生物化学与分子生物学八年制课件11.ppt

1、第10章三羧酸循环，第1节三羧酸循环的发现，柠檬酸循环的发现，乙酰辅酶a，TCA循环，2H，呼吸链，H2O，ADP Pi，三磷酸腺苷，CO2 *，和生物体中营养物质的一般氧化过程。一元三羧酸循环是三种营养物质氧化分解的第二阶段。在真核生物中，TCA循环在线粒体中进行，并在功能和结构上与呼吸链耦合。三羧酸循环也称为柠檬酸循环，因为循环反应的第一个中间产物是含有三个羧基的柠檬酸。自从克雷布斯正式提出三羧酸循环理论以来，这种循环又被称为克雷布斯循环。2.克雷布斯发现了三羧酸循环。1937年，汉斯克雷布斯利用鸽子胸肌组织悬液(这种肌肉在飞行中有相当高的呼吸频率，因此特别适合于氧化过程的研究)，测量了丙

2、酮酸在不同有机酸作用下氧化过程的耗氧率，并首次提出了丙酮酸在动物组织中氧化途径的假说。艾伯特森特-吉尔吉和其他人发现动物肌肉组织中的一些C4二羧酸(琥珀酸、富马酸、苹果酸和草酰乙酸)可以刺激氧消耗。克雷布斯证实了这一发现，并发现它们也能刺激丙酮酸的氧化过程。此外，他发现肌肉中丙酮酸的氧化也可以被6碳三羧酸激活，如柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸和5碳酮戊二酸。这些有机酸的活化效果显著。这些有机酸的任何增加，即使是很小的增加，都可以极大地激活丙酮酸的氧化过程。Krebs的第二个重大发现是丙二酸抑制丙酮酸的有氧氧化。丙二酸是琥珀酸的类似物，也是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。无论肌肉悬浮液中添加哪种有机酸，

3、只要丙二酸存在，丙酮酸的有氧氧化过程就会受到抑制。这表明琥珀酸和琥珀酸脱氢酶必须是涉及丙酮酸氧化的酶促反应的关键成分。Krebs进一步发现，当丙二酸用于抑制肌肉组织悬浮液中丙酮酸的有氧氧化时，柠檬酸，-酮戊二酸和琥珀酸将在该悬浮液介质中积累，这表明柠檬酸和-酮戊二酸通常是琥珀酸的前体。根据上述实验观察和一些其他证据，克雷布斯得出结论，上述有机三羧酸和二羧酸可以按化学逻辑顺序排列。因为与丙酮酸和草酰乙酸一起培养可以导致柠檬酸在溶液介质中的积累，Krebs推断这一系列反应以循环方式而不是线性方式存在，也就是说，其开始和结束是连接在一起的。根据这些简单的实验和逻辑推理，克雷布斯认为他所说的柠檬酸循环

4、是肌肉中碳水化合物氧化的主要方式。柠檬酸循环也被称为TCA循环，因为柠檬酸或其他一些三羧酸，如异柠檬酸，是丙酮酸和草酰乙酸反应形成的第一个产物，这一点还不确定。自从克雷布斯提出TCA循环假说以来，人们发现TCA循环不仅在肌肉组织中起作用，而且在需氧动物和植物的所有组织以及许多需氧微生物中也起作用。TCA循环最初是基于实验的假设。随后，对参与循环的酶的体外研究证实并阐明了循环的细节。但是这些酶真的在完整的活细胞循环中起作用吗？细胞内循环的效率是否足以解释动物组织中葡萄糖氧化的效率？通过对同位素标记代谢物(如丙酮酸或乙酸分子中特定碳原子的13C或14C标记)的研究，这些问题已被证明在活细胞中高效地

5、存在TCA循环。如今，TCA循环被认为是营养物质分解代谢的必要途径。在第二部分，三羧酸循环反应的反应中，TCA循环是由一系列酶促反应组成的循环反应系统，其中，首先，乙酰辅酶a(主要来自三种主要营养物的分解代谢)与草酰乙酸缩合生成含有三个羧基的柠檬酸，然后经过四个脱氢和两个脱羧生成四个还原当量的分子和两个CO2分子。草酰乙酸再生的循环反应过程称为三羧酸循环。还原当量通常指氢原子或氢离子形式的电子或电子当量。(1) TCA循环由八个步骤组成。(1)乙酰辅酶a和草酰乙酸缩合成柠檬酸，乙酰辅酶a和草酰乙酸缩合成柠檬酸。该反应由柠檬酸合成酶催化。(2)顺乌头酸将柠檬酸转化为异柠檬酸，这是顺乌头酶催化的异

6、构化反应。它包括两个步骤：(1)脱水反应；(2)水合反应。(3)异柠檬酸氧化脱羧成-酮戊二酸，异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的作用下氧化脱羧成-酮戊二酸。(四)酮戊二酸氧化脱羧为琥珀酰-CoA，在-酮戊二酸脱氢酶复合物的催化下，酮戊二酸氧化脱羧为琥珀酰-COa；脱氢酶复合体的组成和催化机制与丙酮酸脱氢酶复合体相似。(5)琥珀酰辅酶a合成酶在底物水平上催化磷酸化反应。在丁二酰辅酶a合成酶的催化下，丁二酰辅酶a的高能硫酯键水解与磷酸化偶联生成琥珀酸、GTP和辅酶a。这是三羧酸循环中唯一直接产生高能磷酸键的反应。(6)琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢制富马酸，其辅酶为FAD，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。(

7、7)将富马酸加水生成苹果酸，苹果酸由富马酸酶催化；(8)苹果酸脱氢生成草酰乙酸，草酰乙酸由苹果酸脱氢酶催化，辅酶为NAD。目录，柠檬酸合成酶，富马酸酶，苹果酸脱氢酶，目录，TCA循环产生两分子CO2。在TCA循环反应中，含两个碳原子的乙酰辅酶a和含四个碳原子的草酰乙酸被缩合成含六个碳原子的柠檬酸，然后被反复脱氢和氧化。CO2是由TCA循环中的脱羧作用产生的。在一个双碳单位进入TCA后，有两个脱羧反应产生两个CO2分子，这是体内CO2的主要来源。TCA循环中有四种脱氢酶，其中三种被NAD接受，一种被FAD接受。TCA循环中有四种脱氢酶，其中三种被NAD接受，一种被FAD接受。TCA循环本身只能在

8、底物水平磷酸化，每个循环产生一个三磷酸腺苷。TCA循环的一般反应式是：ch3co 3 nad fad GDP pi2h2o 2 co 3 NADH 3h fad h2hs coa GTP。第三，TCA循环本身的中间产物不会无限变化，而TCA循环的中间产物，包括草酰乙酸，起着催化剂的作用，但不会无限变化。TCA不可能直接从乙酰辅酶a合成草酰乙酸或其他中间产物；同样，这些中间体不能在TCA循环中直接氧化成CO2和H2O。TCA循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化，也可以由苹果酸脱氢生成。不管来源是什么，最后的来源是葡萄糖。第三节三羧酸循环的调节。1.丙酮酸脱氢酶复合物的活性变化会影响乙酰CoA

9、的产生。变构调节当脂肪酸或乙酰辅酶a充足时，或三磷酸腺苷/腺苷二磷酸和NADH/NAD(1)的比例增加时，酶活性受到变构抑制。当身体需要能量或三磷酸腺苷/二磷酸腺苷减少时，酶被腺苷变构激活。当细胞内三磷酸腺苷增加时，由于磷酸化，化学修饰调节丙酮酸脱氢酶复合体中丙酮酸脱氢酶(E1)的失活。当三磷酸腺苷减少时，磷酸蛋白磷酸酶去除E1上的磷酸基团并激活复合物。TCA循环受底物、产物和调节酶活性的调节，TCA循环的速度和流量主要受以下因素的调节：(1)TCA循环中有一种调节酶，TCA循环中有一种不可逆酶：柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合成酶-酮戊二酸脱氢酶复合物、柠

10、檬酸、Ca2、三磷酸腺苷、ADP以及产物积累引起的抑制。循环反馈中后续反应的中间产物抑制了先前反应中的酶。其他，如Ca2可以激活许多酶，并调节三羧酸循环。(2) TCA循环与上游和下游反应相协调。在正常情况下，糖酵解途径和TCA循环速度是协调的。氧化磷酸化的速率在TCA循环的运行中也起着非常重要的作用。TCA循环中的许多酶以复合物的形式存在于线粒体中，而TCA循环中的酶以由许多酶组成的复合物的形式存在于线粒体中。这种酶复合物被称为代谢组学，它能有效地将细胞中的代谢中间产物从一种酶转移到另一种酶。这些复合物具有有效调节中间产物循环的功能，因此它们也能影响代谢速率。第四节三羧酸循环的生理意义。1.

11、TCA循环是一种“双重目的代谢途径”，在大多数生物体中是一种分解代谢途径；许多生物合成途径也使用TCA循环的中间产物作为合成反应的引发剂。(1) TCA循环参与合成和分解途径的组成，TCA中间产物，(2) TCA循环中间产物是合成糖、脂肪酸和氨基酸的前体，1。TCA循环中间产物可以异构化为糖、草酰乙酸、葡萄糖、氨基酸、乙酰辅酶a、2。TCA循环中间产品可以为脂肪酸合成提供原料，并合成脂肪酸。-酮戊二酸NH4，3。TCA循环中间体可以为非必需氨基酸的合成提供碳架。谷氨酸，谷氨酸脱氢酶，NADH，NAD，(3)补充反应补充TCA循环中间体。必须及时补充参与其他代谢途径消耗的TCA循环中间体，以保持

12、TCA循环平稳运行。这种反应被称为补偿性反应。最重要的补充反应是丙酮酸羧化酶催化的由丙酮酸生成草酰乙酸的反应。乙酰辅酶a是丙酮酸羧化酶的激活剂；TCA循环中的酶促反应可以将草酰乙酸转化为其他中间产物。此外，一些中间产物可以通过其他途径产生，如：第二，TCA循环在三种主要营养素的代谢中具有重要的生理意义，(1) TCA循环是三种主要营养素的最终代谢途径，(2) TCA循环是糖、脂肪和氨基酸代谢的中枢，第5节三羧酸循环关键反应的分析原理，1。分光光度法测定硫-氢-辅酶a产量，柠檬酸合成酶活性分析，辅酶a与5，5-二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DNTB)在pH 7.4，0.1 M三乙醇胺和0.1M乙二胺四乙酸溶液中反应生成硫-氢-辅酶a，其吸收峰在412 nm。用分光光度计测定吸光度，并测定硫氢辅酶a的含量。从而反映柠檬酸合成酶酶活性。其次，采用分光光度法对异柠檬酸脱氢酶的活性进行分析，异柠檬酸脱氢酶的活性主要通过测定340 nm处的NADH吸光度来检测。检测系统包括120mM D三钠、L-异柠檬酸、30 mM硫酸锰、20 mM NAD和异柠檬酸脱氢酶。用分光光度法测定-酮戊二酸脱氢酶的活性，