生物化学第11章柠檬酸循环.ppt

1、第11章柠檬酸循环，柠檬酸(TCA)循环中的重要化合物是柠檬酸。柠檬酸有三种羧基，因此也称为三羧酸循环(TCA)。柠檬酸循环在细胞的线粒体中进行。柠檬酸循环不仅是糖的有氧分解代斯途径，也是脂肪酸和氨基酸的分解代斯途径，柠檬酸循环的中间物也是许多物质生物合成的先驱。无氧条件下葡萄糖通过糖酵解反应获得能量，产生的丙酮酸还原为乳酸(或酒精):C 6 H12 O6 2 H3C-Choh-Coo 2H GO-196 KJ/MOL但在有氧条件下，葡萄糖完全氧化为CO2，产生激活细胞所需的大量能量：c6h 11在有氧条件下，最终氧化成CO2和H2O。这种代斯过程称为呼吸或细胞呼吸。因为牙齿过程消耗氧气，释放

2、二氧化碳。细胞呼吸可分为三个茄子阶段。的第一阶段，葡萄糖通过糖效转化为丙酮酸，丙酮酸氧化为乙酰可可。对于细胞呼吸的其他有机燃料分子脂肪酸和氨基酸，也可以通过相应的代斯途径变成乙酰胆碱。第二阶段是指有机燃料分子氧化产生的乙酰CoA进入称为柠檬酸循环的代斯途径，被酶转化为CO2，产生还原性电子载体NADH和FADH2。第三阶段是指前两个阶段产生的恢复性NADH和FADH2被氧化，重新形成氧化型辅酶。第一节丙酸氧化在有氧条件下，糖酵解生成的丙酮酸或乳酸氧化生成的丙酮酸，或部分氨基酸分解生成的丙酮酸，通过特殊载体蛋白转移到线粒体。首先，通过氧化脱复时反应，转换为乙酰可可。丙酮酸脱氢酶复合物丙酮酸氧化脱

3、复时乙酰CoA形成反应由丙酮酸脱氢酶复合物促进。牙齿酶复合物由三种茄子酶组成：丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酰亚胺(E2)、二氢硫辛酰亚胺酶(E3)。每种酶在牙齿复合物中有多个副本。大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合物的分子量约为4600kD，外形为球形，直径约为30nm。牙齿复合体的核心是E2 24个、E1 24个、E3 12个，围绕E2。真核生物丙酮酸脱氢酶复合物比大肠杆菌的酶更复杂。双氧水脱氢酶复合物催化的反应丙酮酸脱氢酶复合物催化五步序反应。总反应如下。CH3-CO-Coo Coa-SH NAD CH3-Cocoa CO2 NADH在丙酮酸脱氢酶复合物催化反应中，5茄子其他辅酶，E1:丙酮酸脱氢

4、酶E2:二硫酸-乙酰酶e :二氢-乙酰E.coli的丙酮酸脱氢酶系分子量：4.5106，直径45纳米，比核糖体稍大。酶辅酶丙酮酸脱氢酶(E1) TPP 24双氢黄酸脱氢酶(E2)亮氨酸24双硫酸脱氢酶(E3) FAD 12，辅酶A(CoA)，NAD，Mg2为辅酶，辅酶A，牙齿反应顺序以乙酰CoA和聚乙酸收缩合成柠檬酸开始，聚乙酸在多级反应后重新生成，形成循环反应途径，因此牙齿循环反应称为柠檬酸循环。1.柠檬酸循环的研究历史柠檬酸循环是物质代谢的中心，牙齿途径的发现在生化发展史上占有重要地位。德国科学家汉斯克里维斯对阐明柠檬酸循环做出了特殊贡献，1953年诺贝尔医学奖，柠檬酸循环也被称为Kreb

5、s循环。柠檬酸(三羧酸)循环可以将丙酮酸形成的乙酰CA或其他代斯途径(如脂肪酸或氨基酸的分解代斯途径)产生的乙酰CoA氧化成柠檬酸循环，柠檬酸循环包括八步酶反应。2 .柠檬酸循环的反应过程(1)柠檬酸的生成柠檬酸酶(citrate synthase)促进乙酰CoA和醋酸的缩合，产生柠檬酸。这是柠檬酸循环的启动反应。同位素标记实验表明，乙酰基的甲基碳和乙酸的羰基碳相结合。柠檬酸酶催化的反应遵循有序的顺序反应机制。乙酰胆碱是高能化合物，因此当硫酯键水解时，会释放大量能量(Go=-32.5 kJ/mol)，从而可以在细胞内向柠檬酸生成的方向推进反应。柠檬酸酶催化的反应是不可逆的，由多种效果物控制。柠

6、檬酸合酶反应的机制，(2)异口酸的形成柠檬酸在异口酶的催化下，将异构化转化为异口酸。cis-乌头是牙齿转化反应的中间物。牙齿阶段反应可逆，Go6.3 kJ/mol，反应有利于柠檬酸。因此，在平衡时，伊故运算只有约10%。顺豆山酶顺豆山酶，柠檬酸是全手性分子，但顺豆山酶对柠檬酸两端的两个相同基团(-CH2-COO)可能具有选择性。反应式指出，脱水和水反应只包括柠檬酸的下半部分(即酰乙酸碳原子的基团)。对牙齿选择的说明是，根据酶作用的立体特异性，酶分子活性中心不对称，三个茄子徐璐不同的结合位，牙齿三个茄子结合位只有与基质分子的三个茄子替代物配对才能催化。(威廉莎士比亚，坦普林，酶，酶，酶，酶，酶，

7、酶，酶)柠檬酸的中心碳连接有四个取代物，其中两个是相同的(-CH2-COO)。但是牙齿两个相同的气团在空间取向上不同。也就是说，可以在空间上区分。顺豆酸酶的这种作用特性解释了后续脱复反应只发生在与乙酰入射部位相反的碳上的原因，并说明了乙酰入射部位一端不发生的原因。柠檬酸和顺头山酶的活性中心相结合时，酶活性中心的微环境可以根据空间取向区分其他两个相同的基团，两个相同的基团中只有一个被酶作用，另一个不能被酶促进。(3)异口运算的氧化脱壳异口运算脱氢酶将异口氧化脱脱转化为-酮谷氨酸。这是柠檬酸循环的第一次脱氧反应。在牙齿反应中，使用NAD还原创建NADH。这里剥的CO2不是乙酰CoA的乙酸部分，而是

8、来自原醋酸乙酸部分。在牙齿酶的催化反应中，二次醇氧化转化为草酸，接着-位羧基发生脱复反应，生成-酮谷氨酸。Mn2在反应中起着使新形成的羰基极化的作用。牙齿反应的Go为-20.9 kJ/mol，顺豆酸酶对促进异口运算的生成反应有效。酰基丁二酸是异柠檬酸脱氢酶催化反应的中间物，只是瞬间存在。但如果酶活性部位的残基(Tyr160和Lys230)发生突变，则降低该酶的活性(即产生动力学“瓶颈”)，产生反应中间物的积累，确认其存在。哺乳动物组织也有依赖NADP的伊瓜苏脱氢酶。异柠檬酸脱氢酶酶促反应机制。Mn2形成了富山丁二酸中间物的羰基极化，(4)-酮戊二酸氧化脱羧在丁二酸CoA-酮戊二酸脱氢酶复合物的

9、催化下生成氧化脱羧、丁二酸CoA，同时释放CO2和NADH。在这里，CO2不是乙酰CoA的乙炔，而是原始醋酸乙酸部分也释放出来的。(威廉莎士比亚，乙炔，乙炔，乙炔，乙炔，乙炔，乙炔)如果顺酐酶对柠檬酸的两个相同基团没有选择性，-酮戊二酸脱复反应释放CO2必须含有一半的放射性标记，但实际结果不是这样。这确认aconitinase是可选的。-酮戊二酸脱氢酶复合物催化的反应在化学上类似丙酮酸脱氢酶复合物。牙齿酶复合物也由三种茄子酶组成：-酮谷氨酸脱氢酶(E1)，二氢黄酸-琥珀酸酐酶(E2)二氢酶-酸脱氢酶(E3)。E1和E2作用的气质不同。其中E3等于丙酮酸脱氢酶复合物的E3。-酮戊二酸脱氢酶复合体

10、催化高能量释放反应(Go-33 kJ/mol)，反应生成的琥珀酸CoA与乙酰CoA一样，含有高能硫酯键。(5)琥珀酸CoA氧化转化为琥珀酸CoA合成酶(succinyl-CoA synthetase)，促进琥珀酸CoA分解，产生琥珀酸，伴随着高能磷酸化合物(GTP或ATP)的生成。牙齿反应的Go约为2.1 kJ/mol。这是柠檬酸循环中直接生产高能磷酸化合物的唯一反应，是气质水平磷酸化的另一个例子。由于其逆反应能形成黄酯键，牙齿酶也被称为琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)。在哺乳动物中，牙齿反应通常是GTP合成。植物和细菌的琥珀酸CoA合成酶通常合成ATP。哺乳动物体产生

11、的GTP可以由核苷二磷酸激酶催化，其末端的磷酸转移到ADP中，从而产生ATP: GTP ADP GDP ATP，琥珀酰辅酶催化的反应包括二氧化碳被磷酸取代。然后，磷酸基转移到酶活性部位的His残基，形成磷酸酸，释放丁二酸。然后磷酸基转移到GDP，产生GTP。琥珀酰CoA酶催化反应，(6)琥珀酸氧化形成延胡索琥珀酸氧化，转化为延胡索酸，由琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)促进。FAD是牙齿酶的辅机，共价结合酶的His残基，接受酶反应中基质氧化去除的电子和氢。牙齿反应的自由能变化接近6 kJ/mol。丁二酸脱氢酶是柠檬酸循环中唯一的线粒体内膜结合蛋白，是丁二酸-CoQ氧

12、化还原酶的一部分。丁二酸的氧化包括从中间两个碳原子的另一侧分别除去H原子。甲烷氧化成甲烷的牙齿反应没有足够的能量还原NAD，但可以将FAD还原为FADH2。相反，酒精或酮的氧化反应能产生足够的能量促进NAD的还原。丁二酸脱氢酶是由分子量为70kD和27kD的两个婴儿组成的二聚蛋白。合并FAD孔刘将合并到dayaki中。琥珀酸脱氢酶也含有铁硫簇。牙齿酶催化的反应具有立体特异性，可以催化丁二酸在相反位置从脱氢变成延后酸(反丁烯酸)或其反反应，但丁二酸不能在同一侧产生脱氢，从而产生马来酸或其反反应。丁二酸脱氢酶没有分辨丁二酸同一端的能力，因此，如果用于柠檬酸合成的乙炔提前标记为14C，则上述六步反应

13、生成的丁二酸的羧基碳必须包含放射性标记。只是每个羧基碳的放射性强度只有原来显示的50%，此后每个化合物的羧基碳原子也是如此。(7)延胡索酸的水合反应延胡索酸由延胡索酸酶(fumarase)触发，双键水合产生L-苹果酸(L-malate)。因此，延胡索酸酶也被称为延胡索水化酶(fumarate hydratase)。水合反应很可能首先形成负碳离子的切换形态。在转变状态形成中，首先受到OH负离子的攻击，形成负碳离子，然后发生质子(H)化反应。牙齿反应Go- 3.4 kJ/mol。corydalis corydalis具有高立体特异性。这仅作用于延胡索酸，在双键的相反方向上，OH和H相加，产生L-苹

14、果酸，或引发逆反应，使L-苹果酸脱水，变成延胡索酸。牙齿酶不能在马来酸中加入水，使其变成苹果酸，也不能促进D-苹果酸的脱水反应。莲荷酸水和反应过程，(8)草酸乙酸的生成，苹果酸氧化转化为草酸乙酸，是柠檬酸循环的最后反应。促进牙齿反应的酶是L-苹果酸脱氢酶(L-malate dehydrogenase)。牙齿反应Go 29.7 kJ/mol在热力学上不利于生成醋酸，有利于逆反应。因此醋酸酯的细胞内浓度很低。但是在细胞内，对醋酸生成不利的反应可能由柠檬酸循环的第一个反应(柠檬酸酶催化)推进，以有利于醋酸生成的方向进行。柠檬酸酶催化乙酰CoA和草酰乙酸的缩合反应是高能量释放(Go -31.5 kJ/

15、mol)。苹果酸脱氢酶将氢负离子转移到NAD的机制类似于乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶。X-张艺兴分析表明，牙齿三种酶的NAD结合域有相当大的相似性，从NAD结合域和一个共同祖先进化的观点是一致的。苹果酸脱氢生成醋酸，3 .TCA循环总管(1)一分子的乙酰COA与醋酸醋酸缩合，进入TCA循环，整个化学反应的净结果是CH3CO-SCOA 2h2o 3 NADFADP PI 2 CO2 3 NADH 3H fadh 2 ATP C，(2)乙酰CoA进入TCA循环后，脱羧基反应四面氧化脱氢反应，共三分子NADH和一分子FADH2生成。一次基质水平磷酸化生成一分子的ATP。氧化反应产生的NADH和FADH2进入电子传递链，产生氧化磷酸化，产生ATP，再生NAD和FAD，重新参与TCA循环反应并维持其循环正常运行，因此TCA循环和氧化磷酸化共同进行。(3)同位素标记实验表明，乙酰胆碱的乙酰碳没有从TCA循环的第一个循环中去除。脱羧反应产生的双分子CO2源