糖酵解与柠檬酸循环：能量代谢的核心路径
01糖酵解过程
► 糖酵解简介
糖酵解是细胞能量代谢的起点。作为初级代谢途径，糖酵解在细胞质中将葡萄糖分解为丙酮酸，为细胞提供必要的能量，并为后续的柠檬酸循环等高级代谢途径储备物质基础。通过糖酵解，葡萄糖的化学能被转化为ATP等高能分子，从而驱动细胞的生命活动。
► 糖酵解反应流程
糖酵解的过程在细胞质中展开，历经 10步化学反应。首先，葡萄糖经过己糖激酶的催化，发生磷酸化反应，生成6-磷酸葡萄糖，此步骤为不可逆过程。接着，磷酸己糖异构酶介入，使6-磷酸葡萄糖异构化为6-磷酸果糖，该反应是可逆的。随后，磷酸果糖激酶进一步催化6-磷酸果糖进行磷酸化，生成1，6-二磷酸果糖。最后，醛缩酶参与将1，6-二磷酸果糖裂解为两分子磷酸丙糖——3-磷酸甘油醛和磷酸二羟丙酮。在此过程中，磷酸丙糖异构酶会催化磷酸二羟丙酮异构化为3-磷酸甘油醛，从而完成整个糖酵解的反应流程。
3-磷酸甘油醛在糖酵解过程中发生氧化反应，生成1，3-二磷酸甘油酸。这一步是糖酵解中唯一的氧化反应，其中脱下的氢由NAD＋接受，进而形成NADH。随后，磷酸甘油酸激酶介入，将1，3-二磷酸甘油酸转化为3-磷酸甘油酸并生成ATP。这是糖酵解过程中首次通过底物直接氧化产生的ATP，这种产ATP的方式被称为底物水平磷酸化。紧接着，磷酸甘油酸变位酶发挥作用，使3-磷酸甘油酸中的C3上的磷酸基团移至分子内的C2原子上，从而生成2-磷酸甘油酸。之后，烯醇化酶催化2-磷酸甘油酸脱水，产生磷酸烯醇式丙酮酸。最后，丙酮酸激酶将PEP上的磷酸基团转移至ADP，生成ATP。同时，PEP转化为烯醇式丙酮酸，后者因极不稳定而自发转变为丙酮酸。 丙酮酸激酶催化的这一反应是糖酵解中的第二个底物水平磷酸化反应。
► 糖酵解中的关键反应
糖酵解中有三个关键不可逆反应，决定着酵解过程的速率和方向。这些反应分别是：葡萄糖的磷酸化、磷酸果糖激酶催化的磷酸化以及丙酮酸激酶催化的反应，涉及的限速酶分别是己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。
► 糖酵解的重要性
糖酵解是生物体内普遍存在的代谢途径，它能在无氧和有氧条件下进行，是葡萄糖分解为能量和合成其他物质的重要方式。 通过糖酵解，生物体能够获取生命活动所需的部分能量，特别是在厌氧环境或供氧不足的情况下，糖酵解成为糖分解的主要途径，同时也是获得能量的关键方式。此外，糖酵解过程中产生的多种中间产物，如磷酸二羟丙酮和丙酮酸，可进一步转化为脂肪和蛋白质的合成原料，从而将糖酵解与蛋白质和脂类合成代谢紧密相连。
► 糖酵解反应方程式
糖酵解过程中，葡萄糖经过一系列化学反应，最终被分解为丙酮酸和能量。这些反应可以用化学方程式来表示，清晰地展示出糖酵解的反应路径和产物。
► NADH的去路与能量计算
接下来，我们探讨1分子葡萄糖经过糖酵解过程，在生成丙酮酸的同时，所能产生的ATP数量。在无氧条件下， 1分子葡萄糖仅能产生2分子ATP，因为NADH不能进入电子传递链生成ATP。而在有氧条件下，原核生物能产生7分子ATP，真核生物则根据穿梭机制的不同，可能产生7分子或5分子ATP。
► 磷酸果糖激酶的核心地位
磷酸果糖激酶活性受多种因素调控。ATP和柠檬酸作为别构抑制剂会与酶的特定位点结合，从而改变酶的构象。相反，AMP和2，6-二磷酸果糖则作为别构激活剂，能增强酶的活性。值得注意的是，2，6-二磷酸果糖的增加会进一步激活磷酸果糖激酶，从而推动糖酵解的进程。
► 丙酮酸的去路
在有氧环境中， 丙酮酸会继续氧化进入柠檬酸循环。而在无氧环境中，丙酮酸会转化为乙醇或乳酸，分别通过酒精发酵或乳酸发酵生成。
► 糖酵解与柠檬酸循环的桥梁
丙酮酸脱氢酶复合体在糖酵解与柠檬酸循环之间起着至关重要的枢纽作用。 丙酮酸脱氢酶复合体由多种酶和辅因子组成，在催化过程中，丙酮酸经过氧化脱羧，最终生成1分子CO2、1分子乙酰CoA以及1分子NADH＋H＋。
02柠檬酸循环与能量代谢
► 三羧酸循环的详细过程
柠檬酸循环是细胞内能量代谢的重要一环，草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合酶的催化下结合生成柠檬酸并释放出大量能量。随后，柠檬酸经过异构化反应生成顺乌头酸，并进一步转化为异柠檬酸。异柠檬酸发生氧化脱羧反应，生成α-酮戊二酸。此反应释放出二氧化碳和NADH，是柠檬酸循环中的首次脱氢与脱羧过程。以后，α-酮戊二酸在琥珀酰CoA合成酶的催化下生成琥珀酰CoA，经过磷酸化生成琥珀酸，这是柠檬酸循环中唯一通过底物水平磷酸化产生高能键的反应。接着，琥珀酸脱氢酶使琥珀酸脱氢，形成延胡索酸，并释放出FADH2。延胡索酸经过水合作用生成苹果酸，最后在苹果酸脱氢酶的催化下氧化脱氢，重新生成草酰乙酸，完成柠檬酸循环。 柠檬酸循环不仅生成大量的代谢中间体，还重新形成了草酰乙酸，标志着柠檬酸循环的圆满结束。
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网址: 糖酵解与柠檬酸循环：能量代谢的核心路径 https://m.trfsz.com/newsview1775356.html
