生物化学-第23章- 柠檬酸循环

1、第23章 柠檬酸循环,胞液,线粒体,G,G-6-P,PA,PA,乙酰CoA,O2,O2,O2,H+e,O2,H2O,CO2,糖的有氧氧化（aerobic oxidation）,反应过程：,糖有氧氧化的反应过程,分三个阶段： 糖酵解途径：葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 三羧酸循环和氧化磷酸化,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。,一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA Pyruvat

2、e Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2,丙酮酸脱氢酶系,八聚体,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,丙酮酸脱氢酶复合体,乙酰CoA,AMP,泛酸,-巯基乙胺,乙酰CoA,2,2,2,O,2,CH,2,2,3,O,OH,CH,3,-,2,OH,-,-,O,硫辛酸：,硫辛酰胺辅基 硫辛酰赖氨酰臂 砷化物共价结合-毒害作用,功能 脱羧酶辅酶 将底物移入（出）脱羧酶的活性中心。,+,TP

3、P的作用,羟乙基TPP,高能键,分步反应,羟乙基TPP,E1：丙酮酸脱氢酶,硫辛酸,乙酰硫辛酸,E2：转乙酰酶,硫辛酸：,E2,E3,E3,E3：二氢硫辛酸脱氢酶,砷化物对硫辛酸的毒害作用 与E2的硫辛酸上的-SH结合,丙酮酸脱氢酶复合体的调控： 1、产物控制：NADH 、乙酰-CoA 2、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活） 由E2上的激酶和磷酸酶起作用,ATP/AMP NADH/NAD+ 乙酰CoA/CoA (能荷比),(一)： 乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶 ()： AMP、PDH磷酸酶、Ca2+、胰岛素,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

4、应的速度，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,二、柠檬酸循环概貌(Citric Acid Cycle),三、柠檬酸循环历程 Reactions of the Citric Acid Cycle,1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸 Formation of Citrate,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,FH2C,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,CH3CO,丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂,2、经顺乌头酸生成异柠檬酸 Formation o f Isocitrate via

5、 cis-Aconitate,乌头酸酶,乌头酸酶中的（Fe-S）蛋白,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）,4、酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-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,5、琥珀酰-CoA转化为琥珀酸 Conversion of Succinyl

6、-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,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,6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸 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 具有立体专一性,7、延胡索酸水合生成 L-苹果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate,8、 L-苹果酸脱

7、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,四、柠檬酸循环的化学计量,2 丙酮酸 2 acetyl-CoA 2 NADH 5 2 异柠檬酸 2-酮戊二酸 2 NADH 5 2-酮戊二酸 2 琥珀酰-CoA 2 NADH 5 2 2 琥珀酰-CoA 2琥珀酸 2 A/GTP 2 2琥珀酸 2 延胡素酸 2 FADH2 3 2苹果酸 2 草酰乙酸 2 NADH 5 Total 25 ATP,底物磷酸化,丙酮酸只有4个氢， 但彻底氧化所放出的氢？,加水加氢,糖酵解+三羧酸循环的效率,糖酵解 1G 2ATP+

8、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。,总反应式,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,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,限速酶： 1.柠檬酸合酶 变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA 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： ADP 3.酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：ATP、 NADH、琥珀酰CoA 激活剂：AMP 、 ADP、Ca2+,乙酰CoA的

9、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,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,柠檬酸循环焚烧炉,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。,由于从呼吸(完全氧化

10、)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,TCA填补反应（anaplerotic reaction）,1、丙酮酸羧化,乙酰CoA激活,2、PEP羧化（大脑和心脏）,3、Asp和Glu脱氨 Asp 草酰乙酸 Glu 酮戊二酸,PEP羧激酶,测试题,磷酸果糖激酶-1 最强的别构激活剂是 A、AMP B、ADP C、ATP D、果糖-2，6-双磷酸 E、果糖-1，6-双磷酸,丙酮酸脱氢酶复合体中不包括 A、生物素 B、NAD+ C、FAD D、硫辛酸 E、辅酶A,测试题,不能使丙酮酸脱氢酶复合体活性降低的 A、乙酰CoA B、ATP C、AMP D、NADH,葡萄糖进行酵解或有氧氧化时净得的ATP数之比为 A、1：9 B、1：15 C、1：18 D、1：19,乙醛酸循环三羧酸循环支路(P159),在异柠檬酸与