《生物化学》本科课件第21章+柠檬酸循环

1、第二十三章 柠檬酸循环A time-lapse photograph of a Ferris wheel at night. Aerobic cells use a metabolic wheel-the tricarboxylic acid cycle-to generate energy by acetyl-CoA oxidation.扬州大学生物科学与技术学院糖的有氧氧化 葡萄糖 彻底氧化分解生成CO2和H2O的过程。糖的有氧氧化是指：体内组织在有氧条件下， 有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 3

2、0/32 ATP扬州大学生物科学与技术学院糖有氧氧化概况葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循环糖的有氧氧化乳酸糖酵解线粒体内胞浆扬州大学生物科学与技术学院糖的有氧氧化与糖酵解细胞胞浆线粒体葡萄糖丙酮酸乳酸葡萄糖丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）丙酮酸(糖酵解)扬州大学生物科学与技术学院糖有氧氧化的过程第一阶段： 丙酮酸的生成（胞浆）第二阶段： 丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA（线粒体）第三阶段： 乙酰CoA进入柠檬酸循环和氧化磷酸化途径彻底氧化。（线粒体）三 个 阶 段扬州大学生物科学与技术学院丙酮酸的生成（胞浆）葡萄糖 + NAD+ + 2ADP +2Pi 2（

3、丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ）2丙酮酸进入线粒体进一步氧化2(NADH+ H+ )2H2O + 3ATP线粒体内膜上特异载体穿梭系统氧化呼吸链扬州大学生物科学与技术学院柠檬酸循环（Citric Acid Cycle)三羧酸循环 （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循环在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞质中，酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底氧化为CO2、H2O并产生ATP的过程。扬州大学生物科学与技术学院原核细胞细胞质真核生物线粒体基质（线粒体）扬州大学生物科学与技术学院一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized t

4、o Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脱氢酶系扬州大学生物科学与技术学院八聚体扬州大学生物科学与技术学院多酶复合体位于线粒体内原核细胞在胞液中三种酶六种辅助因子E1-丙酮酸脱氢羧酶（组分）E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶E3-二氢硫辛酸脱氢酶TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+丙酮酸脱氢酶系扬州大学生物科学与技术学院丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体扬州大学生物科学与技术学院CoA-SHAMP泛酸CoA-SH3OCCH-巯基乙胺222O2CH22OHCH3-2OH-OCOCHCHNHCOCHCCHPOPOCHNHCHS3CHOOOOONNNNNHO

5、POOH扬州大学生物科学与技术学院硫辛酸：扬州大学生物科学与技术学院硫辛酰胺辅基硫辛酰赖氨酰臂砷化物共价结合-毒害作用扬州大学生物科学与技术学院V B1TPP的结构扬州大学生物科学与技术学院功能脱羧酶辅酶将底物移入（出）脱羧酶的活性中心。+TPP的作用扬州大学生物科学与技术学院丙酮酸脱氢酶复合体催化反应 的图解羟乙基TPP高能键扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院CH3CCOOHO+TPPE1分步反应羟乙基TPPE1：丙酮酸脱氢酶扬州大学生物科学与技术学院+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸乙酰硫辛酸E2：转乙酰酶硫辛酸：扬州大学生物科学与技术学院E2E3E3E3：二氢硫辛酸

6、脱氢酶扬州大学生物科学与技术学院砷化物对硫辛酸的毒害作用 与E2的硫辛酸上的-SH结合砷化物可在糖酵解过程中代替磷酸盐而使氧化与磷酸化解耦联。这里砷化物还能抑制丙酮酸生产乙酰辅酶A。微生物中许多酶对有机砷化物的毒害比人类更敏感，曾用于治疗椎虫病。但是砷化物对病人有严重的毒副作用，常引起湿疹，头晕，头痛等。砷化物对白血病的治疗。扬州大学生物科学与技术学院丙酮酸脱氢酶复合体的调控：1、产物控制：NADH 、乙酰-CoA2、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活） 由E2上结合的激酶和磷酸酶起作用 扬州大学生物科学与技术学院ATP/AMP NADH/NAD+ 乙酰CoA/CoA(能荷比)(

7、一)： 乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶()： AMP、PDH磷酸酶、Ca2+、胰岛素扬州大学生物科学与技术学院二、柠檬酸循环概貌 Citric Acid Cycle扬州大学生物科学与技术学院TCA概貌扬州大学生物科学与技术学院TCA概貌扬州大学生物科学与技术学院TCA概貌扬州大学生物科学与技术学院三、柠檬酸循环历程 Reactions of the Citric Acid Cycle1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸 Formation of Citrate 扬州大学生物科学与技术学院柠檬酸合酶是变构酶变构抑制剂：ATP、NADH、 琥珀酰CoA、酯酰CoA AMP可解除抑制FH2

8、C氟乙酰辅酶A ：底物，形成氟柠檬酸，不能往下反应，称致死性合成扬州大学生物科学与技术学院CH3CO丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂扬州大学生物科学与技术学院2、经顺乌头酸生成异柠檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-Aconitate 乌头酸酶扬州大学生物科学与技术学院3、异柠檬酸氧化形成酮戊二酸Oxidation of Isocitrate to -Ketoglutarate and CO2 氧化脱羧G0= -20.9 kJ/mol异柠檬酸脱氢酶NAD为辅酶，需Mg2+（线粒体）NADP为辅酶（胞质也有）扬州大学生物科学与技术学院4、酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰

9、-CoA Oxidation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA酮戊二酸脱氢酶复合体G0 = -33.5 kJ/mol高能硫酯化物扬州大学生物科学与技术学院5、琥珀酰-CoA转化为琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）哺乳动物GTP/ATP植物、微生物ATP（唯一）直接产生高能磷酸键底物磷酸化扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院GTP参与蛋白质合成G蛋白活化（信号传导）GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶扬州大学生物科学与技术学院6、琥珀酸脱氢形成延胡

10、索酸 Oxidation of Succinate to Fumarate FAD与酶共价连接丙二酸为竞争性抑制剂抑制细胞呼吸 （Krebs）琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜扬州大学生物科学与技术学院7、延胡索酸水合生成 L-苹果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate 扬州大学生物科学与技术学院8、 L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动扬州大学生物科学与技术学院扬州大学生物科学与技术学院四、柠檬酸循环的化学计量2 丙酮酸 2 acetyl-CoA

11、 2 NADH 5 2 异柠檬酸 2-酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二酸 2 琥珀酰-CoA 2 NADH 52 琥珀酰-CoA 2琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸 2 延胡素酸 2 FADH2 3 2苹果酸 2 草酰乙酸 2 NADH 5Total 25 ATP底物磷酸化扬州大学生物科学与技术学院丙酮酸只有4个氢，但彻底氧化所放出的氢？加水加氢扬州大学生物科学与技术学院糖酵解+三羧酸循环的效率糖酵解 1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸 7ATP三羧酸循环 2丙酮酸 25ATP 32ATP储能效率=32 7.3/686= 34.05 %其余能量以热量形式：一部分维持体温，一部分散失

12、。扬州大学生物科学与技术学院总反应式扬州大学生物科学与技术学院CO2来自草酰乙酸而不是乙酰CoA但净结果是氧化了1分子乙酰CoA扬州大学生物科学与技术学院五、柠檬酸循环的调控速率受细胞能量状态、生物合成需求调节分为两方面的调控1. 柠檬酸循环本身所具有的内部相互制约系统的调节2. ADP、ATP和Ca2+对柠檬酸循环的调节。总的来说都是对酶的调控。扬州大学生物科学与技术学院限速酶：1.柠檬酸合酶 变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA 竞争性抑制剂：柠檬酸 AMP可解除抑制2.异柠檬酸脱氢酶 变构抑制剂：ATP、NADH 变构激活剂： ADP3.酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：ATP、 NADH

13、、琥珀酰CoA 激活剂：AMP 、 ADP、Ca2+ 扬州大学生物科学与技术学院乙酰CoA的主要来源和去路糖原G三脂酰甘油FA、甘油蛋白质氨基酸三羧酸循环胆固醇、FA酮体乙酰CoA扬州大学生物科学与技术学院六、柠檬酸循环的生物意义（ 1） 是好氧生物体内最主要的产能途径！ （2） 是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！ （3） 提供合成其他化合物的碳骨架如： 草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸 Glu 其他氨基酸 琥珀酰CoA 血红素两用性扬州大学生物科学与技术学院柠檬酸循环焚烧炉扬州大学生物科学与技术学院巴斯德效应（Pasteur)概念：指有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）的现象。或生物细胞和组织中的糖发酵为氧所抑制,这种现象巴斯德(L.Pasteur)在研究酵母的酒精发酵量和氧分压之间的关系中发现的,故称巴斯德效应。 扬州大学生物科学与技术学院由于从呼吸(完全氧化)所得的能量,远大于等量糖发酵所得的能量,因此为了获得对维持生命活动所需的能量,在有氧情况下与无氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物体根据氧的有无,来调节糖的分解量,而使能量得到节制 扬州大学生物科学与技术学院TCA填补反应（anaplerotic reaction）1、丙酮酸羧化乙酰CoA激活扬州大学生物科学与技术学院2、PEP羧化（大脑和心脏）3、Asp和Glu脱氨