成果生化课件9tca

1、第三节第三节 三羧酸循环三羧酸循环 一一. 丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧的部位：丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体线粒体 丙酮酸脱氢酶复合丙酮酸脱氢酶复合体体NAD+NADH+H+丙酮酸丙酮酸COOH C OCH3CoA CH3CO SCoA乙酰乙酰CoA CO2催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3种酶种酶有有机地组合在一起机地组合在一起：E1 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶。具有辅基具有辅基FAD、TPP。E2 二氢硫辛酸转乙酰基酶二氢硫辛酸转乙酰基酶。具有辅基硫辛酸。具有辅基硫辛酸。E3 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶。 一一. 丙酮酸氧化

2、脱羧丙酮酸氧化脱羧整个过程涉及到的辅因子有：整个过程涉及到的辅因子有：TPP、硫辛酸、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。等。丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有：丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有：6个个E1、24个个E2、6个个E3其中其中E2为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转。为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转。 一一. 丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧 三羧酸循环三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle)，又又叫做叫做TCA循环循环，是由于该循环的第一个产物是柠，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，故此得名。檬酸，它含

3、有三个羧基，故此得名。 三羧酸循环三羧酸循环 该循环的提出的主要贡献者是德国生化学家该循环的提出的主要贡献者是德国生化学家Krebs，所以又称所以又称Krebs循环循环。该循环还叫做该循环还叫做柠檬酸循环柠檬酸循环。 部位：部位：线粒体线粒体六个阶段二二. 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰CoA，然后水解。然后水解。1. 乙酰乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸 反应的能量由乙酰反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以的高能硫酯键提供，所以使反应不可逆。使反应不可逆。这步反应由这步反应由 C4 C6 。六个阶

4、段二二. 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程2. 柠檬酸异构化成异柠檬酸柠檬酸异构化成异柠檬酸六个阶段二二. 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程这阶段放出了这阶段放出了1 1分子分子CO2，由由 C6 C5 ；产生产生1 1分子分子NADH。3. 异柠檬酸氧化脱羧异柠檬酸氧化脱羧六个阶段二二. 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程 a a- -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体与与丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体非非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。4. a-酮戊二酸氧化脱羧酮戊二酸氧化脱羧六个阶段二二. 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程这阶段又放出了这

5、阶段又放出了1 1分子分子CO2，由由 C5 C4 ；又产生又产生1分子分子NADH；形成形成1 1个个高能硫酯键高能硫酯键。 4. a-酮戊二酸氧化脱羧酮戊二酸氧化脱羧六个阶段二二. 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程这阶段合成了这阶段合成了1分子高能磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTP。5. 由琥珀酰由琥珀酰CoA生成高能磷酸键生成高能磷酸键六个阶段二二. 三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程这阶段需要经历三步反应这阶段需要经历三步反应 脱氢、加水、脱氢脱氢、加水、脱氢6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生琥珀酸氧化使草酰乙酸再生这一阶段的反应为这一阶段的反应为C4C4的变化；的变化；产生产生1 1分子分

6、子FADHFADH2 2、1 1分子分子NADHNADH。三三. 三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控 由于三羧酸循环的作用主要是供能，所以它由于三羧酸循环的作用主要是供能，所以它的速度严格受到调控以符合细胞对的速度严格受到调控以符合细胞对ATP的需求。的需求。 三羧酸循环的主要调控部位有三个：三羧酸循环的主要调控部位有三个：柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶a-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶三三. 三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控 1. 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 该酶有正变构剂该酶有正变构剂ADP，它使酶与底物的亲和力增加。它使酶与底物的亲和力增加。 此外，此外，NAD+、底物底物异柠檬

7、酸异柠檬酸使酶活升高；使酶活升高；NADH、ATP使酶活下降。使酶活下降。 2. 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 ATP、NADH及产物及产物琥珀酰琥珀酰CoA抑制酶的活性。抑制酶的活性。 3. a-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 该酶有负变构剂该酶有负变构剂ATP，它使酶与底物的亲和力它使酶与底物的亲和力下降，从而下降，从而Km值增大。值增大。四四. 三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量每经历一次每经历一次TCA循环循环 有有2个碳原子个碳原子通过乙酰通过乙酰CoA进入循环，以后有进入循环，以后有2个碳原子通过脱羧反应离开循环。个碳原子通过脱羧反应离开循环。 有有4对氢原子对氢原子通过脱氢反

8、应离开循环，其中通过脱氢反应离开循环，其中3对对由由NADH携带，携带，1对由对由FADH2携带。携带。 产生产生1分子高能磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成通过它可生成1分子分子ATP。 消耗消耗2分子水分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬酰檬酰CoA）和延胡索酸的加水。和延胡索酸的加水。 1. TCA循环的总反应四四. 三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量1. TCA循环的总反应乙酰CoA2CO2+ CoAGDP + PiGTP3NAD+3NADH . H+FADFADH2乙酰CoA+GDP + Pi+ 3NAD+ + FAD+ 2H2O2CO

9、2+CoA+ GTP+3NADH + H+ FADH22H2O四四. 三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量1. TCA循环的总反应 由由TCA循环产生的循环产生的NADH和和FADH2必须经呼吸必须经呼吸链将电子交给链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去接受才能回复成氧化态，再去接受TCA循环脱下的氢。循环脱下的氢。产物产物NADH和和FADH2的去路的去路: TCA循环需要在有氧的条件下进行循环需要在有氧的条件下进行。否则。否则NADH和和FADH2携带的携带的H无法交给氧，无法交给氧，NAD+及及FAD不能被再生，使不能被再生，使TCA循环中的脱氢反应因缺乏循环中的脱氢反应因缺乏氢的

10、受体而无法进行。氢的受体而无法进行。四四. 三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量2. 乙酰CoA氧化的化学计量 乙酰乙酰CoA通过通过TCA循环脱下的氢由循环脱下的氢由NADH及及FADH2经经呼吸链传递给呼吸链传递给O2，由此而由此而形成大量形成大量ATP。碳碳 源源乙酰乙酰CoA 2CO2能能 量量1GTP 1ATP共共10ATP3NADH2.5ATP3 =7.5ATP1FADH21.5ATP1=1.5ATP四四. 三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量3. 丙酮酸彻底氧化的化学计量碳碳 源源丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA + CO2 3CO2能能 量量丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸氧化脱羧：

11、1NADH 2.5ATP共共12.5ATPTCA循环：循环：10ATP四四. 三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量4. 葡萄糖彻底氧化的化学计量碳碳 源源葡萄糖葡萄糖 2丙酮酸丙酮酸 6CO2能能 量量葡萄糖有氧酵解：葡萄糖有氧酵解：2ATP + 2NADH 7 ATP 共共32 ATP丙酮酸有氧氧化：丙酮酸有氧氧化：12.52 = 25 ATP葡萄糖彻底氧化经由的途径：葡萄糖彻底氧化经由的途径：EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化循环、呼吸链氧化磷酸化。对于原核生物： 四四. 三羧酸循环的化学计量三羧酸循环的化学计量4. 葡萄糖彻底氧化的化学计量

12、葡萄糖彻底氧化经由的途径：葡萄糖彻底氧化经由的途径：EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化循环、呼吸链氧化磷酸化。对于原核生物： 由于在由于在EMP途径中生成的途径中生成的NADH在线粒体外，其磷氧在线粒体外，其磷氧比为比为1.5，所以，所以1分子葡萄糖彻底氧化只能合成分子葡萄糖彻底氧化只能合成 30 ATP。对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）：C6H12O66O232ADP+32Pi 32ATP6CO2 + 6H2O五五. TCA循环的生物学意义循环的生物学意义1. 为生物体提供能量，是体内主要产生为生物体提供能量，是体内主要产生ATPATP

13、的途径的途径 ；2. 循环中的中间物为生物合成提供原料；循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、如草酰乙酸、a a- -酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoACoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。3. 是生物中的燃料分子氧化放能的最终的共同途径。是生物中的燃料分子氧化放能的最终的共同途径。 生物中的燃料分子（如糖、脂肪酸、氨基酸）大多以生物中的燃料分子（如糖、脂肪酸、氨基酸）大多以乙酰乙酰CoACoA进入此循环而被氧化。进入此循环而被氧化。六六. 三羧酸循环的回补反应三羧酸循环的回补反应 三羧酸循环的一个重要作用是

14、它的中间物可以三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补为生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补充，以保证充，以保证TCA循环运转。尤其是起始物草酰乙酸循环运转。尤其是起始物草酰乙酸，缺乏它乙酰，缺乏它乙酰CoA就不能进入循环。就不能进入循环。 生物体中存在着及时补充生物体中存在着及时补充草酰乙酸草酰乙酸的反应，称的反应，称为为回补反应回补反应。六六. 三羧酸循环的回补反应三羧酸循环的回补反应 1. 1. 丙酮酸羧化丙酮酸羧化这是动物中最重要的回补反应，在这是动物中最重要的回补反应，在线粒体线粒体中中进行。进行。丙酮酸丙酮酸 CH3COOH C OCO2 CH2COOH C OCOOH C