生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)

1、第23章 檸檬酸循環(huán)(citric acid cycle)一、丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)的準備階段一、丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)的準備階段 形成乙酰形成乙酰coa二、檸檬酸循環(huán)概貌二、檸檬酸循環(huán)概貌三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機制四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用七、七、檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史檸檬酸循環(huán) 檸檬酸循環(huán)（檸檬酸循環(huán)（citric acid cycle）也叫三羧酸也叫三羧酸循環(huán)（循環(huán)（tricarboxylic acid cycle， tca循環(huán)），循環(huán)），

2、 因為德國科學(xué)家因為德國科學(xué)家hans krebs在闡明檸檬酸循環(huán)中作在闡明檸檬酸循環(huán)中作出了突出貢獻，又將此途徑稱為出了突出貢獻，又將此途徑稱為krebs循環(huán)。循環(huán)。 在有氧條件下，糖酵解途徑產(chǎn)生的在有氧條件下，糖酵解途徑產(chǎn)生的丙酮酸進入丙酮酸進入線粒體線粒體，先轉(zhuǎn)變成乙酰，先轉(zhuǎn)變成乙酰coa，乙酰，乙酰coa再進入檸檬再進入檸檬酸循環(huán)徹底氧化成酸循環(huán)徹底氧化成co2。在真核細胞中，檸檬酸循。在真核細胞中，檸檬酸循環(huán)是在線粒體中進行的。環(huán)是在線粒體中進行的。一、丙酮酸進入檸檬酸循環(huán)的準備階段形成乙酰coa 丙酮酸到乙酰coa的總反應(yīng)式 och3ccoo + hscoa + nad+ o ch

3、3cscoa + co2 + nadh 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成組分組分縮寫縮寫肽鏈肽鏈數(shù)數(shù)輔基輔基催化的反應(yīng)催化的反應(yīng)丙酮酸脫氫丙酮酸脫氫酶組分酶組分e124tpp丙酮酸氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛酰二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；皋D(zhuǎn)乙?；竐224硫辛酰胺硫辛酰胺 將乙酰基轉(zhuǎn)移到將乙?；D(zhuǎn)移到coa二氫硫辛酸二氫硫辛酸脫氫酶脫氫酶e312fad將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑦€原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸脱趸捅徂D(zhuǎn)變?yōu)橐阴oa的反應(yīng)步驟 （丙酮酸脫羧反應(yīng)丙酮酸脫羧反應(yīng)）e1 丙酮酸丙酮酸 tpp 丙酮酸丙酮酸t(yī)pp加成化合物加成化合物丙酮酸丙酮酸t(yī)pp加成化合物加成化合

4、物 羥乙基羥乙基-tpp共振形式共振形式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oa的反應(yīng)步驟（丙酮酸脫羧反應(yīng)丙酮酸脫羧反應(yīng)）e2的硫辛酰胺輔基的硫辛酰胺輔基羥乙基羥乙基-tpp乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 tpp-e1e2丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oa的反應(yīng)步驟乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 乙酰乙酰coa 二氫硫辛酰胺二氫硫辛酰胺（乙?；D(zhuǎn)移到乙?；D(zhuǎn)移到coa分子上形成乙酰分子上形成乙酰coa）丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oa的反應(yīng)步驟（還原型還原型e2被氧化反應(yīng)被氧化反應(yīng)） 氧化型氧化型e3 還原型還原型e2 還原型還原型e3 氧化型氧化型e2 還原型還原型e3 還原型還原型e3 氧化型氧化型e3e3丙酮酸脫氫酶復(fù)合體

5、結(jié)構(gòu) 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由60條肽鏈組成，總分條肽鏈組成，總分子量為子量為50,000kd，直徑約，直徑約30nm，在電子顯微鏡，在電子顯微鏡下可以看到。下可以看到。e2是復(fù)合體的核心，是復(fù)合體的核心，e1及及e3結(jié)合結(jié)合在在e2的外面。的外面。e2有一個由賴氨酸殘基與硫辛酰有一個由賴氨酸殘基與硫辛酰胺相連的長鏈，這個長臂伸長后可達胺相連的長鏈，這個長臂伸長后可達1.4nm，它，它具有極大的轉(zhuǎn)動靈活性，可將底物從一個酶轉(zhuǎn)送具有極大的轉(zhuǎn)動靈活性，可將底物從一個酶轉(zhuǎn)送到另一個酶。到另一個酶。 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體硫辛酰賴氨酰臂丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oa的總圖砷化物對硫辛酰胺的毒害作用

6、 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個反應(yīng)是哺乳動物丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個反應(yīng)是哺乳動物體內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴ｓw內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oa的唯一途徑。乙酰的唯一途徑。乙酰coa既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類生物合成的起始物既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類生物合成的起始物質(zhì)。質(zhì)。1產(chǎn)物控制產(chǎn)物控制 產(chǎn)物產(chǎn)物nadh抑制抑制e3，乙酰，乙酰coa抑制抑制e2。2磷酸化和去磷酸化的調(diào)控磷酸化和去磷酸化的調(diào)控 e2分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種是激酶，另分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種是激酶，另一種是磷酸酶，它們分別使一種是磷酸酶，它們分別使e1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化和去磷酸化

7、，去磷酸化形式是磷酸化形式是e1的活性形式。的活性形式。ca2+通過激活磷酸酶的通過激活磷酸酶的作用，也能使作用，也能使e1活化?；罨?。二、檸檬酸循環(huán)概貌檸檬酸循環(huán)總圖returnreturn三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)草酰乙酸與乙酰coa縮合形成檸檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰coa 檸檬酰檸檬酰coa 檸檬酸檸檬酸 coa 檸檬酸合酶檸檬酸合酶1 11 1221 12檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸 檸檬酸檸檬酸 順順-烏頭酸烏頭酸 異檸檬酸異檸檬酸烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶2221 11 11 1烏頭酸酶中的fe-s聚簇（中心）含有這類結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有這類結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)稱為鐵硫蛋白稱為鐵硫蛋白異檸

8、檬酸氧化形成酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 異檸檬酸異檸檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸1 12 21 12 2從異檸檬酸的分支途徑異檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸（植物和有些細菌中發(fā)生）（植物和有些細菌中發(fā)生）酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰coa 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰coa-酮戊酮戊二酸脫氫二酸脫氫酶復(fù)合體酶復(fù)合體 1 11 12 22 2琥珀酰coa轉(zhuǎn)化成琥珀酸 烯醇化酶烯醇化酶 琥珀酰琥珀酰coa coa 琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰coa合成酶合成酶1 11 12 22 2琥珀酸脫氫形成延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀

9、酸 延胡索酸延胡索酸（反丁烯二酸）（反丁烯二酸）fad與琥珀酸脫氫酶的共價結(jié)合線粒體結(jié)構(gòu)示意圖琥珀酸脫氫酶嵌合在線粒體的內(nèi)膜上。琥珀酸脫氫酶嵌合在線粒體的內(nèi)膜上。 延胡索酸水合形成l-蘋果酸延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 l-蘋果酸蘋果酸l-蘋果酸脫氫形成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 l-蘋果酸蘋果酸 草酰乙酸草酰乙酸四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算乙酰乙酰coa + 3nad+ + fad + gdp + pi +2h2o 2co2 + 3nadh + 3h+ + fadh2 + gtp + coa檸檬酸循環(huán)的總反應(yīng)式檸檬酸循環(huán)的總反應(yīng)式atp的產(chǎn)量 從丙酮酸開始，檸檬酸循環(huán)中循環(huán)一圈

10、，共產(chǎn)生從丙酮酸開始，檸檬酸循環(huán)中循環(huán)一圈，共產(chǎn)生4個個nadh，1個個fadh2，1個個gtp（atp），按每個），按每個nadh可以產(chǎn)生可以產(chǎn)生2.5個個atp、每個、每個fadh2可以產(chǎn)生可以產(chǎn)生1.5個個atp計算，共產(chǎn)生計算，共產(chǎn)生2.54（nadh）+ 1.51（fadh2）+ 1（gtp） = 12.5 個個atp 每個葡萄糖分子（每個葡萄糖分子（2個丙酮酸）在進入檸檬酸循環(huán)個丙酮酸）在進入檸檬酸循環(huán)后可以產(chǎn)生后可以產(chǎn)生25個個atp。 每個葡萄糖分子在糖酵解中可以產(chǎn)生每個葡萄糖分子在糖酵解中可以產(chǎn)生2個個atp和和2個個nadh，共產(chǎn)生，共產(chǎn)生 2（atp）+ 2.52（nad

11、h）= 7個個atp 每個葡萄糖分子徹底氧化后共產(chǎn)生每個葡萄糖分子徹底氧化后共產(chǎn)生32個個atp。五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控 在檸檬酸循環(huán)中，雖然有在檸檬酸循環(huán)中，雖然有8種酶參加反應(yīng)，種酶參加反應(yīng)，但在調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起關(guān)鍵作用的是但在調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起關(guān)鍵作用的是3種酶：種酶：檸檬酸合酶檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶和和酮戊二酸酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體脫氫酶復(fù)合體。其調(diào)控可以分為兩個方面：。其調(diào)控可以分為兩個方面：檸檬酸循環(huán)本身各種物質(zhì)對酶活性的調(diào)控；檸檬酸循環(huán)本身各種物質(zhì)對酶活性的調(diào)控；adp、atp和和ca2+的調(diào)控。的調(diào)控。 檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié)1乙酰乙酰coa和草酰乙酸的供應(yīng)情

12、況。和草酰乙酸的供應(yīng)情況。乙酰乙酰coa來源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性的控來源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性的控制；草酰乙酸的供應(yīng)取決于循環(huán)是否運行暢通，以制；草酰乙酸的供應(yīng)取決于循環(huán)是否運行暢通，以及中間產(chǎn)物離開循環(huán)的速率和補充的速率。及中間產(chǎn)物離開循環(huán)的速率和補充的速率。2nadh/nad+的比值。的比值。檸檬酸合酶和異檸檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶都受到檬酸脫氫酶都受到nadh的抑制，但異檸檬酸脫氫的抑制，但異檸檬酸脫氫酶對酶對nadh更為敏感。更為敏感。酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體也受也受nadh的抑制。的抑制。3產(chǎn)物的反饋抑制。產(chǎn)物的反饋抑制。檸檬酸合酶受高

13、濃度檸檬檸檬酸合酶受高濃度檸檬酸的抑制；酸的抑制；酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受琥珀酰酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受琥珀酰coa的抑制。的抑制。 goatp、adp和ca2+對檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié) 1atp/adp的比值。的比值。 atp/adp的比值的比值對檸對檸檬酸循環(huán)中的酶有調(diào)節(jié)作用，檬酸循環(huán)中的酶有調(diào)節(jié)作用，adp是異檸檬酸脫氫是異檸檬酸脫氫酶的別構(gòu)促進劑，可降低該酶的酶的別構(gòu)促進劑，可降低該酶的km值，促進酶與值，促進酶與底物的結(jié)合；而底物的結(jié)合；而atp抑制該酶。抑制該酶。2ca2+濃度。濃度。 ca2+可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸酶可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸酶，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酰，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酰coa的供應(yīng)。同時的供應(yīng)。同時ca2+也能激活異檸檬酸脫氫酶和也能激活異檸檬酸脫氫酶和酮戊二酸脫氫酶。酮戊二酸脫氫酶。 乙酰coa形成和檸檬酸循環(huán)中的激活和抑制部位示意圖激活激活 抑制抑制 反饋抑制反饋抑制六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用 許多合成代謝都利用檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物作許多合成代謝都利用檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物作為生物合成的前體來源。檸檬酸循環(huán)中由于參與其為生物合成的前體來源。檸檬酸循