《生物化學》本科課件第21章+檸檬酸循環(huán)

1、第二十三章 檸檬酸循環(huán)A time-lapse photograph of a Ferris wheel at night. Aerobic cells use a metabolic wheel-the tricarboxylic acid cycle-to generate energy by acetyl-CoA oxidation.揚州大學生物科學與技術學院糖的有氧氧化 葡萄糖 徹底氧化分解生成CO2和H2O的過程。糖的有氧氧化是指：體內(nèi)組織在有氧條件下， 有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多數(shù)組織細胞都通過有氧氧化獲得能量。C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 3

2、0/32 ATP揚州大學生物科學與技術學院糖有氧氧化概況葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循環(huán)糖的有氧氧化乳酸糖酵解線粒體內(nèi)胞漿揚州大學生物科學與技術學院糖的有氧氧化與糖酵解細胞胞漿線粒體葡萄糖丙酮酸乳酸葡萄糖丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）丙酮酸(糖酵解)揚州大學生物科學與技術學院糖有氧氧化的過程第一階段： 丙酮酸的生成（胞漿）第二階段： 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰 CoA（線粒體）第三階段： 乙酰CoA進入檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化途徑徹底氧化。（線粒體）三 個 階 段揚州大學生物科學與技術學院丙酮酸的生成（胞漿）葡萄糖 + NAD+ + 2ADP +2Pi 2（

3、丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ）2丙酮酸進入線粒體進一步氧化2(NADH+ H+ )2H2O + 3ATP線粒體內(nèi)膜上特異載體穿梭系統(tǒng)氧化呼吸鏈揚州大學生物科學與技術學院檸檬酸循環(huán)（Citric Acid Cycle)三羧酸循環(huán) （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循環(huán)在好氧真核生物線粒體基質或好氧原核生物細胞質中，酵解產(chǎn)物丙酮酸脫羧、脫氫，徹底氧化為CO2、H2O并產(chǎn)生ATP的過程。揚州大學生物科學與技術學院原核細胞細胞質真核生物線粒體基質（線粒體）揚州大學生物科學與技術學院一、丙酮酸氧化脫羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized t

4、o Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脫氫酶系揚州大學生物科學與技術學院八聚體揚州大學生物科學與技術學院多酶復合體位于線粒體內(nèi)原核細胞在胞液中三種酶六種輔助因子E1-丙酮酸脫氫羧酶（組分）E2-二氫硫辛酰轉乙酰基酶E3-二氫硫辛酸脫氫酶TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+丙酮酸脫氫酶系揚州大學生物科學與技術學院丙酮酸脫氫酶復合體E2E3E1三種酶60條肽鏈形成的復合體揚州大學生物科學與技術學院CoA-SHAMP泛酸CoA-SH3OCCH-巰基乙胺222O2CH22OHCH3-2OH-OCOCHCHNHCOCHCCHPOPOCHNHCHS3CHOOOOONNNNNHO

5、POOH揚州大學生物科學與技術學院硫辛酸：揚州大學生物科學與技術學院硫辛酰胺輔基硫辛酰賴氨酰臂砷化物共價結合-毒害作用揚州大學生物科學與技術學院V B1TPP的結構揚州大學生物科學與技術學院功能脫羧酶輔酶將底物移入（出）脫羧酶的活性中心。+TPP的作用揚州大學生物科學與技術學院丙酮酸脫氫酶復合體催化反應 的圖解羥乙基TPP高能鍵揚州大學生物科學與技術學院揚州大學生物科學與技術學院CH3CCOOHO+TPPE1分步反應羥乙基TPPE1：丙酮酸脫氫酶揚州大學生物科學與技術學院+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸乙酰硫辛酸E2：轉乙酰酶硫辛酸：揚州大學生物科學與技術學院E2E3E3E3：二氫硫辛酸

6、脫氫酶揚州大學生物科學與技術學院砷化物對硫辛酸的毒害作用 與E2的硫辛酸上的-SH結合砷化物可在糖酵解過程中代替磷酸鹽而使氧化與磷酸化解耦聯(lián)。這里砷化物還能抑制丙酮酸生產(chǎn)乙酰輔酶A。微生物中許多酶對有機砷化物的毒害比人類更敏感，曾用于治療椎蟲病。但是砷化物對病人有嚴重的毒副作用，常引起濕疹，頭暈，頭痛等。砷化物對白血病的治療。揚州大學生物科學與技術學院丙酮酸脫氫酶復合體的調(diào)控：1、產(chǎn)物控制：NADH 、乙酰-CoA2、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活） 由E2上結合的激酶和磷酸酶起作用 揚州大學生物科學與技術學院ATP/AMP NADH/NAD+ 乙酰CoA/CoA(能荷比)(

7、一)： 乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶()： AMP、PDH磷酸酶、Ca2+、胰島素揚州大學生物科學與技術學院二、檸檬酸循環(huán)概貌 Citric Acid Cycle揚州大學生物科學與技術學院TCA概貌揚州大學生物科學與技術學院TCA概貌揚州大學生物科學與技術學院TCA概貌揚州大學生物科學與技術學院三、檸檬酸循環(huán)歷程 Reactions of the Citric Acid Cycle1、草酰乙酸與乙酰CoA縮合成檸檬酸 Formation of Citrate 揚州大學生物科學與技術學院檸檬酸合酶是變構酶變構抑制劑：ATP、NADH、 琥珀酰CoA、酯酰CoA AMP可解除抑制FH2

8、C氟乙酰輔酶A ：底物，形成氟檸檬酸，不能往下反應，稱致死性合成揚州大學生物科學與技術學院CH3CO丙酮酰-CoA：競爭性抑制劑揚州大學生物科學與技術學院2、經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-Aconitate 烏頭酸酶揚州大學生物科學與技術學院3、異檸檬酸氧化形成酮戊二酸Oxidation of Isocitrate to -Ketoglutarate and CO2 氧化脫羧G0= -20.9 kJ/mol異檸檬酸脫氫酶NAD為輔酶，需Mg2+（線粒體）NADP為輔酶（胞質也有）揚州大學生物科學與技術學院4、酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰

9、-CoA Oxidation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA酮戊二酸脫氫酶復合體G0 = -33.5 kJ/mol高能硫酯化物揚州大學生物科學與技術學院5、琥珀酰-CoA轉化為琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）哺乳動物GTP/ATP植物、微生物ATP（唯一）直接產(chǎn)生高能磷酸鍵底物磷酸化揚州大學生物科學與技術學院揚州大學生物科學與技術學院GTP參與蛋白質合成G蛋白活化（信號傳導）GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶揚州大學生物科學與技術學院6、琥珀酸脫氫形成延胡

10、索酸 Oxidation of Succinate to Fumarate FAD與酶共價連接丙二酸為競爭性抑制劑抑制細胞呼吸 （Krebs）琥珀酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜揚州大學生物科學與技術學院7、延胡索酸水合生成 L-蘋果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate 揚州大學生物科學與技術學院8、 L-蘋果酸脫氫形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸與乙酰CoA縮合（高度放能）反應所推動揚州大學生物科學與技術學院揚州大學生物科學與技術學院四、檸檬酸循環(huán)的化學計量2 丙酮酸 2 acetyl-CoA

11、 2 NADH 5 2 異檸檬酸 2-酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二酸 2 琥珀酰-CoA 2 NADH 52 琥珀酰-CoA 2琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸 2 延胡素酸 2 FADH2 3 2蘋果酸 2 草酰乙酸 2 NADH 5Total 25 ATP底物磷酸化揚州大學生物科學與技術學院丙酮酸只有4個氫，但徹底氧化所放出的氫？加水加氫揚州大學生物科學與技術學院糖酵解+三羧酸循環(huán)的效率糖酵解 1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸 7ATP三羧酸循環(huán) 2丙酮酸 25ATP 32ATP儲能效率=32 7.3/686= 34.05 %其余能量以熱量形式：一部分維持體溫，一部分散失

12、。揚州大學生物科學與技術學院總反應式揚州大學生物科學與技術學院CO2來自草酰乙酸而不是乙酰CoA但凈結果是氧化了1分子乙酰CoA揚州大學生物科學與技術學院五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控速率受細胞能量狀態(tài)、生物合成需求調(diào)節(jié)分為兩方面的調(diào)控1. 檸檬酸循環(huán)本身所具有的內(nèi)部相互制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié)2. ADP、ATP和Ca2+對檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)?？偟膩碚f都是對酶的調(diào)控。揚州大學生物科學與技術學院限速酶：1.檸檬酸合酶 變構抑制劑：ATP、NADH、琥珀酰CoA 競爭性抑制劑：檸檬酸 AMP可解除抑制2.異檸檬酸脫氫酶 變構抑制劑：ATP、NADH 變構激活劑： ADP3.酮戊二酸脫氫酶系 抑制劑：ATP、 NADH

13、、琥珀酰CoA 激活劑：AMP 、 ADP、Ca2+ 揚州大學生物科學與技術學院乙酰CoA的主要來源和去路糖原G三脂酰甘油FA、甘油蛋白質氨基酸三羧酸循環(huán)膽固醇、FA酮體乙酰CoA揚州大學生物科學與技術學院六、檸檬酸循環(huán)的生物意義（ 1） 是好氧生物體內(nèi)最主要的產(chǎn)能途徑！ （2） 是脂類、蛋白質徹底分解的共同途徑！ （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 血紅素兩用性揚州大學生物科學與技術學院檸檬酸循環(huán)焚燒爐揚州大學生物科學與技術學院巴斯德效應（Pasteur)概念：指有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（或糖酵解）的現(xiàn)象。或生物細胞和組織中的糖發(fā)酵為氧所抑制,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關系中發(fā)現(xiàn)的,故稱巴斯德效應。 揚州大學生物科學與技術學院由于從呼吸(完全氧化)所得的能量,遠大于等量糖發(fā)酵所得的能量,因此為了獲得對維持生命活動所需的能量,在有氧情況下與無氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物體根據(jù)氧的有無,來調(diào)節(jié)糖的分解量,而使能量得到節(jié)制 揚州大學生物科學與技術學院TCA填補反應（anaplerotic reaction）1、丙酮酸羧化乙酰CoA激活揚州大學生物科學與技術學院2、PEP羧化（大腦和心臟）3、Asp和Glu脫氨