二、糖的有氧氧化

生理条件下，糖的主要分解代谢途径是有氧氧化。

1.概念　葡萄糖或糖原在氧供充足时彻底分解为CO₂和H₂O的过程称为糖的有氧氧化。

2.过程　全过程分别在胞液和线粒体内完成，伴有大量能量的产生，是糖氧化供能的主要途径。整个过程可分为三个阶段：

（1）第一阶段：葡萄糖或糖原转变为丙酮酸。该过程在胞液中进行，与糖酵解过程基本相同。

（2）第二阶段：丙酮酸进入线粒体氧化脱羧，生成乙酰辅酶A。

丙酮酸进入线粒体后，进行脱氢和脱羧，并与辅酶A结合生成乙酰辅酶A，这一过程由丙酮酸脱氢酶系催化，为一不可逆反应，是糖有氧氧化的重要限速步骤之一。总反应式如下：

丙酮酸脱氢酶系是一多酶复合体，共有3个酶（丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酸乙酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶）5个辅酶（TPP、硫辛酸、辅酶A、FAD和NAD＋）组成，5个辅酶分属于5种B族维生素，即维生素B₁、硫辛酸、泛酸、维生素B₂和维生素PP。如维生素B₁缺乏，体内TPP不足，丙酮酸氧化脱羧受阻，在末梢神经堆积则发生多发性周围神经炎（脚气病）。

（3）第三阶段：乙酰辅酶A进入三羧酸循环，彻底氧化为CO₂和H2O，并释放出能量。

三羧酸循环（TAC）是指在线粒体中，乙酰辅酶A首先与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，然后经过一系列的代谢反应，乙酰基被氧化分解，而草酰乙酸再生的循环反应过程。因该循环第一中间产物是一含三个羧基的柠檬酸，又称为柠檬酸循环。

小贴士

三羧酸循环是Krebs（英国，1900—1981）于1937年提出的，故又称为Krebs循环。为此Krebs荣获1953年度的诺贝尔生理学或医学奖。

Krebs

三羧酸循环由8步反应构成：草酰乙酸＋乙酰CoA→柠檬酸→顺乌头酸→异柠檬酸→α－酮戊二酸→琥珀酰CoA→琥珀酸→延胡索酸→苹果酸→草酰乙酸。反应过程如下（图6－2）：

图6－2　三羧酸循环

三羧酸循环有如下特点：①因限速酶催化单向不平衡反应，故决定整个循环为不可逆反应；②4次脱氢，3对氢由NAD＋接受，一对氢由FAD接受（NADH＋H＋经呼吸链生成3分子ATP，FADH₂经呼吸链生成2分子ATP）；③2次脱羧，生成2分子CO₂；④消耗2分子H2O；⑤一步底物水平磷酸化；⑥循环一次氧化分解的是乙酰CoA的乙酰基，可净生成12分子ATP。

草酰乙酸的补充：因循环中的中间产物可进入其他代谢途径，为保证循环的进行，必须不断补充草酰乙酸，草酰乙酸常由丙酮酸直接羧化而成。反应式如下：

3.糖有氧氧化总反应式　总反应式如下：

葡萄糖─→＋38ADP＋38Pi　6CO₂＋2H2O＋38ATP

4.限速酶　第一阶段限速酶与糖酵解限速酶相同；第二阶段限速酶为丙酮酸脱氢酶复合体；第三阶段限速酶是柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸脱氢酶系。

5.生理意义

（1）氧化供能：生理条件下氧供应充足时，糖有氧氧化可抑制无氧氧化，1分子葡萄糖或糖原通过有氧氧化可净生成38（或36；糖原39/37）分子ATP，是糖酵解产能的18或19倍（表6－1），故有氧氧化是机体利用糖供能的最重要途径，为绝大多数组织细胞的主要获能方式。正是通过这一途径实现了糖的主要生理功能。

表6－1　葡萄糖有氧氧化生成的ATP

＊糖有氧氧化第一阶段产生的NADH＋H＋进入线粒体的方式不同，可分别产生38/36分子ATP。

（2）三大营养素彻底氧化的途径、联系的枢纽：三羧酸循环既是糖、脂、蛋白质这三大营养物质彻底氧化分解的共同途径，也是三大营养物质相互联系和相互转变的枢纽。此外，三羧酸循环的中间产物可合成体内的一些重要物质，如琥珀酰CoA参与合成血红素；α－酮戊二酸通过转氨基作用生成谷氨酸等。糖有氧氧化与无氧氧化的比较见表6－2：

表6－2　糖的有氧氧化与无氧氧化的比较