在生物体内,葡萄糖和脂肪酸彻底氧化分解是细胞获取能量的两种主要方式。葡萄糖是糖酵解、三羧酸循环(TCA循环,也称为柠檬酸循环)和电子传递链的产物,而脂肪酸则首先经过β-氧化产生乙酰辅酶A(acetyl-CoA),然后也是进入三羧酸循环和电子传递链进行氧化。
葡萄糖的氧化分解:
- 糖酵解:1 mol 葡萄糖产生2 mol NADH 和 2 mol ATP。
- 丙酮酸氧化脱羧:2 mol 丙酮酸转化为2 mol 乙酰辅酶A,同时产生2 mol NADH。
- 三羧酸循环:每1 mol 乙酰辅酶A产生3 mol NADH、1 mol FADH2、1 mol ATP。
- 电子传递链:每1 mol NADH产生大约2.5 mol ATP,每1 mol FADH2产生大约1.5 mol ATP。
脂肪酸的氧化分解:
- 脂肪酸β-氧化:将长链脂肪酸切割成乙酰辅酶A。例如,一个16碳的棕榈酸(C16:0)可以产生8个乙酰辅酶A分子。
- 三羧酸循环:每个乙酰辅酶A产生的ATP数量与葡萄糖相同。
- 电子传递链:NADH和FADH2的数量取决于脂肪酸的结构和长度,通常长链脂肪酸会产生更多的NADH和FADH2。
比较:
- 1 mol 葡萄糖大约产生30-32 mol ATP。
- 16碳的脂肪酸,如果完全β-氧化,将产生8个乙酰辅酶A,从而产生大约8 * 10 = 80 mol NADH(不考虑其他辅助因子如FADH2的影响)。
由于脂肪酸β-氧化产生的乙酰辅酶A数量与脂肪酸的碳链长度成正比,因此较长的脂肪酸会产生更多的ATP。对于同碳数的脂肪酸和葡萄糖,脂肪酸通常会产生更多的ATP,因为一个脂肪酸分子可以产生多个乙酰辅酶A分子,而每个乙酰辅酶A分子都可以独立地通过三羧酸循环和电子传递链产生ATP。
然而,实际的能量产出还受到许多其他因素的影响,例如细胞内NADH和FADH2向线粒体内部的转运效率、电子传递链的效率等。因此,上述计算提供了一个大致的比较,实际情况可能会有所不同。