糖的有氧氧化
機(jī)體利用氧將葡萄糖徹底氧化成如CO2和H2O的反應(yīng)過程稱為糖的有氧氧化。有氧氧化是體內(nèi)糖分解供能的主要方式，絕大多數(shù)細(xì)胞都通過它獲得能量。在肌組織中葡萄糖通過無氧氧化所生成的乳酸，也可作為運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)體某些組織（如心?。┑闹匾茉?，徹底氧化生成CO2和H2O，提供較為充足的能量。
一、糖的有氧氧化分為三個(gè)階段
糖的有氧氧化分為三個(gè)階段:第一階段葡萄糖在細(xì)胞質(zhì)中經(jīng)糖酵解生成丙酮酸;第二階段丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫羧生成乙酰CoA；第三階段乙酰CoA進(jìn)入三梭酸循環(huán)，并偶聯(lián)進(jìn)行氧化磷酸化。第一階段反應(yīng)如前所述，氧化磷酸化將在第六章中討論。在此主要介紹丙酮酸氧化脫羧和三羧酸循環(huán)的反應(yīng)過程。
（一）葡萄糖經(jīng)糖酵解生成丙酮酸
同糖無氧氧化的第一階段。
（二）丙酮酸進(jìn)入線粒體氧化脫恣生成乙酰CoA
丙酮酸在線粒體經(jīng)過5步反應(yīng)氧化脫梭生成乙酰CoA，總反應(yīng)式為：
丙酮酸+NAD+ + HS-CoA→乙酰COA+NADH+H+ + CO2
此反應(yīng)由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化。在真核細(xì)胞中，該酶復(fù)合體存在于線粒體中,是由丙酮酸脫氫酶(E1)、二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)和二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)按一定比例組合而成的。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由60個(gè)E2組成核心,周圍排列著6個(gè)E3、20或30個(gè)E1。參與反應(yīng)的輔因子有焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸、FAD、NAD+和CoA。二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶的輔因子是硫辛酸和CoA,其中硫辛酸是帶有二硫鍵的八碳羧酸,通過與轉(zhuǎn)乙酰酶的賴氨酸殘基的ε-氨基相連,形成與酶結(jié)合的硫辛酰胺而成為酶的柔性長臂,可將乙?；鶑拿笍?fù)合體的一個(gè)活性部位轉(zhuǎn)到另一個(gè)活性部位。丙酮酸脫氫酶的輔因子是TPP,二氫硫辛酰胺脫氫酶的輔因子是FAD、NAD。
丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的反應(yīng)分為5步：①由丙酮酸脫氫酶(E1)催化,丙酮酸脫羧形成羥乙基-TPP-E1。TPP噻唑環(huán)上的N與S之間活潑的碳原子可釋放出H+,而成為負(fù)碳離子,與丙酮酸的羰基作用,使丙酮酸脫羧產(chǎn)生CO2,同時(shí)形成羥乙基-TPP。②由二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)催化,使羥乙基TPP-E1上的羥乙基被氧化成乙酰基,同時(shí)轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺,形成乙酰硫辛酰胺-E2。③二氫硫辛酰胺轉(zhuǎn)乙酰酶(E2)繼續(xù)催化,使乙酰硫辛酰胺上的乙?；D(zhuǎn)移給CoA生成乙酰CoA后,離開酶復(fù)合體,同時(shí)氧化過程中的2個(gè)電子使硫辛酰胺還原生成二氫硫辛酰胺。④由二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)催化,二氫硫辛酰胺脫氫重新生成硫辛酰胺,以進(jìn)行下一輪反應(yīng),同時(shí)將氫傳遞給FAD,生成FADH2⑤由二氫硫辛酰胺脫氫酶(E3)繼續(xù)催化,將FADH2上的氫轉(zhuǎn)移給NAD,形成NADH+H+。
在整個(gè)反應(yīng)過程中，中間產(chǎn)物并不離開酶復(fù)合體，這就使得上述各步反應(yīng)得以迅速完成，而且因沒有游離的中間產(chǎn)物，所以不會(huì)發(fā)生副反應(yīng)。丙酮酸氧化脫狡反應(yīng)是不可逆的。
乙酰COA經(jīng)三猿酸循環(huán)及氧化磷酸化提供能量
（三）三羧酸循環(huán)的第一步是由乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成6個(gè)碳原子的檸檬酸，然后檸檬酸經(jīng)過一系列反應(yīng)重新生成草酰乙酸，完成一輪循環(huán)。經(jīng)過一輪循環(huán)，發(fā)生2次脫羧反應(yīng)，釋放2分子CO2；發(fā)生1次底物水平磷酸化，生成1分子GTP（或ATP）;有4次脫氫反應(yīng)，氫的接受體分別為NAD+或FAD，生成3分子NADH+H+和1分子FADH2，它們既是三羧酸循環(huán)中脫氫酶的輔因子，又是電子傳遞鏈的第一個(gè)環(huán)節(jié)。電子傳遞鏈由一系列氧化還原體系組成，它們的功能是將H+或電子依次傳遞至氧，生成水。在H+或電子沿電子傳遞鏈傳遞過程中逐步釋放能量，同時(shí)伴有ADP磷酸化生成ATP，即氧化與磷酸化反應(yīng)是偶聯(lián)在一起的。
二、三羧酸循環(huán)使乙酰CoA徹底氧化
三羧酸循環(huán)（TCA）亦稱檸檬酸循環(huán)，是線粒體內(nèi)一系列酶促反應(yīng)所構(gòu)成的循環(huán)反應(yīng)體系，由于其第一個(gè)中間產(chǎn)物是含有3個(gè)羧基的檸檬酸而得名。因?yàn)樵搶W(xué)說由Krebs正式提出，亦稱為Krebs循環(huán)。
（一）三羧酸循環(huán)由八步反應(yīng)組成
乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)分解時(shí)，共經(jīng)歷8步反應(yīng)，主要涉及4次脫氫、2次脫羧和1次底物水平磷酸化。
1、乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸 此為三梭酸循環(huán)的第一個(gè)限速步驟，由檸檬酸合酶催化，1分子乙酰CoA與1分子草酰乙酸縮合生成檸檬酸，縮合反應(yīng)所需能量來自乙酰CoA的高能硫酯鍵。由于高能硫酯鍵水解時(shí)可釋放較多的自由能，故為不可逆反應(yīng)。檸檬酸合酶對(duì)草酰乙酸的Km很低，即使線粒體內(nèi)草酰乙酸的濃度很低，反應(yīng)也能夠迅速進(jìn)行。
2、檸檬酸經(jīng)順烏頭酸轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕?nbsp; 檸檬酸與異檸檬酸的異構(gòu)化可逆互變反應(yīng)由順烏頭酸酶催化，將C3上的羥基移至C2上。反應(yīng)的中間產(chǎn)物順烏頭酸與酶結(jié)合在一起，以復(fù)合物的形式存在。
3.異檸檬酸氧化脫羧轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸 異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶催化下氧化脫羧產(chǎn)生CO2,脫下的氫由NAD+接受,生成NADH+ H+,其余碳鏈骨架部分轉(zhuǎn)變?yōu)棣?酮戊二酸。這是三羧酸循環(huán)中的第一次氧化脫羧反應(yīng),也是第二個(gè)限速步驟,反應(yīng)不可逆,釋出的CO2可被視作乙酰CoA的1個(gè)碳原子氧化產(chǎn)物。
4、α-酮戊二酸氧化脫蔑生成琥珀酰COA α-酮戊二酸繼續(xù)發(fā)生氧化脫液產(chǎn)生CO2，脫下的氫由NAD+接受，生成NADH+H+。其余碳鏈骨架部分轉(zhuǎn)變?yōu)殓牾oA，它含有高能硫酯鍵。催化此反應(yīng)的酶是α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體，其組成和催化反應(yīng)過程與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體類似，這就使α-酮戊二酸的脫羧、脫氫、形成高能硫酯鍵等反應(yīng)可迅速完成。此為三羧酸循環(huán)中的第二次氧化脫羧反應(yīng)，也是第三個(gè)限速步驟，反應(yīng)不可逆，釋出 的CO2可被視作乙酰CoA的另1個(gè)碳原子氧化產(chǎn)物。
5.琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反應(yīng) 琥珀酰CoA含有高能硫酯鍵。它水解生成琥珀酸的同時(shí),與核苷二磷酸的磷酸化偶聯(lián),生成髙能磷酸鍵,反應(yīng)是可逆的。這是三羧酸循環(huán)中唯一的底物水平磷酸化反應(yīng),由琥珀酰CoA合成酶催化。該酶在哺乳動(dòng)物體內(nèi)有兩種同工酶,分別以GDP或ADP作為輔因子,生成GTP或ATP,兩者具有不同的組織分布特點(diǎn),與不同組織的代謝偏好相適應(yīng)。
6.琥珀酸脫氫生成延胡索酸 反應(yīng)由琥珀酸脫氫酶催化。該酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上,是三羧酸循環(huán)中唯一與內(nèi)膜結(jié)合的酶,其輔因子是FAD。反應(yīng)脫下的氫由FAD接受,生成FADH2,經(jīng)電子傳遞鏈被氧化,生成1.5分子ATP。
7.延胡索酸加水生成蘋果酸 延胡索酸酶催化此可逆反應(yīng)。
8、蘋果酸脫氫生成草酰乙酸 在蘋果酸脫氫酶催化下，蘋果酸脫氫生成草酰乙酸。脫下的氫由NAD+接受，生成NADH+H+。在細(xì)胞內(nèi)草酰乙酸不斷地被用于檸檬酸合成，故這一可逆反應(yīng)向生成草酰乙酸的方向進(jìn)行。
三羧酸循環(huán)的上述八步反應(yīng)過程主要特點(diǎn)是:①4次脫氫生成3分子NADH和1分子FADH2。三羧酸循環(huán)中,從乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸開始,反復(fù)地進(jìn)行脫氫氧化,4次脫氫反應(yīng)中的3次由NAD+接受生成3分子NADH+H+,1次由FAD接受生成1分子FADH2。這4分子還原當(dāng)量將電子傳給氧時(shí),才能生成ATP。②2次脫羧生成2分子CO2。1分子乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán)后,中間產(chǎn)物三羧酸和二羧酸通過脫羧方式共生成2分子CO2,這是體內(nèi)CO2的主要來源。③1次底物水平磷酸化生成1分子GTP(或ATP)。三羧酸循環(huán)每進(jìn)行一輪,底物水平磷酸化只能發(fā)生1次,故不是線粒體內(nèi)的主要產(chǎn)能方式。
值得注意的是，每一次三羧酸循環(huán)消耗1分子乙酰CoA（2個(gè)碳），釋出2分子CO2，但并非直接將乙酰CoA的2個(gè)碳原子氧化。用14C標(biāo)記乙酰CoA進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)觀察到，脫梭生成的2個(gè)CO2的碳原子來自草酰乙酸而不是乙酰CoA，這是由于中間反應(yīng)過程中碳原子置換所致。因此，每進(jìn)行一輪三羧酸循環(huán)，最后再生的草酰乙酸的碳架就被更新一半，但其含量并沒有增減。
另外，三羧酸循環(huán)的各種中間產(chǎn)物本身并無量的變化，不可能通過三羧酸循環(huán)從乙酰CoA合成草酰乙酸或其他中間產(chǎn)物；同樣，這些中間產(chǎn)物也不可能直接在三羧酸循環(huán)中被氧化成CO2和H2O。三羧酸循環(huán)中的草酰乙酸主要來自丙酮酸的直接羧化，也可通過蘋果酸脫氫生成，兩者的根本來源都是葡萄糖。
（二）三羧酸循環(huán)在三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝中占核心地位
1、三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)物質(zhì)分解產(chǎn)能的共同通路 糖、脂肪、氨基酸都是能源物質(zhì)，它們?cè)隗w內(nèi)分解最終都將產(chǎn)生乙酰CoA，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化。三羧酸循環(huán)中，只有一個(gè)底物水平磷酸化反應(yīng)生成高能磷酸鍵，因此三羧酸循環(huán)本身并不是直接釋放能量、生成ATP的主要環(huán)節(jié)，而是通過4次脫氫反應(yīng)提供足夠的還原當(dāng)量，以便進(jìn)行后續(xù)的電子傳遞過程和氧化磷酸化反應(yīng)生成大量ATP。
2、三羧酸循環(huán)是糖、脂肪、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐 三大營養(yǎng)物質(zhì)通過三羧酸循環(huán)在一定程度上相互轉(zhuǎn)變。例如，飽食時(shí)糖可以轉(zhuǎn)變成脂肪，其中檸檬酸發(fā)揮重要樞紐作用。葡萄糖分解成丙酮酸后，進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化脫梭生成乙酰CoA，乙酰CoA必須再轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)以合成脂肪酸。由于乙酰CoA不能通過線粒體內(nèi)膜，于是它先與草酰乙酸縮合成檸檬酸，再通過載體轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)，在檸檬酸裂解酶作用下裂解釋放出乙酰CoA和草酰乙酸，然后乙酰CoA可作為細(xì)胞質(zhì)中脂肪酸合成及膽固醇合成的原料。
又如，絕大部分氨基酸可以轉(zhuǎn)變成糖。許多氨基酸的碳架是三撥酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，通過草酰乙酸可轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟恰Ｏ喾?，糖也可通過三羧酸循環(huán)中的各中間產(chǎn)物接受氨基，從而合成非必需氨基酸如天冬氨酸、谷氨酸等。
三、糖的有氧氧化是糖分解供能的主要方式
糖的有氧氧化是產(chǎn)能的主要途徑。三羧酸循環(huán)中4次脫氫反應(yīng)產(chǎn)生的NADH和FADH2，通過電子傳遞鏈和氧化磷酸化生成大量ATP。線粒體內(nèi)，每分子NADH的氫傳遞給氧時(shí)，可生成2.5分子ATP；每分子FADH2的氫則只能生成1.5分子ATP。加上底物水平磷酸化生成的1分子ATP，1分子乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)徹底氧化，共生成10分子ATP。若從丙酮酸脫氫開始計(jì)算，共產(chǎn)生12.5分子ATP。
此外，糖酵解中3-磷酸甘油醛在細(xì)胞質(zhì)中脫氫生成的NADH，在氧供應(yīng)充足時(shí)也要轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體內(nèi)，經(jīng)電子傳遞鏈和氧化磷酸化產(chǎn)生ATP。將NADH從細(xì)胞質(zhì)運(yùn)到線粒體的機(jī)制有兩種，分別產(chǎn)生2.5分子或者1.5分子ATP。
綜上，lmol葡萄糖徹底氧化生成CO2和H2O，可凈生成30或32molATP。
總的反應(yīng)為:葡萄糖+30/32ADP+30/32Pi+6O2→30/32ATP+6CO2+36H2O
四、糖的有氧氧化主要受能量供需平衡調(diào)節(jié)
機(jī)體對(duì)能量的需求變動(dòng)很大，因此糖的有氧氧化作為主要產(chǎn)能途徑，其代謝流量必須受到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，才能維持體內(nèi)的能量供需平衡。糖進(jìn)行有氧氧化時(shí)，丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)代謝的速率被兩個(gè)階段的關(guān)鍵酶所調(diào)節(jié):一是調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性，從而調(diào)控由丙酮酸生成乙酰CoA的速率;二是調(diào)節(jié)三較酸循環(huán)中的3個(gè)關(guān)鍵酶活性，從而調(diào)控乙酰CoA徹底氧化的速率。
（一）丙酮酸脫氫酶復(fù)合體調(diào)節(jié)乙酰CoA的生成速率
快速調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性有兩種方式:別構(gòu)調(diào)節(jié)和化學(xué)修飾。誘發(fā)別構(gòu)調(diào)節(jié)的主要因素包括:①細(xì)胞內(nèi)能量狀態(tài):ATP別構(gòu)抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，AMP則能將其激活。因此，ATP/AMP比值可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)此酶活性。能量缺乏時(shí)該比值降低，酶被激活;能量過剩時(shí)該比值升高，酶被抑制。②代謝產(chǎn)物生成量:丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的反應(yīng)產(chǎn)物乙酰CoA和NADH對(duì)其有別構(gòu)抑制作用，而相應(yīng)的底物CoA和NAD+則使之激活。當(dāng)乙酰CoA/CoA比值升高、或NADH/NAD+比值升高時(shí)，此酶的活性被抑制?？傊?，丙酮酸脫氫酶復(fù)合體發(fā)生別構(gòu)抑制的情況，可見于餐后糖分解過盛、或饑餓狀態(tài)下大量脂肪酸氧化時(shí)，前者目的是避免糖分解產(chǎn)能過多造成浪費(fèi)，后者目的是使大多數(shù)組織器官改用脂肪酸為能源，節(jié)約葡萄糖以確保對(duì)腦等重要組織的糖供給。
除別構(gòu)調(diào)節(jié)外，丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活性還受到可逆的化學(xué)修飾調(diào)節(jié)。在丙酮酸脫氫酶激酶催化下，丙酮酸脫氫酶復(fù)合體可被磷酸化而失去活性;丙酮酸脫氫酶磷酸酶則使之去磷酸化而恢復(fù)活性。乙酰CoA和NADH除直接別構(gòu)抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合體之外，也可間接通過增強(qiáng)丙酮酸脫氫酶激酶的活性而使該酶復(fù)合體失活。
（二）三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶調(diào)節(jié)乙酰CoA的氧化速率
三羧酸循環(huán)有3步不可逆反應(yīng)，分別由檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體催化。三羧酸循環(huán)的速率主要取決于這些關(guān)鍵酶的活性，其中異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體的活性調(diào)節(jié)更為重要，主要調(diào)節(jié)方式包括:①底物的別構(gòu)激活作用：乙酰CoA和草酰乙酸作為檸檬酸合酶的底物，其含量隨細(xì)胞代謝狀態(tài)而改變，從而影響檸檬酸合成的速率。②產(chǎn)物的別構(gòu)抑制作用:檸檬酸生成過剩時(shí)，反饋抑制檸檬酸合酶的活性;琥珀酰CoA和NADH作為直接產(chǎn)物和遠(yuǎn)端產(chǎn)物，分別抑制α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體和檸檬酸合酶的活性。③能量狀態(tài)的調(diào)節(jié)作用:ATP別構(gòu)抑制檸檬酸合酶與異檸檬酸脫氫酶的活性;ADP則可將這兩者別構(gòu)激活。④Ca2+的激活作用：當(dāng)線粒體內(nèi)Ca2+濃度升高時(shí)，Ca2+不僅可直接與異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體相結(jié)合，降低其對(duì)底物的Km而增強(qiáng)酶活性;也可激活丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，從而增加丙酮酸經(jīng)有氧氧化代謝的流量。
需要注意的是，檸檬酸的生成量和亞細(xì)胞分布，不僅調(diào)節(jié)三梭酸循環(huán)本身的速率，還可調(diào)節(jié)脂質(zhì)合成的速率。當(dāng)糖分解產(chǎn)能不足時(shí),檸檬酸留在線粒體中,繼續(xù)進(jìn)行三羧酸循環(huán)分解供能;當(dāng)糖分解產(chǎn)能過多時(shí),檸檬酸可通過檸檬酸-丙酮酸循環(huán)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì),裂解釋出乙酰CoA作為合成原料,同時(shí)檸檬酸通過激活脂肪酸合成的關(guān)鍵酶,促進(jìn)脂質(zhì)合成。因此,檸檬酸是協(xié)同調(diào)節(jié)糖代謝和脂代謝的樞紐物質(zhì)。
(三)糖的有氧氧化各階段相互協(xié)調(diào)
糖進(jìn)行有氧氧化時(shí),各階段的代謝速率調(diào)節(jié)并非彼此孤立,而是緊密聯(lián)系、相互協(xié)調(diào),這主要是因?yàn)槠渲械亩喾N關(guān)鍵酶可被一些相同的別構(gòu)劑所調(diào)節(jié)。
1.通過共同的代謝物別構(gòu)調(diào)節(jié)各階段的關(guān)鍵酶 在正常情況下,糖酵解和丙酮酸經(jīng)三羧酸循環(huán)代謝的速度是相協(xié)調(diào)的。在糖酵解中產(chǎn)生了多少丙酮酸,三羧酸循環(huán)就正好需要多少丙酮酸來提供乙酰CoA。這種協(xié)調(diào)主要通過同一別構(gòu)劑對(duì)多種關(guān)鍵酶的調(diào)節(jié)而實(shí)現(xiàn):①檸檬酸別構(gòu)劑:糖產(chǎn)能過多時(shí)，檸檬酸不僅在線粒體內(nèi)抑制檸檬酸合酶，還可轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)抑制磷酸果糖激酶-1，從而使糖酵解和三羧酸循環(huán)同時(shí)受到負(fù)反饋調(diào)節(jié)。②NADH別構(gòu)劑:線粒體內(nèi)NADH不僅抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，還可抑制檸檬酸合酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體，從而使丙酮酸氧化脫羧和三梭酸循環(huán)受到協(xié)同的負(fù)反饋調(diào)節(jié)。此外，如果糖分解產(chǎn)生的大量NADH進(jìn)入下游氧化磷酸化的代謝速度減慢，就會(huì)導(dǎo)致NADH積累，進(jìn)而抑制上游丙酮酸的氧化分解?？傊谔怯醒跹趸乃须A段，糖酵解、丙酮酸氧化脫羧、三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化的運(yùn)行速率彼此配合、相互適應(yīng)。
2.能量狀態(tài)協(xié)同調(diào)節(jié)糖有氧氧化各階段的關(guān)鍵酶 糖有氧氧化的調(diào)節(jié)是為了適應(yīng)機(jī)體對(duì)能量的需要，為此，細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP或ATP/AMP比值同時(shí)調(diào)節(jié)糖的有氧氧化各階段中諸多關(guān)鍵酶的活性，使其流量調(diào)控始終保持協(xié)調(diào)一致。當(dāng)細(xì)胞消耗ATP時(shí)，引起ADP和AMP濃度升高，別構(gòu)激活磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶、丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶以及氧化磷酸化的相關(guān)酶，加速進(jìn)行有氧氧化以補(bǔ)充ATP。反之，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP充足時(shí)，上述酶的活性降低，從而減弱有氧氧化以避免浪費(fèi)。
與ATP/ADP相比，ATP/AMP對(duì)有氧氧化的調(diào)節(jié)作用更為明顯。這是因?yàn)锳TP被水解成ADP后，ADP也被消耗，經(jīng)腺苷酸激酶催化再生成一些ATP。因此，ATP和ADP的同時(shí)消耗，使得ATP/ADP的變化相對(duì)較小。而細(xì)胞內(nèi)ATP的濃度約為AMP的50倍，由于AMP的濃度很低，所以每生成1分子AMP，ATP/AMP的變動(dòng)就比ATP/ADP的變動(dòng)大得多，從而發(fā)揮更有效的調(diào)節(jié)作用。
五、糖氧化產(chǎn)能方式的選擇有組織偏好
對(duì)于存在線粒體的細(xì)胞，利用葡萄糖分解產(chǎn)能時(shí)選擇有氧氧化還是無氧氧化，主要取決于不同類型組織器官的代謝特點(diǎn)。例如，肌組織在有氧條件下，糖的有氧氧化活躍，而無氧氧化則受到抑制，這一現(xiàn)象稱為巴斯德效應(yīng)。該效應(yīng)最初在酵母菌中被發(fā)現(xiàn)，無氧時(shí)酵母菌進(jìn)行生醇發(fā)酵（無氧氧化），將其轉(zhuǎn)移至有氧環(huán)境后，生醇發(fā)酵即被抑制。肌組織發(fā)生巴斯德效應(yīng)的機(jī)制是，細(xì)胞質(zhì) 中糖酵解所產(chǎn)生NADH的去路，決定了酵解產(chǎn)物丙酮酸的代謝去向。有氧時(shí)，細(xì)胞質(zhì)中NADH一旦產(chǎn)生立即進(jìn)入線粒體內(nèi)氧化，糖酵解最后生成的丙酮酸也就接著運(yùn)入線粒體進(jìn)行有氧氧化;缺氧時(shí)，NADH留在細(xì)胞質(zhì)，以丙酮酸為受氫體，使之還原生成乳酸。因此，糖的有氧氧化可抑制糖的無氧氧化。
又如，增殖活躍的組織（如腫瘤）即使在有氧時(shí)，葡萄糖也不被徹底氧化，而是被分解生成乳酸，此現(xiàn)象稱為瓦伯格效應(yīng)。一般來說，無氧氧化時(shí)的葡萄糖消耗量顯著多于有氧氧化，這是因?yàn)闊o氧氧化產(chǎn)能偏少，ATP/ADP比值相對(duì)較低，對(duì)磷酸果糖激酶-1和丙酮酸激酶的激活作用顯著，從而使無氧分解的葡萄糖更多。瓦伯格效應(yīng)使腫瘤細(xì)胞獲得生存優(yōu)勢，其重要原因之一是無氧氧化可避免將葡萄糖全部分解成CO2，從而為腫瘤快速生長積累大量的生物合成原料。腫瘤的這一代謝特征已成為疾病診治的新依據(jù)和突破點(diǎn)。
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