丙酮酸的氧化脱羧
有氧呼吸及三羧酸循环
糖的有氧氧化
Aerobic Oxidation of Glucose
• 葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和 CO2的反应过程称为有氧氧化。这是糖 氧化的主要方式。
一、有氧氧化的反应过程
分为三个阶段：
胞液
第一阶段
G
丙酮酸
（同酵解）
线粒体
第二阶段
丙酮酸
乙酰CoA
三羧酸循环 第三阶段 氧化磷酸化
以乙酸为主要食物的细菌
（物质循环中的重要一环）
乙酰CoA合成酶
乙酸 + ATP +CoASH → 乙酰CoA + H2O +AMP +PPi
3.磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）
• 磷酸戊糖——磷酸戊糖为代表性中间产物。 • 支路——糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。
2
磷酸戊糖 途径
细胞质中
A.过程 氧化阶段(脱碳产能)
lipoic acid
COOH
+2H -2H
H2 C
H2C
CH (CH2)4 COOH
SH
SH
dihydrolipoic acid
辅酶A结构
OH CH3
OH OH
HS CH2CH2NH C CH2CH2NH C C C CH2 O P O P O
O
O H CH3
OO
3'AMP
巯基乙胺 β -丙氨酸
•酪氨酸
琥珀酰CoA → 血红素
•亮 赖氨 氨既酸 酸 是“焚苹果烧酸 炉又是百宝琥库珀酰”CoA苯丙氨酸
色氨酸
三羧酸循环
延胡索酸
酪氨酸
（2）乙醛酸循环——三羧酸循环支路
CoASH
三羧酸循环(TCA)
磷酸戊糖途径PPP：Pentose Phosphate Pathway 己糖磷酸途径HMP：Hexose Monophosphate Pathway 磷酸己糖支路HMS：Hexose Monophosphate Shunt G直接氧化途径DOPG：Direct Oxidation Pathway of Glucose
净 生 成 2 × 1 ATP，2×3mol（NADH＋H＋），2×1 molFADH2，2×2 molCO2
由于氧化磷酸化，1mol（NADH＋H＋）可生成3molATP, 1 molFADH2可生成2molATP。
因此：第一阶段：净生成8molATP 第二阶段：净生成6molATP，2 molCO2 第三阶段：净生成24molATP，4 molCO2
低：大量的NADH抑制酶的活性，使TCA循环 减速。
2、ATP，琥珀酰CoA抑制柠檬酸合成酶、α—酮戊 二酸脱氢酶的活性，使TCA循环减速。
异柠檬脱氢酶受ATP抑制，被ADP激活。 3、丙酮酸脱氢酶系的调节见前
细胞中ATP浓度越高时，TCA速度下降； NAD＋/NADH的比值越高时，TCA速 度越快。
就HMP而言，关键的调控位是：
6—P—G脱氢酶催化的不可逆反应。
（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）
2
3-磷酸甘油醛
异 构 酶
醛缩酶
H2O Pi
二磷酸果糖酯酶
1,6-二 磷酸果糖
6-磷酸果糖
总反应式为： A式：6 6—P—G＋12NADP＋＋6H2O 6CO2＋12（NADPH＋H＋）
4 6—P—F＋2 3—P—G＋
然后：2 3—P—G 6—P—F
丙酮酸氧化脱羧反应
丙酮酸氧化脱羧反应
丙酮酸氧化脱羧反应（甲烷氧化酸反应）是一种重要的有机反应，它是有机化
学工业完成多种类合成的基础。
丙酮酸氧化脱羧反应的反应机理可以简单地表示为，使甲烷氧化得到相应的醛类和酮类中间体，最终与甲醛或水反应形成甾醇，酮或羧酸。
丙酮酸氧化脱羧反应的反应温度一般处于60-70度，在温度较低的情况下，反
应速度较慢，在温度越高，反应速度会加快，但太高的温度也容易造成球坯降解。
因此，在实际反应制备应用中，通常要注意温度控制，以保证产物结构稳定，量级尽可能最大。
丙酮酸氧化脱羧反应的反应介质通常为水，以此来保证反应后产物的溶解性，
一般情况下，反应介质搭配碱性离子载体材料即可。
另外，催化剂也是丙酮酸氧化脱羧反应的重要因素，它能够帮助有机物化合物迅速分解，并保证在反应进行过程中，温度升高不太明显。
在工业应用中，丙酮酸氧化脱羧反应通常作为生产多种有机合成中间体的手段，应用包括羟醛的合成，甲醛的氧化脱羧，醛的氧化脱羧等。
在实际生产过程中，一般采用连续反应装置，首先送入甲烷氧化溶剂，再喷入氧气，使甲烷氧化反应进行形成醛类裙子体，最终脱羧产物出口。
总之，丙酮酸氧化脱羧反应是有机化学加工工业中多种合成中间体不可缺少的
手段，要求反应温度、反应介质和催化剂实行充分控制和操作，以保证生产稳定，成品质量达标。
丙酮酸脱氢酶与丙酮酸脱羧酶
丙酮酸脱氢酶与丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱羧酶是两种与丙酮酸代谢途径密切相关的酶。
它们在生物体内负责丙酮酸的转化，参与糖酵解、柠檬酸循环、脂肪酸合成等重要代谢过程。
本文将重点介绍这两种酶的结构、功能、催化机理及其在生物体内的作用。
丙酮酸脱氢酶（Pyruvate dehydrogenase, PDH）是一种催化丙酮酸氧化为乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）的酶。
乙酰辅酶A是一种重要的中间产物，可以输入到柠檬酸循环中继续被代谢。
丙酮酸脱氢酶是由几个亚单位（E1-E3）组成的复合物，其中E1亚单位含有丙酮酸脱氢酶活性中心。
该亚单位存在于线粒体内，与多个辅酶、酶促等因子结合形成多酶复合物。
丙酮酸脱羧酶（Pyruvate decarboxylase, PDC）在酵母菌等真核生物中广泛存在。
它是一种催化丙酮酸脱羧生成乙醛的酶。
乙醛是酵母菌中的重要中间产物，可以通过酒精发酵途径生成乙醇。
丙酮酸脱羧酶的催化需要依赖于辅因子硫代乙酸（Thiamine pyrophosphate,TPP）。
该辅因子与酶底物相结合后形成稳定的共价中间体，经过一系列的重排反应最终生成乙醛。
丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱羧酶在丙酮酸代谢中起到重要的作用。
丙酮酸脱氢酶参与糖酵解和柠檬酸循环，在线粒体内将丙酮酸转化为乙酰辅酶A，为细胞提供能量和中间产物。
丙酮酸脱氢酶活性的变化会直接影响葡萄糖的代谢途径选择，从而影响细胞内的乳酸、乙醇等产物的产生。
丙酮酸脱羧酶参与酵母菌中的酒精发酵过程，将丙酮酸脱羧为乙醇。
这个过程在一些重要的实际应用中具有特殊意义，如酿造酒类、面包发酵等。
丙酮酸脱羧酶也参与乙酸发酵途径，将丙酮酸转化为乙酸。
丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱羧酶的催化机理与结构特点有许多共同之处。
在催化反应中，两种酶均通过形成共价中间体来实现丙酮酸的转化。
丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱羧酶的活性中心结构和活性位点也存在一定的相似性，具有类似的催化机制。
总的来说，丙酮酸脱氢酶和丙酮酸脱羧酶是两种在丙酮酸代谢途径中发挥重要作用的酶。
丙酮酸脱羧酶和丙酮酸脱氢酶的区别
丙酮酸脱羧酶和丙酮酸脱氢酶的区别：
丙酮酸脱羧酶和丙酮酸脱氢酶都是催化丙酮酸反应的酶，但它们催化的反应不同。
丙酮酸脱羧酶（pyruvate decarboxylase）是一种催化丙酮酸脱羧反应的酶，将丙酮酸转化为乙酸和二氧化碳。
这个反应在许多微生物中都是必需的，因为它产生了乙酸，这是许多微生物的主要能量源之一。
丙酮酸脱氢酶（pyruvate dehydrogenase）则是一种催化丙酮酸氧化反应的酶，将丙酮酸转化为乙酰辅酶A和二氧化碳。
这个反应是糖解过程的一部分，它产生了乙酰辅酶A，这是三羧酸循环的一个重要中间产物。
因此，丙酮酸脱羧酶和丙酮酸脱氢酶催化的反应不同，但它们都是重要的代谢途径中的酶。
丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
2. TCA循环的总反应
二、TCA循环 循环
2. TCA循环的总反应
二、TCA循环 循环
每经历一次TCA循环 循环 每经历一次 个碳原子通过乙酰 进入循环， 有2个碳原子通过乙酰 个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有 个 进入循环 以后有2个 碳原子通过脱羧反应离开循环。 碳原子通过脱羧反应离开循环。 对氢原子通过脱氢反应离开循环 有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中 对 对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对 NADH携带 1对由 携带， 对由FADH 携带。 由NADH携带，1对由FADH2携带。 分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成 产生1分子高能磷酸化合物 ，通过它可生成1 产生 分子高能磷酸化合物 分子ATP。 。 分子 消耗2分子水， 分别用于合成柠檬酸（ 消耗 分子水，分别用于合成柠檬酸 （ 水解柠檬 分子水 酰CoA）和延胡索酸的加水。 ）和延胡索酸的加水。
所以， 循环需要在有氧的条件下进行。 所以 ， TCA循环需要在有氧的条件下进行。 否 循环需要在有氧的条件下进行
携带的H无法交给氧 无法交给氧， 则NADH和FADH2携带的 无法交给氧，即呼吸链 和 不能被再生， 氧化磷酸化无法进行， 不能被再生 氧化磷酸化无法进行 ， NAD+及 FAD不能被再生， 使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进 循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进 行。
1. 化学反应过程
二、TCA循环 循环
Step 3. 异柠檬酸氧化脱羧
这阶段放出了1分子 产生1分子NADH 这阶段放出了1分子CO2，由 C6 → C5 ；产生1分子
NADP+(gold); Ca2+(red))
1. 化学反应过程
二、TCA循环 循环
三羧酸循环(TCA)
二,生化历程 (一)不可逆的氧化阶段(1-----3) 不可逆的氧化阶段( -----3 1,6—P—G , 6—P葡萄糖酸内酯 葡萄糖酸内酯 可逆
2,6—P葡萄糖酸内酯水解生成 , 葡萄糖酸内酯水解生成6—P葡萄糖酸 葡萄糖酸内酯水解生成 葡萄糖酸 不可逆
3,6—P葡萄糖酸脱氢脱羧 , 葡萄糖酸脱氢脱羧 生成5—P 核酮糖(5—P—Ru) 不可逆 核酮糖( 生成 )
异构化反应 —H2O 可逆
通过2——3步,将柠檬酸异构化为 异柠檬酸.实质是将前者的—OH从C2 变到了后者的C3,成为仲醇(由叔醇变 为仲醇),更易氧化.
4—5,异柠檬酸氧化脱羧生成α—酮戊二酸 5 异柠檬酸氧化脱羧生成α 酮戊二酸
第一次脱氢脱羧
可逆
消耗1NAD+,生成 生成1NADH+H+,1CO2 消耗 +
因此:第一阶段:净生成8molATP 第二阶段:净生成6molATP,2 molCO2 第三阶段:净生成24molATP,4 molCO2 共净生成38molATP, 共净生成38molATP,6molCO2 38molATP 真核生物中,共净生成 真核生物中,共净生成36molATP,6molCO2 ,
3,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化PEP生成草酰乙酸 ,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化 生成草酰乙酸
心脏,骨骼肌中, 心脏,骨骼肌中,PEP羧激酶催化 羧激酶催化 PEP+CO2+GDPO=CCOOH +GTP
CH2COOH
ห้องสมุดไป่ตู้,由苹果酸酶,苹果酸脱氢酶催化使 ,由苹果酸酶, 丙酮酸生成草酰乙酸
原核, 原核,真核中广泛存在的苹果酸酶催化
不可逆
消耗1 生成1NADH+ 消耗1NAD+,生成1NADH+H+,1CO2
23柠檬酸循环
4.四步脱氢反应
异柠檬酸＋NAD＋
-酮戊二酸＋CO2＋NADH＋H＋
-酮戊二酸＋ COA-SH ＋NAD＋ ＋H＋＋CO2
琥珀酰COA＋NADH
琥珀酸＋FAD
延胡索酸＋FADH2
L－苹果酸＋NAD＋ 草酰乙酸＋NADH＋H＋
三.三羧酸循环所生的ATP
乙酰COA进入三羧酸循环，每一次循环通 过GTP产生一分子ATP。反应中共有4个脱 氢步骤，其中三对电子经NADH转递给线粒 体的膜嵴上的电子传递链，最后递给氧，每 对电子产生2.5分子ATP，3对电子共7.5分子 ATP，有一对电子经FADH2转递至电子传递 链，可产生1.5分子ATP。因此每一次循环共 产生10分子ATP。若从丙酮酸脱氢开始计算， 共产生12.5分ATP。
丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：
第一 阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸 乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA）
第二阶段：柠檬酸循环（乙酰CoA H2O 和CO2，释放出能量）
一.丙酮酸的氧化脱羧
• 丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中 间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。
•丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形成乙酰CoA。 丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：
2.柠檬酸异构化生成异柠檬酸
柠檬酸
顺乌头酸酶
异柠檬酸
3.异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸
线粒体内含有二种异柠檬酸脱氢酶，一种是以NAD＋为电子 受体，另一种以NADP＋为受体。前者仅在线粒体内，后者也在 细胞质中存在。需NAD＋异柠檬酸脱氢酶被Mg2+、Mn2+活化， 它是一个别构酶，正调控物是ADP，ADP可增加酶和底物的亲 和力。当缺乏ADP时就失去活性。NAD＋、Mg2+和ADP有协同 作用。NADH和ATP可以抑制酶活性。总之，细胞在具有高能状 态时酶活性被抑制。在低能状态时被激活。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、细胞定位：在真核细胞的线粒体基质中进行的。丙酮
酸脱氢酶系分布在植物的线粒体膜上。
高能
键
COOH
葡萄糖 （EPM） C==O
CH3
丙酮酸脱氢酶系
O CH3-C-SCoA
CoASH
乙酰CoA
CO2
丙酮酸
NAD+ NADH+H+
2、丙酮酸脱氢酶系=3个酶+6个辅因子 (1)E1：丙酮酸脱羧酶，焦磷酸硫胺素(TPP)，Mg2+ (2)E2：硫辛酸乙酰转移酶，硫辛酸， CoA-SH (3)E3：二氢硫辛酸脱氢酶，NAD+、FAD
三羧酸 循环
CO
2
COOH
丙酮酸脱氢酶系
羟乙基
丙酮酸 脱羧酶
TPP
硫辛酸
二氢硫辛 酸脱氢酶
FA D
乙酰二氢 硫辛酸
二氢硫辛酸
硫辛酸乙 酰转移酶
CoAS H
O CH3-C-SCoA
NAD +
NNAADD+H+ +H+H+
总结：
总结：
硫辛酸，硫辛酸乙酰转移酶(E2)的辅基
硫辛酸起着氢载体作用和酰基载体作用
硫辛酸的氢载体作用和酰基载体作用
S C (CH2)4COOC
SC
氧化型硫辛酸
CoA
硫辛酸乙酰转移酶
二氢硫辛 酸脱氢酶
-2H
FAD、NAD+
HS HS
(CH2)4COO-
C C
C
二氢硫辛酸
S
(CH2)4COO-
C
C
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
HS C
乙酰二氢硫辛酸
乙酰CoA