三羧酸循環(huán)體系課件

1、檸 檬 酸 循 環(huán)第1頁(yè)，共40頁(yè)。有氧條件下:丙酮酸可繼續(xù)進(jìn)行有氧分解，最后完全氧化，形成CO2和水。此途徑分為檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化兩個(gè)階段。無(wú)氧條件下:葡萄糖經(jīng)分解代謝形成丙酮酸，丙酮酸繼續(xù)形成乳酸或乙醇。第2頁(yè)，共40頁(yè)。檸檬酸循環(huán)的概念： 在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA，乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成CO2和H2O并產(chǎn)生能量的過(guò)程，稱為檸檬酸循環(huán)。由于檸檬酸含三個(gè)羧基，所以亦稱為三羧酸循環(huán)。(tricarboxylic acid cycle), 簡(jiǎn)稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國(guó)）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。第3頁(yè)，共40

2、頁(yè)。 檸檬酸循環(huán)是糖、脂肪、和氨基酸等氧化所共同經(jīng)歷的途徑。此外，檸檬酸循環(huán)生成的中間物質(zhì)也是許多生物合成的前體。因此檸檬酸循環(huán)是兩用代謝途徑(amphibolic pathway)。地點(diǎn)：三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行。第4頁(yè)，共40頁(yè)。 葡萄糖有氧氧化的反應(yīng)過(guò)程:葡萄糖（EMP）COOHC=OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO(乙酰CoA)三羧酸循環(huán)NADH+H+CO2 丙酮酸脫氫酶系CoASH NAD+ （細(xì)胞液）氧化磷酸化（線粒體）第5頁(yè)，共40頁(yè)。丙酮酸進(jìn)入線粒體轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA，這是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的紐帶：丙酮酸+CoASH+NAD+ 乙酰CoA+ CO2+NADH+H+一、由

3、丙酮酸形成乙酰CoA反應(yīng)不可逆，分4步進(jìn)行，由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（丙酮酸脫氫酶系）催化。第6頁(yè)，共40頁(yè)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體是一個(gè)十分大的多酶復(fù)合體，包括：三種不同的酶 丙酮酸脫氫酶組分(E1)二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰基酶(E2)六種輔助因子焦磷酸硫胺素(TPP)黃素腺嘌呤二核苷酸( FAD )NAD+CoASH硫辛酸二氫硫辛酸脫氫酶(E3)Mg2+第7頁(yè)，共40頁(yè)。大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的內(nèi)容 縮寫 肽鏈數(shù) 輔基 催化反應(yīng)丙酮酸脫氫酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙 E2 24 硫辛酰胺 將乙?；D(zhuǎn)移到CoA ?；?二氫硫辛酸脫氫酶 E3 12 FAD 將還原型硫辛酰胺 轉(zhuǎn)變

4、為氧化型第8頁(yè)，共40頁(yè)。CH3CCOOHO+TPPE1分步反應(yīng)羥乙基TPPE1：丙酮酸脫氫酶第9頁(yè)，共40頁(yè)。C-C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸易形成C-離子嘧啶環(huán)噻唑環(huán)焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脫羧中的作用VB1第10頁(yè)，共40頁(yè)。硫辛酸：CH3COSLHS+TPPE2硫辛酸乙酰硫辛酸E2：轉(zhuǎn)乙酰酶+SLSCH 3CTPPOHH第11頁(yè)，共40頁(yè)。E2E3E3E3：二氫硫辛酸脫氫酶第12頁(yè)，共40頁(yè)。全過(guò)程：HSCoAE3：二氫硫辛酸脫氫酶E2：轉(zhuǎn)乙?；窫1：丙酮酸脫氫酶E3E2E1NAD+NADH+H+FADH2FADCH3CSCoAOHSLHSSLSLHSCH3CSOC

5、H3CTPPOHHTPPCO2CH3CCOOHO全過(guò)程第13頁(yè)，共40頁(yè)。 砷化物對(duì)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體E2中的輔基硫辛酰胺的毒害作用。（由于a-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體也含硫辛酰胺輔基，因此，砷化物也有毒害作用）-O-AsOHOH+HSHSR S SR-O-As+2H2O亞砷酸二氫硫辛酰胺R-As=O+HSHSR S SRR-As+H2O有機(jī)砷化物第14頁(yè)，共40頁(yè)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控 2.磷酸化和去磷酸化作用的調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶組分E1的磷酸化狀態(tài)無(wú)活性，反之有活性。其磷酸化受E2上結(jié)合的激酶和磷酸酶作用。Ca2+通過(guò)激活磷酸酶，使丙酮酸脫氫酶組分活化。激酶磷酸酶1.產(chǎn)物抑制：受乙酰CoA

6、和NADH的控制。乙酰CoA抑制轉(zhuǎn)乙?；?酶E2組分，NADH抑制二氫硫辛酰脫氫酶E3組分。抑制效應(yīng)被CoA和NAD+逆轉(zhuǎn)。由丙酮酸到乙酰CoA是一個(gè)重要步驟，處于代謝途徑的分支點(diǎn)，所以此體系受到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)控制：使E1磷酸化（無(wú)活性形式）使磷酸化的E1去磷酸化（有活性形式）Ca2+激活E1第15頁(yè)，共40頁(yè)。 OCH3-C-SCoACoASHH2OGTP草酰乙酸 再生階段檸檬酸生成階段氧化脫 羧階段檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸蘋果酸草酰乙酸NADH+CO2NAD+NADHNAD+FADH2FAD+CO2NADHNAD+二、三羧酸循環(huán)的過(guò)程第16頁(yè)，共40頁(yè)。HO-C

7、-COO-1.乙酰-CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸 單向不可逆 可調(diào)控的限速步驟 氟乙酰CoA導(dǎo)致致死合成常作為殺蟲(chóng)藥檸檬酸合酶乙酰CoA草酰乙酸+檸檬酸 第17頁(yè)，共40頁(yè)。檸檬酸合酶是檸檬酸循環(huán)的關(guān)鍵酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰-CoA、酯酰-CoA等的抑制。由氟乙酸形成的氟乙酰-CoA可被檸檬酸合酶催化與草酰乙酸縮合生成氟檸檬酸，氟檸檬酸結(jié)合到順-烏頭酸酶的活性部位上，抑制檸檬酸循環(huán)向下進(jìn)行。氟乙酸和氟乙酰-CoA可做殺蟲(chóng)劑或滅鼠藥。各種有毒植物的葉子大部分含有氟乙酸，可作為天然殺蟲(chóng)劑。F-CH2-COOHF-CHCOO-HO-C-COO-COO-CH2氟乙酸氟檸檬酸丙酮酰-CoA

8、: CH3-C-CH2-SCoA,O=是另一抑制劑第18頁(yè)，共40頁(yè)。檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸 2. 檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸（烏頭酸酶催化）90 : 4 : 6第19頁(yè)，共40頁(yè)。NAD+ NADH+H+ CO2異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸-酮戊二酸 (-KG)NAD+ NADH+H+(NADP+ NADPH+H+） H+ CO2異檸檬酸脫氫酶草酰琥珀酸3. 異檸檬酸氧化脫羧形成-酮戊二酸 （異檸檬酸脫氫酶催化）第20頁(yè)，共40頁(yè)。 高等動(dòng)植物及大多數(shù)微生物中異檸檬酸脫氫 酶有兩類 NAD+為輔酶 （線粒體） NADP+為輔酶 （線粒體和細(xì)胞質(zhì)）異檸檬酸脫氫酶是一個(gè)變構(gòu)酶 ADP變構(gòu)激活 異檸檬酸

9、Mg2+ NAD+ ADP 相互協(xié)同作用變構(gòu)抑制作用NADHATP第21頁(yè)，共40頁(yè)。植物，微生物中細(xì)菌中異檸檬酸脫氫酶磷酸化失活去磷酸化活化異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸琥珀酸+乙醛酸氧化脫羧異檸檬酸裂解酶第22頁(yè)，共40頁(yè)。NAD+ NADH+H+HSCoA CO2-KG脫氫酶 復(fù)合體琥珀酰CoA4. -酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰CoA （-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體催化） ( -KG)該酶與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體相似第23頁(yè)，共40頁(yè)。GDP GTP Pi HSCoA琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoA 琥珀酸 5. 琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸（琥珀酰CoA合成酶催化）底物水平磷酸化GTP+ADPGDP+ATP

10、核苷二磷酸激酶第24頁(yè)，共40頁(yè)。6.琥珀酸脫氫生成延胡索酸（反丁烯二酸） 該酶含F(xiàn)AD外，還有三種鐵硫聚簇， 2Fe-2S， 3Fe-4S，4Fe-4S 開(kāi)始四碳酸之間的轉(zhuǎn)變 TCA中第三次氧化的步驟丙二酸為該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑琥珀酸琥珀酸脫氫酶FAD FADH2延胡索酸第25頁(yè)，共40頁(yè)。7.延胡索酸被水化生成L-蘋果酸（延胡索酸酶催化）H2O 延胡索酸酶蘋果酸延胡索酸第26頁(yè)，共40頁(yè)。8. 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸（蘋果酸脫氫酶催化）蘋果酸NAD+ NADH+H+ 蘋果酸脫氫酶草酰乙酸第27頁(yè)，共40頁(yè)。 OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NA

11、DHGTP檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸蘋果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+三、TCA循環(huán)的化學(xué)計(jì)量第28頁(yè)，共40頁(yè)。 乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+ 循環(huán)有以下特點(diǎn)：乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸，使兩個(gè)C原子進(jìn)入循環(huán)。在以后的兩步脫羧反應(yīng)中，有兩個(gè)C原子以CO2的形式離開(kāi)循環(huán)，相當(dāng)于乙酰CoA的2個(gè)C原子形成CO2。在循環(huán)中有4對(duì)H原子通過(guò)4步氧化反應(yīng)脫下，其中3對(duì)用以還原NAD+生成3個(gè)NADH+H+,1對(duì)用以還原FAD,生成1個(gè)FADH2。由琥珀酰CoA形成琥珀酸時(shí)，

12、偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成1個(gè)GTP, 1GTP1ATP。3NADH 7.5 ATP ; 1FADH2 1.5ATP; 再加上1個(gè)GTP單向進(jìn)行整個(gè)循環(huán)不需要氧，但離開(kāi)氧無(wú)法進(jìn)行。1分子乙酰CoA通過(guò)TCA循環(huán)被氧化，可生成10分子ATP。第29頁(yè)，共40頁(yè)?？梢?jiàn)由糖酵解和TCA循環(huán)相連構(gòu)成的糖的有氧氧化途徑，是機(jī)體利用糖氧化獲得能量的最有效的方式，也是機(jī)體產(chǎn)生能量的主要方式。 若從丙酮酸開(kāi)始，加上生成的1個(gè)NADH，則共產(chǎn)生10+2.5=12.5個(gè)ATP。若從葡萄糖開(kāi)始，共可產(chǎn)生12.52+7=32個(gè)ATP。(二版及其他教材為38個(gè)ATP，NADH3ATP，F(xiàn)ADH2 2ATP)第30頁(yè)，共4

13、0頁(yè)。上述過(guò)程均可導(dǎo)致草酰乙酸濃度下降，從而影響三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必須不斷補(bǔ)充才能維持其正常進(jìn)行，這種補(bǔ)充稱為回補(bǔ)反應(yīng)或填補(bǔ)反應(yīng)(anaplerotic reaction)。 四、三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)三羧酸循環(huán)不僅是產(chǎn)生ATP的途徑，它的中間產(chǎn)物也是生物合成的前體，如 -酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 琥珀酰CoA 卟啉環(huán)第31頁(yè)，共40頁(yè)。丙酮酸羧化草酰乙酸的回補(bǔ)反應(yīng)主要通過(guò)4個(gè)途徑：PEP的羧化 蘋果酸脫氫 由氨基酸形成第32頁(yè)，共40頁(yè)。1.丙酮酸羧化(動(dòng)物體內(nèi)的主要回補(bǔ)反應(yīng))草酰乙酸或循環(huán)中任何一種中間產(chǎn)物不足TCA循環(huán)速度降低乙酰-CoA濃度增加高水平的乙酰CoA激活產(chǎn)生更多的草酰乙酸丙酮酸羧化酶在線粒體內(nèi)進(jìn)行第33頁(yè)，共40頁(yè)。 2.PEP羧化（在植物、酵母、細(xì)菌）反應(yīng)在胞液中進(jìn)行第34頁(yè)，共40頁(yè)。 3.蘋果酸脫氫丙酮酸第35頁(yè)，共40頁(yè)。4. 氨基酸轉(zhuǎn)化-酮戊二酸天冬氨酸谷氨酸草酰乙酸第36頁(yè)，共40頁(yè)。五、三羧酸循環(huán)的調(diào)控 三羧酸循環(huán)的速度主要取決于細(xì)胞對(duì)ATP的需求量，另外也受細(xì)胞對(duì)于中間產(chǎn)物需求的影響。有3個(gè)調(diào)控部位:1.檸檬酸合成酶（限速酶）ATP、NADH是該酶的變構(gòu)抑制劑，高濃度的ATP 和NADH抑制檸檬酸的合成，即抑制三羧酸循環(huán)地進(jìn)行。高濃度的琥珀酰-Co