞摄取葡萄糖需要转运蛋白 如果细胞摄取葡萄糖的环节发生障碍，可能诱发高血糖。进食高碳水化合物饮食后，血糖迅速升高，引起胰岛素分泌，胰岛素可以使原先位于脂肪细胞和肌细胞内艇泡中的GLUT4重新分布千细胞膜，从而促进这些细胞摄取并利用血糖。1型糖尿病病人由千胰岛素分泌不足，无法使脂肪和肌组织中的GLUT4转位至细胞膜，阻碍了血中葡萄糖转运进入这些细胞。


生物化学与分子生物学 三、体内糖代谢涉及分解、储存和合成三方面 转运进入细胞内的葡萄糖经历一系列复杂连锁的化学反应，其代谢概况涉及分解、储存、合成三个方面。葡萄糖的分解代谢在餐后尤其活跃，主要包括糖的无氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途径，其分解方式取决于不同类型细胞的代谢特点和供氧状况，例如，机体绝大多数组织在供氧充足时，葡萄糖进行有氧氧化生成CO2和H20；肌组织在缺氧时，葡萄糖进行无氧氧化生成乳酸；饱食后肝内由于合成脂质的需要，葡萄糖经磷酸戊糖途径代谢生成磷酸核糖和NADPH。葡萄糖的储存仅在餐后活跃进行，以糖原形式储存于肝和肌组织中，以便在短期饥饿时补充血糖或不利用氧快速供能。葡萄糖的合成代谢在长期饥饿时尤其活跃，某些非糖物质如甘油、氨基酸等经糖异生转变成葡萄糖，以补充血糖。这些分解、储存、合成代谢途径在多种激素调控下相互协调、相互制约，使血中葡萄糖的来源与去路相对平衡，血糖水平趋于稳定。


生物化学与分子生物学 第二节糖的无氧氧化 一分子葡萄糖在细胞质中可裂解为两分子丙酮酸，此过程称为糖酵解(glycolysis)，它是葡萄糖无氧氧化和有氧氧化的共同起始途径。在不能利用氧或氧供应不足时，某些微生物和人体组织将糖酵解生成的丙酮酸进一步在细胞质中还原生成乳酸，称为乳酸发酵(lact ic acid fermen tation)或糖的无氧氧化(anaerobic oxidati on of glucose)。在某些植物、无脊椎动物和微生物中，糖酵解产生的丙酮酸可转变为乙醇和二氧化碳，称为乙醇发酵(ethanol fermen tation)。氧供应充足时，丙酮酸主要进入线粒体中彻底氧化为CO2和H20，即糖的有氧氧化(aerobic oxidation of glucose)。本节仅讨论人体内生成乳酸的糖无氧氧化过程。一、糖的无氧氧化分为糖酵解和乳酸生成两个阶段葡萄糖无氧氧化的全部反应在细胞质中进行，分为两个阶段：第一阶段是糖酵解，第二阶段为乳酸生成。 （一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸 糖酵解由十步反应组成，主要涉及已糖发生磷酸化、已糖裂解为丙糖、丙糖转变为丙酮酸的反应过程。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸 1.葡萄糖磷酸化生成葡糖－6－磷酸葡萄糖进入细胞后发生磷酸化反应，生成葡糖－6－磷酸(glucose-6-phospha te, G-6-P)，该反应不可逆，是糖酵解的第一个限速步骤。磷酸化后的葡萄糖不能自由通过细胞膜而逸出细胞。催化此反应的是已糖激酶(hexokinase)，它需要Mg2+，是糖酵解的第一个关键酶。哺乳动物体内已发现有4种已糖激酶同工酶(I~W型）。肝细胞中存在的是W型，称为葡糖激酶(glucokinase)，它有两个特点：一是对葡萄糖的亲和力很低，其凡值约为lOmmoVL，而其他已糖激酶的凡值在0. l mmoVL左右；二是受激素调控，它对葡糖－6－磷酸的反馈抑制并不敏感。这些特性臼oi}使葡糖激酶对千肝维持血糖稳定至关重要，只有当血糖显著升高时，肝才会加快对葡萄糖的利用，起到缓冲血糖水平的调节作用。2.葡糖6－磷酸转变为果糖－6－磷酸这是由磷酸已糖异构酶(phosphohexose isomerase)催化的醒糖与酮糖间的异构反应。葡糖-6-磷酸转变为果糖－6－磷酸(fructose-6-phosphate, F-6-P)是需要M矿参与的可逆反应。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸 3果糖－6－磷酸转变为果糖－1,6－二磷酸这是第二个磷酸化反应，需ATP和Mg2+，由磷酸果糖激酶1(phosphofructokinase-1,PFK-1)催化，生成果糖－1,6－二磷酸(fructose-1,6如sphosphate,F-1,6-BP)。该反应不可逆，是糖酵解的第二个限速步骤。4.果糖-1,6-二磷酸裂解成2分子磷酸丙糖此步反应是可逆的，由醒缩酶(aldolase)催化，产生2个丙糖，即磷酸二轻丙酮和3-磷酸甘油醒。5磷酸二轻丙酮转变为3－磷酸甘油醒3-磷酸甘油睦和磷酸二胫丙酮是同分异构体，在磷酸丙糖异构酶(triose phosphate isomerase)催化下可互相转变。当3－磷酸甘油酸在下一步反应中被移去后，磷酸二胫丙酮迅速转变为3－磷酸甘油醒，继续进行酵解。磷酸二胫丙酮还可转变成a－磷酸甘油，是联系葡萄糖代谢和脂肪代谢的重要枢纽物质。上述5步反应为糖酵解的耗能阶段，1分子葡萄糖经两次磷酸化反应消耗了2分子ATP，产生了2分子3－磷酸甘油睦。而之后的5步反应才开始产生能量。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸 6.3－磷酸甘油醒氧化为1,3－二磷酸甘油酸反应中3－磷酸甘油醒的醒基氧化成狻基及狻基的磷酸化均由3-磷酸甘油酸脱氢酶(glyceraldehyde3-phosphate dehydrogenase)催化，以NA厅为辅酶接受氢和电子。参加反应的还有无机磷酸，当3-磷酸甘油醒的醒基氧化脱氢生成狻基时立即与磷酸形成混合酸酐。该酸酐是一种高能化合物，其高能磷酸键水解时可将能量转移至ADP，生成ATP。7.1,3－二磷酸甘油酸转变成3－磷酸甘油酸磷酸甘油酸激酶(phosphoglycerate kinase)催化混合酸酐上的磷酸基从狻基转移到ADP，形成ATP和3－磷酸甘油酸，反应需要Mg“。这是糖酵解过程中第一次产生ATP的反应，将底物的高能磷酸基直接转移给ADP生成ATP。这种ADP或其他核昔二磷酸的磷酸化作用与高能化合物的高能键水解直接相偶联的产能方式称为底物水平磷酸化(suh~tra te-level phosphorylation)。磷酸甘油酸激酶催化的这一反应可逆，但逆反应需消耗1分子ATP。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸 8.3－磷酸甘油酸转变为2－磷酸甘油酸磷酸甘油酸变位酶(phosphoglycerate mutase)催化磷酸基从3－磷酸甘油酸的C3位转移到c2，此反应可逆，且需要M矿参与。9.2-磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸烯醇化酶(enolase)催化2－磷酸甘油酸脱水生成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate, PEP)。尽管这个反应的标准自由能改变比较小，但反应时可引起分子内部的电子重排和能量重新分布，形成了一个高能磷酸键，这就为下一步反应作了准备。10.磷酸烯醇式丙酮酸发生底物水平磷酸化生成丙酮酸糖酵解的最后一步反应由丙酮酸激酶(pyruva te kinase)催化，需要k十和M忙参与。反应最初生成烯醇式丙酮酸，但烯醇式迅速经非酶促反应转变为酮式。此反应不可逆，是糖酵解的第三个限速步骤，也是第二次底物水平磷酸化。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖经糖酵解分解为两分子丙酮酸 在糖酵解产能阶段的5步反应中，2分子磷酸丙糖经两次底物水平磷酸化转变成2分子丙酮酸，总共生成4分子ATP。（二）丙酮酸被还原为乳酸此反应由乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase, LDH)催化，丙酮酸还原成乳酸所需的氢原子由NADH+W提供，后者来自上述第6步反应中的3－磷酸甘油醒的脱氢反应。在缺氧悄况下，这一对氢用于还原丙酮酸生成乳酸，NADH+W重新转变成NAD+，糖酵解才能重复进行。 人体内糖无氧氧化的全部反应可归纳如图5-1。彸乞第五章糖代谢 HO-CH2厂酶芦葡萄糖CH2—O—@)H-C=O I I3－磷酸甘油醒磷酸二羚丙酮C=O=. CH-OH1磷酸丙酕构酶l 已糖激酶 H 尸 OH＄CH2OH CH2-0—@芦葡糖－6－磷酸3－磷酸甘油酸脱 氢酶\ Pi


生物化学与分子生物学 氢酶\ f二笠荔＋H＋H1:o H OH OH CH-OH1,3－二磷酸甘油酸:|:吁盂｀磷酸甘油酸激酶十二二：1片[!|CH-OH3－磷酸甘油酸HO—C—H|1果糖－6－磷酸CH2—o-®H—C-OHH-C—OH磷酸甘油酸变位酶I|CH心—®严CH—0屯2－磷酸甘油酸|HO—C1—H果糖－1,6－二磷酸C1—0~©磷酸烯醇式丙酮酸H-CI OH朊ADP.JH—C—OH|丙酮酸激酶[二面_＿一---·CH心一®CH3NADH+HNAD+GH3仁。~tH~H二、糖酵解的调节取决千三个关键酶活性糖酵解的大多数反应是可逆的，这些可逆反应的方向、速率由底物和产物的浓度控制。催化这些可逆反应的酶的活性改变，并不能决定反应的方向。糖酵解过程中有3个反应在细胞内发生时不可逆，分别由己糖激酶（葡糖激酶）、磷酸果糖激酶－l和丙酮酸激酶催化，它们反应速率最慢，是控制糖酵解流量的3个关键酶，其活性受到别构效应剂和激素的调节。


生物化学与分子生物学 （一）磷酸果糖激酶－1对调节糖酵解速率最重要 调节糖酵解流量最重要的是磷酸果糖激酶－l的活性。磷酸果糖激酶－l是四聚体，受多种别构效应剂的影响（图5-2)。ATP和拧檬酸是此酶的别构抑制剂。磷酸果糖激酶－l有2个结合ATP的位点，一个是活性中心内的催化部位，ATP作为底物与之结合；另一个是活性中心以外的别构部位，ATP作为别构抑制剂与之结合，别构部位与ATP的亲和力较低，因而需要较高浓度的ATP才能抑制酶活性。磷酸果糖激酶－l的别构激活剂有AMP、ADP、果糖－1,6－二磷酸和果糖－2,6－二磷酸(fructose-2,6bisphosphate, F-2,6-BP)。AMP可与ATP竞争结合别构部位，抵消ATP的抑制作用。果糖－1,6－二磷酸是磷酸果糖激酶－l的反应产物，这种产物正反馈作用是比较少见的，它有利于糖的分解。果糖2,6－二磷酸是磷酸果糖激酶l最强的别构激活剂，在生理浓度范围(µmol水平）内即可发＼＼平fBATP拧檬酸胰高血糖素－飞cAMP AMP


生物化学与分子生物学 （一）磷酸果糖激酶－1对调节糖酵解速率最重要 O'`F-6-P I.I:'M磷蛋白磷酸酶l F-2,6-BP Pi挥效应。其作用是与AMP一起取消ATP、拧檬酸对磷酸果糖激酶－l的别构抑制作用。果糖－2,6－二磷酸由磷酸果糖激酶－2(p hosphofructokinase-2, PFK-2)催化果糖－6－磷酸乌磷酸化而生成；果糖二磷酸酶2(fructose bisphosphatase-2, FBP-2)则可水解其乌位磷酸，使其转变成果糖－6－磷酸（图5-2)。磷酸果糖激酶－2和果糖二磷酸酶－2这两种酶活性共存千一个酶蛋白上，具有2个分开的催化中心，是一种双功能酶。磷酸果糖激酶－2／果糖二磷酸酶－2还可在激素作用下，以化学修饰方式调节酶活性。胰高血糖素通过依赖cAM P的蛋白激酶（蛋白激酶A,PKA)使其32位丝氨酸发生磷酸化，结果导致磷酸果糖激酶－2活性减弱而果糖二磷酸酶－2活性升高。磷蛋白磷酸酶将其去磷酸后，酶活性的变化则相反。


生物化学与分子生物学 （一）磷酸果糖激酶－1对调节糖酵解速率最重要 （二）丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的调节点丙酮酸激酶是糖酵解的第二个重要的关键酶。果糖－1,6－二磷酸是丙酮酸激酶的别构激活剂，而ATP则对其有抑制作用。此外，在肝内丙氨酸对该酶也有别构抑制作用。丙酮酸激酶还受化学修饰洞节。蛋白激酶A和依赖Ca气钙调蛋白的蛋白激酶均可使其磷酸化而失活。胰高血糖素可通过激活蛋白激酶A而抑制丙酮酸激酶活性。 （三）已糖激酶受到反馈抑制调节 已糖激酶受其反应产物葡糖－6－磷酸的反馈抑制，而葡糖激酶由千不存在葡糖－6－磷酸的别构调节部位，故不受葡糖－6－磷酸的影响。长链脂酰CoA对其有别构抑制作用，这在饥饿时减少肝和其他组织分解葡萄糖有一定意义。胰岛素可诱导葡糖激酶基因的转录，促进该酶的合成。


生物化学与分子生物学 （三）已糖激酶受到反馈抑制调节 糖酵解是体内葡萄糖分解供能的起始阶段。对千绝大多数组织，特别是骨骼肌，调节流量的目的是适应这些组织对能量的需求。当消耗能量多，细胞内ATP/AMP比值降低时，磷酸果糖激酶－l和丙酮酸激酶均被激活，葡萄糖分解加快。反之，细胞内ATP的储备丰富时，通过糖酵解分解的葡萄糖就减少。肝的情况则不同。正常进食时，肝仅氧化少量葡萄糖，主要由氧化脂肪酸获得能量。进食后，胰高血糖素分泌减少，胰岛素分泌增加，果糖－2,6－二磷酸的合成增加，加速糖酵解，有利于生成更多的乙酰CoA用千合成脂肪酸；饥饿时胰高血糖素分泌增加，抑制了果糖－2,6－二磷酸的合成和丙酮酸激酶的活性，抑制糖酵解，这样才能有效地进行糖异生，维持血糖水平（详见本章第六节）。 三、糖的无氧氧化为机体快速供能 糖无氧氧化最主要的生理意义是不利用氧迅速提供能量，这对肌收缩更为重要。肌内ATP含量很低，静息状态下约为4mmoVL，只要肌收缩几秒钟即可耗尽。这时虽然不缺氧，但葡萄糖通过有氧氧化供能的反应过程和所需时间相对较长，来不及满足需要，而通过糖无氧氧化则可迅速得到ATP。


生物化学与分子生物学 三、糖的无氧氧化为机体快速供能 当机体缺氧或剧烈运动肌局部血流不足时，能量主要通过糖无氧氧化获得。成熟红细胞没有线粒体，只能依赖糖的无氧氧化提供能显。其他特定类型组织，如视网膜、神经、肾髓质屑肠道皮肤等，即使不缺氧也常由糖的无氧氧化提供部分能量。此外，在感染性休克、肿瘤恶病质等病理清况下，糖的无氧氧化也极为活跃，产生的大量乳酸主要被肝利用进行糖异生。糖无氧氧化时每分子磷酸丙糖进行2次底物水平磷酸化，可生成2分子ATP，因此lmol葡萄糖可生成4mol ATP，扣除在葡萄糖和果糖－6－磷酸发生磷酸化时消耗的2mol ATP，最终净得2mol ATP。lmol葡萄糖经无氧氧化可释放196kJ/mol的能量，而在标准状态下2mol ATP水解为ADP和P]时释放能扯61kJ/mol，故此时ATP的储能效率为31%。


生物化学与分子生物学 四、其他单糖可转变为糖酵解的中间产物 除葡萄糖外，其他已糖如果糖、半乳糖和甘露糖也都是重要的能源物质，它们可转变成糖酵解的中间产物磷酸已糖而进入糖酵解提供能量包。（一）果糖被磷酸化后进入糖酵解果糖是膳食中重要的能源物质，在水果和庶糖中含量丰富，每天从食物摄入的果糖约有100g。血中的果糖被不同组织器官摄取后，代谢过程也有所差异：CD主要在肝内代谢：大部分果糖被肝摄取，肝内存在特异的果糖激酶，催化果糖磷酸化生成果糖－l－磷酸，后者被果糖－l－磷酸酪缩酶（B型醋缩酶）裂解成磷酸二胫丙酮及甘油酸。甘油醒在丙糖激酶催化下磷酸化生成3－磷酸甘油醒。这些果糖代谢产物恰好是糖酵解的中间代谢产物，可循糖酵解氧化分解，也可逆向进行糖异生，促进肝内糖原储存。＠还可在周圉组织中代谢：一部分果糖被肌和脂肪组织等摄取，由己糖激酶催化，使果糖磷酸化生成果糖－6－磷酸。果糖－6－磷酸可进入糖酵解分解，也可在肌组织中合成糖原。


生物化学与分子生物学 四、其他单糖可转变为糖酵解的中间产物 果糖不耐受(fructose intolerance)是一种遗传病，其病因是缺乏B型醒缩酶。病人进食果糖会引起果糖－l－磷酸堆积，通过别构抑制磷酸化酶而阻止肝糖原分解（详见本章第五节），半乳糖故病人即使有丰富的肝糖原储备，此时仍反 乳糖激酶 ATP会出现严重的低血糖。同时因肝内Pi被UDP葡萄糖半乳糖－1－磷酸大批消耗，使氧化磷酸化受抑制，导致骂芦＿酶(X半乳糖1－磷酸尿昔酰转移酶ATP耗竭而损伤肝细胞。（二）半乳糖转变为葡糖－1－磷酸进UDP半乳糖葡糖1－磷酸入糖酵解半乳糖和葡萄糖是立体异构体，它们！磷酸葡糖变位酶仅在C4位的构型上有所区别。牛乳中的葡糖－6－磷酸乳糖是半乳糖的主要来源，半乳糖在肝内转变为葡萄糖（图5-3)。尿啥唗核昔二磷酸半乳糖(uridine diphosphate galactose,葡萄糖it UDPGal)不仅是半乳糖转变为葡萄糖的中图5-3半乳糖的代谢间产物，也是半乳糖供体，用以合成糖脂、蛋白聚糖和糖蛋白。另一方面，由于差向异构酶催化的反应可逆，用千合成糖脂、蛋白聚糖和糖蛋白的半乳糖并不必依赖食物而可由UDPG转变生成。半乳糖血症(galactosemia)是一种遗传病，表现为半乳糖不能转变成葡萄糖。其最常见的病因是第二篇物质代谢及其调节缺乏半乳糖－1－磷酸尿昔酰转移酶，引起血中半乳糖浓度显著升高，进而还原生成有毒副产物半乳糖醇。半乳糖醇在晶状体中积累，飞;p尸使之吸收水分而发生肿胀、混浊，导致形成白内障。半乳糖血症的症状还包括肝大、智力甘露糖－6-磷酸迟钝等，在某些病例中可因肝损伤致死。I磷酸甘露糖异构酶（三）甘露糖转变为果糖－6－磷酸进入果糖－6-磷酸糖酵解甘露糖在结构上是葡萄糖c2位的立体异构物。它在日常饮食中含量甚微，是多糖乳酸>—-l I磷酸已糖异构酶葡糖－6－磷酸已－葡萄糖和糖蛋白的消化产物。甘露糖在体内通过两C02+H心步反应转变成果糖－6－磷酸而进入糖酵解代谢。首先，甘露糖在已糖激酶的催化下，磷酸葡糖－1－磷酸玉糖原化生成甘露糖－6－磷酸，接着被磷酸甘露糖异构酶催化转变为果糖－6-磷酸，从而进入糖酵图5-4甘露糖的代谢解进行代谢转变，最终可生成糖原、乳酸、葡萄糖、戊糖等多种产物（图5-4)。


生物化学与分子生物学 乳糖激酶  第三节糖的有氧氧化 机体利用氧将葡萄糖彻底氧化成CO2和I-120的反应过程称为糖的有氧氧化(aerobic oxidation of glucose)。有氧氧化是体内糖分解供能的主要方式，绝大多数细胞都通过它获得能量。在肌组织中葡萄糖通过无氧氧化所生成的乳酸，也可作为运动时机体某些组织（如心肌）的重要能源，彻底氧化生成CO2和H20，提供较为充足的能量。糖的有氧氧化可概括如图5-5。葡萄糖4侚糖6-磷酸＿-内忭船丙卧悄友--4乙冼CoA—只荔笠勹-贮CO2胞质线粒体一、糖的有氧氧化分为三个阶段糖的有氧氧化分为三个阶段：第一阶段葡萄糖在细胞质中经糖酵解生成丙酮酸；第二阶段丙酮酸进入线粒体氧化脱狻生成乙酰CoA；第三阶段乙酰CoA进入三狻酸循环，并偶联进行氧化磷酸化。第一阶段反应如前所述，氧化磷酸化将在第六章中讨论。在此主要介绍丙酮酸氧化脱狻和三狻酸循环的反应过程。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸同糖无氧氧化的第一阶段。（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱狻生成乙酰CoA 丙酮酸在线粒体经过5步反应氧化脱狻生成乙酰CoA(acetyl CoA)，总反应式为：丙酮酸＋NAD++HS-CoA－一乙酰CoA+NADH+W+CO2此反应由丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenase complex)催化。在真核细胞中，该酶复合体存在千线粒体中，是由丙酮酸脱氢酶(E1汃二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)和二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)按一定比例组合而成的。在哺乳动物细胞中，丙酮酸脱氢酶复合体由60个凡组成核心，周围排列着6个E3、20或30个E!。参与反应的辅因子有焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸、FAD、NA厅和CoA。二氢硫辛酰胺转乙酰酶的辅因子是硫辛酸和CoA，其中硫辛酸是带有二硫键的八碳狻酸，通过与转乙酰酶的赖氨酸残基的e－氨基相连，形成与酶结合的硫辛酰胺而成为酶的柔性长臂，可将乙酰基从酶复合体的一个活性部位转到另一个活性部位。丙酮酸脱氢酶的辅因子是TPP，二氢硫辛酰胺脱氢酶的辅因子是FAD、NAD+。包丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应分为5步（图5-6)：O由丙酮酸脱氢酶(El)催化，丙酮酸脱狻形成轻乙基－TPP-E10TPP嗟嗤环上的N与S之间活泼的碳原子可释放出H+，而成为负碳离子，与丙酮酸的碳基作用，使丙酮酸脱狻产生CO2，同时形成轻乙基－TPP。＠由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化，使胫乙基－TPP丑上的胫乙基被氧化成乙酰基，同时转移给硫辛酰胺，形成乙酰硫辛酰胺－E2a＠二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)继续催化，使乙酰硫辛酰胺上的乙酰基转移给CoA生成乙酰CoA后，离开酶复合体，同时氧化过程中的2个电子使硫辛酰胺还原生成二氢硫辛酰胺。＠由二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)催化，二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺，以进行下一轮反应，同时将氢传递给FAD，生成FADH20＠由二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)继续催化，将FADH2上的氢转移给NAD十，形成NADH+H飞。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸同糖无氧氧化的第一阶段。（二）丙酮酸进入线粒体氧化脱狻生成乙酰CoA  CH3一CI|一c(0o-N AD勹HN顷应 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。丙酮酸氧化脱狻反应的LiG0'=-33.4kJ/mol，故反应是不可逆的。


生物化学与分子生物学 CH3一CI|一c(0o-N AD勹HN顷应 （三）乙酰CoA经三狻酸循环及氧化磷酸化提供能量三狻酸循环的第一步是由乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成6个碳原子的拧檬酸，然后拧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，发生2次脱狻反应，释放2分子CO五发生1次底物水平磷酸化，生成1分子GTP（或ATP)包；有4次脱氢反应，氢的接受体分别为NAD+或FAD，生成3分子NADH＋甘和1分子FADH2，它们既是三狻酸循环中脱氢酶的辅因子，又是电子传递链的第一个环节。电子传递链由一系列氧化还原体系组成，它们的功能是将W或电子依次传递至氧，生成水。在W或电子沿电子传递链传递过程中逐步释放能量，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（见第六章）。，叩fi二、三狻酸循环使乙酰CoA彻底氧化（－）三狻酸循环由八步反应组成及4次脱氢、2次脱狻和1次底物水平磷酸化。1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成拧檬酸此为三狻酸循环的第一个限速步骤，由拧檬酸合酶(citrate synthase)催化，1分子乙酰CoA与1分子草酰乙酸(oxaloacetate)缩合生成拧檬酸，缩合反应所形式存在。


生物化学与分子生物学 严c20严 三狻酸循环(tricarboxylicycle)亦称拧檬酸循环(citriccycle)，是线粒体内一acid cycle, TCA acidc系列酶促反应所构成的循环反应体系，由于其第一个中间产物是含有3个狻基的拧檬酸(citric acid)而得名。因为该学说由Krebs正式提出，亦称为Krebs循环。乙酰CoA（主要来自于三大营养物质的分解代谢）经三狻酸循环分解时，共经历8步反应，主要涉需能量来自乙酰CoA的高能硫酷键。由千高能硫酣键水解时可释放较多的自由能，LlG0'为322kJ/－. mol，故为不可逆反应。拧檬酸合酶对草酰乙酸的凡很低，即使线粒体内草酰乙酸的浓度很低，反应机——CCH3+H20-HOC-CooHSCoA H++++-草酰乙酸乙酰CoA拧檬酸辅酶A2.拧檬酸经顺乌头酸转变为异拧檬酸拧檬酸与异拧檬酸(isocie)的异构化可逆互变反应由trat顺乌头酸酶催化，将3上的胫基移至c2上。反应的中间产物顺乌头酸与酶结合在一起，以复合物的c1—H20HC-OHf比H20/HO。。


生物化学与分子生物学 一乌物合拧檬酸异拧檬酸 3.异拧檬酸氧化脱狻转变为0:－酮戊二酸异拧檬酸在异拧檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenas e)催化下氧化脱狻产生CO2，脱下的氢由NAD十接受，生成NADH+H+，其余碳链骨架部分转变为a－酮戊二酸(a-ketoglu匡ate)。这是三狻酸循环中的第一次氧化脱狻反应，也是第二个限速步骤，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。 一二异拧檬酸a4. ex－酮戊二酸氧化脱狻生成唬珀酰CoAa－酮戊二酸继续发生氧化脱狻产生CO2，脱下的氢 由NAD+接受，生成NADH+H飞其余碳链骨架部分转变为唬珀酰CoA(s uccinyl CoA)，它含有高能硫酷键。催化此反应的酶是a－酮戊二酸脱氢酶复合体(a-ketoglutarate dehydrogenas e 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a－酮戊二酸的脱狻、脱氢、形成高能硫酣键等反伈I,应可迅速完成。此为三狻酸循环中的第二次氧化脱狻反应，也是第三个限速步骤，反应不可逆，释出的CO2可被视作乙酰CoA的另1个碳原子氧化产物。


生物化学与分子生物学 a－酮戊二酸骁珀酰CoA 5.唬珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应唬珀酰CoA含有高能硫酷键，6.G0'约为-36kJ/mol。它水解生成唬珀酸(succinic acid)的同时，与核昔二磷酸的磷酸化偶联，生成高能磷酸键，反应是可逆的。这是三狻酸循环中唯一的底物水平磷酸化反应，由唬珀酰CoA合成酶(succinyl CoA synthetase)催化。该酶在哺乳动物体内有两种同工酶，分别以GDP或ADP作为辅因子，生成GTP或ATP，两者具有不同的组织分布特点，与不同组织的代谢偏好相适应。严CDP(ADP)＋Pi GTP(ATP)妯~f'2+HSCoA严2CH2 coo一心00骁珀酰CoA骁珀酸 6.唬珀酸脱氢生成延胡索酸反应由唬珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化。该酶结合在线粒体内膜上，是三狻酸循环中唯一与内膜结合的酶，其辅因子是FAD。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（见第六章）。 C00一如。一貌珀酸延胡索酸 7.延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸酶(fumarate hydratase)催化此可逆反应。


生物化学与分子生物学 严HO—严C—H如。一加。一 H 延胡索酸苹果酸 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十接受，生成NADH+H飞在细胞内草酰乙酸不断地被用于拧檬酸合成，故这一可逆反应向生成草酰乙酸的方向进行。


生物化学与分子生物学 coo－加。一苹果酸草酰乙酸V`ifC恤“100第二篇物质代谢及其调节 三狻酸循环的上述八步反应过程可归纳如图5-7，其主要特点是：心4次脱氢生成3分子NADH和1分子FADH2。三狻酸循环中，从乙酰CoA与草酰乙酸缩合成拧檬酸开始，反复地进行脱氢氧化，4次脱氢反应中的3次由NAD十接受生成3分子NADH+H',1次由FAD接受生成1分子FADH2。这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当量）将电子传给氧时，才能生成ATP。@2次脱狻生成2分子CO2。1分子乙酰CoA进入三狻酸循环后，中间产物三狻酸和二狻酸通过脱狻方式共生成2分子CO"这是体内CO2的主要来源。＠l次底物水平磷酸化生成1分子GTP（或ATP)。三狻酸循环每进行一轮，底物水平磷酸化只能发生1次，故不是线粒体内的主要产能方式。三狻酸循环的总反应为：CH3CO-SCoA+3NAD++FAD+GDP(ADP)+Pi+2H20－一2C02+3NADH+3W｀丘°索酸酶}顺乌头1归b水合如－珧珀酸脱氢酶上异拧檬酸H]:吼-COO＠脱氢妯彰珀酰辅酶A＄）忘枷＊平芯酚,(y Pi+v[2H]值得注意的是，每一次三狻酸循环消耗1分子乙酰CoA(2个碳），释出2分子CO2，但并非直接将乙酰CoA的2个碳原子氧化。用14C标记乙酰CoA进行的实验观察到，脱狻生成的2个CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是乙酰CoA，这是由千中间反应过程中碳原子置换所致。因此，每进行一轮三狻酸循环，最后再生的草酰乙酸的碳架就被更新一半，但其含量并没有增减。


生物化学与分子生物学 coo－加。一苹果酸草酰乙酸V`ifC恤“100第二篇物质代谢及其调节 另外，三狻酸循环的各种中间产物本身并无量的变化，不可能通过三狻酸循环从乙酰CoA合成草酰乙酸或其他中间产物；同样，这些中间产物也不可能直接在三狻酸循环中被氧化成CO2和H20。三狻酸循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接狻化，也可通过苹果酸脱氢生成，两者的根本来源都是葡萄糖。（二）三狻酸循环在三大营养物质代谢中占核心地位1.三狻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，它们在体内分解最终都将产生乙酰CoA，然后进入三狻酸循环彻底氧化。三狻酸循环中，只有一个底物水平磷酸化反应生成高能磷酸键，因此三狻酸循环本身并不是直接释放能量、生成ATP的主要环节，而是通过4次脱氢反应提供足够的还原当量，以便进行后续的电子传递过程和氧化磷酸化反应生成大量ATP。


生物化学与分子生物学 coo－加。一苹果酸草酰乙酸V`ifC恤“100第二篇物质代谢及其调节 2.三狻酸循环是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽三大营养物质通过三狻酸循环在一定程度上相互转变。例如，饱食时糖可以转变成脂肪，其中拧檬酸发挥重要枢纽作用。葡萄糖分解成丙酮酸后，进入线粒体内氧化脱狻生成乙酰CoA，乙酰CoA必须再转移到细胞质以合成脂肪酸。由千乙酰CoA不能通过线粒体内膜，于是它先与草酰乙酸缩合成拧檬酸，再通过载体转运至细胞质，在拧檬酸裂解酶(citrate lyase)作用下裂解释放出乙酰CoA和草酰乙酸，然后乙酰CoA可作为细胞质中脂肪酸合成及胆固醇合成的原料。又如，绝大部分氨基酸可以转变成糖。许多氨基酸的碳架是三狻酸循环的中间产物，通过草酰乙酸可转变为葡萄糖（见本章第六节糖异生）。相反，糖也可通过三狻酸循环中的各中间产物接受氨基，从而合成非必需氨基酸如天冬氨酸、谷氨酸等（见第八章）。


生物化学与分子生物学 coo－加。一苹果酸草酰乙酸V`ifC恤“100第二篇物质代谢及其调节 三、糖的有氧氧化是糖分解供能的主要方式糖的有氧氧化是产能的主要途径。三狻酸循环中4次脱氢反应产生的NADH和FADH2，通过电子传递链和氧化磷酸化生成大量ATP。线粒体内，每分子NADH的氢传递给氧时，可生成2.5分子ATP；每分子FADH2的氢则只能生成1.5分子ATP。加上底物水平磷酸化生成的1分子ATP, l分子乙酰CoA经三狻酸循环彻底氧化，共生成10分子ATP。若从丙酮酸脱氢开始计算，共产生12.5分子ATP。此外，糖酵解中3－磷酸甘油睦在细胞质中脱氢生成的NADH，在氧供应充足时也要转运至线粒体内，经电子传递链和氧化磷酸化产生ATP。将NADH从细胞质运到线粒体的机制有两种，分别产生2.5分子或者1.5分子ATP（见第六章）。综上，lmol葡萄糖彻底氧化生成CO2和H20，可净生成30或32mol ATP（表5-1)。总的反应为：葡萄糖＋30/32ADP+30/32Pi+602-30/32ATP+6C02+36H20第一阶段葡萄糖-+葡糖－6－磷酸-1果糖－6－磷酸一果糖－l,6－二磷酸-12x3－磷酸甘油醒-+2x l,3－二磷酸甘油酸2NADH（细胞质）3或5. 2xl,3－二磷酸甘油酸一2x3－磷酸甘油酸22x磷酸烯醇式丙酮酸一2x丙酮酸2第二阶段2x丙酮酸-+2x乙酰CoA2NADH（线粒体）5 第三阶段2x异拧檬酸-+2x cx－酮戊二酸2NADH（线粒体）5由1分子葡萄糖总共获得30或32注：．获得ATP的数批取决于还原当批进入线粒体的穿梭机制四、糖的有氧氧化主要受能量供需平衡调节机体对能量的需求变动很大，因此糖的有氧氧化作为主要产能途径，其代谢流量必须受到动态调节，才能维持体内的能量供需平衡。糖进行有氧氧化时，丙酮酸经三狻酸循环代谢的速率被两个阶段的关键酶所调节：一是调节丙酮酸脱氢酶复合体的活性，从而调控由丙酮酸生成乙酰CoA的速率；二是调节三狻酸循环中的3个关键酶活性，从而调控乙酰CoA彻底氧化的速率。(—)丙酮酸脱氢酶复合体调节乙酰CoA的生成速率快速调节丙酮酸脱氢酶复合体的活性有两种方式：别构调节和化学修饰。诱发别构调节的主要因素包括：心细胞内能量状态：ATP别构抑制丙酮酸脱氢酶复合体，AMP则能将其激活。因此，ATP/AMP比值可动态调节此酶活性。能量缺乏时该比值降低，酶被激活；能量过剩时该比值升高，酶被抑制。＠代谢产物生成量：丙酮酸脱氢酶复合体的反应产物乙酰CoA和NADH对其有别构抑制作用，而相应的底物CoA和NAD+则使之激活。当乙酰CoAICoA比值升高、或NADHINAD十比值升高时，此酶的活性被抑制。总之，丙酮酸脱氢酶复合体发生别构抑制的情况，可见于餐后糖分解过盛、或饥饿状态下大量脂肪酸氧化时，前者目的是避免糖分解产能过多造成浪费，后者目的是使大多数组织器官改用脂肪酸为能源，节约葡萄糖以确保对脑等重要组织的糖供给。除别构调节外，丙酮酸脱氢酶复合体的活性还受到可逆的化学修饰调节。在丙酮酸脱氢酶激酶催化下，丙酮酸脱氢酶复合体可被磷酸化而失去活性；丙酮酸脱氢酶磷酸酶则使之去磷酸化而恢复活性。乙酰CoA和NADH除直接别构抑制丙酮酸脱氢酶复合体之外，也可间接通过增强丙酮酸脱氢酶激酶的活性而使该酶复合体失活（图5-8)。 丙酮酸乙酰CoAA沺乙酰CoA胰岛素 （二）三狻酸循环的关键酶调节乙酰CoA的氧化速率三狻酸循环有3步不可逆反应，分别由拧檬酸合酶、异拧檬酸脱氢酶和a－酮戊二酸脱氢酶复合体催化。三狻酸循环的速率主要取决于这些关键酶的活性（图5-9)，其中异拧檬酸脱氢酶和a－酮戊二酸脱氢酶复合体的活性调节更为重要，主要调节方式包括：心底物的别构激活作用：乙酰CoA和草酰乙酸作为拧檬酸合酶的底物，其含量随细胞代谢状态而改变，从而影响拧檬酸合成的速率。＠产物的别构抑制作用：拧檬酸生成过剩时，反馈抑制拧檬酸合酶的活性；唬珀酰CoA和NADH作为直接产物和远端产物，分别抑制a－酮戊二酸脱氢酶复合体和拧檬酸合酶的活性。＠能量状态的调节作用：ATP别构抑制拧檬酸合酶与异拧檬酸脱氢酶的活性；ADP则可将这两者别构激活。＠Ca2＋的激活作用：当线粒体内Ca2＋浓度升高时，Ca2•不仅可直接与异拧檬酸脱氢酶和a－酮戊二酸脱氢酶复合体相结合，降低其对底物的凡而增强酶活性；也可激活丙酮酸脱氢酶复合体，从而增加丙酮酸经有氧氧化代谢的流量。4`.,,需要注意的是，拧檬酸的生成量和亚细胞分布，不仅调节三狻酸循环本身的速率，还可调节脂质j丙酮酸合成的速率。当糖分解产能不足时，拧檬丙酮酸脱氢酶复合体l8ATP，乙酰CoA,NADH，脂肪酸酸留在线粒体中，继续进行三狻酸循环分EBAMP,CoA,NAD+,Ca2•解供能；当糖分解产能过多时，拧檬酸可乙醮CoA通过拧檬酸－丙酮酸循环转移至细胞质，裂EEJADP解释出乙酰CoA作为合成原料，同时拧檬、拧桉酸酸通过激活脂肪酸合成的关键酶，促进脂\质合成（见第七章）。因此，拧檬酸是协同调节糖代谢和脂代谢的枢纽物质。 （三）糖的有氧氧化各阶段相互协调糖进行有氧氧化时，各阶段的代谢速率调节并非彼此孤立，而是紧密联系、相互协调，这主要是因为其中的多种关键酶苹果酸NADH\—勹芦，ADP可被一些相同的别构剂所调节。姚珀酰CoA 1.通过共同的代谢物别构调节各阶段的关键酶在正常情况下，糖酵解和丙酮酸经三狻酸循环代谢的速度是相协调AC[的。在糖酵解中产生了多少丙酮酸，三狻酰CoA。这种协调主要通过同一别构剂对多种关键酶的调节而实现：CD拧檬酸别构剂：糖产能过多时，拧檬酸不仅在线粒体内抑制拧檬酸合酶，还可转运至细胞质抑制磷酸果糖激酶－l，从而使糖酵解和三狻酸循环同时受到负反馈调节。®NADH别构剂：线粒体内NADH不仅抑制丙酮酸脱氢酶复合体，还可抑制拧檬酸合酶、a－酮戊二酸脱氢酶复合体，从而使丙酮酸氧化脱狻和三狻酸循环受到协同的负反馈调节。此外，如果糖分解产生的大量NADH进入下游氧化磷酸化的代谢速度减慢，就会导致NADH积累，进而抑制上游丙酮酸的氧化分解。总之，在糖有氧氧化的所有阶段，糖酵解、丙酮酸氧化脱狻、三狻酸循环和氧化磷酸化的运行速率彼此配合、相互适应。2.能量状态协同调节糖有氧氧化各阶段的关键酶糖有氧氧化的调节是为了适应机体对能量的需要，为此，细胞内ATP/ADP或ATP/AMP比值同时调节糖的有氧氧化各阶段中诸多关键酶的活性，使其流量调控始终保持协调一致。当细胞消耗ATP时，引起ADP和AMP浓度升高，别构激活磷酸果糖激酶－l、丙酮酸激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、拧檬酸合酶、异拧檬酸脱氢酶以及氧化磷酸化的相关酶，加速进行有氧氧化以补充ATP。反之，当细胞内ATP充足时，上述酶的活性降低，从而减弱有氧氧化以避免浪费。与ATP/ADP相比，ATP/AMP对有氧氧化的调节作用更为明显。这是因为ATP被水解成ADP后，ADP也被消耗，经腺昔酸激酶催化再生成一些ATP(2ADP----+ATP+AMP)。因此，ATP和ADP的同时消耗，使得ATP/ADP的变化相对较小。而细胞内ATP的浓度约为AMP的50倍，由于AMP的浓度很低，所以每生成1分子AMP,ATP/AMP的变动就比ATP/ADP的变动大得多，从而发挥更有效的调节作用。 五、糖氧化产能方式的选择有组织偏好 对于存在线粒体的细胞，利用葡萄糖分解产能时选择有氧氧化还是无氧氧化，主要取决于不同类型组织器官的代谢特点。例如，肌组织在有氧条件下，糖的有氧氧化活跃，而无氧氧化则受到抑制，这一现象称为巴斯德效应(Pas teur effec t)。该效应最初在酵母菌中被发现，无氧时酵母菌进行生醇发酵（无氧氧化），将其转移至有氧环境后，生醇发酵即被抑制。肌组织发生巴斯德效应的机制是，细胞质中糖酵解所产生NADH的去路，决定了酵解产物丙酮酸的代谢去向。有氧时，细胞质中NADH一旦产生立即进入线粒体内氧化，糖酵解最后生成的丙酮酸也就接着运入线粒体进行有氧氧化；缺氧时，NADH留在细胞质，以丙酮酸为受氢体，使之还原生成乳酸。因此，糖的有氧氧化可抑制糖的无氧氧化。又如，增殖活跃的组织（如肿瘤）即使在有氧时，葡萄糖也不被彻底氧化，而是被分解生成乳酸，此现象称为瓦伯格效应(W釭burg effect)。一般来说，无氧氧化时的葡萄糖消耗量显著多于有氧氧化，这是因为无氧氧化产能偏少，ATP/ADP比值相对较低，对磷酸果糖激酶－1和丙酮酸激酶的激活作用显著，从而使无氧分解的葡萄糖更多。瓦伯格效应使肿瘤细胞获得生存优势，其重要原因之一是无氧氧化可避免将葡萄糖全部分解成CO2，从而为肿瘤快速生长积累大量的生物合成原料。肿瘤的这一代谢特征已成为疾病诊治的新依据和突破点。 第四节磷酸戊糖途径 葡萄糖在细胞内除通过有氧氧化和无氧氧化分解产能外，还存在其他不产能的分解代谢途径，如磷酸戊糖途径。磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)是指从糖酵解的中间产物葡糖－6－磷酸开始形成旁路，通过氧化、基团转移两个阶段生成果糖－6－磷酸和3－磷酸甘油醒，从而返回糖酵解的代谢途径。磷酸戊糖途径不能产生ATP，但可生成NADPH和磷酸核糖两种重要产物。一、磷酸戊糖途径分为两个阶段葡糖－6－磷酸进入磷酸戊糖途径分解，其过程分为两个阶段：第一阶段是氧化反应，生成磷酸戊糖、NADPH和CO2；第二阶段是基团转移反应，最终生成果糖－6－磷酸和3－磷酸甘油醋。全部反应在细胞质中进行。（－）氧化阶段生成NADPH和磷酸核糖葡糖－6－磷酸进入第一阶段的反应包括：心在葡糖－6－磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)催化下，葡糖－6－磷酸氧化成6－磷酸葡糖酸内酷，脱下的氢由NADP+接受而生成NADPH，此反应需要M忙参与。＠由内酷酶(lactonase)催化，6－磷酸葡糖酸内酕水解为6－磷酸葡糖酸。＠由6－磷酸葡糖酸脱氢酶催化，6－磷酸葡糖酸氧化脱狻生成核酮糖－5－磷酸，同时生成NADPH及C020＠核酮糖－5磷酸经异构酶催化，转变成核糖－5－磷酸；或者经差向异构酶催化，转变为木酮糖－5-磷酸。这些磷酸戊糖之间的相互转变均为可逆反应。总之，第一阶段中，1分子葡糖－6－磷酸生成2分子NADPH和1分子核糖－5－磷酸，释出1分子C020CH20H CHO H-<;:-OHINADP+H—C-OH比0H-<;:-OH NADP+<;:=O H-<;:I-OHHO-{-H?气Ho-{-H?LHo气－H＼H—尸—OH~H—?-OH二NAD&尸：三勹二NA唱f+H+CO2H—f-OHH斗－OHI CH20—@CH心—@CH20—@CH20—@CH20—@葡糖－6－磷酸6－磷酸葡糖酸内酷6－磷酸葡糖酸核酮糖－5－磷酸核糖－5－磷酸（二）基团转移阶段生成磷酸已糖和磷酸丙糖第一阶段生成的NADPH和磷酸核糖，可用作体内诸多合成代谢的原料，但由千细胞对NADPH的需求量大得多，为避免磷酸核糖积累，多余的戊糖就会进入第二阶段，以便重新返回糖酵解途径而被再次利用。


生物化学与分子生物学 第四节磷酸戊糖途径  106第二篇物质代谢及其调节（一）提供磷酸核糖参与核酸的生物合成 核糖是核昔酸的基本组分。体内的核糖并不依赖从食物摄入，而是通过磷酸戊糖途径生成。磷酸核糖的生成方式有两种：一是发生在氧化阶段，由葡糖－6－磷酸氧化脱狻生成；二是发生在基团转移阶段，由糖酵解的中间产物3－磷酸甘油醒和果糖－6－磷酸通过基团转移生成。这两种方式的相对重要性因物种而异，因器官而异。例如，人体主要通过第一种方式生成磷酸核糖，但肌组织内因缺乏葡糖6－磷酸脱氢酶故通过第二种方式生成磷酸核糖。（二）提供NADPH作为供氢体参与多种代谢反应与NADH不同，NADPH携带的氢并不通过电子传递链氧化释出能量，而是参与许多代谢反应，发挥不同的功能。


生物化学与分子生物学 106第二篇物质代谢及其调节（一）提供磷酸核糖参与核酸的生物合成 还原型谷胱甘肤是体内重要的抗氧化剂，可保护一些含琉基的蛋白质或酶免受氧化剂（尤其是过氧化物）的损害。对于红细胞，还原型谷胱甘肤的意义更为重要，可保护红细胞膜的完整性。葡糖－6磷酸脱氢酶缺陷者，其红细胞不能经磷酸戊糖途径获得充足的NADPH，不足以使谷胱甘肤保持还原状态，因而表现出红细胞（尤其是较老的红细胞）易千破裂，发生溶血性黄疽。这种溶血现象常在食用蚕豆（是强氧化剂）后诱发，故称为蚕豆病。 第五节糖原的合成与分解 摄入的糖类除满足供能外，大部分转变成脂肪（甘油三酣）储存于脂肪组织，还有一小部分用于合成糖原。糖原(glycogen)是葡萄糖的多聚体，是动物体内糖的储存形式。糖原分子呈多分支状，其葡萄糖单位主要以a-1,4－糖昔键连接，只有分支点形成a-1,6－糖昔键。糖原具有一个还原性末端和多个非还原性末端。在糖原的合成与分解过程中，葡萄糖单位的增减均发生在非还原性末端。


生物化学与分子生物学 第五节糖原的合成与分解 糖原作为葡萄糖储备的意义在于，当机体需要葡萄糖时可以迅速动用糖原以供急需，而动用脂肪的速度则较慢。糖原主要储存于肝和骨骼肌，但肝糖原和肌糖原的生理意义不同。肝糖原是血糖的重要来源，这对于一些依赖葡萄糖供能的组织（如脑、红细胞等）尤为重要。而肌糖原则主要为肌收缩提供急需的能量。一、糖原合成是将葡萄糖连接成多聚体糖原合成(glycogenesis)是指由葡萄糖生成糖原的过程，主要发生在肝和骨骼肌。糖原合成时，葡萄糖先活化，再连接形成直链和支链（图5-11)。 原糖（二）糖原合成的起始需要引物 如果细胞内糖原已耗尽而需要重新合成时，不能以游离葡萄糖作为起始分子来接受UDPG的葡萄糖基，只能以糖原蛋白(glycogenin)作为最初的葡萄糖基受体而起始糖原的合成。糖原蛋白是一种蛋白酪氨酸－葡糖基转移酶，可对自身进行糖基化修饰，将UDPG分子的葡萄糖基连接到自身的酪氨酸残基上。随后，糖原蛋白继续催化糖链初步延伸，由第一个结合到糖原蛋白上的葡萄糖分子接受下一个UDPG的葡萄糖基，形成第一个a-1,4－糖昔键。这样的延伸反应持续进行，直至形成与糖原蛋白相连接的八糖单位，即成为糖原合成的初始引物。


生物化学与分子生物学 （三）UDPG中的葡萄糖基连接形成直链和支链 在糖原引物基础上的糖链进一步延伸则由糖原合酶(glycogen synthase)所催化。在糖原合酶作用下，UDPG的葡萄糖基转移到糖原引物的非还原性末端，形成a-1,4－糖昔键，此反应不可逆。糖原合酶是糖原合成过程中的关键酶，它只能使糖链不断延长，但不能形成分支。当糖链长度达到至少11个葡萄糖基时，分支酶(branching enzyme)从该糖链的非还原末端将约6~7个葡萄糖基转移到邻近的糖链上，以a-1,6－糖昔键相接，从而形成分支（图5-12)。分支的形成不仅可增加糖原的水溶性，更重要的是可增加非还原性末端的数量，以便磷酸化酶迅速分解糖原。 （四）糖原合成是耗能过程 葡萄糖单位活化时，生成葡糖－6－磷酸需消耗l个ATP，焦磷酸水解成2分子磷酸时又损失1个高能磷酸键，共消耗2个ATP。糖原合酶催化反应时，生成的UDP必须利用ATP重新生成UTP，即ATP的高能磷酸键转移给了UTP，故并无高能磷酸键的损失。综上，糖原分子每延长1个葡萄糖基，需消耗2个ATP。


生物化学与分子生物学 （一）葡萄糖活化为尿昔二磷酸葡萄糖 糖原合成起始于糖酵解的中间产物葡糖－6－磷酸。首先，葡糖－6－磷酸变构生成葡糖－l－磷酸。后者再与尿背三磷酸(UTP)反应生成尿昔二磷酸葡萄糖(UDPG)和焦磷酸。此反应可逆，由UDPG焦磷酸化酶(UDPG pyrophosphorylase)催化。但由千焦磷酸在体内迅速被焦磷酸酶水解，故实际上反应向生成UDPG的方向进行。体内许多合成代谢反应都伴有副产物焦磷酸生成，因此焦磷酸水解有利于合成代谢的进行。UDPG可看作”活性葡萄糖＂，在体内充当葡萄糖供体。


生物化学与分子生物学 三三c@P(a)磷酸葡糖变位酶；（b)UDPG焦磷酸化酶；(c)糖原合酶和分支酶；（d）糖原磷酸化酶和心厂葡糖－1磷酸ADP ATP脱支酶G-6-P夕\~G固5-12分支酶的作用二、糖原分解是从非还原性末端进行磷酸解 糖原分解(glycogenolys is)是指糖原分解为葡糖－1－磷酸而被机体利用的过程，它不是糖原合成的逆反应（图5-11)。糖原首先解聚为葡萄糖单体，以葡糖－1－磷酸为主，也有少量游离葡萄糖。肝糖原和肌糖原的解聚过程一样，释出的主要产物葡糖－1－磷酸可转变为葡糖－6－磷酸，但肝和肌组织对葡糖6－磷酸的后续利用则完全不同。（一）糖原磷酸化酶分解a-1,4－糖昔键释出葡糖－1－磷酸糖原分解的第一步是从糖链的非还原性末端开始，由糖原磷酸化酶(glycogen phosphorylase)催化分解l个葡萄糖基，生成葡糖－1－磷酸。此反应是磷酸解，自由能变动较小，理论上虽为可逆反应，但由于细胞内无机磷酸盐的浓度约为葡糖－l－磷酸的100多倍，所以实际上反应只能向糖原分解方向进行。糖原磷酸化酶是糖原分解过程中的关键酶，它只能作用于a-1,4－糖昔键，而对分支处的a-1,6－糖昔键无作用。


生物化学与分子生物学 三三c@P(a)磷酸葡糖变位酶；（b)UDPG焦磷酸化酶；(c)糖原合酶和分支酶；（d）糖原磷酸化酶和心厂葡糖－1磷酸ADP ATP脱支酶G-6-P夕\~G固5-12分支酶的作用二、糖原分解是从非还原性末端进行磷酸解 （二）脱支酶分解a-1,6－糖昔键释出游离葡萄糖当a-1,4糖昔键逐个分解，使糖链缩短至距分支点约4个葡萄糖基时，由于空间位阻，糖原磷酸化酶不能再发挥作用。这时由葡聚糖转移酶催化，将3个葡萄糖基转移到邻近糖链的末端，仍以a-1,4－糖节键连接。分支处仅剩下1个葡萄糖基以a-1,6－糖背键连接，在a-1,6－葡糖昔酶作用下水解成游离葡萄糖。葡聚糖转移酶和a-1,6－葡糖昔酶是同一酶的两种活性，合称脱支酶(debranching enzyme)（图5-13)。除去分支后，糖原磷酸化酶即可继续发挥作用。 转移酶 （三）肝利用葡糖-6-磷酸生成葡萄糖而肌不能肝糖原和肌糖原分解的起始阶段一样，主要磷酸化酶,6－糖昔酶释出葡糖－1-磷酸，进而转变为葡糖－6～磷酸，但葡糖－6－磷酸在肝和肌内的代谢去向差异显著。肝


生物化学与分子生物学 转移酶 i l l内存在葡糖－6－磷酸酶(glu(,ose-6-phosph atase)，可卢知已将葡糖～6－磷酸水解成葡萄糖释放入血，因此饥饿图5-13脱支酶的作用时肝糖原能够补充血糖，维待血糖稳定。而肌组织中缺乏此酶，葡糖－6－磷酸只能进行糖酵解，故肌糖原不能分解成葡萄糖，只能为肌收缩提供能量。需要注意的是，从葡糖－6－磷酸进入糖酵解直接绕过了葡萄糖磷酸化的起始步骤，因此肌糖原中的1分子葡萄糖基进行无氧氧化净产生3分子ATP。 三、糖原合成与分解的关键酶活性调节彼此相反 糖原合成与糖原分解是两条代谢途径，分别进行调控，并且相互制约。当糖原合成活跃时，糖原分解被抑制；反之亦然。这种合成与分解代谢通过两条途径进行独立的、反向的精细调节，是生物体内存在的普遍规律。糖原合酶与糖原磷酸化酶均作用于a-1,4－糖昔键，分别是糖原合成与分解途径中的关键酶，它们的酶活性主要受磷酸化修饰和激素的调节，还可受别构调节。肝和肌内糖原代谢调节的特点有所不同，与各自的代谢功能相适应。


生物化学与分子生物学 （一）磷酸化修饰对两个关键酶进行反向调节 糖原磷酸化酶与糖原合酶的活性均受磷酸化和去磷酸化的可逆调节，它们进行修饰的方式相似，但效果相反。例如，同样经磷酸化修饰后，糖原磷酸化酶被激活而糖原合酶被抑制，此时只有糖原分解活跃，这样就避免了分解与合成同时进行而造成无效循环。1.磷酸化的糖原磷酸化酶是活性形式糖原磷酸化酶有磷酸化(a型，活性型）和去磷酸化(b型，无活性）两种形式。当它的第14位丝氨酸残基被磷酸化时，原来活性很低的磷酸化酶b就转变为活性强的磷酸化酶a。这种磷酸化过程由磷酸化酶b激酶催化；而去磷酸化过程则由磷蛋白磷酸酶－1催化（图5-14)。 激素（胰裔血糖素、肾上腺素等）腺昔酸环化酶－腺昔酸环化酶（无活性）（活性）三（二；二：产；白磷，糖原合酶糖原口酶－＠磷酸化酶b磷酸化酶ap心1〉飞三磷酸酶l心Pi但 磷蛋白磷酸酶抑制剂o蛋白激酶A（活性） 一（罗


生物化学与分子生物学 一（罗 2.去磷酸化的糖原合酶是活性形式糖原合酶亦分为磷酸化(b型，无活性）和去磷酸化(a型，活性型）两种形式。去磷酸化的糖原合酶a有活性，其去磷酸化反应也由磷蛋白磷酸酶－1所催化。而磷酸化的糖原合酶b则失去活性，其磷酸化过程可由多种激酶所催化，如蛋白激酶A可将糖原合酶的多个丝氨酸残基磷酸化（图5-14)，磷酸化酶b激酶、糖原合酶激酶等也可使糖原合酶发生不同位点的磷酸化修饰。（二）激素反向调节糖原的合成与分解糖原磷酸化酶与糖原合酶的磷酸化和去磷酸化修饰，归根结底，是由激素所引发的一系列连锁酶＼。叶份}促反应（称为级联放大系统，cascade system)中的一环，这种激素调节作用具有快速放大效应。肝糖原分解与合成的生理性调节主要靠胰高血糖素和胰岛素，而肌糖原则主要靠肾上腺素和胰岛素。


生物化学与分子生物学 一（罗 1肝糖原分解主要受胰高血糖素调节肝糖原的功能是短期饥饿时补充血糖，因此其分解主要受胰高血糖素调节。在肝内，胰高血糖素通过一系列反应促进糖原分解（图s-14):CD活化腺昔酸环化酶，催化ATP生成cAMP。＠当cAMP存在时，蛋白激酶A被激活，但其活化时间较短。cAMP在体内很快被磷酸二酷酶水解成AMP，蛋白激酶A随即转变为无活性形式。＠活化的蛋白激酶A对磷酸化酶b激酶进行磷酸化修饰，使之活化。磷酸化酶b激酶也有磷酸化（活性型）和去磷酸化（无活性）两种形式。蛋白激酶A将其转变为磷酸化的活性形式；而磷蛋白磷酸酶－l使之去磷酸而失活。＠在活化的磷酸化酶b激酶作用下，糖原磷酸化酶发生磷酸化修饰而激活，最终结果是促进糖原分解。另一方面，由于蛋白激酶A也可磷酸化糖原合酶，将其失活，因此同时抑制了糖原合成。2.肌糖原分解主要受肾上腺素调节肌糖原不能补充血糖，而是为骨骼肌收缩紧急供能，最终分解生成乳酸。促进肌糖原分解的主要激素不是胰高血糖素，而是肾上腺素。肾上腺素引起糖原分解的级联反应系统与胰高血糖素类似（图5-14)，同样通过对糖原磷酸化酶和糖原合酶的磷酸化修饰，产生促进糖原分解、抑制糖原合成的效果。


生物化学与分子生物学 一（罗 3.糖原合成主要受胰岛素调节饱食时胰岛素分泌，促进肝糖原和肌糖原合成。其作用机制较复杂，可部分解释为激活磷蛋白磷酸酶－l而使糖原合酶脱去磷酸，或抑制糖原合酶激酶而阻止对糖原合酶的磷酸化。磷蛋白磷酸酶－1催化广泛的去磷酸反应，其底物不仅有糖原合酶，还有糖原磷酸化酶b激酶、糖原磷酸化酶等。脱去磷酸后，糖原合酶活化，糖原磷酸化酶b激酶和糖原磷酸化酶失活，从而控制糖原代谢仅向合成方向进行。磷蛋白磷酸酶－1的活性也受到精细的负调节，可被磷蛋白磷酸酶抑制剂所抑制。磷蛋白磷酸酶抑制剂是一种胞内蛋白质，其磷酸化形式为活性形式，磷酸化活化过程也由蛋白激酶A所催化。由此看出，蛋白激酶A可以从不同层次参与糖原代谢关键酶的化学修饰调节：CD直接调节酶：通过磷酸化糖原合酶、糖原磷酸化酶b激酶，直接阻止糖原合成、激活糖原分解；＠间接调节抑制剂：通过磷酸化磷蛋白磷酸酶抑制剂，间接阻止糖原合酶、糖原磷酸化酶b激酶和糖原磷酸化酶的去磷酸化，以避免糖原合成被激活，同时避免糖原分解的活跃状态被抑制。


生物化学与分子生物学 （三）肝糖原和肌糖原分解受不同的别构剂调节 糖原分解与合成的关键酶还受到别构调节。葡糖－6－磷酸可别构激活糖原合酶，促进肝糖原和肌糖原合成。但肝和肌内的糖原磷酸化酶则分别由不同的别构剂调节，这是与肝糖原和肌糖原的功能相适应的。1肝糖原磷酸化酶主要受葡萄糖别构抑制葡萄糖是肝糖原磷酸化酶最主要的别构抑制剂，可避免在血糖充足时分解肝糖原。当血糖升高时，葡萄糖进入肝细胞，与糖原磷酸化酶a的别构部位相结合，引起酶构象改变而暴露出磷酸化的第14位丝氨酸，此时磷蛋白磷酸酶－l使之去磷酸化转变成磷酸化酶b而失活，抑制肝糖原分解。此外，果糖－1,6－二磷酸和果糖－l－磷酸也可别构抑制肝糖原磷酸化酶，这就解释了当体内缺乏果糖－l－磷酸酪缩酶（见于果糖不耐受病人）或者果糖二磷酸酶－1时，即使肝糖原储备丰富，仍会发生低血糖的原因。前者是产生过量的果糖－l－磷酸所致，后者则是由果糖－1,6－二磷酸堆积所致。


生物化学与分子生物学 （三）肝糖原和肌糖原分解受不同的别构剂调节 2肌糖原分解主要受能量和Ca2＋的别构调节骨骼肌内糖原分解的别构调节主要有两种机制。一种调节机制取决于细胞内的能量状态，由AMP、ATP及葡糖－6－磷酸别构调节糖原磷酸化酶。AMP使之激活；ATP、葡糖－6－磷酸则抑制其活性。当肌收缩时，ATP被消耗，葡糖－6－磷酸水平亦低，而AMP浓度升高，可激活糖原磷酸化酶，加速糖原分韶。当静息时，肌内ATP和葡糖－6－磷酸水平升高，可抑制糖原磷酸化酶，有利于糖原合成。另一种调节机制与肌收缩引起Ca2＋升高有关，由C汒别构激活磷酸化酶b激酶。当神经冲动引起肌收缩时，肌细胞中内质网储存的Ca“大量释放入细胞质，Ca2＋与磷酸化酶b激酶的别构部位(8亚基）结合而使之激活，进而催化磷酸化酶b磷酸化，成为活化的磷酸化酶a，促进肌糖原分解，为肌收缩供能。


生物化学与分子生物学 四、糖原贮积症由先天性酶缺陷所致 糖原贮积症(glycogen storage disease)是一类遗传性代谢病，病人某些组织器官中出现大量糖原堆积的现象，其病因是先天性缺乏糖原代谢的相关酶类。根据所缺陷的酶种类不同，受累的器官部位也不同，糖原的结构亦有差异，对健康的危害程度也不同（表5-2)。例如，缺乏肝糖原磷酸化酶时，婴儿仍可成长，肝糖原沉积导致肝大，并无严重后果。若葡糖－6－磷酸酶缺乏，则不能通过肝糖原和非糖物质补充血糖，后果严重。溶酶体的C\'.－葡糖昔酶可分解C\'.一1,4－糖昔键和Q'.-1,6－糖昔键，缺乏此酶使所有组织受损，病人常因心肌受损而猝死。 第六节糖 体内糖原的储备有限，如果没有补充，在12~24小时肝糖原即被耗尽，血糖来源断绝。但事实上即使禁食更长时间，血糖仍保持在正常范围。这时除了周围组织减少对葡萄糖的利用外，主要还依赖肝将氨基酸、乳酸等转变成葡萄糖，不断补充血糖。这种由非糖化合物（乳酸、甘油、生糖氨基酸等）转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生(gluconeogenesis)。糖异生的主要器官是肝；肾的糖异生能力相对较弱，但在长期饥饿时可增强。


生物化学与分子生物学 一、糖异生不完全是糖酵解的逆反应 丙酮酸能够逆着糖酵解反应方向生成葡萄糖，乳酸和一些生糖氨基酸（见第八章）就是经由丙酮酸进行糖异生的。葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸时，6.Go'为－85kJ/mol，从热力学角度看，由丙酮酸进行糖异生不可能全部循糖酵解逆行。糖酵解与糖异生的多数反应是可逆的，但糖酵解中3个限速步骤所对应的逆反应需要由糖异生特有的关键酶来催化。（一）丙酮酸经丙酮酸狻化支路生成磷酸烯醇式丙酮酸糖酵解的最后一步反应由丙酮酸激酶催化，将磷酸烯醇式丙酮酸转变成丙酮酸。在糖异生中其逆过程需要丙酮酸进入线粒体，启动丙酮酸狻化支路。1丙酮酸狻化支路包括两步反应丙酮酸转变为磷酸烯醇式丙酮酸的反应分两步进行，分别由两个关键酶催化。催化第一个反应的是丙酮酸狻化酶(pyruvate carboxylase)，其辅因子为生物素。CO2先与生物素结合，需消耗ATP；然后活化的CO2再转移给丙酮酸生成草酰乙酸。第二个反应由磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶催化，将草酰乙酸脱狻转变成磷酸烯醇式丙酮酸，消耗一个高能磷酸键。上述\IITf.


生物化学与分子生物学 112第二篇物质代谢及其调节两步反应共消耗2个ATP。 由于丙酮酸狻化酶仅存在千线粒体内，故细胞质中的丙酮酸必须进入线粒体，才能狻化生成草酰乙酸。而磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶在线粒体和细胞质中都存在，因此，草酰乙酸可在线粒体中直接转变为磷酸烯醇式丙酮酸再进入细胞质；也可先转运至细胞质再转变为磷酸烯醇式丙酮酸，这就涉及草酰乙酸从线粒体到细胞质的转运过程。 CH3>＼声COOH/＜潭CH2心丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸 2将草酰乙酸运出线粒体有两种方式草酰乙酸不能直接透过线粒体内膜，需借助两种方式将其从线粒体转运到细胞质（图5-15)：心经苹果酸转运：由线粒体内苹果酸脱氢酶催化，草酰乙酸还原成苹果酸后运出线粒体，再经细胞质中苹果酸脱氢酶催化，苹果酸氧化而重新生成草酰乙酸，需注意此过程伴随着NADH从线粒体到细胞质的转运；＠经天冬氨酸转运：由线粒体内谷草转氨酶催化，草酰乙酸转变成天冬氨酸后运出线粒体，再经细胞质中谷草转氨酶催化，天冬氨酸再恢复生成草酰乙酸，此过程并无NADH的伴随转运。


生物化学与分子生物学 CH3>＼声COOH/＜潭CH2心丙酮酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸通过哪一种方式转运，主要取决于不同糖异生原料对供氢体的需求。糖异生在细胞质阶段的后续反应中有一步还原反应，I,3－二磷酸甘油酸还原成3－磷酸甘油酸，需NADH供氢。不同原料进行糖异生时，此供氢体的来源不同。例如，从乳酸开始糖异生时，所需的NADH来源于细胞质。乳酸脱氢生成丙酮酸时，已在细胞质中产生了NADH以供利用，所以草酰乙酸经由天冬氨酸方式运出线粒体。又如，从丙酮酸或生糖氨基酸开始糖异生时，所需的NADH必须由线粒体提供，这些NADH可来自脂肪酸B－氧化或三狻酸循环。此时草酰乙酸经由苹果酸方式运出线粒体，以便同时将线粒体内的NADH运至细胞质以供利用。 （二）果糖－1,6－二磷酸水解为果糖－6－磷酸 此反应由果糖二磷酸酶－1催化（图5-15)。G位的磷酸酷进行水解是放能反应，并不生成ATP，所以反应易于进行。（三）葡糖－6－磷酸水解为葡萄糖此反应由葡糖-6-磷酸酶催化（图5-15)，也是磷酸酷水解反应，而不是葡糖激酶催化反应的逆反应，热力学上是可行的。


生物化学与分子生物学 （二）果糖－1,6－二磷酸水解为果糖－6－磷酸 综上，糖异生的4个关键酶是丙酮酸狻化酶、磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶、果糖二磷酸酶－1和葡糖6－磷酸酶，它们与糖酵解中3个关键酶所催化的反应方向正好相反，使乳酸、丙氨酸等生糖氨基酸（见第八章）经丙酮酸异生为葡萄糖。二、糖异生和糖酵解的反向调节主要针对两个底物循环糖异生与糖酵解是方向相反的两条代谢途径，其中3个限速步骤分别由不同的酶催化底物互变，称为底物循环(substrate cycle)。如果催化互变反应的两种酶活性相等时，代谢不能向任何方向推进，结果是无谓地消耗ATP而释放热能，形成无效循环(fu tile cycle)。通常情况下，细胞内两酶的活性不相等，因此代谢朝着酶活性强的方向进行岱。要进行有效的糖异生，就必须抑制糖酵解；反之亦然。这种协调主要依赖对2个底物循环的调节。维持底物循环虽然损失一些ATP，但却使代谢调节更为灵敏、精细。


生物化学与分子生物学 （二）果糖－1,6－二磷酸水解为果糖－6－磷酸 (—)第—个底物循环调节果糖－6－磷酸与果糖－1,6－二磷酸的互变糖酵解时，果糖－6－磷酸发生磷酸化而生成果糖－I,6－二磷酸，反应耗能；糖异生时，果糖－1,6－二磷葡占；；仄，葡萄糖`｀－6磷酸酶葡糖1磷酸糖原果糖－6－磷酸冶磷酸果糖 激酶 ATP1x/!x 果糖 Pi二磷酸酶1ADP习^ADP果糖1,6－二磷酸比0ATP甘油3磷酸甘油醒--·磷酸二胫丙酮◄~3磷酸甘油NAD+NADH+W习NAD+NADH+Ir NADH+H•NAO+ 糖酵解途径1,3－二磷酸甘油酸3－磷酸甘油酸（细胞质）糖异生途径2－磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸GDP+C0习磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶萃酰乙酸◄了>苹果酸谷氨酸NADH+H'NAD"－酮戊二酸习天冬氨酸ATP天冬氨酸苹果酸a－酮戊古:>＼/／乏AH?+H+草酰乙酸｀拧橡酸循环中间产物CO2+ATP习丙酮酸狻化酶i（线粒体内）丙酮酸生糖氨基酸丙酮酸气今 ／ 雇 ＼＼ 乳酸丙氨酸等生糖氨基酸 酸水解去磷酸而转变为果糖－6－磷酸，反应并无产能，由此构成第一个底物循环。催化此互变反应的两种酶活性常呈相反的变化。


生物化学与分子生物学 果糖＿磷酸；三：：：：：王三尸@114第二篇物质代谢及其调节 1果糖－2,6－二磷酸和AMP反向调节第一个底物循环果糖－2,6－二磷酸和AMP既是磷酸果糖激酶－l的别构激活剂，又是果糖二磷酸酶－1的别构抑制剂。这一底物循环的调控最为重要，通过能量负反馈与果糖二磷酸正反馈的双重调节作用，对互逆反应中两个关键酶进行高效的同步反向调节，确保糖酵解活跃进行、而糖异生被抑制。2.果糖－2,6－二磷酸是肝内糖异生与糖酵解的主要调节信号果糖－2,6－二磷酸的生成晕可受激素调节。胰高血糖素使果糖－2,6－二磷酸的生成减少，这是因为胰高血糖素通过cAMP和蛋白激酶A，使磷酸果糖激酶－2磷酸化而失活，引起果糖－2,6－二磷酸水平降低，因此饥饿时肝糖异生增强而糖酵解减弱。胰岛素则作用相反，可升高果糖－2,6－二磷酸水平，因此进食后肝糖异生减弱而糖酵解增强。（二）第二个底物循环调节磷酸烯醇式丙酮酸与丙酮酸的互变草酰乙酸果糖－l,6－二磷：三;;P酶3（活性）


生物化学与分子生物学 打酸、乙酰CoA 糖酵解时，磷酸烯醇式丙酮酸转变为丙酮酸并产生能批；糖异生时，丙酮酸消耗能量生成磷酸烯醇式丙酮酸，由此构成第二个底物循环。在这一底物循环中，所涉及的3个关键酶的调节方式有所差异。1丙酮酸激酶受别构调节和磷酸化修饰调节丙酮酸激酶的活性受到别构调节：心果糖－1,6－二磷酸是其别构激活剂，可促进糖酵解。果糖－1,6-二磷酸的生成量也受胰高血糖素调节，这是因为胰高血糖素可降低果糖－2,6－二磷酸水平，从而减少果糖－1,6－二磷酸的生成。＠丙氨酸是肝内丙酮酸激酶的别构抑制剂，可阻止肝进行糖酵解。饥饿时，丙氨酸是主要的糖异生原料，故丙氨酸抑制糖酵解有利于肝内糖异生。此外，丙酮酸激酶的活性还可受到化学修饰调节。胰高血糖素通过cAMP使丙酮酸激酶发生磷酸化，从而抑制其活性，减弱糖酵解。2.磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶受激素诱导的含量调节胰高血糖素通过cAMP，快速升高磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶的mRNA水平，促进合成酶蛋白，加强糖异生。胰岛素则显著降低磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶的mRNA和酶蛋白含量，使糖异生减弱。


生物化学与分子生物学 打酸、乙酰CoA 3丙酮酸狻化酶受乙酰CoA的别构激活乙酰CoA是丙酮酸狻化酶的别构激活剂，也是丙酮酸脱氢酶复合体的别构抑制剂。这种双重调节作用使第二个底物循环与丙酮酸氧化脱狻的反应相协调。饥饿时，大量脂酰CoA在线粒体内进行B－氧化，生成大量乙酰CoA，一方面激活丙酮酸狻化酶，使丙酮酸转变为草酰乙酸，加速糖异生；另一方面抑制丙酮酸脱氢酶复合体，阻止葡萄糖经由丙酮酸氧化分解。 （三）两个底物循环的调节相互联系和协洞 两个底物循环的调节并非孤立进行，而是通过一些代谢物和激素共同发挥调节作用：O通过中间代谢物协调两个底物循环。例如，果糖－1,6－二磷酸既可以激活第一个底物循环中的磷酸果糖激酶－1'又可以激活第二个底物循环中的丙酮酸激酶，从而使两个底物循环同时向促进糖酵解的方向进行。＠通过激素协调两个底物循环。例如，胰高血糖素既可以作用千第一个底物循环，降低果糖－2,6-二磷酸的水平；还可以作用于第二个底物循环，使丙酮酸激酶磷酸化而失活，从而协同抑制糖酵解、促进糖异生。


生物化学与分子生物学 第五章糖代谢115三、糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定 肝的糖异生作用主要是饥饿或运动时调节血糖，也可在饥饿后进食初期恢复合成肝糖原储备。肾的糖异生可在长期饥饿时维持酸碱平衡。（一）维持血糖恒定是肝糖异生最重要的生理作用即使在饥饿状况下，机体也需消耗一定量的葡萄糖，以维持生命活动。正常成人的脑组织对葡萄糖依赖程度大，脑中已糖激酶k,n低于其他组织，即使在血糖水平较低时也能利用葡萄糖。红细胞只能通过糖的无氧氧化获得能量。骨髓、视网膜、神经等组织常由糖的无氧氧化提供部分能量。此时这些葡萄糖全部依赖糖异生生成。经异生补充的血糖有限，所以除此之外的其他大多数组织改用脂质供能，以节约葡萄糖。


生物化学与分子生物学 第五章糖代谢115三、糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定 饥饿导致肝糖原耗尽后，肝通过糖异生维待血糖水平恒定。蛋白质的分解产物生糖氨基酸、脂肪的分解产物甘油是饥饿时糖异生的主要原料。一方面，肌内大噩的蛋白质分解为氨基酸，再以丙氨酸和谷氨酰胺的形式运输至肝进行糖异生，这是饥饿时血糖补给的主要来源；另一方面，随着脂肪组织中脂肪分解增强，运送至肝的甘油增多，也可经糖异生补充少盘葡萄糖。但在长期饥饿时，如果持续大量消耗蛋白质，将无法维待生命。经过适应，脑每天消耗的葡萄糖可减少，其余依赖酮体供能；此时甘油仍可经糖异生持续供应少址葡萄糖，这样可使机体对蛋白质的消耗量显著降低。在剧烈运动时，肌糖原分解生成乳酸，机体可利用乳酸进行糖异生。肌内糖异生活性低，生成的乳酸不能在肌内重新合成糖，需经血液转运至肝内进行糖异生，从而完成对乳酸的回收再利用，这样既输出血糖，又避免酸中毒。


生物化学与分子生物学 第五章糖代谢115三、糖异生的主要生理意义是维持血糖恒定 （二）糖异生是补充或恢复肝糖原储备的重要途径糖异生可补充或恢复肝糖原储备，这在饥饿后进食尤为重要。肝糖原的合成并不完全是利用肝细胞直接摄入的葡萄糖。事实上，肝内葡糖激酶的凡很高，因而对葡萄糖的亲和力低，在饥饿后进食初期血糖虽有升高，但尚不足以达到葡糖激酶催化所需的有效底物浓度。此时进行糖异生，就可经由丙酮酸等生成葡糖－6－磷酸而进入糖原合成途径，从而绕开葡糖激酶催化的瓶颈反应。这一解释已被实验证实：O向肝灌注液中加入一些可异生成糖的甘油、谷氨酸、丙酮酸和乳酸，可使肝糖原迅速增加；＠以放射性核素标记葡萄糖的不同碳原子后输入动物，分析其肝糖原中葡萄糖的标记情况，结果表明相当一部分摄入的葡萄糖先分解成丙酮酸、乳酸等三碳化合物，后者再异生成糖，合成糖原。这条途径称为糖原合成的三碳途径，它既解释了肝摄取葡萄糖的能力低，但仍可合成糖原；又可解释为什么进食2~3小时内，肝仍要保持较高的糖异生活性。


生物化学与分子生物学 （三）肾糖异生增强有利于维持酸碱平衡 长期饥饿时，肾糖异生增强。这是由于长期禁食导致酮体代谢旺盛，此时体液pH降低，促进肾小管中磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶的合成，从而使糖异生作用增强。肾糖异生的增强有利于维待酸碱平衡。其原因是肾中a－酮戊二酸因异生成糖而减少，可促进谷氨酰胺脱氨生成谷氨酸和后续的谷氨酸脱氨。肾小管细胞将脱下的NH3分泌入管腔，与原尿中W结合，从而降低原尿的W浓度，利于排氢保钠，对防止酸中毒有重要作用。


生物化学与分子生物学 四、肌收缩产生的乳酸在肝内糖异生形成乳糖异生酸循环丙酮酸FN AADHD K NADH N肌收缩（尤其是氧供应不足时）通过糖的无氧氧化生NAD*成乳酸，乳酸通过细胞膜弥散进入血液后入肝，在肝内异乳酸乳酸肝血液生为葡萄糖。葡萄糖释入血液后又可被肌摄取，由此构成了一个循环，称为乳酸循环，又称Cori循环（图5-16)。乳图5-16乳酸循环酸循环的形成取决千肝和肌组织中酶的特点：肝内糖异生活跃，又有葡糖-6－磷酸酶，可将葡糖－6－磷酸水解为葡萄糖；而肌内糖异生活性低，且没有葡糖－6－磷酸酶，因此肌内生成的乳酸不能异生为葡萄糖。乳酸循环的生理意义在于，既能回收乳酸中的能量，又可避免乳酸堆积而引起酸中毒。乳酸循环是耗能的过程，2分子乳酸异生成葡萄糖需消耗6分子ATP。 第七节葡萄糖的其他代谢途径 细胞内葡萄糖除了氧化供能或进入磷酸戊糖途径外，还可代谢生成葡糖醋酸、多元醇等重要代谢产物。


生物化学与分子生物学 一、糖痊酸途径生成葡糖醒酸 糖醋酸途径(glucuronate pathway)是指以葡糖醒酸为中间产物的葡萄糖代谢途径，在糖代谢中所占比例很小。首先，葡糖－6－磷酸转变为尿昔二磷酸葡萄糖(UDPG)，过程葡糖-6-磷酸见糖原合成。然后在UDPG脱氢酶催化下，UDPG氧化生成尿背二磷酸葡t糖醋酸(uridine diphosphale glucuronic acid, UDPGA)。后者再转变为木酮葡糖1-磷酸糖－5－磷酸，与磷酸戊糖途径相衔接（图5-l7)。t对人类而言，糖醋酸途径的主要生理意义是生成活化的葡糖酪酸——tUDPGA。葡糖酪酸是组成蛋白聚糖的糖胺聚糖（如透明质酸、硫酸软骨素、t肝素等）的组成成分（见第四章）。此外，葡糖酸酸在肝内生物转化过程中1-磷酸葡糖醋酸参与很多结合反应（见第十九章）。葡糖醋酸二、多元醇途径生成少量多元醇L－古洛糖酸t葡萄糖代谢还可生成一些多元醇，如山梨醇(sorbitol)、木糖醇(xylitol)L-木酮糖t等，称为多元醇途径(pol yo!pathway)。这些代谢过程仅局限于某些组织，木糖醇在葡萄糖代谢中所占比例极小。例如，在酪糖还原酶作用下，由NADPH供D－木酮糖氢，葡萄糖可还原生成山梨醇。在2种木糖醇脱氢酶催化下，糖酸酸途径木酮糖-5t磷酸中的L－木酮糖可生成中间产物木糖醇，后者再转变为D－木酮糖。t多元醇本身无毒且不易通过细胞膜，在肝、脑、肾上腺、眼等组织具有重要的生理、病理意义。例如，生精细胞可利用葡萄糖经山梨醇生成果糖，使得入体精液中果糖浓度超过lOmmo]/L。精子以果糖作为主要能源，而周围组织主要利用葡萄糖供能，这样就为精子活动提供了充足的能源保障。1型糖尿病病人血糖水平高，透入眼中晶状体的葡萄糖增加从而生成较多的山梨醇，山梨醇在局部增多可使渗透压升高而引起白内障。


生物化学与分子生物学 一、糖痊酸途径生成葡糖醒酸  第八节血糖及其调节 血糖(blood sugar·, blood glucose)指血中的葡萄糖。血糖的来源为肠道吸收、肝糖原分解和糖异生生成的葡萄糖释入血液内。血糖的去路则是被机体各组织器官所摄取，用于氧化供能、合成糖原、转变成其他糖和脂肪或者氨基酸等。食物糖氧芒竺笆-千C02+H20-糖原合成】肝、肌糖原磷酸戊糖途径等声其他糖脂类、氨基酸非糖物质代谢，1忙，脂肪、氨基酸等血糖水平相当恒定，始终维持在3.9-6. OmmoVL，这是由于血糖的来源与去路保持动态平衡所致。餐后血糖来自食物消化吸收，此时所有去路均活跃进行；短期饥饿时，血糖来自肝糖原分解，仅用于满足基本供能需求；长期饥饿时，血糖来自非糖物质的糖异生，此时除少数对葡萄糖极为依赖的组织仍用糖供能外，其他大多数组织改用脂质能源，以节约葡萄糖。因此，恒定的血糖水平是糖、脂肪、氨基酸代谢相协调的结果，也是肝、肌、脂肪组织等各器官组织代谢相协调的结果。


生物化学与分子生物学 二、血糖稳态主要受激素调节 血糖的来去平衡主要受激素调控。调节血糖的激素主要有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素和糖皮质激素等。这些激素联合作用，通过整合调节各组织中各代谢途径的关键酶，不断适应体内能量需求和燃料供给的变化，从而维持血糖稳态。


生物化学与分子生物学 （一）胰岛素是降低血糖的主要激素 胰岛素(insulin)由胰腺B细胞分泌，是体内具有降糖作用的主要激素。胰岛素的分泌受血糖控制，血糖升高使胰岛素分泌加强，血糖降低使之分泌减少。胰岛素降低血糖的机制是使血糖的去路增强、来源减弱，主要包括：CD促进肌、脂肪组织等通过GLUT4摄取葡萄糖；＠通过激活磷酸二酣酶而降低cAMP水平，使糖原合酶被活化、磷酸化酶被抑制，从而加速糖原合成、抑制糖原分解；＠通过激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶而使丙酮酸脱氢酶复合体活化，加快糖的有氧氧化；＠抑制肝内糖异生，这一方面是因为磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶的合成受到抑制，另一方面是由于氨基酸加速合成肌蛋白质从而使糖异生的原料减少；＠糖的分解产物乙酰CoA和NADPH供应增多，有利千以此为原料合成脂肪酸。简而言之，胰岛素的总效应是促进葡萄糖分解利用，抑制糖异生，同时将多余的血糖转变为糖原（储存千肝和肌）和甘油三酣（储存于脂肪组织），从而控制餐后血糖水平不至千过高。（二）体内有多种升高血糖的激素饥饿或应激等状况发生时，机体可分泌多种升高血糖的激素。其中，胰高血糖素对千饥饿时的血糖生理调节尤为重要。


生物化学与分子生物学 （一）胰岛素是降低血糖的主要激素 1胰高血糖素是升高血糖的主要激素胰高血糖素(glucagon)由胰腺a细胞分泌，是体内升高血糖的主要激素。血糖降低或血中氨基酸升高可促进胰高血糖素分泌。胰高血糖素升高血糖的机制是使血糖的来源增强、去路减弱，主要包括：CD抑制糖原合酶而激活磷酸化酶，加速肝糖原分解；＠通过抑制磷酸果糖激酶－2、激活果糖二磷酸酶－2，减少果糖－2,6－二磷酸的合成。由于后者是磷酸果糖激酶－l的最强别构激活剂，也是果糖二磷酸酶－l的抑制剂，故糖酵解被抑制而糖异生则加速；＠抑制肝内丙酮酸激酶从而阻止磷酸烯醇式丙酮酸进行糖酵解，同时促进磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶的合成，使糖异生加强；＠激活脂肪组织内激素敏感性脂肪酶，促进脂肪分解供能，以节约血糖。以上作用均通过cAMP依赖的磷酸化反应而实现。简而言之，胰高血糖素的总效应是促进肝糖原分解和糖异生，以补充血糖，同时抑制糖酵解而改用脂质供能，从而使血糖回升到正常水平。


生物化学与分子生物学 （一）胰岛素是降低血糖的主要激素 值得注意的是，胰腺分泌的胰岛素和胰高血糖素相互拈抗，两者比例的动态变化使血糖在正常范围内保持较小幅度的波动。例如，进食后血糖升高，使胰岛素分泌增多而胰高血糖素分泌减少，血糖水平趋千回落；但胰岛素分泌增加到一定程度又会促进胰高血糖素分泌，使后者快速发挥相反的升血糖作用，以保证血糖不会无限制地降低。反之亦然。2糖皮质激素可升高血糖糖皮质激素(glucocorticoid)升高血糖的机制主要包括：CD促进肌蛋白质分解而使糖异生的原料增多，同时使磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶的合成加强，从而加速糖异生；＠通过抑制丙酮酸的氧化脱狻，阻止体内葡萄糖的分解利用；＠协同增强其他激素促进脂肪动员的效应，促进机体利用脂肪酸供能。


生物化学与分子生物学 （一）胰岛素是降低血糖的主要激素 3.肾上腺素是强有力的升高血糖的激素肾上腺素(adrenaline或epinephrine)升高血糖的效力很强。给动物注射肾上腺素后，血糖水平迅速升高且持续几小时，同时血中乳酸水平也升高。其作用机制是引发肝和肌细胞内依赖cAMP的磷酸化级联反应，加速糖原分解。肝糖原分解为葡萄糖，直接升高血糖；肌糖原无氧氧化生成乳酸，再经乳酸循环间接升高血糖。肾上腺素主要在应激状态下发挥调节作用，对经常性血糖波动（尤其是进食-饥饿循环）没有生理意义。


生物化学与分子生物学 三、糖代谢障碍导致血糖水平异常 正常人体内存在一整套精细调节糖代谢的机制，当一次性食入大量葡萄糖后，血糖水平不会持续升高，也不会出现大的波动。此过程可通过糖耐量试验(glucose tolerance test)进行检测：先测量空腹静脉血糖，饮用75g无水葡萄糖后，分别于30分钟、1小时、2小时测量静脉血糖值，绘制曲线已。正常人对摄入的葡萄糖具有很强的耐受能力：服糖后血糖在0.5~1小时达到高峰，但一般不超过肾小管的重吸收能力（约为lOmmoVL，称为肾糖阙），所以很难检测到糖尿；血糖在此峰值之后逐渐降低，一般在2小时左右降至7.8rnmoVL以下，3小时左右回落至接近空腹血糖水平。临床上可由糖代谢障碍引发血糖水平紊乱，导致出现低血糖或高血糖。其中，糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病。糖尿病病人空腹血糖高于正常值；服糖后血糖浓度急剧升高，超过肾糖阙，从而出现糖尿；血糖在此峰值之后缓慢降低，—般2小时后仍可高于11. l rnmoVL。


生物化学与分子生物学 （一）低血糖是指血糖浓度低于2.8m mol/L 对于健康人群，血糖浓度低于2.8mmoVL时称为低血糖(hypoglycemia)。脑细胞主要依赖葡萄糖氧化供能，因此血糖过低就会影响脑的正常功能，出现头晕、倦怠无力、心悸等，严重时发生昏迷，称为低血糖休克。如不及时给病人静脉补充葡萄糖，可导致死亡。出现低血糖的病因有：O胰性（胰腺B细胞功能亢进、胰腺a细胞功能低下等）；＠肝性（肝癌、糖原贮积症等）；＠内分泌异常（垂体功能低下、肾上腺皮质功能低下等）；＠肿瘤（胃癌等）；＠饥饿或不能进食者等。 （二）高血糖是指空腹血糖高于7mmol/L 空腹血糖浓度高于7mmoVL时称为高血糖(hyperglycem ia)。如果血糖浓度高于肾糖闾，就会形成糖尿。引起糖尿的原因分为病理性和生理性两大类，具体包括：O遗传性胰岛素受体缺陷；＠某些慢性肾炎肾病综合征等引起肾对糖的重吸收障碍，但血糖及糖耐量曲线均正常；＠情绪激动时交感神经兴奋，肾上腺素分泌增加，使肝糖原大量分解，导致生理性高血糖和糖尿；＠临床上静脉滴注葡萄糖速度过快，使血糖迅速升高而出现糖尿。


生物化学与分子生物学 （三）糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病 糖尿病(diabetes mellitus)的特征是持续性高血糖和糖尿，特别是空腹血糖和糖耐量曲线高于正常范围。其主要病因是部分或完全胰岛素缺失、胰岛素抵抗（因细胞胰岛素受体减少或受体敏感性降低，导致对胰岛素的调节作用不敏感）。临床上将糖尿病分为四型：胰岛素依赖型(1型）、非胰岛素依赖型(2型）、妊娠糖尿病(3型）和特殊类型糖尿病(4型）。1型糖尿病多发生千青少年，因自身免疫而使胰腺B细胞功能缺陷，导致胰岛素分泌不足。2型糖尿病和肥胖关系密切，可能是由细胞膜上胰岛素受体功能缺陷所致。糖尿病常伴有多种并发症，如糖尿病视网膜病变、糖尿病性周围神经病变、糖尿病周围血管病变、糖尿病肾病等。这些并发症的严重程度与血糖水平升高的程度、病史的长短有相关性。


生物化学与分子生物学 四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应 引起糖尿病并发症的生化机制仍不太清楚，目前认为血中持续的高糖刺激能够使细胞生成晚期糖化终产物(advanced glycation end products, AGEs)，同时发生氧化应激。例如，红细胞通过GLUTl摄取血中的葡萄糖，首先使血红蛋白的氨基发生不依赖酶的糖化作用(hemoglobin glycation)，生成糖化血红蛋白(glycated hemoglobin, GHB)，此过程与酶催化的糖基化反应(glycosylation)不同。GHB可进一步反应生成AGEs，如狻甲基赖氨酸、甲基乙二醒等，它们与体内多种蛋白质发生广泛交联，对肾、视网膜、心血管等造成损伤。AGEs还能被其受体(AGER)识别，激活多条信号通路，产生活性氧而诱发氧化应激，使细胞内多种酶类、脂质等发生氧化，从而丧失正常的生理功能。氧化应激又可进一步促进AGEs的形成及交联，两者交互作用，共同参与糖尿病并发症的发生与发展。


生物化学与分子生物学 四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应 糖化血红蛋白(GHB)可作为临床诊治糖尿病的参考。红细胞的寿命约为120天，因此检测GHB的相对数量可反映近期血糖控制的平均水平，这比实时检测葡糖氧化酶活性的血糖绝对定量方法更为稳定、准确。目前国外已将GHB纳入糖尿病的诊断指标，超过6.5%-7.0％即可确诊；国内尚未将其用作诊断指标，而仅是评价疗效的重要参考，糖尿病的治疗目标是将GHB控制在7.0％以下。糖类消化后主要以单体形式在小肠被吸收。细胞摄取糖需要葡糖转运蛋白。细胞进行糖代谢，可通过元氧氧化、有氧氧化和磷酸戊糖途径分解葡萄糖，提供能量或其他重要产物；也可将糖储存为糖原形式；亦或将非糖物质异生转化为糖尽上糖的无氧氧化是指机体不利用氧将葡萄糖分解为乳酸的过程，在细胞质中进行，分为两个阶段：葡萄糖分解为丙酮酸，称为糖酵解；丙酮酸还原生成乳酸。其中，糖酵解是糖分解的必经之路，其流量受关键酶磷酸果糖激酶－l（尤为重要）、丙酮酸激酶和已糖激酶所调节。糖的无氧氧化可为机体快速供能，1分子葡萄糖通过底物水平磷酸化净生成2分子ATP。


生物化学与分子生物学 四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应 糖的有氧氧化是指机体利用氧将葡萄糖彻底氧化为CO2和H20的过程，在细胞质和线粒体中进行，分为三个阶段：糖酵解、丙酮酸氧化脱狻生成乙酰CoA、三狻酸循环。其中，三狻酸循环主要通过偶联氧化磷酸化生成大量ATP，而经底物水平磷酸化生成的ATP则很少。糖的有氧氧化是主要产能途径，1分子葡萄糖经有氧氧化可净生成30或32分子ATP，关键酶是磷酸果糖激酶－l、丙酮酸激酶、已糖激酶、丙酮酸脱氢酶复合体、拧橡酸合酶、异拧橡酸脱氢酶和a－酮戊二酸脱氢酶复合体。糖的有氧氧化主要受能量供需平衡所调节。磷酸戊糖途径在细胞质中进行，不产能而可产生磷酸核糖和NADPH。关键酶是葡糖-6－磷酸脱氢酶，主要受NADPH供需平衡所调节。肝糖原和肌糖原是体内糖的储存形式。肝糖原在饥饿时补充血糖，肌糖原通过无氧氧化为肌收缩供能。糖原合成与分解的关键酶分别为糖原合酶和糖原磷酸化酶，两者的酶活性调节彼此相反，主要受磷酸化与去磷酸化修饰调节。


生物化学与分子生物学 四、高糖刺激产生损伤细胞的生物学效应 糖异生是指非糖物质在肝和肾转变为葡萄糖或糖原的过程，主要作为饥饿时的血糖补给。关键酶是丙酮酸狻化酶、磷酸烯醇式丙酮酸狻激酶、果糖二磷酸酶-1和葡糖－6-磷酸酶。糖异生和糖酵解的反向调节主要针对两个底物循环。血糖水平相对恒定，受多种激素调控。胰岛素可降低血糖；胰高血糖素、糖皮质激素、肾上腺素则可升高血糖。糖代谢紊乱可导致高血糖或低血糖，糖尿病是最常见的糖代谢紊乱疾病。l归纳葡糖-6－磷酸在糖代谢中的来源与去路，并分析不同生理情况下如何选择不同的代谢途径。2.百术短跑时，骨骼肌收缩产生大量乳酸，试述该乳酸的主要代谢去向。不同组织中的乳酸代谢具有不同特点，这取决于什么生化机制？3营养不良的人饮酒，或者剧烈运动后饮酒，常出现低血糖。试分析酒精干预了体内糖代谢的哪些环节？4.列举几种临床上治疗糖尿病的药物，想一想它们为什么有降低血糖的作用？（赵晶）


生物化学与分子生物学 第六章生物氧化 生物氧化是指化学物质在生物体内的氧化分解过程。其中营养物质在线粒体内氧化分解生成CO2和H20的过程中释放能量，用于驱动ADP磷酸化生成ATP。ATP是机体储存能量的主要形式，是能被体内各种代谢反应直接利用的主要能量形式，是能量代谢的核心。微粒体等部位发生的生物氧化反应主要对底物进行氧化修饰等，不产生ATP。线粒体氧化体系主要用于生成CO2和H20并产生能量。其氧化过程通过呼吸链完成，即营养物质氧化分解产生CO2的同时，将产生的NADH和FADH2通过呼吸链进行电子传递给氧，生成水和ATP。呼吸链由4种蛋白质复合体与泛酰和细胞色素c按序组成。NADH、FAD凡是线粒体呼吸链的电子供体，因而线粒体有两条呼吸链。NADH呼吸链的组成及电子传递顺序是：NADH-复合体I一Q一复合体皿-Cyt c-复合体W一02，传递一对电子可生成2.5分子ATP。FADH2呼吸链的组成及电子传递顺序是：珑珀酸一复合体rr-Q一复合体皿-Cyt C一复合体W一02，传递一对电子可生成1.5分子ATP。细胞质中生成的NADH须通过a－磷酸甘油穿梭或苹果酸－天冬氨酸穿梭机制进入线粒体呼吸链被氧化释能。


生物化学与分子生物学 第六章生物氧化 呼吸链建立跨线粒体内膜的质子电化学梯度，驱动质子回流释放能量用于产生ATP。呼吸链的复合体I、ill和W有质子泵功能，在进行电子传递时，分别向膜间隙侧泵出4H\4H十和2W，形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度（电荷和浓度梯度），储存电子传递释放的能量。由此产生的质子驱动力，促使质子回流返回至线粒体基质，激活ATP合酶的功能。氧化磷酸化是线粒体产生ATP的机制。其过程是将NADH和FADH2的氧化过程与ADP的磷酸化过程相偶联，产生ATP。氧化过程由线粒体呼吸链完成，将NADH、FADH2的电子传递给氧生成水，并通过质子泵作用产生跨线拉体内膜的质子电化学梯度储存能量；磷酸化过程是质子顺梯度的释放势能时促使质子返回基质，驱动ATP合酶结合ADP和Pi、使ADP磷酸化产生ATP。多种因素可以影响氧化磷酸化作用。ADP的浓度高可促进氧化磷酸化；而氛化物等呼吸链抑制剂、ATP合酶抑制剂以及解偶联剂等都可通过不同的机制抑制氧化磷酸化，阻断ATP的生成。呼吸链也是体内ROS的主要来原。ROS产生过多会对机体产生危害，体内的抗氧化酶类及抗氧化物体系能及时清除ROS，维护机体的正常功能。


生物化学与分子生物学 第六章生物氧化 1.何谓氧化磷酸化作用？糖酵解和三狻酸循环如何影响氧化磷酸化的速率？2.线粒体是重要的能量代谢细胞器，如何理解线粒体在神经退行性病变、肿瘤发生发展中的作用？3呼吸链中哪些复合体容易产生ROS?ROS有哪些作用？如何定量分析细胞内ROS的含量？4.根据呼吸链的结构和作用特点，哪些方法可以分析其功能的变化？5.解偶联剂与白色脂肪、棕色脂肪的关系是什么？解偶联剂有助于减肥吗？（苑辉卿） 第一节线粒体氧化体系与呼吸链 线粒体氧化体系的主要功能是为机体提供能量，包括热能、ATP等。在线粒体内，糖、脂肪、蛋白质等营养物质在被彻底氧化分解为CO2和H20的过程中释放能量，但其氧化过程需要在酶的催化下逐步进行，能量也不会在瞬间大量释放产生高温、高热，而是逐渐释放并储存在ATP中。营养物质被氧化时常发生脱氢反应，脱下来的氢(H勹e一）以NADH+H+（简写为NADH)、FADH2等形式存在。NADH和FAD儿在线粒体被氧化时，需要一系列的酶催化，逐步脱氢、失电子，最终将电子和W传递给氧而生成水，同时释放能量用千生成ATP~。因此，线粒体需要多种具有传递氢和电子的组分参与氧化还原反应。


生物化学与分子生物学 一、线粒体氧化体系含多种传递氢和电子的组分 底物脱氢和失去电子是生物氧化的基本化学过程。能够传递氢和电子的物质，如金属离子、小分子有机化合物、某些蛋白质等称之为递电子体或递氢体。线粒体氧化体系主要将NADH和FADH2中的W和电子传递给氧，参与其过程的递氢体和递电子体如下。 (—)烟酰胺腺噤呤核苦酸传递氢和电子 烟酰胺腺嗦呤二核昔酸(nicotinamide adenine dinucleotide, NAD+)（图6-1)，通过烟酰胺环传递H+和电子。烟酰胺环的五价氮原子，能接受2H中的双电子成为三价氮，为双电子传递体，同时芳环接受一个W进行加氢反应。由千此反应只能接受l个W和2个电子，游离出一个W在介质中，因此将还原型的NAD十写成NADH+H+（简写为NADH)（图6-2)。NAO十是许多脱氢酶的辅酶，有传递氢和电子的功能。此外，NAD+结构中核糖的2位轻基被磷酸化后生成烟酰胺腺嗦呤二核昔酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADP+)。NADP通过相同的机制接受氢后生成NADPH+H+，发挥传递氢和电子的作用，但参与不同的反应。


生物化学与分子生物学 NA订或NADP+NADH或NADPH（二）黄素核昔酸衍生物传递氢和电子 黄素单核昔酸(flavin mononucleotide, FMN)和黄素腺嗦呤二核昔酸(flavin adenine dinucl eotide,FAD)是维生素B2与核昔酸形成的有机化合物，两者均通过维生素B2中的异咯嗟环进行可逆的加氢和脱氢反应。异咯嗟环可接受l个W和l个电子形成不稳定的FMNH"和FADH"，再接受l个W和l个电子转变为还原型FMN儿和FADH2。因此FMN、FAD发挥传递氢和电子的作用（图6-3)，是黄素蛋白(flavoprotein)的辅基。


生物化学与分子生物学 勹：|2:三2N;N丁—-H3C:N H I°丫一［［丫二二异咯嗦（三）有机化合物泛醒传递氢和电子 泛酰(ubiquinone)又称辅酶Q(coenzyme Q, CoQ或Q)，是一种脂溶性酰类化合物，其结构中异戊二烯单位的数目因物种而异，人体内的Q是10个异戊二烯单位连接的侧链，用QIO表示。Q的疏水特性使其能在线粒体内膜中自由扩散。Q结构中的苯酣部分接受l个电子和1个甘还原为半酰(QH勹，再接受1个电子和1个H还原为二氢泛酣(QH2)。反之，Q凡可逐步失去W和电子被氧化为Q。因此Q可进行双、单电子的传递（图6-4)。 122第二篇物质代谢及其调节HHCe:CHH—CH=i厂CH)三亨三勹 泛酿泛酿H·二氢泛酿（酿型或氧化型）（半醒型）（氢酣型或还原型）


生物化学与分子生物学 （四）铁硫蛋白和细胞色素蛋白传递电子 铁硫蛋白(iron-sulfur protein)，因其含有铁硫中心(iron-sulfur center, Fe-S center)而得名。Fe-S是Fe离子通过与无机硫(S)原子及铁硫蛋白中半胱氨酸残基的SH连接而成。Fe-S有多种形式，可以是单个Fe离子与4个半胱氨酸残基的SH相连，也可以是2个、4个Fe离子通过与无机S原子及半胱氨酸残基的SH连接，形成Fe2S2、Fe4S4（图6-5)。Fe-S通过Fe2•-Fe3•+e一的可逆反应，每次传递一个电子，因此铁硫蛋白是单电子传递体。


生物化学与分子生物学 蛋白质固6-5铁硫中心的结构＠表示无机硫 细胞色素(cytochrome, Cyt)是一类含血红素样辅基的蛋白质。各种还原型Cyt均有3个特征性的a、B、'Y可见光吸收峰，根据其吸光度和最大吸收波长不同，分为Cyt a、Cyt b和Cyt C三类及不同的亚类（表6-1)，其所含的血红素辅基分别称为血红素a、b和c（图6-6)。Cyt光吸收的差异是由于血红素中叶啾环的侧链基团、血红素在蛋白质中所处环境不同所致。血红素a的卧啾环侧链中，1个甲基被甲酰基取代，1个乙烯基连接聚异戊二烯长链；血红素b的结构与血红蛋白中的血红素相同。血红素a和b都通过非共价键与Cyt a和Cyt b蛋白相连。而Cyt C蛋白，其血红素叶啾环的乙烯基侧链通过共价键与蛋白质中半胱氨酸残基的—SH相连。细胞色素蛋白通过辅基血红素中的Fe离子发挥单电子传递体的作用。 波长(nm)细胞色素 二、具有传递电子能力的蛋白质复合体组成呼吸链线粒体是真核细胞生成ATP的主要部位。NADH、FAD凡在线粒体中通过逐步、连续的酶促反应/\/\/CH2\/\/CH2\t CH2CH CH2CH CH2c矿＼CH3~.Fe~.


生物化学与分子生物学 O=C---<\人／人》－CH3血红素a蛋白质飞勹丁＝CH,飞\`N/Fe N/:-CH,俨C邸－严氓2血红素b血红素c 被氧化，并逐步释放能量，除了产生热能外，释放的能量主要被ADP捕获用千生成ATP。催化此连续反应的酶是由多个含辅因子的蛋白质复合体组成，按一定顺序排列在线粒体内膜中，形成一个连续传递电子／氢的反应链，氧分子最终接受电子和H十生成水，故称为电子传递链(electron transfer chain)。由于此体系需要消耗氧，与需氧细胞的呼吸过程有关，也称之为呼吸链(respiratory chain)（图6-7)。呼吸链主要由位于线粒体内膜上的4种蛋白质复合体(complex)组成，分别称之为复合体I、II、皿和W。每个复合体都由多种酶蛋白、金属离子、辅酶或辅基组成（表6-2)。复合体的辅因子通过得失电子的方式传递电子；有些复合体是跨膜蛋白质，可将H十从线粒体基质侧转运至细胞质侧，形成线粒体内膜两侧甘浓度和电荷的梯度差。因此，呼吸链在传递电子的过程中，伴随着订的跨膜转运，下面将分别叙述各复合体的组成、辅因子、结构特点以及功能。


生物化学与分子生物学 O=C---<\人／人》－CH3血红素a蛋白质飞勹丁＝CH,飞\`N/Fe N/:-CH,俨C邸－严氓2血红素b血红素c 复合体酶名称质量(kO)多肤链数功能辅基含结合位点复合体I NADH-泛酰还原酶85043FMN,Fe-S NADH（基质侧）Q（脂质核心）复合体1I骁珀酸－泛酰还原酶1404FAD, Fe-S骁珀酸（基质侧）Q（脂质核心）复合体皿泛酰－细胞色素c还原酶25011血红素，Fe-S Cyt C（膜间隙侧）复合体W细胞色素c氧化酶16213血红素，CuA,Cu8Cyt C（膜间隙侧）


生物化学与分子生物学 124第二篇物质代谢及其调节胞质侧线粒体内膜基质侧H20 图6-7电子传递链的组成示意图泛酰和细胞色素c是可移动的电子载体(—)复合体I将NADH中的电子传递给泛醒复合体I又称NADH-Q还原酶或NADH脱氢酶，是呼吸链的主要入口，其功能是接受来自NADH的电子并转移给Q。复合体I是由黄素蛋白、铁硫蛋白等组成的跨膜蛋白质，呈“L”型，其长臂的一端突出于线粒体基质中，包括黄素蛋白（含FMN和Fe-S辅基）、铁硫蛋白（含Fe-S辅基），可结合基质中的NADH；嵌于内膜的横臂为复合体的疏水部分，含Fe-S辅基。黄素蛋白和铁硫蛋白均通过辅基发挥传递电子作用（见图6-7)。尽复合体I传递电子的过程：黄素蛋白辅基FMN从基质中接受NADH中的2甘和2e一生成FMNH2,经过一系列的Fe-S将电子传递给内膜中的Q，形成QH2（见图6-7)，即：NADH一FMN一Fe-S-Q。由于Q在线粒体内膜中可自由移动，在各复合体间募集并穿梭传递氢，因此在电子传递和质子的移动中发挥核心作用。


生物化学与分子生物学 124第二篇物质代谢及其调节胞质侧线粒体内膜基质侧H20 复合体I还具有质子泵功能：将一对电子从NADH传递给Q的过程中，能将4个W从线粒体的基质侧(negative side, N侧）泵到膜间隙侧(pos山ve side, P侧），泵出质子所需的能量来自电子传递过程。 （二）复合体Il将电子从唬珀酸传递到泛醒 复合体Il是唬珀酸－泛酰还原酶，即三狻酸循环中的唬珀酸脱氢酶，其功能是将电子从唬珀酸传递给Q。人复合体Il通过其疏水亚基铀定于线粒体内膜，而伸向基质的亚基含有结合底物唬珀酸的位点，以及Fe-S和FAD辅基（见图6-7)。3复合体Il传递电子的过程：催化底物唬珀酸的脱氢反应，使FAD转变为FADH2，后者再将电子经Fe-S传递到Q。即：唬珀酸一FAD一Fe-S一Q。此过程释放的自由能较小，不足以将甘泵出线粒体内膜，因此复合体Il没有订泵的功能。代谢途径中另外一些含FAD的脱氢酶，如脂酰CoA脱氢酶、＂磷酸甘油脱氢酶、胆碱脱氢酶等，通过不同的方式将相应底物脱下的氢经FAD传递给Q，进入呼吸链。


生物化学与分子生物学 （二）复合体Il将电子从唬珀酸传递到泛醒 （三）复合体皿将电子从还原型泛醒传递至细胞色素c复合体皿又称泛酿－细胞色素c还原酶，其功能是接受Q凡的电子并传递给Cyt C。Q从复合体I复合体II募集氢，产生的Q凡穿梭至复合体III，后者将电子传递给Cyt C蛋白。 126第二篇物质代谢及其调节胞质侧正电侧(P侧）基质侧负电侧(N侧） Fe”还原为Fe”并形成Cu广和Fe“各结合1个OH基团的中间态。最后再获得2个H十，双核中心解离出2个H20分子后恢复初始的氧化态（图6-10)。即：Cyt c-+C uA-+Cy t a一Cyt a3-CuB一02。生成的H20通过亚基l和3之间的亲水通道排入胞质侧。上述02在获得电子过程产生的具有强氧化性的O;．和022窟离子中间物始终和双核中心紧密结合，通常不会对细胞组分造成损伤。


生物化学与分子生物学 三、NADH和FAD比是呼吸链的电子供体 营养物质的分解代谢中，大部分脱氢酶以NAD+,NADP+,FMN或者FAD为辅酶或辅基，用来接受从底物上脱下来的成对氢，生成还原态的NADH+W,NADPH+W,FMN凡和FADH2，它们都是水溶性的电子载体。由千呼吸链的复合体I即为NADH脱氢酶，可使线粒体中的NADH通过呼吸链彻底氧化参与能量代谢。虽然NADPH通过相同的机制传递氢，但所含的磷酸基团可被生物合成过程中的酶特异性识别，主要用于还原反应，而非参与能量代谢。复合体1I是三狻酸循环中的唬珀酸脱氢酶，通过结合底物唬珀酸并将其脱氢氧化，产生的FAD凡直接进入呼吸链进行氧化释能。因此NADH和FAD凡是呼吸链的电子供体，而FMN和FAD作为黄素蛋白的辅基参与电子传递。呼吸链由NADH和FAD凡提供氢，通过4个蛋白质复合体、Q，以及介于复合体皿与W之间的Cyt C共同完成电子的传递。复合体1I并不是处千复合体I的下游，复合体I和复合体1I分别获取各自的氢，向Q传递。因此4个复合体与Q和Cyt C组成了两条电子传递链。一条称为NADH呼吸链，以NADH为电子供体，从NADH开始到还原02生成H20。电子传递顺序是：NADH-复合体I一Q一复合体皿一Cyt C一复合体w-02另一条称为FAD凡呼吸链，也称唬珀酸氧化呼吸链，以FADH2为电子供体，经复合体Il到02而生成H20。电子传递顺序是：唬珀酸一复合体Il一►Q一复合体皿一Cyt C一复合体N一02呼吸链各组分的排列顺序是由下列实验确定的：O根据呼吸链各组分的标准氧化还原电位进行排序。标准氧化还原电位E°（单位：电压Volts)是指在特定条件下，参与氧化还原反应的组分对电子的亲和力大小。电位高的组分对电子的亲和力强，易接受电子。相反，电位低的组分倾向于给出电子。因此，呼吸链中电子应从电位低的组分向电位高的组分进行传递（表6-3)。＠底物存在时，利用呼吸链特异的抑制剂阻断某一组分的电子传递，在阻断部位以前的组分处于还原状态，后面的组分处于氧化状态。根据各组分的氧化和还原状态吸收光谱的改变分析其排列次序。＠利用呼吸链各组分特有的吸收光谱，以离体线粒体无氧时处千还原状态作为对照，缓慢给氧，观察各组分被氧化的顺序。＠在体外将呼吸链拆开和重组，鉴定四种复合体的组成与排列。


生物化学与分子生物学 三、NADH和FAD比是呼吸链的电子供体  氧化还原对E"(V)氧化还原对E"(V)第二节氧化磷酸化与ATP的生成 细胞内由ADP磷酸化生成ATP的方式有两种，一种是与高能键水解反应偶联，直接将高能代谢物的能量转移至ADP，生成ATP的过程，称为底物水平磷酸化（见第五章），能够产生少量的ATP。人体90％的ATP是由线粒体中的氧化磷酸化产生的，而产生ATP所需的能量由线粒体氧化体系提供。＼il吓{t}即NADH和FAD儿通过线粒体呼吸链逐步失去电子被氧化生成水，电子传递过程伴随着能量的逐步释放，此释能过程驱动ADP磷酸化生成ATP，所以NADH和FAD凡的氧化过程与ADP的磷酸化过程相偶联，因而称之为氧化磷酸化(oxidative p h osph011lation)。


生物化学与分子生物学 —、氧化磷酸化偶联部位在复合体I、皿、IV内 氧化磷酸化在线粒体中进行，包含两个关键过程，一是电子传递，二是将电子传递过程中释放的能量用于产生ATP，使能量通过ATP被储存起来供机体使用。成对电子经呼吸链传递所能合成ATP的分子数可反映该过程的效率。理论推测，将呼吸链中能够产生足够的能量使ADP磷酸化的部位称之为氧化与磷酸化的偶联部位，也就是能够生成ATP的部位，可根据下述实验方法及数据大致确定。 (-)P/0比值 一对电子通过氧化呼吸链传递给1个氧原子生成1分子H20，其释放的能量使ADP磷酸化合成ATP，此过程需要消耗氧和磷酸。PIO比值(phosphate/oxygenrat i o)是指氧化磷酸化过程中，每消耗1/2mol02所需磷酸的摩尔数，即所能合成ATP的摩尔数（或一对电子通过呼吸链传递给氧所生成ATP分子数）。


生物化学与分子生物学 (-)P/0比值 实验证明，丙酮酸等底物脱氢反应产生NADH+H+，通过NADH呼吸链传递，PIO比值接近2.5,说明一对电子传递给l个氧原子需消耗约2.5分子的磷酸，因此NADH呼吸链可能存在3个ATP生成部位。而唬珀酸脱氢时，PI O比值接近1.5，说明唬珀酸呼吸链可能存在2个ATP生成部位。根据NADH、唬珀酸呼吸链PIO比值的差异，提示在NADH和泛醋之间（复合体I)存在1个ATP生成部位。抗坏血酸底物可以直接通过Cyt C传递电子进行氧化，其PIO比值接近1，推测Cyt C和02之间（复合体W)存在1个ATP生成部位。由此推测另1个ATP生成部位应在Q和Cyt C之间（复合体皿）。所以，复合体I、皿、IV可能是氧化磷酸化的偶联部位、用于产生ATP。一对电子经NADH呼吸链传递，PIO比值约为2.5，生成2.5分子的ATP；一对电子经唬珀酸呼吸链传递，PIO比值约为1.5,可产生1.5分子的ATP。


生物化学与分子生物学 (-)P/0比值 （二）自由能变化根据热力学公式，pH7.0时标准自由能变化(t::,.G)与还原电位变化(t::,.E，标准还原电位表示物质对电子的亲和力，还原电位高更易于接受电子）之间有以下关系：n为传递电子数；F为法拉第常数(96.5kJ/mol·V)。从NAD+到Q之间测得的还原电位差约0.36V，从Q到Cyt C电位差为0.19V，从Cyt a、a3到分子氧为0.58V，分别对应复合体I、皿、N的电子传递。计箕结果，它们相应释放的AG分别约为69.5kJ/mol、36.7kJ/mol、112kJ/mol，而生成lmol ATP约需要30.5kJ，可见复合体I、III、N传递一对电子释放的能量能够满足生成ATP所需的能量。需要指出的是，偶联部位并非意味着这三个复合体是直接产生ATP的部位，而是指电子传递释放的能盘，能满足ADP磷酸化生成ATP的需要。


生物化学与分子生物学 (-)P/0比值 电子传递过程中，一对电子经复合体I、III、N传递分别向膜间隙侧泵出4W,4:W和2H+，共10个H飞由千线粒体内膜的不通透性，导致内膜两侧的W浓度和电荷的差异。因此，呼吸链蛋白质复合体的质子泵功能形成线粒体内膜两侧的质子梯度，储存了电子传递过程释放的部分能量。


生物化学与分子生物学 (-)P/0比值 二、氧化磷酸化偶联机制是产生跨线粒体内膜的质子梯度1961年，英国科学家MitchellP提出的化学渗透假说(chemiosmotic hypothesis)阐明了氧化磷酸化的偶联机制。其基本要点是：CD电子经呼吸链传递时释放的能量，通过复合体的质子泵功能，转运H+从线粒体基质到内膜的胞质侧；＠由于质子不能自由穿过线粒体内膜返回基质，从而形成跨线粒体内膜的质子电化学梯度(W浓度梯度和跨膜电位差），储存电子传递释放的能橄；＠质子的电化学梯度转变为质子驱动力，促使质子从膜间隙侧顺浓度梯度回流至基质、释放储存的势能，用于驱动ADP与Pi结合生成ATP。如一对电子自NADH传递至氧可释放约－220kJ/mol的能量，同时将10个H十从基质转移至膜间隙侧，形成的W梯度储存约－200kJ/mol，当质子顺浓度梯度回流至基质时用于驱动ATP合成。图6-11归纳了呼吸链电子传递和氧化磷酸化的过程3。


生物化学与分子生物学 (-)P/0比值 化学渗透假说已经得到广泛的实验支待：O氧化磷酸化依赖于完整封闭的线粒体内膜；＠线粒体内膜对H+,OH-、K+,Cl一离子是不通透的；＠电子传递链可驱动质子移出线粒体，形成可测定的跨内膜电化学梯度；＠增加线粒体内膜外侧酸性可增加ATP合成，而阻止质子从线粒体基质泵出，可降低内膜两侧的质子梯度，虽然电子仍可以传递，但ATP生成却减少。 胞质侧三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成ATP 跨线粒体内膜的订梯度驱动质子顺浓度梯度回流至基质时，储存的能量被ATP合酶(ATP synthase)充分利用，催化ADP与Pi生成ATP。线粒体内膜上的复合体V，即为ATP合酶。ATP合酶是多蛋白组成的蘑菇样结构，含F1（亲水部分，凡表示第一个被鉴定的与氧化磷酸化相关的因子）和F。（疏水部分，凡表示寡霉素敏感）两个功能结构域。E为线粒体基质侧的蘑菇头状突起，其功能是催化ATP合成；而凡的大部分结构嵌入线粒体内膜中，组成离子通道，用于质子的回流（动画6-1"ATP合酶一质子通道”)。


生物化学与分子生物学 胞质侧三、质子顺浓度梯度回流释放能量用于合成ATP 动物细胞中，ATP合酶的F1部分主要由邑队-y8e亚基复合体和寡霉素敏感蛋白(oligomycin sensitive coru·e1Ting protein, OSCP，易与功霉素结合而失去活性）组成。3个a、B亚基间隔排列，形成哗功能单元，像橘子瓣样围绕丫亚基形成六聚体（图6-12)。凡嵌于线粒体内膜中，由疏水的a、比、c沪12亚基组成，形成跨内膜质子通道。c亚基由短环连接的2个反向跨膜a－螺旋组成，9～12个c亚基围成环状结构；a亚基紧靠c亚基环外侧，由5个跨膜a－螺旋形成2个半穿透线粒体内膜的、不连通的亲水质子半通道，两个开口分别位于线粒体的基质侧和内膜的细胞质侧，两个半通道分别与1个c亚基相对应（图6-12)。目前认为，ATP合酶由凡和E组装成可旋转的发动机样结构，完成质子回流并驱动ATP合成。F。起支撑作用的2个b亚基通过长的亲水端铀定F1的a亚基，并通过8亚基与Ci.3队稳固结合；嵌入内膜的b\Imt§F部分质子半通道＠-;'a亚基细胞质侧 细胞质侧a亚基c亚基苞）


生物化学与分子生物学 细胞质侧a亚基c亚基苞） 图6-12ATP合酶结构和质子的跨内膜流动机制模式图伈）F。孔复合体组成可旋转的发动机样结构，E的Cl.小队和8亚基以及凡的a、b2亚基共同组成定子部分，而F1的丫、e亚基及凡的c亚基环组成转子部分；（b）凡的a亚基有2个质子半通道，分别开口内膜两侧，质子顺梯度从细胞质侧进入，结合c亚基，旋转到另一半通道从基质侧排出亚基的疏水端与F0中的a亚基结合，使a、b2和E中的a3队、8亚基组成稳定的“定子”部分。凡部分丫和e亚基共同形成中心轴，上端穿过邑队的六聚体，丫可与B亚基疏松结合（相互作用），影响B亚基活性中心构象；下端与嵌入内膜的c亚基环紧密结合，使c亚基环、丫和e亚基组成“转子”部分（图6-12)。


生物化学与分子生物学 细胞质侧a亚基c亚基苞） 当质子顺梯度穿内膜向基质回流时，转子部分围绕定子部分进行旋转，使E中的叶｝功能单元利用释放的能量结合ADP和Pi并生成ATP。质子梯度强大势能驱动质子从a亚基的细胞质侧进入半通道，当通道口对应的1个c亚基的第61位关键Asp残基所带负电荷被甘中和后，c亚基能与疏水内膜相互接触而发生转动，当其转到能接触另一半通道口时，甘梯度的势能迫使Asp结合的H十从半通道出口释放进入线粒体基质（图6-12）。各c亚基可依次进行上述循环，导致c环和丫、8亚基相对气队转动。因此，跨内膜质子形成的电化学梯度势能是ATP合酶转动的驱动力。


生物化学与分子生物学 细胞质侧a亚基c亚基苞） BoyerP提出了ATP合成的结合变构机制(binding change mechanism),13亚基有3种构象：开放型(0)无活性，与ATP亲和力低；疏松型(L)无活性，可与ADP和Pi底物疏松结合；紧密型(T)有催化ATP合成的活性，可紧密结合ATP。1亚基转动时，会依次接触3组哗单元中的B亚基，其相互作用导致B亚基的构象发生周期性循环变化，ADP和Pi底物结合千L型的B亚基，质子流能量驱动合酶的转子部分进行转动，使该B亚基变构为T型，用于合成ATP；再次转动使B亚基变构为0型，释放出ATP（图6-13)。质子流能掀用于驱动B亚基构象按顺序改变，分别结合ADP和Pi，合成的ATP可从活性中心释放。（动画6-2"ATP合酶变构机制”)ATP合酶转子循环一周生成3分子ATP。实验数据表明，合成1分子ATP需要4个H十，其中3个打通过ATP合酶穿线粒体内膜回流入基质，另l个W用于转运ADP、片和ATP（动画6-3“电子传递—质子泵出一ATP合成“)。每分子NADH经呼吸链传递泵出lOH十，生成约2.5(10/4)分子ATP;而唬珀酸呼吸链每传递2个电子泵出6H+，生成l.5(6/4)分子ATP。 四、ATP在能量代谢中起核心作用 生物体内能址代谢有自己的特点：其一，细胞内生物大分子体系多通过弱键能的非共价键维系，图6-13ATP合酶的工作机制B亚基的3种构象：0开放型；L疏松型；T紧密结合型。质子回流驱动丫亚基旋转及B亚基构象发生协调的周期性转换不能承受能量的大增或大噩释放的化学过程，故代谢反应都是依序进行、能量逐步得失；其二，生物体不直接利用营养物质的化学能，需要使之转变为细胞可以利用的能量形式，如ATP的化学能。ATP属千高能磷酸化合物，可直接为细胞的各种生理活动提供能量。所谓高能磷酸化合物是指那些水解时能释放较大自由能的含有磷酸基的化合物，通常其释放的标准自由能AG'大于25kJ/mol，并将水解时释放能量较多的磷酸酷键，称之为高能磷酸键，用“~P”符号表示。如水解ATP末端的磷酸酷键，AG'为－30.5kJ/mol，是高能化合物；水解葡糖－6－磷酸的磷酸酷键，其AG'为－13.8kJ/mol，即为普通的磷酸化合物。事实上，共价键的断裂是需要提供能量的，而具有高能磷酸键的化合物作为底物进行水解时，其产物比底物具有更低的自由能，因而释放的能噩较多。此外，生物体内还有其他含高能磷酸键、高能硫醋键的化合物（表6-4)。 化合物呱，一-－一＇磷酸烯醇式丙酮酸-61.9 (-,14.8)氨基甲酰磷酸51.4(-12.3)1,3－二磷酸甘油酸-49.3(-11.8)磷酸肌酸-43.1(-10.3)乙酰CoA-31.5(-7.5)ADP----,.AMP+Pi-27.6(-6.6)焦磷酸-27.6(-6.6)葡糖－I－磷酸-20.9(-5.0)(-)ATP是能量捕获和释放利用的重要分子ATP是体内最重要的高能磷酸化合物，是细胞可直接利用的能量形式。营养物分解产生的能量大约40％用于产生ATP。在标准状态下，ATP水解释放的自由能为30.5kJ/mol。但在活细胞中，ATP、ADP和无机磷浓度比标准状态低得多，而pH比标准状态的pH7.0高，ATP和ADP的全部磷酸基都处于解离状态，显示携带4个或3个负电荷的阴离子形式，并与细胞内M矿形成复合物。考虑到浓度等各种影响因素，细胞内ATP水解释放自由能可能达到52.3kJ/mol，可用于驱动与之偶联反应的进行。因此，ATP最重要的意义是通过其水解释放大楹自由能，当与需要供能的反应偶联时，能促进这些反应在生理条件下完成。如ATP直接参与各种代谢物的活化反应、合成生物大分子的反应；通过ATP使分解代谢与合成代谢紧密相连；ATP通过水解反应为耗能的跨膜转运、骨骼肌收缩、蛋白质 \构象的改变提供能量。132第二篇物质代谢及其调节（二）ATP是能量转移和核昔酸相互转变的核心 细胞中存在的腺昔酸激酶(adenylate kinase)可催化ATP、ADP、AMP间互变。当体内ATP消耗过多（例如骨骼肌剧烈收缩）时，ADP累积，在腺背酸激酶催化下由ADP转变成ATP。当ATP的需求量降低时，AMP从ATP中获得～P生成ADP。UTP、CTP、GTP可为糖原、磷脂、蛋白质等合成反应提供能晕，但它们一般不能从物质氧化过程中直接生成，而是在核昔二磷酸激酶的催化下，从ATP中获得～P产生。反应如下：ATP+UDP一ADP+UTP ATP+CDP一ADP+CTP ATP+GDP一ADP+GTP生物体内能量的生成、转移和利用都以ATP为中心。ATP分子性质稳定，但寿命仅数分钟，不在细胞中储存，而是不断进行ATP/ADP的再循环，其相互转变的量十分可观，转变过程中伴随自由能的释放和获得，在各种生理活动中完成能量的穿梭转换，因此称为“能量货币”。（三）ATP通过转移自身基团提供能量因为ATP分子中的高能磷酸键水解释放能量多，并产生Pi、PPi基团，很多酶促反应由ATP通过共价键与底物或蛋白质等相连，将ATP分子中的（四）磷酸肌酸也是储存能量的高能化合物图6-14高能磷酸键在ATP和磷酸肌酸间的转移ATP充足时，通过转移末端～P给肌酸，生成磷酸肌酸(creatine phosphate, CP)，储存千需能较多的骨骼肌、心肌和脑组织中。当迅速消耗ATP时，磷酸肌酸可将～P转移给ADP，生成ATP，补充ATP的不足（图6-14)。所以ATP在体内能量捕获、转移、储存和利用过程中处于中心位置（图6-15)。


生物化学与分子生物学 \构象的改变提供能量。132第二篇物质代谢及其调节（二）ATP是能量转移和核昔酸相互转变的核心  氧化磷酸化 机械能（肌收缩等）~P。渗透能（物质主动转运）化学能（合成代谢） 底物水平磷酸化｝恋磷酸电能（生物电）肌酸ADP热能（维持体温）第三节氧化磷酸化的影响因素 ATP作为机体最主要的能量载体，其生成量主要取决于氧化磷酸化的速率。机体根据自身能量需求通过调节氧化磷酸化的速率来调节ATP的合成。因此，能够影响NADH、FADH2的产生、影响呼吸链组分和ATP合酶功能的因素，都会影响氧化磷酸化进而影响ATP的生成。 —、体内能量状态调节氧化磷酸化速率 机体根据能量需求调节氧化磷酸化速率，从而调节ATP的生成量。电子的氧化和ADP的磷酸化是氧化磷酸化的根本，通常线粒体中氧的消耗量是被严格调控的，其消耗量取决于ADP的含量，因此，ADP是调节机体氧化磷酸化速率的主要因素，只有ADP和Pi充足时电子传递的速率和耗氧量才会提高。


生物化学与分子生物学 —、体内能量状态调节氧化磷酸化速率 细胞内ADP的浓度以及ATP/ADP的比值能够迅速感应机体能量状态的变化。当机体蛋白质合成等耗能代谢反应活跃时，对能量的需求大为增加，ATP分解为ADP和R的速率增加，使ATP/ADP的比值降低、ADP的浓度增加，ADP进入线粒体后迅速用于磷酸化，氧化磷酸化随之加速，合成的ATP用于满足需求，直到ATP/ADP的比值回升至正常水平后，氧化磷酸化速率也随之放缓。通过这种方式使ATP的合成速率适应机体的生理需要。另外，ATP和ADP的相对浓度也同时调节糖酵解、三狻酸循环途径，满足氧化磷酸化对NADH和FAD凡的需求。另外ATP的浓度较高时，氧化磷酸化速率会降低，是因为ATP通过别构调节的方式抑制糖酵解、降低三狻酸循环的速率，协调调节产能的相关途径。 二、抑制剂阻断氧化磷酸化过程 抑制剂通过阻断电子传递链的任何环节，或者抑制ADP的磷酸化过程，都可导致ATP的合成减少，同时线粒体对氧的需求也减少，细胞的呼吸作用降低，细胞的各种生命活动都会受到影响。


生物化学与分子生物学 （一）呼吸链抑制剂阻断电子传递过程 此类抑制剂能在特异部位阻断线粒体呼吸链中的电子传递、降低线粒体的耗氧量，阻断ATP的产生已。例如，鱼藤酮(rotenone汃粉蝶霉素A(piericidin A)及异戊巴比妥(amobarbital)等可抑制复合体I，从而阻断电子从铁硫中心到泛酣的传递。萎锈灵(carboxin)是复合体11的抑制剂。抗霉素A(antimycin A)阻断电子从Cyt b到QN的传递，是复合体皿的抑制剂。CN\N；能够紧密结合复合体W中氧化型Cyt a3，阻断电子由Cyt a到Cu8-Cyt a3的传递。co与还原型Cyt a3结合，阻断电子传递给02。许多室内的火灾事故，由于装饰材料中的化学物质经高温处理后形成HCN，造成人员的co、CN中毒，能量代谢受阻，细胞的呼吸作用停止，直接威胁生命（见图611)。


生物化学与分子生物学 （二）解偶联剂阻断ADP的磷酸化过程 解偶联剂(uncoupler)可使氧化与磷酸化的偶联分离，电子可沿呼吸链正常传递，但建立的质子电化学梯度被破坏，不能驱动ATP合酶来合成ATP。如二硝基苯酚(dinitrophenol, DNP)为脂溶性物质，在线粒体内膜中可自由移动，进入基质时释出H+，返回细胞质侧时结合H+，从而破坏了W的电化学梯度，无法驱动ATP的合成。机体也存在内源性解偶联剂，使H十不通过ATP合酶、而是通过其他途径回流至线粒体基质，因而ATP的生成受到抑制。如人（尤其是新生儿）、哺乳类动物中存在棕色脂肪组织，该组织中含有大量的线粒体，因而细胞色素蛋白明显增多，大量血红素的强吸光能力而使其带有颜色。棕色脂肪组织的线粒体内膜中富含一种特别的蛋白质，称解偶联蛋白1(uncoupling protein1, UCPl)。它是由2个32kD亚基组成的二聚体，在线粒体内膜上形成质子通道，内膜细胞质侧的H十可经此通道返回线粒体基质，使氧化磷酸化解偶联不生成ATP，但质子梯度储存的能量以热能形式释放，因此棕色脂肪组织是产热御寒组织。新生儿硬肿症是因为缺乏棕色脂肪组织，不能维待正常体温而使皮下脂肪凝固所致。现已发现在骨骼肌等组织的线粒体中存在UCPl的同源蛋白质UCP2、UCP3，但无解偶联作用，它们在禁食条件下表达增加，可能有其他的功能。另外，体内游离脂肪酸也可促进H十经解偶联蛋白回\Iif`流至线粒体基质中而减少ATP的生成。（三）ATP合酶抑制剂同时抑制电子传递和ATP的生成ATP合酶的抑制剂对电子传递及ADP磷酸化均有抑制作用。例如寡霉素(oligomycin)、二环已基碳二亚胺（如yclohexyl carbodiimide, DCCD)均可结合F.，阻断I-I＋从F0质子半通道回流，抑制ATP合酶活性。由于线粒体内膜两侧质子电化学梯度增高能够影响呼吸链组分的质子泵功能，因此也会抑制电子的传递过程。另外，抑制氧化磷酸化会降低线粒体对氧的需求，氧的消耗会减少。


生物化学与分子生物学 （二）解偶联剂阻断ADP的磷酸化过程  三、甲状腺激素促进氧化磷酸化和产热 机体的甲状腺激素促进细胞膜上Na+, K+-ATP酶的表达，使ATP加速分解为ADP和Pi,ADP浓度增加而促进氧化磷酸化。另外甲状腺激素(th yroid hormoneT3)可诱导解偶联蛋白基因表达，使氧化释能和产热比率均增加，ATP合成减少，导致机体耗氧谜和产热同时增加，所以甲状腺功能亢进症病人基础代谢率增高。 四、线粒体DNA突变影响氧化磷酸化功能 线粒体DNA(mtDNA)呈裸露的环状双螺旋结构，缺乏蛋白质保护和损伤修复系统，容易受到损伤而发生突变，其突变率远高于核内的基因组DNA。


生物化学与分子生物学 四、线粒体DNA突变影响氧化磷酸化功能 线粒体的功能蛋白质主要由细胞核的基因编码，人的mtDNA含37个编码基因，用于表达呼吸链复合体I中的7个亚基、复合体III中的Cyt b、复合体W中的3个亚基、ATP合酶的2个亚基，以及22个tRNA和2个rRNA。因此mtDNA突变可直接影响电子的传递过程或ADP的磷酸化，使ATP生成减少而致能量代谢紊乱、引起疾病。mtDNA突变造成的功能障碍易出现在耗能较多的组织，如骨骼肌、脑等。随着年龄的增长，如果mtDNA突变严重累积，可导致帕金森病、阿尔茨海默病、糖尿病等疾病的发生。遗传性mtDNA疾病以母系遗传居多，因每个卵细胞中有几十万个mtDNA分子，每个精子中只有几百个mtDNA分子，受精卵mtDNA主要来自卵细胞，因此卵细胞mtDNA突变产生疾病的概率更高。五、线粒体内膜选择性协调转运氧化磷酸化相关代谢物线粒体的基质与细胞质之间有线粒体内、外膜相隔，外膜对物质的通透性高、选择性低，线粒体内膜含有与代谢物转运相关的转运蛋白质体系，对各种物质进行选择性转运，维持组分间的平衡，以保证生物氧化和基质内旺盛的物质代谢过程能够顺利进行（表6-5)。


生物化学与分子生物学 四、线粒体DNA突变影响氧化磷酸化功能 转运蛋白质进入线粒体出线粒体ATP-ADP转位酶ADP3-ATP七磷酸盐转运蛋白H2P04-+H•二狻酸转运蛋白HPO42-苹果酸a－酮戊二酸转运蛋白苹果酸a－酮戊二酸天冬氨酸－谷氨酸转运蛋白谷氨酸天冬氨酸单狻酸转运蛋白丙酮酸OH三狻酸转运蛋白苹果酸拧檬酸碱性氨基酸转运蛋白鸟氨酸瓜氨酸肉碱转运蛋白脂酰肉碱肉碱（－）细胞质中的NADH通过穿梭机制进入线粒体呼吸链在线粒体内生成的NADH可直接进入氧化呼吸链进行电子传递。但NADH不能自由穿过线粒体内膜，在细胞质中经糖酵解等生成的NADH需通过穿梭机制进入线粒体的呼吸链才能进行氧化。


生物化学与分子生物学 四、线粒体DNA突变影响氧化磷酸化功能 1.0:－磷酸甘油穿梭脑和骨骼肌细胞的细胞质NADH主要通过此穿梭机制进入线粒体呼吸链进行氧化。细胞质中的NADH＋甘在磷酸甘油脱氢酶催化下，将2H传递给磷酸二胫丙酮，使其还原成a－磷酸甘油，后者通过线粒体外膜到达线粒体内膜的膜间隙侧。在线粒体内膜的膜间隙侧结合着磷酸甘油脱氢酶的同工酶，此酶含FAD辅基，接受a－磷酸甘油的2H生成FADH2和磷酸二胫丙酮。FAD凡直接将2H传递给泛酰进入氧化呼吸链（图6-16)。由于FADH2将NADH携带的一对电子从内膜的膜间隙侧直接传递给Q进行氧化磷酸化，因此1分子的NADH经此穿梭能产生1.5分子ATP。


生物化学与分子生物学 磷酸二轻丙酮I II I a－磷酸甘油, I I I`,`I\\I\ 细胞胞质线粒体膜间隙线粒体线粒体外膜内膜基质2.苹果酸－天冬氨酸穿梭肝、肾及心肌细胞中主要采用此机制将细胞质NADH转运至线粒体呼吸链。该穿梭需要2种内膜转运蛋白质和2种酶协同参与。细胞质中的NADH+W使草酰乙酸还原生成苹果酸，苹果酸经过线粒体内膜上的苹果酸－a－酮戊二酸转运蛋白进入线粒体基质后重新生成草酰乙酸，释放NADH+H十。基质中的草酰乙酸转变为天冬氨酸后经线粒体内膜上的天冬氨酸－谷氨酸转运蛋白重新回到细胞质。进入基质的NADH+W则通过NADH呼吸链进行氧化，生成2.5分子ATP（图6-17)。 线粒体胞质侧内膜基质侧酮～比二戊酮二戊比尤比冬酸氨谷氨酸 CD苹果酸脱氢酶；＠谷草转氨酶；＠a－酮戊二酸转运蛋白；＠天冬氨酸－谷氨酸转运蛋白（二）ATP-ADP转位酶协调转运ATP和ADP出入线粒体呼吸链产生的质子电化学梯度主要用于驱动ATP的合成，同时也驱动内膜上的跨膜蛋白质转运氧化磷酸化的相关组分，包括腺昔酸转运蛋白、磷酸盐转运蛋白等。


生物化学与分子生物学 线粒体胞质侧内膜基质侧酮～比二戊酮二戊比尤比冬酸氨谷氨酸 线粒体内膜富含腺昔酸转运蛋白，也称ATP-ADP转位酶(ATP-ADP translocase)，可占内膜蛋白质总量的14%。它是由2个亚基组成的二聚体，形成跨膜蛋白通道，将膜间隙的ADP3-（在细胞pH中，ADP呈解离状态）转运至线粒体基质中，同时从基质转运出ATP4-，使经过线粒体内膜的ADP3一进入和ATP4一移出紧密偶联，维持线粒体内外腺昔酸水平基本平衡。每分子ATP4－和ADP3一反向转运时，实际向膜间隙净转移l个负电荷，而膜间隙的高正电性有利于ATP的泵出。此时，跨膜质子梯度的能量也驱动膜间隙侧的H十和H2P04一经磷酸盐转运蛋白同向转运到线粒体基质中（图6-18)。因此每分子ATP在线粒体基质中生成并转运到细胞质共需4个W回流进入线粒体基质中。


生物化学与分子生物学 线粒体胞质侧内膜基质侧酮～比二戊酮二戊比尤比冬酸氨谷氨酸 心肌、骨骼肌等耗能多的组织中线粒体膜间隙存在一种肌酸激酶同工酶，它催化经ATP-ADP转位酶运到膜间隙中ATP与肌酸之间～P的转移，生成的磷酸肌酸经线粒体外膜中的孔蛋白进入细胞质中，由相应的肌酸激酶同工酶催化，将～P转移给ADP生成ATP。因此线粒体内膜的选择性协调转运，对于氧化磷酸化的正常运转至关重要。 第四节其他氧化与抗氧化体系 除了线粒体氧化体系外，细胞内也存在其他的氧化体系，主要参与物质的生物氧化。另外，线粒体呼吸链存在单电子传递过程，单电子也有机会＂漏出“直接传递给氧而生成活性氧组分，而不是通过呼吸链传递给氧生成水。因此呼吸链也是产生活性氧、引起细胞氧化损伤的原因之一，机体也有相应的保护防御机制。


生物化学与分子生物学 第四节其他氧化与抗氧化体系 一、微粒体细胞色素P450单加氧酶催化底物分子轻基化人微粒体细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450monooxygenase)催化氧分子中的一个氧原子加到底物分子上（轻化），另一个氧原子被NADPH＋甘还原成水，故又称混合功能氧化酶(mixed function oxidase)或轻化酶(hydroxylas e)，参与类固醇激素等的生成以及药物、毒物的生物转化过程（见第十九章），其反应式如下：单加氧酶类在肝和肾上腺的微粒体中含量最多，是反应最复杂的酶。此酶含细胞色素P450(Cyt P450)，通过血红素中的Fe离子进行单电子传递。Cyt P450在生物中广泛分布，人C yt P450有几百种同工酶，识别各自特异性底物。


生物化学与分子生物学 第四节其他氧化与抗氧化体系 单加氧酶催化反应过程如下：NADPH首先将电子交给黄素蛋白；黄素蛋白将电子传递给以Fe-S为辅基的铁氧还蛋白；与底物结合的氧化型Cy t P450接受铁氧还蛋白的1个e一后，转变成还原型Cyt P450，与02结合形成RH·P450·Fe2•·02; Cyt P450血红素中Fe2＋将电子交给02形成RH·P450·Fe3•·02一；再接受铁氧还蛋白的第2个e一，使氧活化(O22-）。此时1个氧原子使底物(RH)轻化(ROH)，另1个氧原子与来自NADPH的质子结合生成H20（图6-19)。 丫入 二、线粒体呼吸链也可产生活性氧。2得到单电子产生超氧阴离子(O;.)，再逐步接受电子而生成过氧化氢H202、轻自由基(·OH)。这些未被完全还原的含氧分子，氧化性远远大千02，合称为反应活性氧类(reacti ve oxygen species, ROS)。


生物化学与分子生物学 。2一02．一比02关·OH－比0 线粒体的呼吸链是产生ROS的主要部位，呼吸链在传递电子的过程中，由于将涌出的电子直接交给氧，产生部分被还原的氧，所以得到ROS这样的＂副产物”，特别是0;．的产生主要源自呼吸链。灼t岔复合体皿中通过Q循环传递电子，接受单电子的QH'在内膜中自由移动，通过非酶促反应直接将单电子泄漏给02而生成o;.。呼吸链末端的细胞色素c氧化酶从金属离子每次转移l个电子、通过4步单电子转移将氧彻底还原生成水，也会有少量氧接受单电子或双电子而生成0;．和H2020除呼吸链外，细胞质中的黄嗦呤氧化酶、微粒体中的Cyt P450氧化还原酶等催化的反应，需要氧为底物，也可产生o;.。但这些酶产生的ROS远低于线粒体呼吸链。另外，细菌感染、组织缺氧等病理过程，电离辐射、吸烟、药物等外源因素也可导致细胞产生大量的ROS。RO S通过不同的方式释放到线粒体基质、膜间隙及细胞质等部位，对细胞的功能产生广泛的影响。少量的ROS能够促进细胞增殖等，但ROS的大量累积会损伤细胞功能、甚至会导致细胞死亡。例如，线粒体基质中的顺乌头酸酶，其Fe-S易被0;．氧化而丧失功能，直接影响三狻酸循环的功能。


生物化学与分子生物学 。2一02．一比02关·OH－比0 o;．可迅速氧化一氧化氮(NO)产生过氧亚硝酸盐(ONOO_，也属于ROS)，后者能使脂质氧化、蛋白质硝基化而损伤细胞膜和膜蛋白。胫自由基等可直接氧化蛋白质、核酸，进而破坏细胞的正常结构和功能。线粒体一方面通过消耗氧用千产生ATP供能，另一方面也会产生ROS而损伤自身及细胞等。因此，生物进化已使机体发展了有效的抗氧化体系及时清除ROS，防止其累积产生有害影响。 三、抗氧化酶体系有清除反应活性氧的功能 体内存在的各种抗氧化酶、小分子抗氧化剂等，形成了重要的防御体系以对抗ROS的副作用。广泛分布的超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)，可催化1分子0;．氧化生成02，另一分子o;．还原生成H202,2个相同的底物歧化产生了2个不同的产物：哺乳动物细胞有3种SOD同工酶，在细胞质中的SOD，其活性中心含Cu/Zn离子，称Cu/ZnSOD；线粒体中的SOD活性中心含Mn2+，称Mn-SOD。SOD是人体防御内、外环境中超氧离子损伤的重要酶。Cu/Zn-SOD基因缺陷使0;．不能及时清除而损伤神经元，可引起肌萎缩性侧索硬化症等疾病。


生物化学与分子生物学 三、抗氧化酶体系有清除反应活性氧的功能 生成的H202可被过氧化氢酶(catalase)分解为H20和02。过氧化氢酶主要存在于过氧化酶体、细胞质及微粒体中，含有4个血红素辅基，催化活性强，每秒种可催化超过40000底物分子转变为产物。其催化反应如下：H息有一定的生理作用，如在粒细胞和吞噬细胞中，H202可氧化杀死入侵的细菌；甲状腺细胞中产生的H202可使21一氧化为12，进而使酪氨酸殡化生成甲状腺激素。


生物化学与分子生物学 三、抗氧化酶体系有清除反应活性氧的功能 谷胱甘肤过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)也是体内防止ROS损伤不可缺少的酶，可去除H息和其他过氧化物类(ROOH)。在细胞胞质、线粒体以及过氧化酶体中，GPx通过还原型的谷胱甘肤将H202还原为H20，将ROOH转变为醇，同时产生氧化型的谷胱甘肤。它催化的反应如下：H202+2GSH2H20+GS-SG2GSH+ROOH-GS-SG+H20+ROH氧化型GS-SC经谷胱甘肤还原酶催化，由NADPH+H•提供2H，再转变为还原型的GSH。还原型的GSH也发挥抗氧化作用，抵抗活性氧对蛋白质中琉基的氧化。体内其他小分子自由基清除剂有维生素C、维生素E、B－胡萝卜素等，它们与体内的抗氧化酶共同«>;;,组成人体抗氧化体系。


生物化学与分子生物学 第七章脂质代谢 脂质(lipids)种类多、结构复杂，决定了其在生命体内功能的多样性和复杂性。脂质分子不由基因编码，独立于从基因到蛋白质的遗传信息系统之外，不易溶于水是其最基本的特性，决定了脂质在以基因到蛋白质为遗传信息系统、以水为基础环境的生命体内的特殊性，也决定了其在生命活动或疾病发生发展中的特别重要性。一些原来认为与脂质关系不大甚至不相关的生命现象和疾病，可能与脂质及其代谢关系十分密切。近年来种种迹象表明，在分子生物学取得重大进展基础上，脂质及其代谢研究将再次成为生命科学、医学和药学等的前沿领域。第一节脂质的构成、功能及分析—、脂质是种类繁多、结构复杂的一类大分子物质脂质是脂肪和类脂的总称。脂肪即甘油三酣(triglyceride)，也称三脂肪酰基甘油(triacylglycerol)。 类脂包括固醇及其酷、磷脂和糖脂等。(—)甘泊三酷是甘油的脂肪酸酷 甘油三酷为甘油的三个经基分别被相同或不同的脂肪酸酷化形成的酷，其脂肪酰链组成复杂，长度和饱和度多种多样已。体内还存在少量甘油一酷(monoacylglycerol)和甘油二酷（小acylglycero l)。


生物化学与分子生物学 类脂包括固醇及其酷、磷脂和糖脂等。(—)甘泊三酷是甘油的脂肪酸酷 （二）脂肪酸是脂肪泾的狻酸脂肪酸(fat ty acid)的结构通式为CH3(CH2)"COOH。高等动植物脂肪酸碳链长度一般在14~20之间、为偶数碳（表7-1)。脂肪酸系统命名法根据脂肪酸的碳链长度命名；碳链含双键，则标示其位置。A编码体系从狻基碳原子起计双键位置，Q或n编码体系从甲基碳起计双键位置。不含双键的脂肪酸为饱和脂肪酸(saturated fatty acid)，不饱和脂肪酸(unsaturated fatty acid)含一个或以上双键。含一个双键的脂肪酸称为单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acid)；含两个及以上双键的脂肪酸称为多不饱和脂肪酸(polyunsatu rated fatty aci d)。根据双键位置，多不饱和脂肪酸分属千w-3、w-6、w-7和w-9四簇（表7-2)。高等动物体内的多不饱和脂肪酸由相应的母体脂肪酸衍生而来，但w-3、w-6和w-9簇多不饱和脂肪酸不能在体内相互转化。


生物化学与分子生物学 （三）磷脂分子含磷酸 磷脂(phospholipids)由甘油或鞘氨醇、脂肪酸、磷酸和含氮化合物组成已。含甘油的磷脂称为甘油磷脂(glycerophospholipids)，结构通式如下。因取代基团－X不同，形成不同的甘油磷脂（表7-3)。


生物化学与分子生物学 第七章脂质代谢141碳原子习惯名系统名数和双簇分子式键数 饱和脂肪酸月桂酸(lauricacid)几－十二烧酸12:0CH3(CH2)10COOR豆范酸(myristic acid)几－十四烧酸14:0CH3(CH2)12COOR软脂肪酸(palm山c acid)几－十六烧酸16:0CH3(CH2)14COOR硬脂肪酸(stearic acid)n－十八烧酸18:Q CH3(C H2)16COOR花生酸（釭achidic acid)n－二十烧酸20:Q CH3(C H2)18COOR山箭酸(behenic acid)n－二十二烧酸22:0CH3(CH2)20COOR拘焦油酸(lignoce ric n－二十四烧酸24:O CH3(CH2)22COOR acid)单不饱和脂肪酸棕桐（软）油酸(palmito-9－十六碳一烯酸16:1w-7CH/CH2)5CH=CH(CH2)7COOHleic acid)油酸(ole ic acid)9－十八碳一烯酸18:1(I)-9CH3(CH2)1CH=CH(CH2LCOOH异油酸(vaccenic acid)反式11－十八碳一烯18:1w-7CH3(C H2)5CH=C H(CH2)9COOR酸神经酸(nervonic acid)15－二十四碳单烯酸24:1w-9CH3(CH2)1CH=CH(CH2儿COOH多不饱和脂肪酸亚油酸(linoleic acid)9,12－十八碳二烯酸18:2w-6CH3(C比）,(CH=CHCH山(C比）6COOH a亚麻酸(a-linolenic9,12,15－十八碳三烯18:3w-3CH3CH2(CH=CHCH山(CH山COOH acid)酸1亚麻酸(-y-linolenic6,9,12－十八碳三烯18:3w-6CH3(C比）4(CH=CHC比）3(CH山COOH acid)酸花生四烯酸(arachidonic5,8,11,14－二十碳四20:4w-6CH3(C比）4(CH=CHC比）4(C比）2COOH acid)烯酸timnodonic acid(EPA)5,8,11,14,17－二十20:5w-3CH3CH2(CH=CHCH山(C H山COOH碳五烯酸clupanodonic acid(DPA)7,10,13,16,19－二十22:5w-3CH3CH2(CH=CHCH山(CH山COOH二碳五烯酸cervonic acid(DHA)4,7,10,13,16,19－二22:6w-3CH3CH2(CH=CHCH山CH2COOH十二碳六烯酸油酸


生物化学与分子生物学 第七章脂质代谢141碳原子习惯名系统名数和双簇分子式键数 w-9w-6 亚油酸 9-18:19,12-18:2@w-3胆碱—CH2CH2+N(CH3)J磷脂酰胆碱（卵磷脂） 乙醇胺-CH2CH2NH3磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）丝氨酸沁I I3磷脂酰丝氨酸肌醇磷脂酰肌醇言甘甘油—CH2CHOHCH20H磷脂酰甘油CH20COR1 磷脂酰甘油?i I二磷脂酰甘油（心磷脂）—CH2CHOHCH20-P—OCH2含鞘氨醇(sphingosine)或二氢鞘氨醇(dihydrosphingosine)的磷脂称为鞘磷脂(sphingophospholipid)。鞘氨醇的氨基以酰胺键与1分子脂肪酸结合成神经酰胺(ceramide)，为鞘脂的母体结构。鞘脂的结构通式如下，因取代基－X不同，可分为鞘磷脂和鞘糖脂(glycosphingolipid)两类。鞘磷脂的取代基为磷酸胆碱或磷酸乙醇胺，鞘糖脂的取代基为葡萄糖、半乳糖或唾液酸等。


生物化学与分子生物学 鞘氨醇鞘氨醇 CH3一(CH加一CH=CH-CHOH脂肪酸CH3—(CH止一CH=CH-CH-OH脂肪酸I,__---－、I,,.-一＾一一、（四）胆固醇以环戊炕多氢菲为基本结构胆固醇属类固醇(steroid)化合物，由环戊烧多氢菲(perhydrocylopentanophenanthrene)母体结构衍生形成。因C3胫基氢是否被取代或乌侧链（一般为8~l0个碳原子）不同而衍生出不同的类固醇。动物体内最丰富的类固醇化合物是胆固醇(cholesterol)，植物不含胆固醇而含植物固醇，以B－谷固醇(B姐tosterol)最多，酵母含麦角固醇(ergosterol)。 环戊烧多氢菲胆固醇P－谷固醇麦角固醇二、脂质具有多种复杂的生物学功能（一）甘油三酷是机体重要的能源物质 由千独特的性质，甘油三酣是机体重要供能和储能物质。首先，甘油三酣富含高度还原碳，氧化分解产能多。lg甘油三酷彻底氧化可产生38kJ能量，lg蛋白质或lg碳水化合物只产生17kJ能量。其次，甘油三醋疏水，储存时不带水分子，占体积小。再次，机体有专门的储存组织—一脂肪组织卤。甘油三酷是脂肪酸的重要储存库。甘油二醋还是重要的细胞信号分子。


生物化学与分子生物学 环戊烧多氢菲胆固醇P－谷固醇麦角固醇二、脂质具有多种复杂的生物学功能（一）甘油三酷是机体重要的能源物质 （二）脂肪酸具有多种重要生理功能脂肪酸是脂肪、胆固醇酷和磷脂的重要组成成分。一些不饱和脂肪酸具有更多、更复杂的生理功能。1.提供必需脂肪酸人体自身不能合成、必须由食物提供的脂肪酸称为必需脂肪酸(essential fatty acid)。人体缺乏A9及以上去饱和酶，不能合成亚油酸(18:2,/19,12)、a-亚麻酸(18:3,/19,12'15)，必须从含有A9及以上去饱和酶的植物食物中获得，为必需脂肪酸。花生四烯酸(20:4'/15,8,11,14)虽能在人体以亚油酸为原料合成，但消耗必需脂肪酸，一般也归为必需脂肪酸。2.合成不饱和脂肪酸衍生物前列腺素、血栓噫烧、白三烯是二十碳多不饱和脂肪酸衍生物。前列腺素(prostaglandin, PG)以前列腺酸(prostanoic acid)为基本骨架，有一个五碳环和两条侧链(RI及凡）。


生物化学与分子生物学 花生四烯酸前列腺酸 根据五碳环上取代基团和双键位置不同，前列腺素分为PGA-PGI等9型。体内PGA、PGE及PGF较多；PGC2和PG凡是PG合成的中间产物。PGI2带双环，除五碳环外，还有一个含氧的五碳环，又称为前列环素(pros tacyclin)。 [｀比丿＿＿｀R2COOH 144第二篇物质代谢及其调节根据凡及凡侧链双键数目，前列腺素又分为1、2、3类，在字母右下角标示。 PGF心PGF也 血栓嗯烧(thromboxane A2,TXA2)有前列腺酸样骨架但又不同，五碳环被含氧噫烧取代。 血栓嗯烧A2 白三烯(leukotriene, LT)不含前列腺酸骨架，有4个双键，所以在LT右下角标以4。白三烯合成的初级产物为LTA4，在5、6位上有一氧环。如在12位加水引入轻基，并将5、6位环氧键断裂，则为LTB4。如LTA4的5、6位环氧键打开，6位与谷胱甘肤反应则可生成LTC4、LTD4及LT凡等衍生物。


生物化学与分子生物学 14151719白三烯A4(LTA4) 前列腺素、血栓噫烧和白三烯具有很强生物活性。PG凡能诱发炎症，促进局部血管扩张，使毛细血管通透性增加，引起红、肿、痛、热等症状。PGE2、PGA2能使动脉平滑肌舒张，有降血压作用。PGE2及PGl2能抑制胃酸分泌，促进胃肠平滑肌蠕动。卵泡产生的PGE2、PGF2"在排卵过程中起重要作用。PGF2"可使卵巢平滑肌收缩，引起排卵。子宫释放的PGF2"能使黄体溶解。分挽时子宫内膜释出的PG凡能使子宫收缩加强，促进分挽。血小板产生的TXA2、PG氐能促进血小板聚集和血管收缩，促进凝血及血栓形成。血管内皮细胞释放的PGI2有很强舒血管及抗血小板聚集作用，抑制凝血及血栓形成。可见PGI2有抗TXA2作用。北极地区因纽特人摄食富含二十碳五烯酸的海水鱼类食物，能在体内合成PGE3、PGl3及TXA3。PGl3能抑制花生四烯酸从膜磷脂释放，抑制PGI2及TXA2合成。由千PGl3活性与PGI2相同，而TXA3活性较TXA2弱得多，因此因纽特人抗血小板聚集／抗凝血作用较强，被认为是他们不易患心肌梗死的重要原因之一。


生物化学与分子生物学 14151719白三烯A4(LTA4) 过敏反应慢反应物质(slow reacting substances of anaphylatoxis, SRS-A)是LTC4、LTD4及LT凡混合物，其支气管平滑肌收缩作用较组胺、PGF压强l00~1000倍，作用缓慢而持久。LT凡能调节白细胞功能，促进其游走及趋化作用，刺激腺昔酸环化酶，诱发多形核白细胞脱颗粒，使溶酶体释放水解酶类，促进炎症及过敏反应发展。lgE与肥大细胞表面受体结合后，可引起肥大细胞释放LTC4、LT队及。


生物化学与分子生物学 14151719白三烯A4(LTA4) LTE4。这3种物质能引起支气管及胃肠平滑肌剧烈收缩，LT队还能使毛细血管通透性增加。（三）磷脂是重要的结构成分和信号分子1.磷脂是构成生物膜的重要成分磷脂分子具有亲水端和疏水端，在水溶液中可聚集成脂质双层，是生物膜的基础结构包。细胞膜中能发现几乎所有的磷脂，甘油磷脂中以磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine, PC)、磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine, PE)、磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)含量最高，鞘磷脂中以神经鞘磷脂为主。各种磷脂在不同生物膜中所占比例不同。磷脂酰胆碱也称卵磷脂(lecithin)存在于细胞膜中。心磷脂(c职liolipin)是线粒体膜的主要脂质。


生物化学与分子生物学 14151719白三烯A4(LTA4) 2磷脂酰肌醇是第二信使的前体磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol)4、5位被磷酸化生成的磷脂酰肌醇－4,5－二磷酸(phosphatidylinositol4,5-bisphosphate, PIP2)是细胞膜磷脂的重要组成成分，主要存在于细胞膜的内层。在激素等刺激下可分解为甘油二酷和肌醇三磷酸(inositol triphosph ate, IP3)，均能在细胞内传递细胞信号。（四）胆固醇是生物膜的重要成分和具有重要生物学功能固醇类物质的前体1.胆固醇是细胞膜的基本结构成分胆固醇C3经基亲水，能在细胞膜中以该羚基存在于磷脂的极性端之间，疏水的环戊烧多氢菲和乌侧链与磷脂的疏水端共存于细胞膜。胆固醇是动物细胞膜的另一基本结构成分，但亚细胞器膜含量较少。环戊烧多氢菲环使胆固醇比细胞膜其他脂质更强直，是决定细胞膜性质的重要分子。


生物化学与分子生物学 14151719白三烯A4(LTA4) 2.胆固醇可转化为一些具有重要生物学功能的固醇化合物体内一些内分泌腺，如肾上腺皮质睾丸、卵巢等能以胆固醇（酷）为原料合成类固醇激素；胆固醇在肝可转变为胆汁酸，在皮肤可转化为维生素D3o三、脂质组分的复杂性决定了脂质分析技术的复杂性脂质是不溶于水的大分子有机化合物，加之组成多样、结构复杂，很难用常规方法分析。通常需先提取，分离，还可能需要进行酸、碱或酶处理，然后再根据其特点、性质和分析目的，选择不同方法进行分析。 （一）用有机溶剂提取脂质 通常根据脂质的性质，采用不同的有机溶剂抽提不同的脂质，中性脂用乙酰、氯仿、苯等极性较小的有机溶剂，膜脂用乙醇、甲醇等极性较大的有机溶剂。血浆脂质的常规临床定量分析通常不需要抽提、分离，直接采用酶法测定。抽提获得的脂质为粗纯物，需进一步分离后分析。


生物化学与分子生物学 （二）用层析分离脂质 层析(chromatography)也称色谱，是脂质分离最常用和最基本方法，有柱层析和薄层层析(thin layer chromato驴·aphy, TCL)两种形式。通常采用硅胶为固定相，氯仿等有机溶剂为流动相。由于极性较高脂质（如磷脂）与硅胶的结合比极性较低、非极脂质（如甘油三酣）紧密，所以硅胶对不同极性脂质的吸附能力不同。抽提获得的混合脂质通过层析系统时，非极性脂质移动速度较极性脂质快，从而将不同极性脂质分离，用于下一步分析。 （三）根据分析目的和脂质性质选择分析方法 脂质分离后，常常需要进行定量或定性分析。层析后用碱性蕊香红、罗丹明或碳等染料显色，然后扫描显色的斑点进行定量分析。也可通过显色斑点对比样品与已知脂质的迁移率进行定性分析。还可以洗脱、收集层析分离的脂质，采用适当的化学方法（如滴定、比色等）测定含量。更精细的定量定性分析，可根据分析目的和脂质性质，选用质谱法、红外分光光度法、荧光法、核磁共振法、气－液色谱法(gas-liquid chromatography)等分析。


生物化学与分子生物学 （四）复杂的脂质分析还需特殊的处理 脂质的组成及结构复杂，对其分析常常需要特殊处理。如甘油三酉扒胆固醇酷、磷脂中的脂肪酸多种多样、结构差异大。对其分析需经特殊处理，使其释放，再结合前述方法分析。甘油三酷、磷脂、\IITt胆固醇酷可用稀酸和碱处理使脂肪酸释放，鞘脂则需强酸处理才能释放脂肪酸。采用特定的磷脂酶还可特异释放磷脂特定分子部位的脂肪酸。第二节脂质的消化与吸收—、胆汁酸盐协助消化酶消化脂质脂质(lipid)不溶于水，不能与消化酶充分接触。胆汁酸盐有较强乳化作用，能降低脂－水相间的界面张力，将脂质乳化成细小微团(micelles)，使脂质消化酶吸附在乳化微团的脂－水界面，极大地增加消化酶与脂质接触面积，促进脂质消化。含胆汁酸盐的胆汁、含脂质消化酶的胰液分泌后进入十二指肠，所以小肠上段是脂质消化的主要场所。胰腺分泌的脂质消化酶包括胰脂酶(pancreatic lipase汃辅脂酶(colipase)、磷脂酶A2(phospholipase A2, PLA2)和胆固醇酣酶(cholesterol esterase)（动画7-1“消化酶的作用”)。胰脂酶特异水解甘油三酷l、3位酷键，生成2－甘油一酷（2-monoglyceride)及2分子脂肪酸。辅脂酶(M,,lOkD)在胰腺泡以酶原形式存在，分泌入十二指肠腔后被胰蛋白酶从N－端水解，移去五肤而激活。辅脂酶本身不具脂酶活性，但可通过疏水键与甘油三酷结合(Kd,1xl0-7moVL汃通过氢键与胰脂酶结合（分子比为1:1；凡值为5xl0-7moVL)，将胰脂酶铀定在乳化微团的脂－水界面，使胰脂酶与脂肪充分接触，发挥水解脂肪的功能。辅脂酶还可防止胰脂酶在脂－水界面上变性、失活。可见，辅脂酶是胰脂酶发挥脂肪消化作用必不可少的辅因子。胰磷脂酶A2催化磷脂2位酷键水解，生成脂肪酸(fat ty acid)和溶血磷脂(lysophosphatide)。胆固醇酷酶水解胆固醇酷(cholesterol ester, CE)，生成胆固醇(cholesterol)和脂肪酸。溶血磷脂、胆固醇可协助胆汁酸盐将食物脂质乳化成更小的混合微团(mixed micelles)。这种微团体积更小（直径约20nm)，极性更大，易穿过小肠黏膜细胞表面的水屏障被黏膜细胞吸收。


生物化学与分子生物学 （四）复杂的脂质分析还需特殊的处理  二、吸收的脂质经再合成进入血液循环 脂质及其消化产物主要在十二指肠下段及空肠上段吸收。食入脂质含少量由中(6~10C)、短(2~4C)链脂肪酸构成的甘油三酷，它们经胆汁酸盐乳化后可直接被肠黏膜细胞摄取，继而在细胞内脂肪酶作用下，水解成脂肪酸及甘油(glycerol)，通过门静脉进入血液循环。脂质消化产生的长链(l2~26C)脂肪酸、2－甘油一酉扒胆固醇和溶血磷脂等，在小肠进入肠黏膜细胞。长链脂肪酸在小肠黏膜细胞首先被转化成脂酰CoA(acyl CoA)，再在滑面内质网脂酰CoA转移酶(acyl CoA tran sferase)催化下，由ATP供能，被转移至2－甘油一酷轻基上，重新合成甘油三酣。再与粗面内质网上合成的载脂蛋白(apolipoprotein, apo)B48、C、AI、AIV等及磷脂、胆固醇共同组装成乳糜微粒(chylomicron, CM)，被肠黏膜细胞分泌、经淋巴系统进入血液循环。


生物化学与分子生物学 二、吸收的脂质经再合成进入血液循环 三、脂质消化吸收在维持机体脂质平衡中具有重要作用体内脂质过多，尤其是饱和脂肪酸、胆固醇过多，在肥胖(obesity汃高脂血症(hyperlipidemia)、动脉粥样硬化(atherosclerosis)、2型糖尿病(type2diabetes mellitus, TIDM)、高血压(hype rten sion)和癌(cancer)等发生中具有重要作用。小肠被认为是介于机体内、外脂质间的选择性屏障。脂质通过该屏障过多会导致其在体内堆积，促进上述疾病发生。小肠的脂质消化、吸收能力具有很大可塑性。脂质本身可刺激小肠、增强脂质消化吸收能力。这不仅能促进摄入增多时脂质的消化吸收，保障体内能量、必需脂肪酸(essential fatty acid)、脂溶性维生素供应，也能增强机体对食物缺乏环境的适应能力。小肠脂质消化吸收能力调节的分子机制可能涉及小肠特殊的分泌物质或特异的基因表达产物，可能是预防体脂过多、治疗相关疾病、开发新药物、采用膳食干预措施的新靶标。


生物化学与分子生物学 第七章脂质代谢第三节甘油三醋代谢—、甘油三酷氧化分解产生大量ATP（一）甘油三酷分解代谢从脂肪动员开始 脂肪动员(fat mob山zation)指储存在白色脂肪细胞内的脂肪在脂肪酶作用下，逐步水解，释放游离脂肪酸和甘油供其他组织细胞氧化利用的过程（图7-1)~。 归转脂解激素细胞膜门｀＂口，脂、产｀清蛋白存储胞细心、骨骼肌细胞血液运送 曾经认为，脂肪动员由激素敏感性甘油三酣脂肪酶(hormone-sensitive triglyceride lipase, HSL)、也称激素敏感性脂肪酶(hormon e sensitive lipase, HSL)调控。HSL催化甘油三酷水解的第一步，是脂肪动员的关键酶。随后发现催化甘油三酷水解第一步并不是HSL的主要作用，而是下面所描述的第二步反应。脂肪动员也还需多种酶和蛋白质参与，如脂肪组织甘油三酷脂肪酶(ad ipose triglyceride lipase, ATGL)和Perilipin-1。


生物化学与分子生物学 归转脂解激素细胞膜门｀＂口，脂、产｀清蛋白存储胞细心、骨骼肌细胞血液运送 脂肪动员由多种内外刺激通过激素触发。当禁食、饥饿或交感神经兴奋时，肾上腺素、去甲肾上腺素、胰高血糖素等分泌增加，作用千白色脂肪细胞膜受体，激活腺昔酸环化酶，使腺昔酸环化成cAMP，激活cAMP依赖蛋白激酶，使细胞质内脂滴包被蛋白－1(Peri lipin-1)和HSL磷酸化。磷酸化的Perilipin-1一方面激活ATGL，另一方面使因磷酸化而激活的HSL从细胞质转移至脂滴表面。脂肪在脂肪细胞内分解的第一步主要由ATGL催化，生成甘油二酷和脂肪酸。第二步主要由HSL催化，主要水解甘油二酣sn-3位酷键，生成甘油一酷和脂肪酸。最后，在甘油一酷脂肪酶(monoacylglycerol@lipa se, MGL)的催化下，生成甘油和脂肪酸。所以，上述激素能够启动脂肪动员、促进脂肪水解为游离脂肪酸和甘油，称为脂解激素。而胰岛素、前列腺素E2等能对抗脂解激素的作用，抑制脂肪动员，称为抗脂解激素。


生物化学与分子生物学 归转脂解激素细胞膜门｀＂口，脂、产｀清蛋白存储胞细心、骨骼肌细胞血液运送 游离脂肪酸不溶于水，不能直接在血浆中运输。血浆清蛋白具有结合游离脂肪酸的能力（每分子清蛋白可结合10分子游离脂肪酸），能将脂肪酸运送至全身，主要由心、肝、骨骼肌等摄取利用。 （二）甘油转变为3－磷酸甘油后被利用 甘油可直接经血液运输至肝、肾、肠等组织利用。在甘油激酶(glycerokinase)作用下，甘油转变为3－磷酸甘油；然后脱氢生成磷酸二胫丙酮，循糖代谢途径分解，或转变为葡萄糖。肝的甘油激酶活性最高，脂肪动员产生的甘油主要被肝摄取利用，而脂肪及骨骼肌因甘油激酶活性很低，对甘油的摄取利用很有限。 CH20H百丽蔷酶CH心一也甘油3－磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶I呱、糖酵解途径CH心—@磷酸二轻丙酮（三）B－氧化是脂肪酸分解的核心过程 除脑外，机体大多数组织均能氧化脂肪酸，以肝、心肌、骨骼肌能力最强。在02供充足时，脂肪酸可经脂肪酸活化、转移至线粒体、B－氧化((3-oxidation)生成乙酰CoA及乙酰CoA进入三狻酸循环彻底氧化4个阶段，释放大量ATP。


生物化学与分子生物学 CH20H百丽蔷酶CH心一也甘油3－磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶I呱、糖酵解途径CH心—@磷酸二轻丙酮（三）B－氧化是脂肪酸分解的核心过程 1.脂肪酸活化为脂酰CoA脂肪酸被氧化前必须先活化，由内质网、线粒体外膜上的脂酰CoA合成酶(acyl-CoA synthetase)催化生成脂酰CoA，需ATP、CoA-SH及M忙参与。脂酰CoA合成酶脂肪酸＋CoA-SH飞2~、-脂酰CoA+PP,脂酰CoA含高能硫酷键，不仅可提高反应活性，还可增加脂肪酸的水溶性，因而提高脂肪酸代谢活性。活化反应生成的焦磷酸(PPi)立即被细胞内焦磷酸酶水解，可阻止逆向反应进行，故l分子脂肪酸活化实际上消耗2个高能磷酸键。


生物化学与分子生物学 CH20H百丽蔷酶CH心一也甘油3－磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶I呱、糖酵解途径CH心—@磷酸二轻丙酮（三）B－氧化是脂肪酸分解的核心过程 2.脂酰CoA进入线粒体催化脂肪酸氧化的酶系存在于线粒体基质，活化的脂酰CoA必须进入线粒体才能被氧化。长链脂酰CoA不能直接透过线粒体内膜，需要肉碱(cru·nitine，或称L-~胫－-y三甲氨基丁酸）协助转运。存在于线粒体外膜的肉碱脂酰转移酶I(cru·nitin e acyl transfera se I)催化长链脂酰CoA与肉碱合成脂酰肉碱(acyl carni tine)，后者在线粒体内膜肉碱－脂酰肉碱转位酶(carnitine-acylcarni tin e translocase)作用下，通过内膜进入线粒体基质，同时将等分子肉碱转运出线粒体。进入线粒体的脂酰肉碱，在线粒体内膜内侧肉碱脂酰转移酶II作用下，转变为脂酰CoA并释出肉碱（图7-2)。


生物化学与分子生物学 CH20H百丽蔷酶CH心一也甘油3－磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶I呱、糖酵解途径CH心—@磷酸二轻丙酮（三）B－氧化是脂肪酸分解的核心过程 脂酰CoA进入线粒体是脂肪酸B－氧化的限速步骤，肉碱脂酰转移酶I是脂肪酸B－氧化的关键ATP AMP+PP;酶。当饥饿、高脂低糖膳食或糖尿病时，机体没有充足的FFA C沁糖供应，或不能有效利用糖，需脂肪酸供能，肉碱脂酰转移酶I活性增加，脂肪酸氧化增强。相反，饱食后脂肪酸线粒体外膜合成加强，丙二酸单酰CoA含量增加，抑制肉碱脂酰转移酶I活性，使脂肪酸的氧化被抑制。3.脂酰CoA分解产生乙酰CoA、FAD比和CoA NADH线粒体基质中存在由多个酶结合在一起形成的肉碱脂酰肉碱脂肪酸B－氧化酶系，在该酶系多个酶顺序催化下，从脂酰基B－碳原子开始，进行脱氢、加水、再脱氢及硫解四步反应（图7-3)，完成一次B－氧化。


生物化学与分子生物学 CH20H百丽蔷酶CH心一也甘油3－磷酸甘油磷酸甘油脱氢酶I呱、糖酵解途径CH心—@磷酸二轻丙酮（三）B－氧化是脂肪酸分解的核心过程 经过上述四步反应，脂酰CoA的碳链被缩短2个碳原子。脱氢、加水、再脱氢及硫解反复进行，最终完成脂肪酸B－氧化。生成的FADH2、NADH经呼吸链氧化，与ADP磷酸化偶联，产生ATP。生成的乙酰CoA主要在线粒体通过三狻酸循环彻底氧化；在肝，部分乙酰CoA转变成酮体，通过血液运送至肝外组织氧化利用。4.脂肪酸氧化是机体ATP的重要来源脂肪酸彻底氧化生成大量ATP。以软脂肪酸为例，1分子软脂酸彻底氧化需进行7次B－氧化，生成7分子FADH2、7分子NADH及8分子乙酰CoA。在pH7.0,25°C的标准条件下氧化磷酸化，每分子FADH2产生1.5分子ATP，每分子NADH产生2.5分子ATP；每分子乙酰CoA经三狻酸循环彻底氧化产生10分子ATP。因此1分子软脂酸彻底氧化共生成(7X1.5)+(7X2.5)+(8X10)=108分子ATP。因为脂肪酸活化消耗2个高能磷酸键，相当于2分子ATP，所以1分子软脂肪酸彻底氧化净生成106分子ATP。


生物化学与分子生物学 （四）不同的脂肪酸还有不同的氧化方式 1．不饱和脂肪酸6－氧化需转变构型不饱和脂肪酸也在线粒体进行B－氧化。不同的是，饱和脂肪酸B－氧化产生的烯脂酰CoA是反式A2烯脂酰CoA，而天然不饱和脂肪酸中的双键为顺式。因双键位置不同，不饱和脂肪酸B－氧化产生的顺式A3烯脂酰CoA或顺式A2烯脂酰CoA不能继续B－氧化。顺式A3烯脂酰CoA在线粒体特异A订顶-+A2反烯脂酰CoA异构酶(A3-cis--+A2-trans enoyl-CoA isomerase)催化下转变为B－氧化酶系能识别的A2反式构型，继续B－氧化。顺式A2烯脂酰CoA虽然也能水化，但形成的D(-)-~轻脂酰CoA不能被线粒体B－氧化酶系识别。在D(－）-B－胫脂酰CoA表异构酶(epimerase，又称差向异构酶）催化下，右旋异构体[D(－）型］转变为B氧化酶系能识别的左旋异构体[L(＋）型］，继续B氧化。2超长碳链脂肪酸需先在过氧化酶体氧化成较短碳链脂肪酸过氧化酶体(peroxisomes)存在\.“f礼。


生物化学与分子生物学 ＠脱氢烯水eH纽虹＠加水＠再脱氢p－酮脂酰CoA RC oc＠硫解p－酮脂酰CoA r硫解酶脂酰CoA RC-SCoA+CH3CO-SCoA乙酰CoA脂肪酸的B－氧化 脂肪酸仕氧化的同工酶系，能将超长碳链脂肪酸（如C2O、丘）氧化成较短碳链脂肪酸。氧化第一步反应在以FAD为辅基的脂肪酸氧化酶作用下脱氢，脱下的氢与02结合成H202，而不是进行氧化磷酸化；进一步反应释出较短链脂肪酸，在线粒体内B－氧化。Q－氧化酶系由狻化酶、脱氢酶、NADP+,NA矿及细胞色素P450(cytochrome P450, cyt P450)等组成。脂肪酸o－甲基碳原子在脂肪酸Q－氧化酶系作用下，经研笋圣基脂肪酸、Q－醋基脂肪酸等中间产物，形成a,w－二狻酸。这样，脂肪酸就能从任一端活化并进行B－氧化。（五）脂肪酸在肝分解可产生酮体脂肪酸在肝内B氧化产生的大量乙酰CoA，部分被转变成酮体(ketone bodies)，向肝外输出卤。酮体包括乙酰乙酸(acetoacetate)(30%)、B－轻丁酸(!3-hydroxy-butyrate)(70%）和丙酮(acetone)（微＂3-量）。


生物化学与分子生物学 ＠脱氢烯水eH纽虹＠加水＠再脱氢p－酮脂酰CoA RC oc＠硫解p－酮脂酰CoA r硫解酶脂酰CoA RC-SCoA+CH3CO-SCoA乙酰CoA脂肪酸的B－氧化 1.酮体在肝生成酮体生成以脂肪酸B－氧化生成的乙酰CoA为原料，在肝线粒体由酮体合成酶系催化完成（图7-4)。(1)2分子乙酰C oA缩合成乙酰乙酰CoA：由乙酰乙酰CoA硫解酶(thiolase)催化，释放1分子CoASH。(2)乙酰乙酰C oA与乙酰CoA缩合成胫基甲基戊二酸单酰CoA(3-hydroxy-3-methylglutai-yl CoA, HMG-CoA)：由HMG-CoA合酶(HMG-CoA synthase)催化，生成HMG-CoA,释放出1分子CoASH。2酮体在肝外组织氧化利用肝组织有活性较强的酮体合成酶系，但缺乏利用酮体的酶系。肝外许多组织具有活性很强的酮体利用酶，能将酮体重新裂解成乙酰CoA，通过三狻酸循环彻底氧化。所以肝内生成的酮体需经血液运输至肝外组织氧化利用。


生物化学与分子生物学 ＠脱氢烯水eH纽虹＠加水＠再脱氢p－酮脂酰CoA RC oc＠硫解p－酮脂酰CoA r硫解酶脂酰CoA RC-SCoA+CH3CO-SCoA乙酰CoA脂肪酸的B－氧化 (1)乙酰乙酸的利用需先活化：有两条途径。在心、一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一丙酮,:l肾、脑及骨骼肌线粒体，由唬珀酰CoA转硫酶(succinyl CoA thiophorase)催化生成乙酰乙酰CoA。 I+1骈珀酰CoA转硫酶乙酰乙酸眺珀酰CoA础11严芦眺珀酸 在肾、心和脑线粒体，由乙酰乙酸硫激酶(acetoacetate thiok inase)催化，直接活化生成乙酰乙酰CoA。(2)乙酰乙酰CoA硫解生成乙酰CoA：由乙酰乙酰CoA硫解酶(acetoacet yl CoA thiolase)催化。 乙酰乙酰CoA硫解酶 B轻基丁酸的利用是先在B轻丁酸脱氢酶催化下，脱氢生成乙酰乙酸，再转变成乙酰CoA被氧化。正常情况下，丙酮生成量很少，可经肺呼出。