（精选）大连理工大学生物化学--三羧酸循环.ppt

1 柠檬酸循环 三羧酸循环 krebs循环 TCA 2 1 丙酮酸脱氢酶复合物催化丙酮酸脱羧形成乙酰CoA2 柠檬酸循环的酶促反应过程3 柠檬酸循环的调控4 柠檬酸循环中存在着几处代谢物进出口5 植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路6 柠檬酸循环产生的还原型辅酶通过氧化磷酸化生成ATP 学习内容 3 又称柠檬酸循环 Krebs循环 简写TCA循环有氧条件下 将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA 再经一系列氧化和脱羧 最终生成CO2和H2O并产生能量 三羧酸循环 Tricarboxylicacidcircle 4 1 有氧氧化A 糖酵解 胞液 B 丙酮酸氧化脱羧 线粒体 C 柠檬酸循环 线粒体 D 氧化磷酸化 线粒体 2 磷酸戊糖途径 胞液 3 糖转化为脂肪4 输出血糖5 合成糖原 肝脏中糖的去路 5 有氧氧化 葡萄糖丙酮酸乙酰CoA 乳酸 乙醇 无氧酵解 TCA CO2 H2O 能量 线粒体 胞液 糖的有氧氧化 aerobicoxidation 线粒体 6 有氧条件下 葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O 并伴有能量释放的过程 有氧氧化 aerobicoxidation C6H12O6 6O26CO2 6H2O 能量 过程分三阶段 第一阶段在胞液 同酵解 后两个阶段在线粒体中进行 7 柠檬酸循环发现的大事记 1911 1920T Thunberg等肌肉组织可氧化柠檬酸 琥珀酸 延胡索酸和苹果酸等 1935Albert Szent4C的二羧酸 琥珀酸 延胡索酸 苹果酸和 Gyorgyi草酰乙酸等 能促进肌氧耗量 并确立琥珀酸经延胡索酸和苹果酸转变成草酰乙酸 Wagner Janregy等异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物 1936Green等猪心肌中提得苹果酸脱氢酶 1937Martius F Knoop等证明柠檬酸经顺乌头酸异构化为异柠檬酸 并进一步氧化成 酮戊二酸 1937HansKrebs证明柠檬酸来自乙酰CoA和草酰乙酸的缩合 8 总反应式 丙酮酸的氧化 丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA 9 丙酮酸脱氢酶复合体的组成 丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上 10 11 12 乙酰COA系列具有很高的酰基转移势能 13 功能是转送乙酰基或其他酰基或氢 结合与蛋白质上的硫辛酸像 摆动壁 一样把电子和酰基从复合体中的一个酶转送到另一个酶 14 15 16 丙酮酸脱氢酶复合体同时也催化该反应 将2个电子和乙酰基从TPP转移到核心酶二氢硫辛酸乙酰转移酶 E2 中的氧化型硫辛酰赖氨酰基团上生成还原型硫辛酰的乙酰硫酯 丙酮酸与丙酮酸脱氢酶 E1 中的TPP结合 脱羧生成羟乙基衍生物 丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程 17 二氢硫辛酸脱氢酶E3将E2中的2个氢原子转移给E3的辅基FAD 使E2的硫辛酰赖氨酰基团成为氧化型 E3中的FADH2将H 转移给NAD 生成NADH 转酯反应 COA的巯基代替E2的巯基生成乙酰COA和还原型硫辛酰基 18 共价修饰调节 19 三羧酸循环反应的全过程 20 柠檬酸循环中的酶分布在线粒体中真核生物 丙酮酸线粒体乙酰CoA嵌在内膜中的丙酮酸转运酶可以特异地将丙酮酸从膜间质转运到线粒体的基质中 进入基质的丙酮酸脱羧生成乙酰CoA 经柠檬酸循环进一步被氧化 氧化磷酸化 H 电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放 同时伴有ADP磷酸化成ATP 吸收这些能量储存于ATP中 即氧化与磷酸化反应是偶联在一起 三羧酸循环中脱下的氢进入呼吸链氧化磷酸化 生成水和ATP 转运 21 合酶 synthase 催化不需要任何核苷三磷酸 如ATP GTP等 作为能量来源的缩合反应 合成酶 synthetase 催化的缩合反应必须使用ATP或其他核苷三磷酸作为合成反应的能量来源 连接酶 Ligase 催化使用ATP或其他能量来源 将2个原子连接在一起的缩合反应 裂解酶 lyase 催化断裂过程的酶 这一过程中发生电子冲排 激酶 kinase 将核苷三磷酸上的磷酰基转移到一个受体分子的酶 磷酸化酶 phosphorylase 磷酸化磷酸酶 phosphatase 去磷酸化 22 23 1 柠檬酸的形成 乙酰COA与草酰乙酸合成柠檬酸 由柠檬酸合酶催化 消耗乙酰COA的高能硫酯键 24 25 2 柠檬酸异构为异柠檬酸 加水 脱水 H和HO之间互换 26 27 3 异柠檬酸氧化为 酮戊二酸 CO2 氧化脱羧 28 29 4 酮戊二酸氧化成琥珀酰COA CO2 酮戊二酸脱氢酶复合体由E1 E2 E3组成 有TPP 硫辛酸 COA SH FAD和NAD五种辅助因子 酮戊二酸氧化产生的能量贮存在的硫酯键中 30 31 5 琥珀酰COA转化为琥珀酰 琥珀酰COA合成酶催化 水解高能硫酯键释放的能量驱动GDP合成GTP ATP 转化为琥珀酰 底物水平磷酸化 32 33 6 琥珀酸氧化为延胡索酸 琥珀酸脱氢酶催化 FAD作为辅基 34 7 延胡索酸水化形成苹果酸 延胡索酸酶催化 水合作用 35 8 苹果酸氧化为草酰乙酸 苹果酸脱氢酶催化 产生NADH H 反应向左 但由于草酰乙酸与乙酰COA不断合成柠檬酸 使反应向右进行 不利的反应由一个有力的反应推动而进行下去 36 三羧酸循环 丙酮酸 丙酮酸脱氢酶 乙酰CoA 柠檬酸合成酶 柠檬酸 顺乌头酸酶 异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸 酮戊二酸脱氢酶 琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶 琥珀酸 琥珀酸脱氢酶 延胡索酸 延胡索酸酶 苹果酸 苹果酸脱氢酶 草酰乙酸 1个GTP3个NADH1个FADH22个CO2 丙酮酸氧化脱羧 1个NADH1个CO2 37 输入 1分子一乙酰COA2分子H2O 输出 3NADH H 1FADH21GTP2CO2 38 葡萄糖经糖酵解 丙酮酸脱氢反应 TCA 氧化磷酸化产生的ATP数量 39 为什么一个简单的二碳单位 乙酰基 氧化为CO2如此复杂 作为中间代谢的中心将分解过程中产生的4碳 5碳作为燃料分子进入此循环 40 柠檬酸的异构问题 14C标记乙酰CoA进行研究结果 第一周循环中并无14C出现CO2 即CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是来自乙酰CoA 第二周循环时 才有14CO2出现 41 中间产物的消耗与补充 42 添补反应补充三羧酸循环中间物 TCA循环中用于生物合成的前体 可通过添补反应 anapleroticreaction 得到补充 丙酮酸 HCO3 ATP草酰乙酸 ADP PiPEP CO2 GDP草酰乙酸 GTPPEP HCO3 草酰乙酸 Pi苹果酸 HCO3 NAD P H苹果酸 NAD P 丙酮酸羧化酶 PEP羧激酶 PEP羧激酶 苹果酸酶 43 厌氧细菌中不完整的TCA TCA中间产物是某些物质的合成原料 前体 44 三羧酸循环的基本特点 1 量上来说 循环中一个2C化合物被氧化成CO2 但实际上这2C化合物不是来自加入的乙酰CoA 而来自草酰乙酸 2 中间代谢物 包括草酰乙酸在内 在循环中起催化剂作用 本身并无量的变化 3 循环中草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化 4 氨基酸代谢时生成的 酮戊二酸 琥珀酸和延胡索酸等二羧酸类不能直接经循环氧化 须经草酰乙酸 磷酸稀醇型丙酮酸转变成丙酮酸 再以乙酰CoA进入循环彻底氧化 45 1 三个关键酶 柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶2 NADH NAD 和ATP ADP比率的调节作用ADP与NAD 浓度 使三羧酸循环 ATP与NADH浓度 使三羧酸循环 三羧酸循环的调节 46 三羧酸循环的调节 47 糖有氧氧化的调节是基于能量的需求 关键酶 酵解途径 己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环 柠檬酸合酶 丙酮酸激酶6 磷酸果糖激酶 1 酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶 有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要 有氧氧化过程中酶的活性都受细胞内ATP ADP或ATP AMP比例的影响 ATP ADP或ATP AMP比值升高抑制有氧氧化 降低则促进有氧氧化 ATP AMP效果更显著 48 三羧酸循环小结 TCA循环是糖 脂肪和蛋白质等物质分解代谢的共同途径 氧化产生的能量暂存在电子载体NADH和FADH2 在氧化磷酸化过程中 电子传递给氧 能量转移给ATP 2 TCA循环 真核生物发生在线粒体 原核生物发生在细胞质 3 经TCA氧化一个乙酰CoA 获得的能量物质有三分子NADH 一分子FADH2和一分子ATP GTP 4 除了乙酰CoA 所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳中间化合物 如氨基酸代谢产物 都能在这个循环中被氧化 5 TCA循环具有两重性 既与分解代谢有关 也与合成代谢有关 循环中间物可以用作生物合成的原料 6 TCA循环中的中间产物被消耗 可以通过回补反应进行补充 49 1 三大供能营养素氧化供能的共同途径 2 糖 脂肪和氨基酸代谢联系的中心枢纽 3 循环中某些成分可用于合成其他物质 三羧酸循环的生理意义 50 Pasteur效应 糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用称为Pasteur效应 机理 有氧时NADH H 可进入线粒体内氧化 于是丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸 有氧氧化可抑制糖酵解 缺氧时 氧化磷酸化受阻 ADP与Pi不能合成ATP 致使ADP ATP比值升高 而激活糖酵解途径的限速酶 故糖酵解消耗的葡萄糖量增加 51 Crabtree效应 亦称反Pasteur作用 实验现象 癌细胞中有Crabtree现象 后发现某些正常组织细胞 如视网膜 睾丸 小肠粘膜 颗粒性白细胞 肾髓质 成熟红细胞等 亦有此现象 解释 此类细胞糖酵解酶系较强 而线粒体中某些氧化酶系如细胞色素氧化酶活性较低 争夺氧化磷酸化底物处劣势 一些组织细胞给予葡萄糖时 无论供氧充足与否 均呈现很强的酵解反应 而糖的有氧氧化受抑制 这种作用称为Crabtree效应 52 乙醛酸循环 glyoxylatecycle 53 乙醛酸循环 植物某些无脊椎动物一些微生物 乙酸作为能量和糖类合成过程中磷酸烯醇式丙酮酸的来源起作用 54 55 乙醛酸循环和三羧酸循环的关系 56 乙酰辅酶A进入TCA生成10个ATP 乙酰辅酶A进入乙醛酸循环生成6 5个ATP 57 多少个乙酰COA可以异生成一个葡萄糖 乙醛酸循环没有碳的损失 因此乙酰COA可以异生成糖 58 植物 脂肪酸异生为糖 59 在TCA循环中 下列哪一个阶段发生了底物水平磷酸化 A 柠檬酸 酮戊二酸B 琥珀酰CoA 琥珀酸C 琥珀酸 延胡索酸D 延胡索酸 苹果酸 在三羧酸循环中 由 酮戊二酸脱氢酶系所催化的反应需要 A NAD B NADP C CoASHD ATP 丙酮酸脱氢酶系需要几种酶和辅酶 三羧酸循环中的关键酶都有哪些 60 结束 61 三羧酸循环的实验依据 1 Krebs首先证实六碳三羧酸 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 和 酮戊二酸 以及四碳二羧酸 琥珀酸 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 都能强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性 氧的消耗 说明这些化合物都是丙酮酸氧化途径中的中间产物Krebs还发现在肌