第五节 糖的有氧氧化

　　有氧氧化(aerobicoxidation)是指葡萄糖生成丙酮酸后，在有氧条件下，进一步氧化生成乙酰辅酶A，经三羧酸循环彻底氧化成水、二氧化碳及能量的过程。这是糖氧化的主要方式，是机体获得能量的主要途径。

　　一、反应过程

　　(一)葡萄糖氧化生成丙酮酸;

　　这一阶段和糖酵解过程相似，在细胞质中进行。在缺氧的条件下丙酮酸生成乳酸。在有氧的条件下丙酮酸进入线粒体生成乙酰辅酶A，再进入三羧酸循环。

　　(二)丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A

　　在有氧条件下，丙酮酸从细胞质进入线粒体。在丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenasecomplex)的催化下进行氧化脱羧反应，该反应的ΔG'0=-39.5kJ/mol，反应不可逆。丙酮酸脱氢酶复合体是由三种酶组成的多酶复合体，它包括丙酮酸脱氢酶，二氢硫辛酸乙酰转移酶及二氢硫辛酸脱氢酶。

　　以乙酰转移酶为核心，周围排列着丙酮酸脱氢酶及二氢硫辛酸脱氢酶。参与的辅酶有TPP，硫辛酸，FAD，NAD+，辅酶A。在多酶复合体中进行着紧密相连的连锁反应过程，反应迅速完成，催化效率高，使丙酮酸脱羧和脱氢生成乙酰辅酶A及NADH+H+。

　　(三)三羧酸循环

　　丙酮酸氧化脱羧生成的乙酰辅酶A要彻底进行氧化，这个氧化过程是三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TCA cycle)。三羧酸循环是Krebs于1937年发现的。故又称Krebs循环。因为循环中第一个中间产物是柠檬酸，故又称柠檬酸循环(citric acid cycle)。

　　乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成含有3个羧基的柠檬酸，再经过一系列反应重新变成草酰乙酸完成一轮循环，其中氧化反应脱下的氢经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成ATP;而脱羧反应生成的二氧化碳则通过血液运输到呼吸系统而被排出，是体内二氧化碳的主要来源。

　　1.三羧酸循环反应过程：

　　(1)乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成柠檬酸

　　此反应由柠檬酸合酶(citrate synthase)催化，是三羧酸循环的关键酶，是重要的调节点。由于高能硫酯键水解时释出较多自由能，ΔG'0=-32.2kJ/mol，此反应不可逆。

　　(2)柠檬酸经顺乌头酸生成异柠檬酸

　　此反应由顺乌头酸酶催化，柠檬酸脱水、加水生成异柠檬酸。

　　(3)异柠檬酸β-氧化、脱羧生成α-酮戊二酸

　　此反应在异柠檬酸脱氢酶作用下进行脱氢、脱羧，这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧。异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase)是三羧酸循环的限速酶，是最主要的调节点，辅酶是NAD+，脱氢生成的NADH+H+经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。异柠檬酸先脱氢生成草酰琥珀酸，再脱羧生成α-酮戊二酸。ΔG'0=-20.9kJ/mol。

　　(4)α-酮戊二酸氧化、脱羧生成琥珀酰辅酶A

　　此反应在α-酮戊二酸脱氢酶复合体(α-ketoglutarate dehydrogenase complex)的催化下脱氢、脱羧生成琥珀酰辅酶A，这是三羧酸循环中第二次氧化脱羧。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是三羧酸循环的关键酶，是第三个调节点。α-酮戊二酸脱氢酶复合体是多酶复合体，其组成及反应方式都与丙酮酸脱氢酶复合体相似。

　　它所含的三种酶是α-酮戊二酸脱氢酶(需TPP);硫辛酸琥珀酰基转移酶(需硫辛酸和辅酶A);二氢硫辛酸脱氢酶(需FAD、NAD+)。脱氢生成NADH+H+，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成3分子ATP。

　　由于反应中分子内部能量重排，产物琥珀酰辅酶A中含有一个高能硫酯键，此反应不可逆。ΔG'0=-33.5kJ/mol。

　　(5)琥珀酰辅酶A转变为琥珀酸

　　此反应由琥珀酸硫激酶(琥珀酰辅酶A合成酶)催化，琥珀酰辅酶A中的高能硫酯键释放能量，可以转移给ADP(或GDP)，形成ATP(或GTP)。细胞中有两种同工酶，一种形成ATP，另一种形成GTP。这是因为琥珀酸硫激酶由α、β亚基组成，α亚基上有磷酸化的组氨酸残基以及结合CoA的位点;β亚基上既可以结合ATP又可以结合GTP。形成的GTP可在二磷酸核苷激酶催化下，将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP。这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化，生成1分子ATP。

　　(6)琥珀酸脱氢转变为延胡索酸

　　此反应由琥珀酸脱氢酶催化，辅酶是FAD，脱氢后生成FADH2，经线粒体内膜上经呼吸链传递生成水，氧化磷酸化生成2分子ATP。