23柠檬酸循环

1、第三节,柠檬酸循环,大多数动物、植物和微生物，葡萄糖通过糖酵解产,生的丙酮酸，在有氧条件下，氧化脱羧形成乙酰辅,酶,A,。乙酰辅酶,A,经过一系列氧化、脱羧，最终生,成,H,2,O,和,CO,2,，并释放出大量能量的过程称为,三羧,酸循环,（,tricarboxylic acid cycle),又柠檬酸循环，,简写为,TCA,循环，因为它是由,H.A.Krebs,正式提出，,所以又称,Krebs,循环。,第一,阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸,?,乙酰辅酶,A,，,简写为乙酰,CoA,）,第二阶段：柠檬酸循环（乙酰,CoA,?,H,2,O,和,CO,2,，释放出能量）,丙酮酸的有氧氧化包括两个阶

2、段：,一,.,丙酮酸的氧化脱羧,?,丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中,间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。,?,丙酮酸在,丙酮酸脱氢酶系,催化下，脱羧形成乙酰,CoA,。,丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：,三种不同的酶（丙酮酸脱氢酶组分,E1,、二氢硫辛酰,转乙酰基酶,E2,和二氢硫辛酸脱氢酶,E3,）,6,种辅助因子（,TTP,、硫辛酸、,FAD,、,NAD,+,、,CoA,和,Mg,2+,）,1.,丙酮酸脱氢酶系的结构：,Lester Reed,研究了丙酮酸脱氢酶复合体的组成和结构，大,肠杆菌中此酶的质量约为,50,，,000,，,000,，是由,6

3、0,条肽链组,成多面体，直径约,30nm,，可以在电子显微镜下观察到这种,复合体。二氢硫辛酰转乙酰基酶位于核心有,24,条肽链，丙,酮酸脱氢酶也有,24,条肽链，二氢硫辛酸脱氢酶是,12,条肽链,组成。这些肽链以非共价力结合在一起，在碱性,pH,时复合,体可以解离成相应的亚单位，在中性时三个酶又可以重组,成为复合体。,所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在复合体,上，由于一个酶与另一个酶彼接近，活性中间产物可以通,过酰基转移酶上赖氨酸与硫辛酸形成的转动长臂从酶的一,个活性位置转到另一个活性位置上。,丙酮氧化脱羧的总反应式：,CH,3,CCOOH,O,+,HS-CoA,NAD,+,CH,3,

4、C,O,SCoA,+,CO,2,NADH,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸,辅酶,A,乙酰辅酶,A,2.,丙酮酸脱羧反应的调控,由于从丙酮酸到乙酰,C,O,A,是一个重要的步骤，处于,代谢途径的分支点，这反应体系受到严密的调节与控制。,1.,产物抑制：丙酮酸氧化脱羧作用的二个产物乙酰,C,O,A,和,NADH,都抑制丙酮酸脱氢酶系，乙酰,C,O,A,抑制乙酰转移酶,E2,，,NADH,抑制二氢硫辛酸脱氢酶,E3,组分。抑制效应可以被相应反,应物,C,O,A,和,NAD,逆转。,2.,核苷酸反馈调节：酶体系的活性由细胞的能荷所控制。特别,是丙酮酸脱羧酶,E1,组分受,GTP,抑制，为,AMP,所活化。当细

5、胞,内富有立即可利用的能量时，丙酮酸脱氢酶体系活性降低。,3.,可逆磷酸化作用的共价调节：在有,ATP,时，丙酮酸脱氢酶分,子上的特殊的丝氨酸残基被专一的磷酸激酶催化时，变得没有,活性，当酶上的磷酸基团被专一磷酸酶水解时又恢复活性。细,胞内,ATP/AMP,，乙酰,C,O,A/ C,O,A,和,NADH/NAD,的比值增高时，,酶的磷酸化作用增加。,Ca,2+,增加去磷酸化作用。,二,.,三羧酸循环,1.,乙酰辅酶,A,与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,柠檬酸合成酶,柠檬酸合成酶是一个调控酶，体外实验表明：酶的活性受,ATP,、,NADH,、琥珀酰,C,O,A,和长链脂肪酰,C,O,A,抑制。,氟乙酰

6、,C,O,A,可与柠檬酸合成酶反应形成氟柠檬酸，因为它,可抑制下一步反应的酶，因此这反应称为称为致死合成，,可以利用这一特性合成杀虫剂或灭鼠药。,2.,柠檬酸异构化生成异柠檬酸,柠檬酸,顺乌头酸酶,异柠檬酸,3.,异柠檬酸氧化脱羧生成,?,-,酮戊二酸,线粒体内含有二种,异柠檬酸脱氢酶,，一种是以,NAD,为电子,受体，另一种以,NADP,为受体。前者仅在线粒体内，后者也在,细胞质中存在。需,NAD,异柠檬酸脱氢酶被,Mg,2+,、,Mn,2+,活化，,它是一个别构酶，正调控物是,ADP,，,ADP,可增加酶和底物的亲,和力。当缺乏,ADP,时就失去活性。,NAD,、,Mg,2+,和,ADP,

7、有协同,作用。,NADH,和,ATP,可以抑制酶活性。,总之，细胞在具有高能状,态时酶活性被抑制。在低能状态时被激活。,4.,?,-,酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅,酶,A,?,-,酮戊二酸脱氢酶系,?,-,酮戊二酸脱氢酶系的结构与调控,?,-,酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似，由三,个酶即,?,-,酮戊二酸脱氢酶,E1,，琥珀酰转移酶,E2,和,二氢硫辛酰脱氢酶,E3,组成。也需要,TPP,，硫辛酸，,C,O,A,，,FAD,和,NAD,Mg,2+,6,种辅助因子。琥珀酰,转移酶,E2,处于核心位置，其氧化脱羧机制也类似。,?,-,酮戊二酸脱氢酶系也是个调节酶，受其产物,NADH,、琥珀酰

8、,CoA,和,Ca,2+,抑制，细胞高能荷时，,ATP,，,GTP,也可反馈抑制酶的活性，但是酶的活性,不受磷酸化作用的共价修饰调节。,5.,琥珀酰,C,O,A,转化成琥珀酸，,并生成,GTP,琥珀酰,COA,合成酶,6.,琥珀酸脱氢生成延胡索酸,反应在,琥珀酸脱氢酶,的作用下进行，所形成的是,延胡索酸是,反丁烯二酸,，而不是顺丁烯二酸（马,来酸），后者不能参加代谢，对机体有毒性。丙,二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂,7.,延胡索酸被水化生成苹果酸,延胡索酸酶,8.,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,L,苹果酸脱氢酶,4.,三羧酸循环,糖类代谢,丙酮酸,乙酰,CoA,草酰,琥珀酸,-,酮,戊二酸,琥珀,

9、酸,延胡,索酸,苹果,酸,草酰,乙酸,柠檬,酸,琥珀酰,CoA,异柠,檬酸,定义：,在有氧条件下，酵,解产物丙酮酸被氧化分解,成,CO,2,和,H,2,O,并以,ATP,形,式贮备大量能量的代谢系,统,。,NADH,CO,2,1ATP,FADH,2,NADH,加入,2C,NADH,CO,2,二,.,三羧酸循环中的化学循环,2.,两步脱羧反应（,C,量达到平衡）,异柠檬酸氧化脱羧生成,?,-,酮戊二酸,?,-,酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶,A,1.,一次底物水平磷酸化,琥珀酰,C,O,A,高能磷酸键水解,GDP,Pi,GTP,3.,两步加水,乙酰,C,O,A+,草酰乙酸,H,2,O,柠檬酸,C

10、,O,A-SH,延胡索酸,H,2,O,L,苹果酸,4.,四步脱氢反应,异柠檬酸,NAD,?,-,酮戊二酸,CO,2,NADH,H,?,-,酮戊二酸,C,O,A-SH,NAD,琥珀酰,C,O,A,NADH,H,CO,2,琥珀酸,FAD,延胡索酸,FADH,2,L,苹果酸,NAD,草酰乙酸,NADH,H,三,.,三羧酸循环所生的,ATP,乙酰,C,O,A,进入三羧酸循环，每一次循环通,过,GTP,产生一分子,ATP,。反应中共有,4,个脱,氢步骤，其中,三对电子经,NADH,转递给线粒,体的膜嵴上的电子传递链，最后递给氧，每,对电子产生,2.5,分子,ATP,，,3,对电子共,7.5,分子,ATP

11、,，有,一对电子经,FADH,2,转递至电子传递,链，可产生,1.5,分子,ATP,。因此每一次循环共,产生,10,分子,ATP,。若从丙酮酸脱氢开始计算，,共产生,12.5,分,ATP,。,四葡萄糖分解代谢过程中,能量的产生,?,葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：,?,直接产生,ATP,；生成高能分子,NADH,或,FADH,2,，后者,在线粒体呼吸链氧化并产生,ATP,。,1.,葡萄糖分解代谢共同途径糖酵解：,1,分子葡萄糖,?,2,分子丙酮酸，共消耗了,2,个,ATP,，产生了,4,个,ATP,，实际上净生成了,2,个,ATP,，同时产生,2,个,NADH,。,（,1,）无氧分

12、解（丙酮酸接受,3,磷酸甘油醛脱氢酶形,成的,NADH,上的氢，形成乳酸）。,（,2,）有氧分解（丙酮酸生成乙酰,CoA,进入三羧酸循,环）,产生的,ATP,、,NADH,和,FADH,2,?,丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸,?,乙酰,CoA,，生成,1,个,NADH,。,?,三羧酸循环：乙酰,CoA,?,CO,2,和,H,2,O,，产生一个,GTP,（相当于,ATP,）、,3,个,NADH,和,1,个,FADH,2,。,2.,酵解产物的去向,（,3,）葡萄糖分解代谢过程中,产生的总能量,1.,葡萄糖酵解成乳酸的总反应式,?,C,6,H,6,O,6,+ 2 ADP + 2Pi,2,乳酸,2ATP,2H

13、,2,O,2.,葡萄糖有氧分解总反应式,?,C,6,H,6,O,6,+ 6 H,2,O + 10 NAD,+,+ 2 FAD + 4,ADP + 4Pi,?,6 CO,2,+ 10 NADH + 10,H,+,+ 2 FADH,2,+ 4 ATP,?,4 ATP +,（,10,?,2.5,）,ATP +,（,2,?,1.5,）,ATP = 32 ATP,五,.,三羧酸循环的回补反应,1.,丙酮酸的羧化,丙酮酸,CO,2,ATP,H,2,O,草酰乙酸,ADP,Pi,丙酮酸羧化酶，,Mg,2+,2.PEP,羧化激酶,磷酸烯醇式丙酮酸,CO,2,GDP,草酰乙酸,GTP,PEP,羧化激酶，,Mg,2+,3.,天冬氨酸及谷氨酸的转氨基作用可以形成,草酰乙酸和,?,-,酮戊二酸,1.TCA,循环是生物体产能的有效方式，一分子葡萄糖,经,EMP,和,TCA,彻底氧化成,H,2,O,、,CO,2,，可生成,32,个,ATP,糖类代谢,六,.,三羧酸循环的意义,2.,中间产物可以为其他物质的合成提供,C,骨架,3.,沟通脂质、蛋白质等有机物代谢，是三大,物质代谢相互转换的枢纽。,4.TCA,循环是各类有机物共同的末端代谢,课后问题,1.,如果柠檬酸循环的中间物脱离循环，进入其它代谢途,径，为什么柠檬酸循环还能继续进行？,2.,写出柠檬酸循环的总反应式，每消耗,1,分子乙酰,C,O,A,只产生,