生物化學(xué) 第九章 檸檬酸循環(huán)

1、胞液胞液線粒體線粒體GG-6-PPAPA乙酰乙酰CoAO2O2O2H+eO2H2OCO2糖的有氧氧化糖的有氧氧化（aerobic oxidation） 反應(yīng)過(guò)程反應(yīng)過(guò)程：糖有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程糖有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程分三個(gè)階段：分三個(gè)階段：糖酵解途徑：葡萄糖糖酵解途徑：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)（Citric Acid Cycle)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循環(huán)循環(huán) 在好氧真核生物在好氧真核生物線粒體基質(zhì)線粒體基質(zhì)或好氧原核生或好氧原核生物物細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)

2、中，酵解產(chǎn)物中，酵解產(chǎn)物丙酮酸丙酮酸脫羧、脫氫，脫羧、脫氫，徹底氧化為徹底氧化為CO2、H2O并產(chǎn)生并產(chǎn)生ATP的過(guò)程。的過(guò)程。細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)一、丙酮酸氧化脫羧形成乙酰一、丙酮酸氧化脫羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系八聚體八聚體多酶復(fù)合體位于線粒體內(nèi)多酶復(fù)合體位于線粒體內(nèi)原核細(xì)胞在胞液中原核細(xì)胞在胞液中三種酶三種酶六種輔助因子六種輔助因子E1-E1-丙酮酸脫氫羧酶（組分）丙酮酸脫氫羧酶（組分）E2-E2-二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；付淞蛐刘＾D(zhuǎn)乙?；窫3-E3-二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶TPPTPP

3、、硫辛酸、硫辛酸、CoACoA-SH-SH、FADFAD、NADNAD+ +、MgMg2+2+丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶復(fù)合丙酮酸脫氫酶復(fù)合體體E2E3E1三種酶三種酶60條肽鏈形成條肽鏈形成的復(fù)合體的復(fù)合體乙酰乙酰CoAAMPAMP泛酸泛酸-巰基乙胺巰基乙胺乙酰乙酰CoACoA222O2CH223OOH CH3-2OH-OCOCHCHNH CO CH C CHPOPOCHNHCHSCCH3CHOOOOONNNNNHOPOO硫辛酸：硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOH硫辛酰胺輔基硫辛酰胺輔基硫辛酰賴氨酰臂硫辛酰賴氨酰臂砷化物共價(jià)結(jié)合砷化物共價(jià)結(jié)合- -毒害作用毒害作用

4、將底物移將底物移入（出）入（出）脫羧酶的脫羧酶的活性中心?；钚灾行摹? +TPP的作用羥乙基羥乙基TPPTPP高能鍵高能鍵CH3CTPPOHH+CO2CHCH3 3C C COOHCOOHO O+ + TPPTPPE1分步反應(yīng)羥乙基羥乙基TPPE1：丙酮酸脫氫酶：丙酮酸脫氫酶CH3COSLHS+ TPP+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸E2：轉(zhuǎn)乙酰酶：轉(zhuǎn)乙酰酶硫辛酸硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOHCH3COSLHS+HSCoACH3CSCoAO+HSLHSHSLHS+ FADSLS+FADH2FADH2+ NAD+FAD+ NADH+H+E2E3E

5、3E3：二氫硫辛酸脫氫酶：二氫硫辛酸脫氫酶砷化物對(duì)硫辛酸的毒害作用砷化物對(duì)硫辛酸的毒害作用 與與E E2 2的硫辛酸上的的硫辛酸上的-SH-SH結(jié)合結(jié)合丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控：1 1、產(chǎn)物控制：、產(chǎn)物控制：NADH NADH 、乙酰、乙酰-CoA-CoA2 2、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）磷酸化（激活） 由由E E2 2上的激酶和磷酸酶起作用上的激酶和磷酸酶起作用 ATP/AMP NADH/NAD+ 乙酰乙酰CoA/CoA(能荷比能荷比)(一一)： 乙酰乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶激酶()： A

6、MP、PDH磷酸酶、磷酸酶、Ca2+、胰島素胰島素相當(dāng)于酶復(fù)合體相當(dāng)于酶復(fù)合體由于第一步為不可逆反應(yīng)，直接決定整個(gè)由于第一步為不可逆反應(yīng)，直接決定整個(gè)循環(huán)反應(yīng)的速度，而且是許多其它反應(yīng)體循環(huán)反應(yīng)的速度，而且是許多其它反應(yīng)體系的分支點(diǎn)，因而該酶復(fù)合物受到嚴(yán)密的系的分支點(diǎn)，因而該酶復(fù)合物受到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)控制調(diào)節(jié)控制二、檸檬酸循環(huán)概貌二、檸檬酸循環(huán)概貌 Citric Acid CycleTCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌三、檸檬酸循環(huán)歷程三、檸檬酸循環(huán)歷程 Reactions of the Citric Acid Cycle1、草酰乙酸與乙酰、草酰乙酸與乙酰CoA縮合成檸檬酸

7、縮合成檸檬酸 Formation of Citrate 檸檬酸合酶是變構(gòu)酶檸檬酸合酶是變構(gòu)酶變構(gòu)抑制劑：變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH、 琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制CH3CSCoAO+HSLHSFH2C氟乙酰輔酶氟乙酰輔酶A ：底物，形：底物，形成氟檸檬酸，不能往下反成氟檸檬酸，不能往下反應(yīng)，稱致死性合成應(yīng)，稱致死性合成CH3CSCoAO+HSLHSCH3CO丙酮酰丙酮酰-CoA：競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑：競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑2、經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸、經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-Aconitate 烏頭酸酶烏頭酸酶

8、烏頭酸酶中的（Fe-S）蛋白3、異檸檬酸氧化形成異檸檬酸氧化形成酮戊二酸酮戊二酸Oxidation of Isocitrate to -Ketoglutarate and CO2 氧化脫羧氧化脫羧G0= -20.9 kJ/mol異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶NADNAD為輔酶，需為輔酶，需MgMg2+2+（線粒體）（線粒體）NADPNADP為輔酶（胞質(zhì)也有）為輔酶（胞質(zhì)也有）4 4、酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰-CoA-CoA Oxidation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體G0 = -33.5

9、 kJ/mol高能硫酯化物高能硫酯化物5、琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA轉(zhuǎn)化為琥珀酸轉(zhuǎn)化為琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA合成酶合成酶（琥珀酰硫激酶）（琥珀酰硫激酶）哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物GTPGTP/ATP/ATP植物、微生物植物、微生物ATPATP（唯一）直接產(chǎn)生高能磷酸鍵（唯一）直接產(chǎn)生高能磷酸鍵底物磷酸化底物磷酸化 GTP參與蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成 G蛋白活化（信號(hào)傳導(dǎo)信號(hào)傳導(dǎo)） GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶6 6、琥珀酸脫氫形成延胡索酸、琥珀酸脫氫形成延胡索酸 Oxidation

10、 of Succinate to Fumarate FADFAD與酶共價(jià)連接與酶共價(jià)連接丙二酸丙二酸為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑抑制細(xì)胞呼吸抑制細(xì)胞呼吸 （KrebsKrebs）琥珀酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜琥珀酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜具有立體專一性具有立體專一性7、延胡索酸水合生成、延胡索酸水合生成 L-蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate 8、 L-蘋(píng)果酸脫氫形成草酰乙酸蘋(píng)果酸脫氫形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸與乙酰被草酰乙酸與乙酰CoACoA縮合（高度放能）反應(yīng)所推動(dòng)縮合（

11、高度放能）反應(yīng)所推動(dòng)四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量2 丙酮酸丙酮酸 2 acetyl-CoA 2 NADH 5 2 異檸檬酸異檸檬酸 2-酮戊二酸酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2 NADH 52 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2琥珀酸琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸琥珀酸 2 延胡素酸延胡素酸 2 FADH2 3 2蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸 2 NADH 5 Total 25 ATP底物磷酸化底物磷酸化丙酮酸只有丙酮酸只有4個(gè)氫，個(gè)氫，但徹底氧化所放出的氫？但徹底氧化所放出的氫？加水加氫加水加氫+ +的效率的效率糖酵解糖酵解

12、2ATP+2NADH+2H+ ATP三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 25ATP ATP 儲(chǔ)能效率儲(chǔ)能效率=32 7.3/686= 34.05 %其余能量以熱量形式：其余能量以熱量形式：一部分維持體溫，一部分散失。一部分維持體溫，一部分散失?？偡磻?yīng)式CO2來(lái)自草酰乙酸而不是乙酰來(lái)自草酰乙酸而不是乙酰CoA但凈結(jié)果是氧化了但凈結(jié)果是氧化了1分子乙酰分子乙酰CoA五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控速率受細(xì)胞能量狀態(tài)、生物合成需求調(diào)節(jié)速率受細(xì)胞能量狀態(tài)、生物合成需求調(diào)節(jié)限速酶：限速酶：1.檸檬酸合酶檸檬酸合酶 變構(gòu)抑制劑：變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH、琥珀、琥珀酰酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制2.異

13、檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 變構(gòu)抑制劑：變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH 變構(gòu)激活劑變構(gòu)激活劑： ADP3.酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系 抑制劑：抑制劑：ATP、 NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA 激活劑：激活劑：AMP 、 ADP、Ca2+ 乙酰乙酰CoA的主要來(lái)源和去路的主要來(lái)源和去路糖原糖原G三脂酰甘油三脂酰甘油FA、甘油、甘油蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)膽固醇、膽固醇、FA酮體酮體乙酰乙酰CoA六、檸檬酸循環(huán)的生物意義六、檸檬酸循環(huán)的生物意義（ 1） 是是好氧生物體好氧生物體內(nèi)最主要的內(nèi)最主要的產(chǎn)能途徑產(chǎn)能途徑！ （2） 是是糖類、脂類、蛋白質(zhì)糖類、脂類、蛋白質(zhì)徹底分解的

14、共同途徹底分解的共同途徑！徑！ （3） 提供合成其他化合物的碳骨架提供合成其他化合物的碳骨架如：如： 草酰乙酸草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸酮戊二酸 Glu 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA 血紅素血紅素兩用性兩用性異檸檬酸異檸檬酸檸檬酸檸檬酸延胡索酸延胡索酸蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)乙酰乙酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸蘇氨酸蘇氨酸甘氨酸甘氨酸絲氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸谷氨

15、酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸纈氨酸纈氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)焚燒爐焚燒爐巴斯德效應(yīng)（巴斯德效應(yīng)（Pasteur) 概念概念：指有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（或糖酵：指有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（或糖酵解）的現(xiàn)象?；蚪猓┑默F(xiàn)象。或生物細(xì)胞和組織中的糖發(fā)生物細(xì)胞和組織中的糖發(fā)酵為氧所抑制酵為氧所抑制,這種現(xiàn)象巴斯德這種現(xiàn)象巴斯德(L.Pasteur)在研究酵母的酒精發(fā)酵量和氧分壓之間的在研究酵母的酒精發(fā)酵量和氧分壓之間的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)的,故稱巴斯德效應(yīng)。故稱巴斯德效應(yīng)。 由于從呼吸由于從呼吸(完全氧化完全

16、氧化)所得的能量所得的能量,遠(yuǎn)大于等量遠(yuǎn)大于等量糖發(fā)酵所得的能量糖發(fā)酵所得的能量,因此為了獲得對(duì)維持生命因此為了獲得對(duì)維持生命活動(dòng)所需的能量活動(dòng)所需的能量,在有氧情況下與無(wú)氧下相比在有氧情況下與無(wú)氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物體根據(jù)氧的有無(wú)只消耗少量的糖即足。生物體根據(jù)氧的有無(wú),來(lái)調(diào)節(jié)糖的分解量來(lái)調(diào)節(jié)糖的分解量,而使能量得到節(jié)制而使能量得到節(jié)制 TCA填補(bǔ)反應(yīng)填補(bǔ)反應(yīng)（anaplerotic reaction）1 1、丙酮酸羧化、丙酮酸羧化乙酰乙酰CoACoA激活激活2、PEPPEP羧化羧化（大腦和心臟）（大腦和心臟）3、AspAsp和和GluGlu脫氨脫氨 Asp 草酰乙酸草酰乙酸 Gl

17、u 酮戊二酸酮戊二酸PEPPEP羧激酶羧激酶測(cè)試題測(cè)試題 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 最強(qiáng)的最強(qiáng)的別構(gòu)激活劑別構(gòu)激活劑是是 A、AMP B、ADP C、ATP D、果糖、果糖-2，6-雙磷酸雙磷酸 E、果糖、果糖-1，6-雙磷酸雙磷酸丙酮酸脫氫酶復(fù)合體中丙酮酸脫氫酶復(fù)合體中不不包括包括 A、生物素、生物素 B、NAD+ C、FAD D、硫辛酸、硫辛酸 E、輔酶、輔酶A 測(cè)試題 不能不能使丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性降低的使丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性降低的 A、乙酰、乙酰CoA B、ATP C、AMP D、NADH 葡萄糖進(jìn)行酵解或有氧氧化時(shí)凈得的葡萄糖進(jìn)行酵解或有氧氧化時(shí)凈得的ATP數(shù)之比為數(shù)之比為

18、A、1：9 B、1：15 C、1：18 D、1：19三羧酸循環(huán)支路三羧酸循環(huán)支路異檸檬酸異檸檬酸檸檬酸檸檬酸琥珀酸琥珀酸蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH乙酰乙酰CoA乙乙醛醛酸酸乙酰乙酰CoACoASH 植物和微生物植物和微生物兼具兼具有這樣的途徑有這樣的途徑異檸檬酸異檸檬酸 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3COSCoA+CoASH乙醛酸乙醛酸 乙酰乙酰CoA 蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 蘋(píng)果酸合成酶糖異生糖異生脂脂代代謝謝意義不在于產(chǎn)能意義不在于產(chǎn)能原始細(xì)菌生存原始細(xì)菌生存乙酸菌乙酸菌以乙酸為主要食物的細(xì)菌以乙酸為主要食物的細(xì)菌乙酸乙酸NH3乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)四碳、四碳、六碳化六碳化合物合物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 + ATP +CoASH + H2O +AMP +PPi乙酰乙酰CoA合成酶合成酶本章重點(diǎn) 1.TCA cycle1.TCA cycle