生化基础
糖的有氧氧化:二氧化碳和水
1分子葡萄糖的净ATP数为36ATP。
2.1糖酵解细胞质
(1)葡萄糖磷酸化
葡萄糖氧化是一种能量释放反应，但葡萄糖是一种相对稳定的化合物。为了释放能量，必须给它活化能以促进这一反应，即葡萄糖必须由稳定状态变为活跃状态。激活一个葡萄糖需要1个ATP，一个ATP释放出一个高能磷酸键，释放出约30.5kj的自由能，大部分以热的形式散失，小部分与磷酸和葡萄糖结合生成葡萄糖-6-磷酸。催化酶是己糖激酶。
(2)葡萄糖-6-磷酸重排形成果糖-6-磷酸。催化酶是葡萄糖磷酸异构酶。
(3)产生果糖-1，6-二磷酸。催化酶是6-磷酸果糖激酶-1。
1葡萄糖分子消耗2个ATP分子而被激活，酶催化生成果糖-1，6-二磷酸分子。
(4)果糖-1，6-二磷酸分解为甘油醛3-磷酸和二羟丙酮磷酸，催化酶为醛缩酶。
(5)二羟丙酮磷酸迅速转化为甘油醛3-磷酸。催化酶是丙糖磷酸异构酶。
以上是第一阶段。1 6C葡萄糖转化为2个3C化合物PGAL，葡萄糖活化消耗2个ATP。如果葡萄糖-1-磷酸进入糖酵解，只消耗一个ATP。这个阶段没有氧化还原反应。
(6)甘油醛3-磷酸氧化生成1，3-二磷酸甘油酸(1，3-二磷酸甘油酸)，释放两个电子和一个H+，转移到电子受体NAD+生成NADH+ H+，能量转移到高能磷酸键。催化酶是甘油3-磷酸脱氢酶。
(7)不稳定的1，3-二磷酸甘油酸失去高能磷酸键，生成3-磷酸甘油酸，能量转移到ATP，1，3-二磷酸甘油酸生成一个ATP。催化酶是磷酸甘油酸激酶。在这个步骤中，发生了第一个底物水平的磷酸化。
(8)3-磷酸甘油酸重排生成2-磷酸甘油酸。催化酶是磷酸甘油酸变位酶。
(9)2-磷酸甘油酸脱水形成磷酸烯醇丙酮酸PEP(磷酸烯醇丙酮酸)。催化酶是烯醇酶。
(10)PEP将磷酸基团转移到ADP上，同时生成ATP和丙酮酸。催化酶是丙酮酸激酶。在这个步骤中，发生了第二个底物水平的磷酸化。
以上是糖酵解的第二阶段。一分子PGAL(磷酸甘油醛)在酶的作用下生成一分子丙酮酸。在这个过程中，一个分子的NADH通过氧化反应生成，两个分子的ATP通过底物水平的磷酸化生成。这样，一个葡萄糖分子在糖酵解的第二阶段生成4个ATP和2个NADH+H+，产物为2个丙酮酸。在糖酵解的第一阶段，一个葡萄糖分子的活化消耗了两个ATP分子，因此在糖酵解过程中，一个葡萄糖生成两个丙酮酸分子的同时，得到两个ATP分子、两个NADH分子和两个水分子。
2三羧酸循环线粒体基质
(1)乙酰辅酶a进入三羧酸辅酶a循环。
乙酰辅酶a有硫酯键，乙酰基有足够的能量与草酰乙酸的羧基进行羟醛缩合。首先，柠檬酸合成酶的组氨酸残基与乙酰辅酶a一起作为碱，使乙酰辅酶a的甲基失去一个h+，产生的碳负离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰辅酶a中间体，然后高能硫酯键水解释放出游离的柠檬酸，使反应不可逆地向右进行。这个反应是由柠檬酸合酶催化的，这是一个很强的能量释放反应。
草酰乙酸和乙酰辅酶a合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点。柠檬酸合酶是一种变构酶，ATP是柠檬酸合酶的变构抑制剂。此外，α-酮戊二酸和NADH能别构抑制其活性，长链酰基辅酶a也能抑制其活性。AMP可以对抗ATP的抑制并激活它。
(2)异柠檬酸盐的形成
柠檬酸的叔醇基团不易被氧化，转化为异柠檬酸，叔醇转化为仲醇时容易被氧化。该反应是顺乌头酸酶催化的可逆反应。
(3)首次氧化脱羧
在异柠檬酸脱氢酶的作用下，异柠檬酸的仲醇被氧化成羰基，生成中间产物草糖琥珀酸，在同一酶面上迅速脱羧生成α-酮戊二酸、NADH和co2。这个反应是β-氧化脱羧，这个酶需要Mg2+作为激活剂。
该反应是不可逆的，并且是三羧酸循环中的限速步骤。ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂，而ATP和NADH是该酶的抑制剂。
(4)第二次氧化脱羧
在α-酮戊二酸脱氢酶系统的作用下，α-酮戊二酸发生氧化脱羧反应生成CoA(琥珀酰CoA、NADH H+和CO2。反应过程与丙酮酸脱氢酶系催化完全相似，属于α？氧化脱羧，氧化产生的部分能量储存在琥珀酰辅酶a的高能硫酯键中。
α-酮戊二酸脱氢酶系统也由三种酶(α-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶)和五种辅酶(tpp、硫辛酸、hscoa、NAD+和FAD)组成。
这个反应也是不可逆的。α-酮戊二酸脱氢酶复合物受ATP、GTP、NADH和琥珀酰辅酶a抑制，但不受磷酸化/去磷酸化的调节。
(5)底物被磷酸化产生ATP
在琥珀酸脱氢酶的作用下，琥珀酰辅酶a的硫酯键水解，释放的自由能用于合成GTP(三磷酸鸟苷三磷酸)，在细菌和高等生物体内可直接生成ATP，进而在哺乳动物体内生成ATP。此时，琥珀酰辅酶a生成琥珀酸和辅酶a。
(6)琥珀酸的脱氢
琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸氧化为富马酸。这种酶与线粒体内膜结合，而三羧酸循环的其他酶存在于线粒体基质中。这种酶包含一个铁硫中心和一个价结合FAD。来自琥珀酸的电子经过FAD和铁硫中心，然后进入电子传递链到O2。丙二酸是琥珀酸的类似物，也是琥珀酸脱氢酶的强有力的竞争性抑制剂，因此可以阻断三羧酸循环。
(7)富马酸的水合作用
富马酸酶只作用于富马酸的反式(富马酸)双键，对马来酸没有催化作用，因此具有高度的立体专一性。
(8)产生苹果酸
(9)草酰乙酸再生
在苹果酸脱氢酶的作用下，苹果酸的仲醇基脱氢氧化成羰基，生成草酰乙酸。NAD+是脱氢酶的辅酶，它接受氢变成NADH H+ H+(图4-5)。
三羧酸循环概述:
乙酰辅酶a+3 nad+fad+GDP+pi——→2 CO2+3 NADH+fad H2+GTP+2 h++ coa-sh。
①循环中有两个脱羧反应(反应3和反应4)，两者同时有脱氢作用，但作用机理不同。β?氧化脱羧，辅酶是NAD+，它们先将底物脱氢生成草酰乙酸，然后在Mn2+或Mg2+的配合下脱羧生成α-酮戊二酸。
α-酮戊二酸脱氢酶系催化的α？氧化脱羧反应与丙酮酸脱氢酶系统促进的反应基本相同。
需要指出的是，脱羧生成CO2是体内CO2生成的普遍规律，因此可以看出体内CO2生成的过程与体外完全不同。
(2)三羧酸循环四次脱氢，其中三对氢原子以NAD+为受体，一对以FAD为受体，分别还原为NADH+H+和FADH2。它们通过线粒体氢转移系统进行转移，最后与氧气结合生成水。在这个过程中，释放的能量使adp和pi结合生成ATP。每隔2小时，NADH+H+参与的氢转移系统被氧化成1分子H2O，每分子NADH最终生成2.5分子ATP，而FADH2参与的氢转移系统生成1.5分子ATP。此外，一个分子的ATP是由三羧酸循环中的底物磷酸化产生的。
③乙酰辅酶a中的乙酰碳原子进入循环，与四碳受体分子草酰乙酸缩合，生成六碳柠檬酸。在三羧酸循环中，有二次脱羧生成两分子CO2，与二羰基乙酰基进入循环的碳原子数相等。然而，CO2损失的碳不是来自乙酰基的两个碳原子，而是来自草酰乙酸。
④理论上三羧酸循环的中间产物可以不消耗而循环利用，但由于循环中的某些成分也可以参与其他物质的合成，而其他物质也可以通过各种途径生成中间产物，所以说三羧酸循环的成分是不断更新的。
比如草酰乙酸-→天冬氨酸
α-酮戊二酸——谷氨酸
草酰乙酸→丙酮酸→丙氨酸
其中，丙酮酸羧化酶催化生成草酰乙酸的反应最为重要。
因为草酰乙酸的含量直接影响循环的速度，所以不断补充草酰乙酸是使三羧酸循环顺利进行的关键。
三羧酸循环中产生的苹果酸和草酰乙酸也可以脱羧生成丙酮酸，然后参与许多其他物质的合成或进一步氧化。
3线粒体内膜的氧化磷酸化
(A)α-甘油磷酸穿梭功能
这种作用主要存在于大脑和骨骼肌中，载体是α-甘油磷酸。
胞质溶胶中的NADH在α-甘油磷酸脱氢酶的催化下将二羟丙酮磷酸还原为α-甘油磷酸，穿过线粒体内膜，被内膜上的α-甘油磷酸脱氢酶催化，再生二羟丙酮磷酸和FADH2，后者进入琥珀酸的氧化呼吸链。这些组织中葡萄糖完全氧化产生的ATP比其他组织少，1 mol G→36 mol ATP。
苹果酸-天冬氨酸穿梭效应
主要存在于肝脏和心肌。1摩尔G→38摩尔ATP
胞质溶胶中的NADH被苹果酸脱氢酶催化，将草酰乙酸还原为苹果酸，后者借助内膜上的α-酮戊二酸载体进入线粒体，然后在线粒体中苹果酸脱氢酶的催化下再生草酰乙酸和NADH。NADH进入NADH氧化呼吸链并产生3分子ATP。草酸被天冬氨酸转氨酶催化生成天冬氨酸，天冬氨酸被酸性氨基酸载体转运出线粒体，转化为草酰乙酸。
3.(1)构成基因的核苷酸序列中有一些碱基片段，每三个连续的碱基(即三联体“密码子”)编码相应的氨基酸。有一个起始密码子- AUG/ATG和三个终止密码子，提供终止信号。当细胞机器在沿着核酸合成蛋白质链并不断延伸的过程中遇到末端密码子时，蛋白质的延伸反应终止，产生成熟(或过早终止的突变体)蛋白质。因此，开放阅读框是基因序列的一部分，它包含一个可以编码蛋白质的碱基序列。因为它有一个特殊的起始密码子和终止密码子，直到从这个碱基序列中可以产生适当大小的蛋白质时才会出现，所以这个碱基序列编码一个蛋白质。
开放阅读框是基因序列的一部分，它含有一个可以编码蛋白质的碱基序列，不能被终止子打断。当一个新的基因被识别，它的DNA序列被解读，人们仍然无法弄清楚相应的蛋白质序列是什么。这是因为在没有其他信息的情况下，DNA序列可以在六个框架内被阅读和翻译(每个链三个，对应三个不同的起始密码子)。
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