生物化学第23章

1、一、丙酮酸进入柠檬酸循环的 准备阶段形成乙酰CoA 丙酮酸脱氢酶复合体 的组成 组分组分缩写缩写 肽链肽链 数数 辅基辅基催化的反应催化的反应 丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢 酶组分酶组分 E124TPP丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧 二氢硫辛酰二氢硫辛酰 转乙酰基酶转乙酰基酶 E224硫辛酰胺硫辛酰胺 将乙酰基转移到将乙酰基转移到CoA 二氢硫辛酸二氢硫辛酸 脱氢酶脱氢酶 E312FAD 将还原型硫辛酰胺转变为将还原型硫辛酰胺转变为 氧化型氧化型 丙酮酸到乙酰CoA的 总反应式 CH3COCOO + HS CoA + NAD+ CH3COSCoA + CO2 + NADH 丙酮酸转变为乙酰CoA的 反应

2、步骤 （丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应） E1 丙酮酸丙酮酸 TPP 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 羟乙基羟乙基-TPP共振形式共振形式 丙酮酸转变为乙酰 CoA的反应步骤 （丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应） E2的硫辛酰胺辅基的硫辛酰胺辅基 羟乙基羟乙基-TPP 乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 TPP-E1 E2 丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤 乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氢硫氢酰胺二氢硫氢酰胺 （乙酰基转移到乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoA） 丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤 （还原型还原型E

3、2被氧化反应被氧化反应） 氧化型氧化型E3 还原型还原型E2 还原型还原型E3 氧化型氧化型E2 还原型还原型E3 还原型还原型E2 氧化型氧化型E3 E3 丙酮酸脱氢酶复合体结构 丙酮酸脱氢酶复合体由丙酮酸脱氢酶复合体由60条肽链组成，总分条肽链组成，总分 子量为子量为50,000kD，直径约，直径约30nm，在电子显微镜，在电子显微镜 下可以看到。下可以看到。E2是复合体的核心，是复合体的核心，E1及及E3结合结合 在在E2的外面。的外面。E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰有一个由赖氨酸残基与硫辛酰 胺相连的长链，这个长臂伸长后可达胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它，它 具有极大的

4、转动灵活性，可将底物从一个酶转送具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送 到另一个酶。到另一个酶。 丙酮酸脱氢酶复合体 硫辛酰赖氨酰臂 丙酮酸转变为乙酰CoA的总图 砷化物对硫辛酰胺的毒害作用 丙酮酸脱氢酶复合体的调控 丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳 动物体内使丙酮酸转变为乙酰动物体内使丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径。的唯一途径。 乙酰乙酰CoA既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物 合成的起始物质。合成的起始物质。 1产物控制产物控制 产物产物NADH抑制抑制E3，乙酰，乙酰CoA抑制抑制E2。 2磷酸化和去磷酸

5、化的调控磷酸化和去磷酸化的调控 E2分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激 酶，另一种称为磷酸酶，它们分别使酶，另一种称为磷酸酶，它们分别使E1磷酸化和磷酸化和 去磷酸化，去磷酸化形式是去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。的活性形式。Ca2+ 通过激活磷酸酶的作用，也能使通过激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。活化。 二、柠檬酸循环概貌 柠檬酸循环总图 三、柠檬酸循环的反应 草酰乙酸与乙酰CoA缩合 形成柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoA 柠檬酰柠檬酰CoA 柠檬酸柠檬酸 CoA 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 1 1 1 1 2 2 1 12 柠檬酸异构化 形

6、成异柠檬酸 柠檬酸柠檬酸 顺顺-乌头酸乌头酸 异柠檬酸异柠檬酸 乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶 22 2 1 1 1 11 1 乌头酸酶中的乌头酸酶中的 Fe-S聚簇聚簇 异柠檬酸氧化形成 酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸异柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸 酮戊二酸酮戊二酸 1 1 2 2 1 1 2 2 琥珀酸脱氢形成延胡索酸 异柠檬酸异柠檬酸 异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸 分支分支 酮戊二酸氧化脱羧 形成琥珀酰CoA 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶复合体脱氢酶复合体 1 1 1 1 2 2 2 2 琥珀酰CoA转化

7、成琥珀酸 烯醇化酶烯醇化酶 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 琥珀酸琥珀酸 琥珀酰琥珀酰CoA 合成酶合成酶 1 1 1 1 2 2 2 2 FAD与琥珀酸脱氢酶的 共价结合 线粒体结构示意图 琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。 琥珀酸脱氢形成延胡索酸 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 延胡索酸水合形成L-苹果酸 延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 L-苹果酸苹果酸 L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 L-苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 四、柠檬酸循环的 化学总结算 柠檬酸循环的总反应式 乙酰乙酰CoA + 3NAD+

8、+ FAD + GDP + Pi +2H2O 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 3H+ + CoA ATP的产量 从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产 生生4个个NADH，1个个FADH2，1个个GTP（ATP），按），按 每个每个NADH可以产生可以产生2.5个个ATP、每个、每个FADH2可以产可以产 生生1.5个个ATP计算，共产生计算，共产生 2.54 + 11.5 + 1 = 12.5 个个ATP 每个葡萄糖分子（每个葡萄糖分子（2个丙酮酸）在进入柠檬酸个丙酮酸）在进入柠檬酸 循环后可以产生循环后可以产生25个个AT

9、P。 每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个个ATP 和和2个个NADH，共产生，共产生 2 + 22.5 = 7个个ATP 每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个个ATP。 五、柠檬酸循环的调控 在柠檬酸循环中，虽然有在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应，种酶参加反应， 但在调节循环速度中起关键作用的有但在调节循环速度中起关键作用的有3种酶：种酶： 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面：脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面： 柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控

10、；柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控； ADP、ATP和和Ca2+的调控。的调控。 柠檬酸循环本身制约系统的调节 1乙酰乙酰CoA和草酰乙酸的供应情况。和草酰乙酸的供应情况。乙酰乙酰CoA 来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控 制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以 及中间产物离开循环的速率和补充的速率。及中间产物离开循环的速率和补充的速率。 2NADH/NAD+的比值。的比值。柠檬酸合酶和异柠柠檬酸合酶和异柠 檬酸脱氢酶都受到檬酸脱氢酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢的抑制，但异柠檬酸

11、脱氢 酶对酶对NADH更为敏感。更为敏感。酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体 也受也受NADH的抑制。的抑制。 3产物的反馈抑制。产物的反馈抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬柠檬酸合酶受高浓度柠檬 酸的抑制；酸的抑制；酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰 CoA的抑制。的抑制。 ATP、ADP和Ca2+对 柠檬酸循环的调节 1ATP/ADP的比值。的比值。 ATP/ADP的比值的比值对柠对柠 檬酸循环中的酶有调节作用，檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢是异柠檬酸脱氢 酶的别构促进剂，可降低该酶的酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与值，促进酶与 底物的结合

12、；而底物的结合；而ATP抑制该酶。抑制该酶。 2Ca2+浓度。浓度。 Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶的磷酸酶可激活丙酮酸脱氢酶的磷酸酶 ，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰 CoA的供应。同时的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和也能激活异柠檬酸脱氢酶和 酮戊二酸脱氢酶。酮戊二酸脱氢酶。 乙酰 CoA形成和柠檬酸 循环中的激活和抑制 部位示意图 激活激活 抑制抑制 反馈抑制反馈抑制 六、柠檬酸循环的双重作用 许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间 产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环产物作为生物合成的前体来源

13、。柠檬酸循环 中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必 须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、 不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补 充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是 新陈代谢的中心环节。新陈代谢的中心环节。 柠檬酸循环双重作用示意图 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 丙酮酸到乙酰CoA的 总反应式 CH3COCOO + HS CoA + NAD+ CH3COSCoA + CO2 + NADH 丙酮酸转变为乙酰CoA的 反应步骤 （丙酮酸脱羧反应

14、丙酮酸脱羧反应） E1 丙酮酸丙酮酸 TPP 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 羟乙基羟乙基-TPP共振形式共振形式 丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤 乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氢硫氢酰胺二氢硫氢酰胺 （乙酰基转移到乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoA） 砷化物对硫辛酰胺的毒害作用 丙酮酸脱氢酶复合体的调控 丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳 动物体内使丙酮酸转变为乙酰动物体内使丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径。的唯一途径。 乙酰乙酰CoA既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物 合成的起始物质。合成的起始物质。 1产物控制产物控制 产物产物NADH抑制抑制E3，乙酰，乙酰CoA抑制抑制E2。 2磷酸化和