柠檬酸循环2PPT学习教案

1、会计学1柠檬酸循环柠檬酸循环(xnhun)2第一页，共42页。2022年5月9日星期一2TCATCA循环循环(xnhu(xnhun)n)丙酮酸的有氧氧化丙酮酸的有氧氧化(ynghu)(ynghu) 葡萄糖通过糖酵解产生的葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸丙酮酸，在有氧条件下，进行完全氧化，生成，在有氧条件下，进行完全氧化，生成H H2 2O O 和和COCO2 2，并释放出大量能量。，并释放出大量能量。两个阶段两个阶段柠檬酸循环柠檬酸循环氧化磷酸化氧化磷酸化第1页/共42页第二页，共42页。2022年5月9日星期一3二、糖的有氧氧化二、糖的有氧氧化(ynghu)(ynghu)（好氧呼吸）：三个（好氧

2、呼吸）：三个步骤步骤 1 1、G G或糖原或糖原(tn yun)(tn yun)氧化分解成丙酮酸（即糖酵解，胞液）氧化分解成丙酮酸（即糖酵解，胞液） 2 2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰COA COA （线粒体基质）（线粒体基质） （丙酮酸（丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A，乙酰，乙酰CoACoA） 3 3、乙酰、乙酰COA TCA COA TCA （线粒体线粒体） 乙酰乙酰CoA CoA H H2 2O + COO + CO2 2，释放能量），释放能量）第2页/共42页第三页，共42页。2022年5月9日星期一4三、三、TCATCA循环循环(xnhun)(xnhun)（一）准

3、备（一）准备(zhnbi)(zhnbi)阶段阶段丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧 乙酰乙酰-COA -COA 第3页/共42页第四页，共42页。2022年5月9日星期一5l 真核细胞线粒体基质真核细胞线粒体基质 ( (原核细胞原核细胞: :质膜）进行质膜）进行(jnxng)(jnxng)l 丙酮酸脱氢酶系：非常复杂的多酶体系丙酮酸脱氢酶系：非常复杂的多酶体系l 三种不同的酶三种不同的酶l 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶E1E1l 二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸乙酰转移酶E2E2l 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶E3E3l 6 6种辅因子种辅因子l TTP TTP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NAD+

4、NAD+、CoACoA、Mg2+Mg2+糖酵解、三羧酸糖酵解、三羧酸(su sun)循环的中间环节循环的中间环节第4页/共42页第五页，共42页。2022年5月9日星期一6E2 E2 (dihydrolipoyl transacetylase):(dihydrolipoyl transacetylase): consisting the core, 24 subunits; consisting the core, 24 subunits;E1 (E1 (pyruvate dehydrogenase):pyruvate dehydrogenase): bound to the E2 core,

5、 24 subunits; bound to the E2 core, 24 subunits;E3 E3 (dihydrolipoyl dehydrogenase):(dihydrolipoyl dehydrogenase): bound to the E2 core, 12 subunits. bound to the E2 core, 12 subunits.第5页/共42页第六页，共42页。2022年5月9日星期一7E2E3E1三种酶三种酶6060条肽链形条肽链形成的复合体成的复合体CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COOSOCH3CS(CH2)4COOSH

6、-SH(CH2)4COOSH-FADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA 第6页/共42页第七页，共42页。C C O O2 2C C H H3 3O OC C O O O OC CT TP PP PC C H H3 3C CH HO O H HT TP PP PS S( (C C H H2 2) )4 4C C O OS SO OC C H H3 3C CS S( (C C H H2 2) )4 4C C O OS SH HS SH H( (C C H H2 2) )4 4C

7、C O OS SH HF FA A D D H H2 2F FA AD DN N A A D DN N A A D D H H + +H H+ + +S SC C o oA AC C H H3 3C CS SC C o oA AO OH HH H乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸丙酮酸乙酰CoA NHNHNH中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心快速中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心快速(kui s)(kui s)准确！准确！第7页/共42页第八页，共42页。相当于酶复合体相当于酶复合体由于第一步为不可逆反应，直接决定整个循环反应的速度由于第一步为不可逆反应

8、，直接决定整个循环反应的速度(sd)，而且是许多，而且是许多其它反应体系的分支点，因而该酶复合物受到严密的调节控制；其它反应体系的分支点，因而该酶复合物受到严密的调节控制；提问提问(twn)(twn)：有哪些物质可以调节该酶复合物的活性？：有哪些物质可以调节该酶复合物的活性？答案：答案：产物（产物（NAD(P)HNAD(P)H、FADH2FADH2、GTPGTP、ATPATP、乙酰、乙酰CoA CoA ）抑制该酶复合物的活性）抑制该酶复合物的活性反应物（反应物（NAD+NAD+、FADFAD、GDPGDP、ADPADP、丙酮酸）激活该酶复合物的活性、丙酮酸）激活该酶复合物的活性Ca2+Ca2+

9、、胰岛素激活、胰岛素激活第8页/共42页第九页，共42页。2022年5月9日星期一10（二）（二）TCATCA概貌概貌(gimo)(gimo)（9898页）页） 乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸结合进入与草酰乙酸结合进入(jnr)(jnr)循环循环, ,经一系列反应再回到草酰乙酸的过程。经一系列反应再回到草酰乙酸的过程。 在此过程中乙酰在此过程中乙酰CoACoA被氧化成被氧化成H2OH2O和和CO2CO2并产生大量的能量。并产生大量的能量。第9页/共42页第十页，共42页。2022年5月9日星期一11第10页/共42页第十一页，共42页。线粒体膜线粒体膜第三个碳以第三个碳以COCO2 2形式失去

10、形式失去四碳二羧酸四碳二羧酸第二个碳以第二个碳以COCO2 2形式失去形式失去五碳二羧酸五碳二羧酸基质基质丙酮酸丙酮酸六碳三羧酸六碳三羧酸三种羧酸三种羧酸(su sun)！草酰乙酸大循环！草酰乙酸大循环！第一个碳以第一个碳以COCO2 2形式失去形式失去重新加入到草酰乙酸库重新加入到草酰乙酸库三羧酸三羧酸(su sun)？循环？循环？第11页/共42页第十二页，共42页。2022年5月9日星期一13 C CH H3 3C C O OC C O O O O H HN N A AD D+ +N N A AD D H H + + H H+ +C C o oA AS SH HC C O O2 2C C

11、 H H3 3C C O O S SC C o oA AO O C CC C O O O O H HC CH H2 2C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C ( (O O H H ) )C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C H H C C O O O O H HC C H H ( (O O H H ) )C C O O O O H HN N A AD D ( (P P) )N N A AD D ( (P P) )H H + +H HC C H H2

12、 2C C O O O O H HC C H H C C O O O O H HC C O O C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C H H2 2C C O O C C O O O O H HN N A AD D H H + +H HN N A AD DN N A AD D H H + + H H+ + +C C O O S SC C o oA AC C H H2 2C C H H2 2C CO OO OH HG GD D P P+ +P Pi iG G T T P PC C o oA AS SH HH H2 2 O OC CH H2 2C C

13、O O O O H HC CH H2 2C CO O O O H HF FA AD DH H2 2F FA AD DC CH HC CO OO OH HC CH HC CO OO OH HH HO O C CC CO OO OH HC CH H2 2C CO OO OH HH H+ +N NA AD D+ +C CO O2 2+ + +C Co oA AS SH HH H 2 2 O OC C o oA A S SH HC CO O2 2丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰 CoACoA(2)(1)(7)(8)(9)(10)(5)(6)(3)(4)柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊

14、二酸琥珀琥珀(h p)(h p)酰酰 CoA CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸L-L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸H OH O2 2(1) (1) 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体(2) (2) 柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶(3) (3) 顺乌头顺乌头(w tu)(w tu)酸酶酸酶(4)(5)(4)(5)异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶(6) -(6) -酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体(7) (7) 琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶(8) (8) 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶(9) (9) 延胡索酸酶延胡索酸酶(10)L-(10)L-苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶产能步骤产能步骤2 2NA

15、D(P)HNAD(P)H1 1FADHFADH2 21 1GTPGTP(1)(6)-产能产能脱碳脱碳2 2NADH NADH + + 2 2 COCO2 2(5)-脱碳脱碳- -1 1COCO2 2 3 3步步不可逆反应不可逆反应第12页/共42页第十三页，共42页。2022年5月9日星期一14乙酰草酰成柠檬乙酰草酰成柠檬(nn mn)(nn mn)，柠檬，柠檬(nn mn)(nn mn)又成又成-酮酮琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中 第13页/共42页第十四页，共42页。2022年5月9日星期一15（三）柠檬酸循环的化学（三）柠檬酸循环的化学(huxu)(huxu

16、)途径途径 （9898页）页）1 1草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸 第14页/共42页第十五页，共42页。2022年5月9日星期一161)1)乙酰乙酰CoA + CoA + 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸反应能量反应能量: :乙酰乙酰CoACoA的高能硫酯键提供的高能硫酯键提供(tgng)(tgng)反应不可逆反应不可逆醇醛缩合，先缩合成柠檬酰醇醛缩合，先缩合成柠檬酰CoACoA，水解，水解， C4 C6 C4 C6 第15页/共42页第十六页，共42页。2022年5月9日星期一17Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pi

17、nkCitrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink第16页/共42页第十七页，共42页。2022年5月9日星期一182 2）柠檬酸异构化成异柠檬酸）柠檬酸异构化成异柠檬酸Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitreate (white)Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitreate (white)第17页/共42页第十八页，共42页。2022年5月9日星期一193 3）异柠檬酸氧化）异柠檬酸氧化(ynghu)(yn

18、ghu)脱羧脱羧放出放出1 1分子分子(fnz)CO2(fnz)CO2，C6 C5 C6 C5 ；产生；产生1 1分子分子(fnz)NADH(fnz)NADH第18页/共42页第十九页，共42页。2022年5月9日星期一20NADNAD+ +(gold);(gold); Ca Ca2+2+(red)(red)第19页/共42页第二十页，共42页。2022年5月9日星期一212 2-酮戊二酸酮戊二酸琥珀琥珀(h p)(h p)酰酰CoA CoA -酮戊二酸脱氢酶系：酮戊二酸脱氢酶系：3 3种酶种酶辅助因子：辅助因子：NADNAD+ +、CoACoA、TPPTPP、硫辛酰胺、硫辛酰胺、FADFAD

19、和和MgMg2+2+等等第20页/共42页第二十一页，共42页。2022年5月9日星期一22Decarboxylated first, then oxidized; the carbon Decarboxylated first, then oxidized; the carbon released as CO2 is not from the acetyl group joined;released as CO2 is not from the acetyl group joined;TheThe a-ketoglutarate dehydrogenase complexa-ketoglut

20、arate dehydrogenase complex closely resembles theclosely resembles the pyruvate dehyrogenase pyruvate dehyrogenase complexcomplex in structure and function (the two Ein structure and function (the two E1 1s and twos and twoE E2 2s are similar, the two E3s are identical).s are similar, the two E3s ar

21、e identical).第21页/共42页第二十二页，共42页。2022年5月9日星期一23又放出又放出1 1分子分子(fnz)CO2(fnz)CO2，C5 C4 C5 C4 ；又产生又产生1 1分子分子(fnz)NADH(fnz)NADH；形成形成1 1个高能硫酯键个高能硫酯键第22页/共42页第二十三页，共42页。2022年5月9日星期一243 3、琥珀、琥珀(h p)(h p)酰酰-CoA -CoA 琥珀琥珀(h p)(h p)酸酸 琥珀琥珀(h p)(h p)酰酰CoACoA合成酶合成酶合成合成1 1分子高能磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTPGTPMalonate (Malonate

22、 (丙二酸丙二酸) is a strong competitive inhibitor) is a strong competitive inhibitor第23页/共42页第二十四页，共42页。2022年5月9日星期一254 4、琥珀酸、琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸 1 1）琥珀酸氧化）琥珀酸氧化(ynghu) (ynghu) 延胡索酸延胡索酸C4C4的变化的变化(binhu)(binhu)；产生；产生1 1分子分子FADH2FADH2、1 1分子分子NADHNADH三步反应三步反应 脱氢、加水、脱氢脱氢、加水、脱氢脱氢脱氢第24页/共42页第二十五页，共42页。2022年5月9日星期一262 2

23、）延胡索酸）延胡索酸 苹果酸苹果酸加水加水第25页/共42页第二十六页，共42页。2022年5月9日星期一273 3）苹果酸）苹果酸 草酰乙酸（再生草酰乙酸（再生(zishng)(zishng)）脱氢脱氢(tu qn)(tu qn)Oxaloacetate is regenerated!Oxaloacetate is regenerated!第26页/共42页第二十七页，共42页。2022年5月9日星期一28The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NADThe active site of malate

24、dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ + blue. blue.第27页/共42页第二十八页，共42页。2022年5月9日星期一29TCATCA总反应总反应(fnyng)(fnyng)第28页/共42页第二十九页，共42页。2022年5月9日星期一30O C COOHCH2COOH草酰乙酸草酰乙酸P PCH2COCH2COSoA (SoA (乙酰辅酶乙酰辅酶(f (f mi)A)mi)A)OHCHCOOHCH2COOH苹果酸苹果酸CH2COOHCH2COOH琥珀酸琥珀酸CH2COOHCH2COSCoA琥珀酰琥珀酰CoACoACOOHCH2COO

25、HCH2O=C-酮酮戊二酸戊二酸COOHCOOHCH2COOHCHHO-C异柠檬酸异柠檬酸COOHCOOHCH2COOHHO-CH2C柠檬酸柠檬酸COCO2 22 2H HCOCO2 22 2H HGTPGTPCHHOOCCHCOOH延胡索酸延胡索酸O C COOHCH2COOH三羧酸(su sun)循环总图2H2H2H2H第29页/共42页第三十页，共42页。2022年5月9日星期一31丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA，脱出两个，脱出两个(lin )H(lin )H脱氢：脱氢酶脱氢：脱氢酶 NAD NAD、NADPNADP、FADFAD、TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸 各辅酶起重要作用。各辅酶

26、起重要作用。脱水脱水(tu shu)(tu shu)（2 2）加水（加水（1 1、3 3、9 9）脱羧（脱羧（5 5、6 6）脱氢（脱氢（4 4、6 6、8 8、1010）第30页/共42页第三十一页，共42页。2022年5月9日星期一32 丙酮酸丙酮酸 + CoA-SH + NAD+ CoA-SH + NAD+ + 乙酰乙酰CoA + NADH + HCoA + NADH + H+ + + CO+ CO2 2 乙酰乙酰-CoA + 3NAD-CoA + 3NAD+ + + FAD + GDP + Pi + 2H+ FAD + GDP + Pi + 2H2 2O O 2CO2CO2 2 + C

27、oA-SH + 3NADH + 3H+ CoA-SH + 3NADH + 3H+ + + FADH+ FADH2 2 + GTP+ GTP总反应式总反应式净反应净反应(fnyng)(fnyng)：第31页/共42页第三十二页，共42页。2022年5月9日星期一334NAD(P)H +4H4NAD(P)H +4H+ + 10ATP 4H 10ATP 4H2 2O OFADHFADH2 2 1.5ATP 1H1.5ATP 1H2 2O O ADP ATP ADP ATP - 3H - 3H2 2O O GTP GDP 1ATP 1H GTP GDP 1ATP 1H2 2O O 3H 3H2 2O

28、O氧化氧化(ynghu)磷酸化作用磷酸化作用O2COOHCOCH3总反应总反应(fnyng)(fnyng)方程式方程式第32页/共42页第三十三页，共42页。2022年5月9日星期一34（四）特点（四）特点(tdin)(tdin)：（1）TCA循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循环。又有两个碳原子以CO2的形式离开循环。但这两个碳原子并不是刚刚进入循环的那两个碳原子（代谢更新）。（2）四次氧化脱氢（三次NAD+为受氢体，一次FAD为受氢体）、一次底物水平磷酸化反应以GTP形式产生一个高能键、二次脱羧反应。糖的有氧氧化过程中能量和CO2主要在TCA循环中产生。 （3） TCA循环所产生的3

29、个NADH和一个FADH2分子只能(zh nn)通过电子传递链和氧分子（氧化磷酸化）才能够再被氧化，释放的能量ATP形式产生。l TCATCA在线粒体中进行，整个循环不可逆。在线粒体中进行，整个循环不可逆。一次循环、二次脱羧、三次加水、四次脱氢一次循环、二次脱羧、三次加水、四次脱氢第33页/共42页第三十四页，共42页。2022年5月9日星期一351 1、氧化供能、氧化供能能量计算：每次循环能量计算：每次循环(xnhun)(xnhun)：3 32.5 + 12.5 + 11.5 + 1 = 101.5 + 1 = 10分子分子 ATP ATP 丙酮酸开始：丙酮酸开始：10 + 2.5 = 12

30、.510 + 2.5 = 12.5分子分子ATPATP 葡萄糖开始：葡萄糖开始：2+2.52+2.52+12.52+12.52 = 322 = 32分子分子ATPATP 而糖的无氧酵解仅产生而糖的无氧酵解仅产生2 2分子分子ATPATP2 2、三大营养物质分解代谢、三大营养物质分解代谢(dixi)(dixi)的最终共同途径的最终共同途径糖代谢糖代谢(dixi)(dixi)的重要途径的重要途径也是甘油、脂肪酸和氨基酸氧化分解的必经途径也是甘油、脂肪酸和氨基酸氧化分解的必经途径3 3、糖、脂肪和氨基酸代谢联系的枢纽、糖、脂肪和氨基酸代谢联系的枢纽四、糖的有氧氧化及四、糖的有氧氧化及TCATCA循环

31、的意义循环的意义（107107页）页）第34页/共42页第三十五页，共42页。2022年5月9日星期一36第35页/共42页第三十六页，共42页。2022年5月9日星期一37异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环乙酰乙酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫

32、氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺三羧酸循环三羧酸循环焚烧炉焚烧炉（二）中间酸是合成其他化合物的碳骨架（二）中间酸是合成其他化合物的碳骨架百宝库百宝库(bok)(bok)。例如例如 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺等等天冬氨酸、天冬酰胺等等 - -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 血红素血红素既是既是“焚烧炉又是百宝库焚烧炉又是百宝库(bok)”(bok)”生物意义生物意义第36页/共42页第三十七页，共42页。2022年5月9日星期一38五、五、TCATCA循环中碳骨架的不对称循环中碳骨架的

33、不对称(duchn)(duchn)反应反应 用同位素标记乙酰用同位素标记乙酰COACOA碳原子，发现乙酰碳原子，发现乙酰COACOA从碳骨架的一端掺入，而从另一端发生脱羧反应从碳骨架的一端掺入，而从另一端发生脱羧反应(fnyng)(fnyng)，说明反应，说明反应(fnyng)(fnyng)不对称不对称六、六、TCATCA循环的双重作用和回补反应循环的双重作用和回补反应 TCA TCA循环不仅是产生循环不仅是产生ATPATP的途径，中间物也是生物合成的前体，分解代谢和合成代谢双重性（两用性，的途径，中间物也是生物合成的前体，分解代谢和合成代谢双重性（两用性，110110页）。这些中间物必需不断

34、补充才能保证页）。这些中间物必需不断补充才能保证TCATCA的正常进行。的正常进行。对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为回补反应。对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为回补反应。第37页/共42页第三十八页，共42页。2022年5月9日星期一391 1分子葡萄糖转化分子葡萄糖转化(zhunhu)(zhunhu)为为2 2分子乳酸净生成分子乳酸净生成 2 2 分子分子ATPATP糖酵解过程中有糖酵解过程中有3 3个不可逆的酶促反应，催化这个不可逆的酶促反应，催化这3 3步反应的酶分别步反应的酶分别(fnbi)(fnbi)是是 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 、 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 和和 丙酮酸激酶