(二)糖有氧氧化的生理意義
1.三羧酸循環(huán)是機(jī)體獲取能量的主要方式。1個分子葡萄糖經(jīng)無氧酵解僅凈生成2個分子ATP，而有氧氧化可凈生成38個ATP(如表4?)，其中三羧酸循環(huán)生成24個ATP，在一般生理條件下，許多組織細(xì)胞皆從糖的有氧氧化獲得能量。糖的有氧氧化不但釋能效率高，而且逐步釋能，并逐步儲存于ATP分子中，因此能的利用率也很高。
2.三羧酸循環(huán)是糖，脂肪和蛋白質(zhì)三種主要有機(jī)物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑，三羧酸循環(huán)的起始物乙酰輔酶A，不但是糖氧化分解產(chǎn)物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質(zhì)的某些氨基酸代謝，因此三羧酸循環(huán)實際上是三種主要有機(jī)物在體內(nèi)氧化供能的共同通路，估計人體內(nèi)2/3的有機(jī)物是通過三羧酸循環(huán)而被分解的。
3.三羧酸循環(huán)是體內(nèi)三種主要有機(jī)物互變的聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)，因糖和甘油在體內(nèi)代謝可生成α-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)變成為某些氨基酸；而有些氨基酸又可通過不同途徑變成α-酮戊二酸和草酰乙酸，再經(jīng)糖異生的途徑生成糖或轉(zhuǎn)變成甘油，因此三羧酸循環(huán)不僅是三種主要的有機(jī)物分解代謝的最終共同途徑，而且也是它們互變的聯(lián)絡(luò)機(jī)構(gòu)。
(三)糖有氧氧化的調(diào)節(jié)
如上所述糖有氧氧化分為兩個階段，第一階段糖酵解途徑的調(diào)節(jié)在糖酵解部分已探討過，下面主要討論第二階段丙酸酸氧化脫羧生成乙酰CoA并進(jìn)入三羧酸循環(huán)的一系列反應(yīng)的調(diào)節(jié)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體是這一過程的限速酶。
丙酮酸脫氫酶復(fù)合體受別位調(diào)控也受化學(xué)修飾調(diào)控，該酶復(fù)合體受它的催化產(chǎn)物ATP、乙酰CoA和NADH有力的抑制，這種別位抑制可被長鏈脂肪酸所增強(qiáng)，當(dāng)進(jìn)入三羧酸循環(huán)的乙酰CoA減少，而AMP、輔酶A和NAD+堆積，酶復(fù)合體就被別位激活，除上述別位調(diào)節(jié)，在脊椎動物還有第二層次的調(diào)節(jié)，即酶蛋白的化學(xué)修飾，PDH含有兩個亞基，其中一個亞基上特定的一個絲氨酸殘基經(jīng)磷酸化后，酶活性就受抑制，脫磷酸化活性就恢復(fù)，磷酸化-脫磷酸化作用是由特異的磷酸激酶和磷酸蛋白磷酸酶分別催化的，它們實際上也是丙酮酸酶復(fù)合體的組成，即前已述及的調(diào)節(jié)蛋白，激酶受ATP別位激活，當(dāng)ATP高時，PDH就磷酸化而被激活，當(dāng)ATP濃度下降，激酶活性也降低，而磷酸酶除去PDH上磷酸，PDH又被激活了。
對三羧酸循環(huán)中檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶的調(diào)節(jié)，主要通過產(chǎn)物的反饋抑制來實現(xiàn)的，而三羧酸循環(huán)是機(jī)體產(chǎn)能的主要方式。因此ATP/ADP與NADH/NAD+兩者的比值是其主要調(diào)節(jié)物。ATP/ADP比值升高，抑制檸檬酸合成酶和異檸檬酶脫氫酶活性，反之ATP/ADP比值下降可激活上述兩個酶。NADH/NAD+比值升高抑制檸檬酸合成酶和α－酮戊二酸脫氫酶活性，除上述ATP/ADP與NADH/NAD+之外其它一些代謝產(chǎn)物對酶的活性也有影響，如檸檬酸抑制檸檬酸合成酶活性，而琥珀酰CoA抑制α-酮戊二酸脫氫酶活性。總之，組織中代謝產(chǎn)物決定循環(huán)反應(yīng)的速度，以便調(diào)節(jié)機(jī)體ATP和NADH濃度，保證機(jī)體能量供給。(圖4-7)。
圖4-6 三羧酸循環(huán)中還原型輔酶和CO2的生成
圖4-7 三羧酸循環(huán)的抑制劑和激活劑
(四)有氧氧化和糖酵解的相互調(diào)節(jié)
Pasteur在研究酵母發(fā)酵時，發(fā)現(xiàn)在供氧充足的條件下，細(xì)胞內(nèi)糖酵解作用受到抑制。葡萄糖消耗和乳酸生成減少，這種有氧氧化對糖酵解的抑制作用稱為巴士德效應(yīng)(Pasteureffect)。
產(chǎn)生巴士德效應(yīng)主要是由于在供氧充足的條件下，細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP比值升高，抑制了PK和PFK，使6－磷酸果糖和6－磷酸葡萄糖含量增加，后者反饋抑制已糖激權(quán)衡利弊（HK)，使葡萄糖利用減少，呈現(xiàn)有氧氧化對糖酵解的抑制作用。
Crabtree效應(yīng)與巴士德效應(yīng)相反，在癌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)給予葡萄糖時不論供氧充足與否都呈現(xiàn)很強(qiáng)的酵解反應(yīng)，而糖的有氧氧化受抑制，稱為Crabtree效應(yīng)或反巴士德效應(yīng)。這種現(xiàn)象較普遍地存在于癌細(xì)胞中，此外也存在于一些正常組織細(xì)胞如視網(wǎng)膜、睪丸、顆粒白細(xì)胞等。
一般認(rèn)為，具Crabtree效應(yīng)的細(xì)胞，其酵解酶系(如PK、PFK、HK+)活性強(qiáng)，而線粒體內(nèi)氧化酶系如細(xì)胞色素氧化酶活性則較低，它們在爭奪ADF、Pi及ADH+H+方面線粒體必然處于劣勢，因而缺乏進(jìn)行氧化磷酸化的底物，即使在供氧充足的情況下，其有氧氧化生成ATP的能力仍低于正常細(xì)胞，呈現(xiàn)Crabtree效應(yīng)。
