生物化学第23章柠檬酸循环ppt课件

1、第23章 柠檬酸循环(Citric acid cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的预备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的预备阶段 构成乙酰构成乙酰CoA二、柠檬酸循环概貌二、柠檬酸循环概貌三、柠檬酸循环的反响机制三、柠檬酸循环的反响机制四、柠檬酸循环的化学总结算四、柠檬酸循环的化学总结算五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控六、柠檬酸循环的双重作用六、柠檬酸循环的双重作用七、柠檬酸循环的发现历史七、柠檬酸循环的发现历史柠檬酸循环 柠檬酸循环柠檬酸循环citric acid cyclecitric acid cycle也叫三羧也叫三羧酸循环酸循环tricarboxylic acid cyclet

2、ricarboxylic acid cycle， TCATCA循环，循环， 由于德国科学家由于德国科学家Hans KrebsHans Krebs在阐明柠檬酸循环中作在阐明柠檬酸循环中作出了突出奉献，又将此途径称为出了突出奉献，又将此途径称为KrebsKrebs循环。循环。 在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进入在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进入线粒体，先转变成乙酰线粒体，先转变成乙酰CoACoA，乙酰，乙酰CoACoA再进入柠檬酸再进入柠檬酸循环彻底氧化成循环彻底氧化成CO2CO2。在真核细胞中，柠檬酸循环是。在真核细胞中，柠檬酸循环是在线粒体中进展的。在线粒体中进展的。一、丙酮酸进入

3、柠檬酸循环的预备阶段构成乙酰CoA 丙酮酸到乙酰CoA的总反响式 OCH3CCOO + HSCoA + NAD+ O CH3CSCoA + CO2 + NADH 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体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转变为乙酰CoA的反响步骤 丙酮酸脱羧反

4、响丙酮酸脱羧反响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共振方式共振方式丙酮酸转变为乙酰CoA的反响步骤丙酮酸脱羧反响丙酮酸脱羧反响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-E1E2丙酮酸转变为乙酰CoA的反响步骤乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺乙酰基转移到乙酰基转移到CoACoA分子上构成乙酰分子上构成乙酰CoACoA丙酮酸转变为乙酰CoA的反响步骤复原型复原型E2E2被氧化反响被氧化反响 氧化型氧化型E3 复原型

5、复原型E2 复原型复原型E3 氧氧化型化型E2 复原型复原型E3 复原型复原型E3 氧化型氧化型E3E3丙酮酸脱氢酶复合体构造 丙酮酸脱氢酶复合体由丙酮酸脱氢酶复合体由6060条肽链组成，总分条肽链组成，总分子量为子量为50,000kD50,000kD，直径约，直径约30nm30nm，在电子显微镜下，在电子显微镜下可以看到。可以看到。E2E2是复合体的中心，是复合体的中心，E1E1及及E3E3结合在结合在E2E2的外面。的外面。E2E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰胺相连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的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm1.4nm，它具有极，它具有极大的

6、转动灵敏性，可将底物从一个酶转送到另一大的转动灵敏性，可将底物从一个酶转送到另一个酶。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响是哺乳动物丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反响是哺乳动物体内使丙酮酸转变为乙酰体内使丙酮酸转变为乙酰CoACoA的独一途径。乙酰的独一途径。乙酰CoACoA既既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。1 1产物控制产物控制 产物产物NADHNADH抑制抑制E3E3，乙酰，乙酰CoACoA抑制抑制E2E2。2

7、 2磷酸化和去磷酸化的调控磷酸化和去磷酸化的调控 E2E2分子上结合着两种特殊的酶，一种是激酶，另分子上结合着两种特殊的酶，一种是激酶，另一种是磷酸酶，它们分别使一种是磷酸酶，它们分别使E1E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化和去磷酸化，去磷酸化方式是磷酸化方式是E1E1的活性方式。的活性方式。Ca2+Ca2+经过激活磷酸酶的经过激活磷酸酶的作用，也能使作用，也能使E1E1活化。活化。二、柠檬酸循环概貌柠檬酸循环总图returnreturn三、柠檬酸循环的反响草酰乙酸与乙酰CoA缩合构成柠檬酸 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 11

8、1221 12柠檬酸异构化构成异柠檬酸 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2221 11 11 1乌头酸酶中的Fe-S聚簇中心含有这类构造的蛋白质含有这类构造的蛋白质称为铁硫蛋白称为铁硫蛋白异柠檬酸氧化构成酮戊二酸 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 12 21 12 2从异柠檬酸的分支途径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 乙醛酸乙醛酸植物和有些细菌中发生植物和有些细菌中发生酮戊二酸氧化脱羧构成琥珀酰CoA 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA-酮戊酮戊二酸脱氢二酸

9、脱氢酶复合体酶复合体 1 11 12 22 2琥珀酰CoA转化成琥珀酸 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CoACoA合成酶合成酶1 11 12 22 2琥珀酸脱氢构成延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸反丁烯二酸反丁烯二酸FAD与琥珀酸脱氢酶的共价与琥珀酸脱氢酶的共价结合结合线粒体构造表示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。 延胡索酸水合构成L-苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 L-L-苹果酸苹果酸L-苹果酸脱氢构成草酰乙酸苹果酸脱氢构成草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 L- L-苹果

10、酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸四、柠檬酸循环的化学总结算乙酰乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA柠檬酸循环的总反响式柠檬酸循环的总反响式ATP的产量的产量 从丙酮酸开场，柠檬酸循环中循环一圈，共产生从丙酮酸开场，柠檬酸循环中循环一圈，共产生4 4个个NADHNADH，1 1个个FADH2FADH2，1 1个个GTPGTPATPATP，按每个，按每个NADHNADH可以可以产生产生2.52.5个个ATPATP、每个、每个FADH2FADH2可以产生可以产生1.51.5个个ATPATP计算

11、，共计算，共产生产生2.52.54 4NADHNADH+ 1.5+ 1.51 1FADH2FADH2+ 1+ 1GTPGTP = 12.5 = 12.5 个个ATPATP 每个葡萄糖分子每个葡萄糖分子2 2个丙酮酸在进入柠檬酸循环个丙酮酸在进入柠檬酸循环后可以产生后可以产生2525个个ATPATP。 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 2个个ATPATP和和2 2个个NADHNADH，共产生，共产生 2 2ATPATP+ 2.5+ 2.52 2NADHNADH= 7= 7个个ATPATP 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3232个个A

12、TPATP。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 8种酶参与反响，种酶参与反响，但在调理循环速度中起关键作用的是但在调理循环速度中起关键作用的是3 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；柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；ADPADP、ATPATP和和Ca2+Ca2+的调控。的调控。 柠檬酸循环本身制约系统的调理1乙酰乙酰CoA和草酰乙酸的供应情况。乙酰和草酰乙酸的供应情况。乙酰CoA来源于丙酮酸，遭

13、到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控来源于丙酮酸，遭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能否运转畅通，以制；草酰乙酸的供应取决于循环能否运转畅通，以及中间产物分开循环的速率和补充的速率。及中间产物分开循环的速率和补充的速率。2NADH/NAD+的比值。柠檬酸合酶和异柠的比值。柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶都遭到檬酸脱氢酶都遭到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢的抑制，但异柠檬酸脱氢酶对酶对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产物的反响抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬产物的反响抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬酸的抑制；酸的抑制；酮戊二

14、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。 goATP、ADP和和Ca2+对对柠檬酸循环的调理柠檬酸循环的调理 1ATP/ADP的比值。的比值。 ATP/ADP的比值对柠的比值对柠檬酸循环中的酶有调理作用，檬酸循环中的酶有调理作用，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；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，从而添加乙酶，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而添加乙酰酰CoA的供应。同时的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢也能激活异柠檬酸脱氢酶和酶和酮戊二酸脱氢酶。酮戊二酸脱氢酶。 乙酰CoA构成和柠檬酸循环中的激活和抑制部位表示图激活激活 抑制抑制 反响抑制反响抑制六、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产物作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。柠檬酸循环中由于参与其为