生物化学三羧酸循环分析解析课件

1、柠 檬 酸 循 环(三羧酸循环、krebs循环、TCA)11、丙酮酸脱氢酶复合物催化丙酮酸脱羧形成乙酰CoA2、 柠檬酸循环的酶促反应过程3、柠檬酸循环的调控4、柠檬酸循环中存在着几处代谢物进出口5、植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路6、柠檬酸循环产生的还原型辅酶通过氧化磷酸化生成ATP学习内容2又称柠檬酸循环，Krebs循环，简写TCA循环 有氧条件下，将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA，再经一系列氧化和脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量。三羧酸循环(Tricarboxylic acid circle)31）有氧氧化 A、糖酵解（胞液） B、丙酮酸氧化脱羧（线粒体） C、柠檬酸循环（

2、线粒体） D、氧化磷酸化（线粒体）2）磷酸戊糖途径（胞液）3）糖转化为脂肪4）输出血糖5）合成糖原肝脏中糖的去路4 有氧氧化葡萄糖 丙酮酸 乙酰CoA 乳酸、乙醇 无氧酵解TCA CO2、H2O、能量 (线粒体)( 胞液 )糖的有氧氧化（aerobic oxidation） (线粒体)5 有氧条件下，葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O，并伴有能量释放的过程。有氧氧化（aerobic oxidation） C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量 过程分三阶段，第一阶段在胞液(同酵解)，后两个阶段在线粒体中进行。6柠檬酸循环发现的大事记1911-1920 T.Thunberg

3、等 肌肉组织可氧化柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和 苹果酸等。 1935 Albert, Szent 4C的二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果酸和 -Gyorgyi 草酰乙酸等)能促进肌氧耗量;并确立琥珀酸经 延胡索酸和苹果酸转变成草酰乙酸。 Wagner-Janregy 等异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物。1936 Green等 猪心肌中提得苹果酸脱氢酶。1937 Martius, F.Knoop 等证明柠檬酸经顺乌头酸异构化为异柠檬酸， 并进一步氧化成-酮戊二酸。1937 Hans Krebs 证明柠檬酸来自乙酰CoA和草酰乙酸的缩合。 7总反应式：丙酮酸的氧化丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA8酶辅

4、酶E1 ：丙酮酸脱氢酶E2 ：二氢硫辛酰转乙酰基酶E3 ：二氢硫辛酸脱氢酶TPPCoA-SH硫辛酸FAD NAD丙酮酸脱氢酶复合体的组成HSCoANAD+丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上91011乙酰COA系列具有很高的酰基转移势能 12功能是转送乙酰基或其他酰基或氢结合与蛋白质上的硫辛酸像“摆动壁”一样把电子和酰基从复合体中的一个酶转送到另一个酶131415丙酮酸脱氢酶复合体同时也催化该反应，将2个电子和乙酰基从TPP转移到核心酶 二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）中的氧化型硫辛酰赖氨酰基团上生成还原型硫辛酰的乙酰硫酯丙酮酸与丙酮酸脱氢酶（E1）中的TPP结合，脱羧生成羟乙基衍生物丙酮酸脱氢酶复合

5、体催化的反应过程：16 二氢硫辛酸脱氢酶E3将E2中的2个氢原子转移给E3的辅基FAD，使E2的硫辛酰赖氨酰基团成为氧化型E3中的FADH2将H+转移给NAD+生成NADH转酯反应，COA的巯基代替E2的巯基生成乙酰COA和还原型硫辛酰基17共价修饰调节 18三羧酸循环反应的全过程19 柠檬酸循环中的酶分布在线粒体中真核生物： 丙酮酸 线粒体 乙酰CoA 嵌在内膜中的丙酮酸转运酶可以特异地将丙酮酸从膜间质转运到线粒体的基质中，进入基质的丙酮酸脱羧生成乙酰CoA，经柠檬酸循环进一步被氧化。氧化磷酸化：H+/电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释放，同时伴有ADP磷酸化成ATP，吸收这些能量储存于A

6、TP中，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起。三羧酸循环中脱下的氢进入呼吸链氧化磷酸化，生成水和ATP。转运20合酶（synthase）：催化不需要任何核苷三磷酸（如ATP、GTP等）作为能量来源的缩合反应；合成酶（synthetase）：催化的缩合反应必须使用ATP或其他核苷三磷酸作为合成反应的能量来源；连接酶（Ligase）：催化使用ATP或其他能量来源，将2个原子连接在一起的缩合反应；裂解酶（lyase）：催化断裂过程的酶，这一过程中发生电子冲排；激酶（kinase）：将核苷三磷酸上的磷酰基转移到一个受体分子的酶；磷酸化酶（phosphorylase）：磷酸化 磷酸酶（phosphatase）

7、：去磷酸化21221. 柠檬酸的形成乙酰COA 与草酰乙酸合成柠檬酸，由柠檬酸合酶催化，消耗乙酰COA的高能硫酯键23242. 柠檬酸异构为异柠檬酸加水、脱水，H和HO之间互换25263. 异柠檬酸氧化为-酮戊二酸+ CO2氧化脱羧27284. -酮戊二酸氧化成琥珀酰COA+CO2-酮戊二酸脱氢酶复合体由E1、 E2、E3组成，有TPP、硫辛酸、COA-SH、FAD和NAD五种辅助因子。-酮戊二酸氧化产生的能量贮存在的硫酯键中29305. 琥珀酰COA转化为琥珀酰琥珀酰COA合成酶催化，水解高能硫酯键释放的能量驱动GDP合成GTP（ATP）转化为琥珀酰底物水平磷酸化31326. 琥珀酸氧化为延

8、胡索酸琥珀酸脱氢酶催化，FAD作为辅基337. 延胡索酸水化形成苹果酸 延胡索酸酶催化，水合作用348. 苹果酸氧化为草酰乙酸苹果酸脱氢酶催化，产生NADH+H+ 反应向左，但由于草酰乙酸与乙酰COA不断合成柠檬酸，使反应向右进行（不利的反应由一个有力的反应推动而进行下去）35三羧酸循环丙酮酸丙酮酸脱氢酶乙酰CoA柠檬酸合成酶柠檬酸顺乌头酸酶异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸-酮戊二酸脱氢酶琥珀酰CoA琥珀酰CoA合成酶琥珀酸琥珀酸脱氢酶延胡索酸延胡索酸酶苹果酸苹果酸脱氢酶草酰乙酸1个GTP3个NADH1个FADH22个CO2丙酮酸氧化脱羧：1个NADH1个CO236输入：1分子一乙酰COA2分

9、子H2O输出：3NADH+H+1FADH21GTP2CO2 37化学反应ATP或还原辅酶ATP数1 葡萄糖 葡糖-6-磷酸-1 ATP-11 果糖-6-磷酸 果糖-1,6-二磷酸-1 ATP-12 甘油醛-3-磷酸 甘油酸-1,3-二磷酸2 NADH3或52 甘油酸-1,3-二磷酸 甘油酸-3-二磷酸2 ATP22 磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸2 ATP22 丙酮酸 乙酰辅酶A2 NADH52 异柠檬酸 -酮戊二酸2 NADH52 -酮戊二酸 琥珀酰辅酶A2 NADH52 琥珀酰辅酶A 琥珀酸2 ATP22 琥珀酸 延胡索酸2 FADH232 苹果酸 草酰乙酸2 NADH5总计30或32葡萄糖经糖

10、酵解、丙酮酸脱氢反应、TCA、氧化磷酸化产生的ATP数量38为什么一个简单的二碳单位（乙酰基）氧化为CO2如此复杂？作为中间代谢的中心将分解过程中产生的4碳、5碳作为燃料分子进入此循环39柠檬酸的异构问题14C标记乙酰CoA进行研究结果，第一周循环中并无14C出现CO2，即CO2的碳原子来自草酰乙酸而不是来自乙酰CoA，第二周循环时，才有14 CO2 出现。40中间产物的 消耗与补充41添补反应补充三羧酸循环中间物TCA循环中用于生物合成的前体，可通过添补反应（anaplerotic reaction）得到补充丙酮酸+HCO3-+ATP 草酰乙酸+ADP+PiPEP+ CO2+GDP 草酰乙酸

11、+GTPPEP+ HCO3- 草酰乙酸+Pi苹果酸+ HCO3- +NAD（P）H 苹果酸+NAD（P）+丙酮酸羧化酶PEP羧激酶PEP羧激酶苹果酸酶42厌氧细菌中不完整的TCA TCA中间产物是某些物质的合成原料（前体） 43三羧酸循环的基本特点1、量上来说，循环中一个2C化合物被氧化成CO2，但实际上这2C化合物不是来自加入的乙酰CoA，而来自草酰乙酸。2、中间代谢物，包括草酰乙酸在内，在循环中起催化剂作用，本身并无量的变化。3、循环中草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。4、氨基酸代谢时生成的-酮戊二酸、琥珀酸和延胡索酸等二羧酸类不能直接经循环氧化，须经草酰乙酸、磷酸稀醇型丙酮酸转变成丙酮酸

12、，再以乙酰CoA进入循环彻底氧化。441、三个关键酶：柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶 2、NADH/NAD+和ATP/ADP比率的调节作用 ADP与NAD+浓度 ：使三羧酸循环 ATP与NADH浓度 ：使三羧酸循环三羧酸循环的调节45三羧酸循环的调节46糖有氧氧化的调节是基于能量的需求关键酶 酵解途径：己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体 三羧酸循环：柠檬酸合酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶-1-酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要，有氧氧化过程中酶的活性都受细胞内ATP/ADP或ATP/AMP比例的影响。 ATP/ADP或ATP/

13、AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。 ATP/AMP效果更显著。47三羧酸循环小结TCA循环是糖、脂肪和蛋白质等物质分解代谢的共同途径。氧化产生的能量暂存在电子载体 NADH和FADH2。在氧化磷酸化过程中，电子传递给氧，能量转移给ATP。2. TCA循环，真核生物发生在线粒体，原核生物发生在细胞质。3. 经TCA氧化一个乙酰CoA，获得的能量物质有三分子NADH、一分子FADH2和一分子ATP/GTP。4. 除了乙酰CoA，所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳中间化合物(如氨基酸代谢产物)都能在这个循环中被氧化。5. TCA循环具有两重性，既与分解代谢有关，也与合成代谢有关。循环中间

14、物可以用作生物合成的原料。6. TCA循环中的中间产物被消耗，可以通过回补反应进行补充。481、三大供能营养素氧化供能的共同途径。2、糖、脂肪和氨基酸代谢联系的中心枢纽。3、循环中某些成分可用于合成其他物质。三羧酸循环的生理意义49Pasteur效应： 糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用称为Pasteur效应机理： 有氧时NADH+H+可进入线粒体内氧化，于是丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸-有氧氧化可抑制糖酵解。 缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP，致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途径的限速酶，故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。50Crabtree效应（亦称反Pasteur作用

15、）：实验现象：癌细胞中有Crabtree现象，后发现某些正常组织细胞(如视网膜、睾丸、小肠粘膜、颗粒性白细胞、肾髓质、成熟红细胞等)亦有此现象。解释：此类细胞糖酵解酶系较强，而线粒体中某些氧化酶系如细胞色素氧化酶活性较低，争夺氧化磷酸化底物处劣势。一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否，均呈现很强的酵解反应，而糖的有氧氧化受抑制，这种作用称为Crabtree效应。51 乙醛酸循环 (glyoxylate cycle) 52乙醛酸循环植物某些无脊椎动物一些微生物乙酸作为能量和糖类合成过程中磷酸烯醇式丙酮酸的来源起作用5354乙醛酸循环和三羧酸循环的关系55乙酰辅酶A进入TCA生成10个ATP

16、乙酰辅酶A进入乙醛酸循环生成6.5个ATP56多少个乙酰COA可以异生成一个葡萄糖？乙醛酸循环没有碳的损失，因此乙酰COA可以异生成糖57植物：脂肪酸异生为糖58在TCA循环中，下列哪一个阶段发生了底物水平磷酸化？（ ）A、柠檬酸-酮戊二酸 B、琥珀酰CoA 琥珀酸 C、琥珀酸延胡索酸 D、延胡索酸苹果酸在三羧酸循环中，由-酮戊二酸脱氢酶系所催化的反应需要（ ）A、NAD+ B、NADP+ C、CoASH D、ATP丙酮酸脱氢酶系需要几种酶和辅酶？（ ）三羧酸循环中的关键酶都有哪些？（ ）59结 束60三羧酸循环的实验依据（1）Krebs首先证实六碳三羧酸(柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸)和-酮戊二酸，以及四碳二羧酸(琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸)都能强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，氧的消耗。 说明这些化合物都是丙酮酸氧化途径中的中间产物