生化课件三羧酸循环食安

1、第九章第九章 糖类的分解代谢糖类的分解代谢9.4 9.4 三羧酸循环nTricarboxylic Acid Cycle糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TCA循环循环 呼吸链呼吸链 ADP+Pi ATP 三羧酸循环的概念及发展史三羧酸循环的概念及发展史 1 1、三羧酸循环的概念、三羧酸循环的概念 三羧酸循环是一个由一系列酶促反应构成的循环三羧酸循环是一个由一系列酶促反应构成的循环反应系统。在该反应过程中，首先由反应系统。在该反应过程中，首先由乙酰乙酰CoACoA与与草草酰乙酸酰乙酸缩合生成缩合生成柠檬酸，柠檬酸，再经过

2、再经过4 4次脱氢、次脱氢、2 2次脱次脱羧，生成羧，生成4 4分子分子还原当量还原当量和和2 2分子分子COCO2 2，重新生成，重新生成草草酰乙酸酰乙酸的这一循环反应过程称为的这一循环反应过程称为三羧酸循环三羧酸循环。n还原当量（还原当量（reducing equivalent ）一般是指以氢原子或氢离子形式存一般是指以氢原子或氢离子形式存在的一个电子或一个电子当量。在的一个电子或一个电子当量。 因柠檬酸有三个羧基，所以称为三羧酸因柠檬酸有三个羧基，所以称为三羧酸循环，简称循环，简称TCA循环。循环。2 2、TCATCA循环部位循环部位 在真核生物中，在真核生物中，TCATCA循环在循环在

3、线粒体内膜线粒体内膜上上进行，与呼吸链在功能和结构上相偶联。进行，与呼吸链在功能和结构上相偶联。 在原核生物中，在原核生物中，TCATCA循环在细胞质膜上进循环在细胞质膜上进行。行。19371937年，年，Hans KrebsHans Krebs利用利用鸽子胸肌的组织悬液，测定了鸽子胸肌的组织悬液，测定了在不同的有机酸作用下，丙酮在不同的有机酸作用下，丙酮酸氧化过程中的耗氧率，酸氧化过程中的耗氧率，提出提出在动物组织中丙酮酸氧化途径在动物组织中丙酮酸氧化途径的假说的假说。 3、TCA循环的发展史循环的发展史 KrebsKrebs通过研究证实了动物肌肉组织中某些通过研究证实了动物肌肉组织中某些4

4、 4碳碳二羧酸能刺激氧的消耗的发现，并且发现它们二羧酸能刺激氧的消耗的发现，并且发现它们也可刺激也可刺激丙酮酸丙酮酸的氧化过程。而且他还发现，的氧化过程。而且他还发现，任何一种这些有机酸的增加，甚至是很少量的任何一种这些有机酸的增加，甚至是很少量的增加都能大大激活丙酮酸的氧化过程。增加都能大大激活丙酮酸的氧化过程。KrebsKrebs的第二项重大发现是观察到丙二酸对丙酮酸有的第二项重大发现是观察到丙二酸对丙酮酸有氧氧化的抑制作用。根据上述实验观察和一些氧氧化的抑制作用。根据上述实验观察和一些其它的证据，其它的证据，KrebsKrebs得出一个结论：这一系列得出一个结论：这一系列反应是以循环的方

5、式而不是以线性的方式存在，反应是以循环的方式而不是以线性的方式存在，即它的开始和结尾是连在一起的。即它的开始和结尾是连在一起的。 TCA TCA循环最初只是建立在实验基础上的假说。循环最初只是建立在实验基础上的假说。随后，这些问题已经通过用同位素标记的随后，这些问题已经通过用同位素标记的代谢物研究，证实代谢物研究，证实TCATCA循环确实以很高的效循环确实以很高的效率在活细胞中存在。现在率在活细胞中存在。现在TCATCA循环已被公认循环已被公认为是营养物分解代谢的必经途径。为是营养物分解代谢的必经途径。 9.4.1 三羧酸循环的化学历程三羧酸循环的化学历程Reactions of Tricar

6、boxylic Acid Cycle1. 柠檬酸的合成柠檬酸的合成乙酰辅酶乙酰辅酶A A（acetyl CoAacetyl CoA）与草酰乙酸）与草酰乙酸（oxaloacetateoxaloacetate）缩合成柠檬酸（）缩合成柠檬酸（citratecitrate）；）；反应由反应由柠檬酸合酶（柠檬酸合酶（citrate synthasecitrate synthase）催化。催化。柠檬酸合酶是变构酶，受柠檬酸合酶是变构酶，受NADH+HNADH+H、a-酮戊酮戊二酸、柠檬酸和二酸、柠檬酸和ATPATP抑制，受抑制，受AMPAMP激活激活此反应为高放能反应此反应为高放能反应2. 柠檬酸生成异柠

7、檬酸柠檬酸生成异柠檬酸此反应是由此反应是由顺乌头酸酶顺乌头酸酶催化的异构化反应；催化的异构化反应；由两步反应构成，由两步反应构成，(1)：脱水反应；：脱水反应；(2)：水合反应。：水合反应。3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸羧酮戊二酸羧 异柠檬酸在异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转作用下，氧化脱羧而转变成变成 -酮戊二酸（酮戊二酸（ - Ketoglutarate）。）。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶是变构酶，受是变构酶，受ATPATP抑制，受抑制，受ADPADP和和AMPAMP激活；是三羧酸

8、循环中的限速酶激活；是三羧酸循环中的限速酶此反应为不可逆反应此反应为不可逆反应反应产生一分子反应产生一分子NADHNADH和一分子和一分子CO2第一次脱氢第一次脱氢脱羧脱羧4. -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA 在在 -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体催化下催化下 -酮戊二酸氧酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)； 该脱氢酶复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢该脱氢酶复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢酶复合体类似。酶复合体类似。反应中生成一分子反应中生成一分子CO2CO2和一分子和一分子NADH NADH 形成形成一个

9、高能硫酯键一个高能硫酯键此反应为不可逆反应此反应为不可逆反应第二次脱第二次脱氢脱羧氢脱羧5. 琥珀酰琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应合成酶催化底物水平磷酸化反应 n在在琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶催化下，琥珀酰催化下，琥珀酰CoA的高能硫酯键水的高能硫酯键水解与解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、磷酸化偶联，生成琥珀酸、GTP和辅酶和辅酶A。n这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。GTPGDPATPADP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸 n此步反应由此步反应由琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶催化

10、，其辅酶是催化，其辅酶是FAD，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。7. 延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸加水生成苹果酸n苹果酸酶苹果酸酶催化此步反应。催化此步反应。8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸n苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶催化此步反应，辅酶是催化此步反应，辅酶是NAD+。CoASHNADH+H+NAD+NAD+NADH+H+FADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥

11、珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶目目 录录2CO242H9.4.2 三羧酸循环的调控三羧酸循环的调控 Regulation of Tricarboxylic Acid Cycle n在在TCA循环反应过程中，从循环反应过程中，从2个碳原子的乙酰个碳原子的乙酰CoA与与4个碳原子的草酰乙酸缩合成个碳原子的草酰乙酸缩合成6个碳原子的个碳原子的柠檬酸开始，柠檬酸开始， 反复地脱氢氧化。反复地脱氢氧化。nTCA循环中通过脱羧方式生成循环中通过脱羧方式生成CO2。1个二碳单个二碳单位进入位进入TCA后，有后，有2次脱羧

12、反应，生成次脱羧反应，生成2分子分子CO2，这是体内这是体内CO2的主要来源。的主要来源。nTCA循环过程中，共有循环过程中，共有4次脱氢，其中次脱氢，其中3次脱氢由次脱氢由NAD+接受，接受，1次由次由FAD接受。接受。nTCA循环过程中，共有循环过程中，共有4次脱氢，其中次脱氢，其中3次脱氢由次脱氢由NAD+接受，接受，1次由次由FAD接受。接受。nTCA循环本身每循环一次只能以底物水平磷酸化循环本身每循环一次只能以底物水平磷酸化生成生成1个个ATP。TCA循环总反应式：循环总反应式：CH3COSCoA + 3NAD+ +FAD + GDP + Pi + 2H2O2CO2 + 3NADH

13、+ 3H+ + FADH2 + HSCoA + GTPnTCA循环的速度和流量主要受种因素的调控：循环的速度和流量主要受种因素的调控：底物的供应量底物的供应量催化循环最初几步反应的酶的反馈别构抑制催化循环最初几步反应的酶的反馈别构抑制产物堆积的抑制作用产物堆积的抑制作用（一）（一）TCA循环中有个关键酶循环中有个关键酶nTCA循环中催化个不可逆反应的酶：循环中催化个不可逆反应的酶：柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH FADH2 GTPATP异柠檬酸异柠檬酸 脱氢酶脱氢酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体 ATP +ADP ADP +ATP 柠檬酸柠檬酸 琥珀酰琥珀酰CoA NADH 琥珀酰琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+ ATP、ADP的影响的影响 产物堆积引起抑制产物堆积引起抑制循环中后续反应循环中后续反应