生物化學(xué)課件：第四章 第三節(jié) 丙酮酸氧化脫羧與三羧酸循環(huán)

第三節(jié)丙酮酸氧化脫羧與三羧酸循環(huán)葡萄糖2丙酮酸2ADP＋2Pi2ATP＋2H2O2NAD＋2NADH

H＋EMPTCA氧化磷酸化有氧條件

三羧酸循環(huán)(tricarboxylicacidcycle)，又叫做TCA循環(huán)，是由于該循環(huán)的第一個(gè)產(chǎn)物是檸檬酸，它含有三個(gè)羧基，故此得名。該循環(huán)的提出的主要貢獻(xiàn)者是英國(guó)生化學(xué)家Krebs，所以又稱(chēng)Krebs循環(huán)。該循環(huán)還叫做檸檬酸循環(huán)。

在有氧條件下，丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA，后者可進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化。一、丙酮酸氧化脫羧丙酮酸的氧化脫羧的部位：線(xiàn)粒體E1——丙酮酸脫氫酶(pyruvate

dehydrogenasePDH)。催化丙酮酸的脫羧及脫氫，形成二碳單位乙?；?。具有輔基TPP。E2——二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(dihydrolipoyl

transacetylaseTA)。催化二碳單位乙?；霓D(zhuǎn)移。具有輔基硫辛酸。E3——二氫硫辛酸脫氫酶(dihydrolipoyl

dehydrogenaseDLD)。催化還原型硫辛酸→氧化型。具有輔基FAD。催化此過(guò)程的是丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，它由3種酶有機(jī)地組合在一起：一、丙酮酸氧化脫羧Pyruvatedehydrogenasecomplexes

fromE.coli:theelectronmicrographahugemultimericassemblyofthreekindsofenzymes,having60subunitsinbacteriaandmoreinmammals.AmodeloftheE.coli

pyruvatedehydrognasecomplex

showingthethreekindsofenzymesandtheflexiblelipoamidearmscovalentlyattachedtoE2E2

(dihydrolipoyltransacetylase):consistingthecore,24subunits;E1(pyruvatedehydrogenase):boundtotheE2core,24subunits;E3

(dihydrolipoyldehydrogenase):boundtotheE2core,12subunits.

PyruvateE2E3Hydroxyethyl-TPPCO2Acetyl-CoA整個(gè)過(guò)程涉及到的6個(gè)輔因子：TPP(焦磷酸硫胺素)、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體呈圓球形，每個(gè)復(fù)合體含有：6個(gè)PDH、24個(gè)TA、6個(gè)DLD其中TA為復(fù)合物的核心，它的一條硫辛酸臂可以旋轉(zhuǎn)。一、丙酮酸氧化脫羧一、丙酮酸氧化脫羧一、丙酮酸氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧的調(diào)控：1、當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP、乙酰CoA、NADH含量同時(shí)增加時(shí)，PDH磷酸化作用加強(qiáng)，阻礙丙酮酸氧化脫羧。反之則反。2、乙酰CoA和NADH可分別抑制DLT和DLDH的活性，阻止氧化脫羧。丙酮酸的氧化脫羧是連接EMP和TCA的紐帶，其反應(yīng)本身并未進(jìn)入TCA，但是是所有糖進(jìn)入TCA的必由之路。

1.

乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程先縮合成檸檬酰CoA，然后水解反應(yīng)的能量由乙酰CoA的高能硫酯鍵提供，所以使反應(yīng)不可逆。這步反應(yīng)由C4→C6。1.

乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸這步反應(yīng)由C4→C6。二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程Citratesynthase.CitrateisshowningreenandCoApink2.檸檬酸異構(gòu)化成異檸檬酸二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程順順3.異檸檬酸氧化脫羧二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程

這階段放出了1分子CO2，由C6→C5；產(chǎn)生1分子NADHa-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體非常相似，也包含三種酶、六種輔因子。4.

a-酮戊二酸氧化脫羧二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程這階段又放出了1分子CO2，由C5→C4；又產(chǎn)生1分子NADH；形成1個(gè)高能硫酯鍵。

TPPMgFAD二硫辛酸TCA中唯一的底物磷酸化這階段合成了1分子高能磷酸化合物GTP，GTP再形成ATP5.由琥珀酰CoA生成高能磷酸鍵二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程GDP+PiGTP琥珀酸硫激酶(琥珀酰輔酶A合成酶)這階段需要經(jīng)歷三步反應(yīng)——脫氫、加水、脫氫6.琥珀酸氧化使草酰乙酸再生這一階段的反應(yīng)為C4的變化；產(chǎn)生1分子FADH2、1分子NADH。二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程Theactivesiteofmalate

dehydrogenase.Malateisshowninred;NAD+blue.6.琥珀酸氧化使草酰乙酸再生二、三羧酸循環(huán)1.化學(xué)反應(yīng)過(guò)程2.TCA循環(huán)的總反應(yīng)二、三羧酸循環(huán)2.TCA循環(huán)的總反應(yīng)二、三羧酸循環(huán)每經(jīng)歷一次TCA循環(huán)

有2個(gè)碳原子通過(guò)乙酰CoA進(jìn)入循環(huán)，以后有2個(gè)碳原子通過(guò)脫羧反應(yīng)離開(kāi)循環(huán)。有4對(duì)氫原子通過(guò)脫氫反應(yīng)離開(kāi)循環(huán)，其中3對(duì)由NADH攜帶，1對(duì)由FADH2攜帶。

產(chǎn)生1分子高能磷酸化合物GTP，通過(guò)它可生成1分子ATP

消耗2分子水，分別用于合成檸檬酸（水解檸檬酰CoA）和延胡索酸的加水。二、三羧酸循環(huán)2.TCA循環(huán)的總反應(yīng)由TCA循環(huán)產(chǎn)生的NADH和FADH2必須經(jīng)呼吸鏈將電子交給O2，才能回復(fù)成氧化態(tài)，再去接受TCA循環(huán)脫下的氫。產(chǎn)物NADH和FADH2的去路:∴TCA循環(huán)需要在有氧的條件下進(jìn)行。否則NADH和FADH2攜帶的H無(wú)法交給氧，即呼吸鏈氧化磷酸化無(wú)法進(jìn)行，NAD+及FAD不能被再生，使TCA循環(huán)中的脫氫反應(yīng)因缺乏氫的受體而無(wú)法進(jìn)行。二、三羧酸循環(huán)2.TCA循環(huán)的總反應(yīng)維生素衍生的輔因子代號(hào)結(jié)構(gòu)輔因子功能維生素B2

核黃素黃素單核苷酸FMN參與氧化還原反應(yīng)，是電子和氫的載體黃素腺嘌呤二核苷酸FADHH維生素衍生的輔因子代號(hào)結(jié)構(gòu)輔因子功能維生素B5(PP)

煙酸、煙酰胺煙酰胺腺嘌呤二核苷酸

(輔酶Ⅰ)NAD+參與脫氫反應(yīng)，是電子和氫的載體煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸

(輔酶Ⅱ)NADP+乙酰CoA通過(guò)TCA循環(huán)脫下的氫由NADH及FADH2經(jīng)呼吸鏈傳遞給O2，由此而形成大量ATP。碳源乙酰CoA→

2CO2能量1GTP→1ATP共10ATP3NADH→2.5ATP×3=7.5ATP1FADH2→1.5ATP×1=1.5ATP由乙酰CoA氧化產(chǎn)生的ATP中，只有1/10來(lái)自底物水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化間接產(chǎn)生。3.能量的化學(xué)計(jì)量二、三羧酸循環(huán)碳源丙酮酸→乙酰CoA+CO2→

3CO2能量丙酮酸氧化脫羧：1NADH→2.5ATP共12.5ATPTCA循環(huán)：10ATP3.能量的化學(xué)計(jì)量二、三羧酸循環(huán)葡萄糖徹底氧化經(jīng)由的途徑：EMP途徑、丙酮酸氧化脫羧、TCA循環(huán)、呼吸鏈氧化磷酸化。3.能量的化學(xué)計(jì)量二、三羧酸循環(huán)對(duì)于原核生物：

由于在EMP途徑中生成的NADH在線(xiàn)粒體外，其磷氧比為1.5，所以1分子葡萄糖徹底氧化只能合成30ATP。對(duì)于真核生物（高等植物、真菌、動(dòng)物的肌細(xì)胞）:3.能量的化學(xué)計(jì)量二、三羧酸循環(huán)碳源葡萄糖→2丙酮酸→

6CO2能量葡萄糖有氧酵解：2ATP+2NADH→7ATP共32ATP丙酮酸有氧氧化：12.5×2=25ATP1.定位：線(xiàn)粒體

A檸檬酸合酶:該酶有負(fù)變構(gòu)劑ATP，它使酶與底物的親和力下降，從而Km值增大。B異檸檬脫氫酶:該酶有正變構(gòu)劑ADP，它使酶與底物的親和力增加。此外，NAD+、底物異檸檬酸使酶活升高；NADH、ATP使酶活下降。C-酮戊二酸脫氫酶:ATP、NADH及產(chǎn)物琥珀酰CoA抑制酶的活性。2.不可逆反應(yīng)與調(diào)節(jié)：4.注意點(diǎn)二、三羧酸循環(huán)Inhibitedbyproductsandhighenergycharge;ActivatedbyalowenergychargeorasignalforenergyRequirement.Rateofthecitricacidcycleiscontrolledatthreeexergonicirreversiblestepscatalyzedby:Citratesynthase,isocitrate

dehydrogenase,

a-ketoglutaratedehydrogenase1.為生物體提供能量，是體內(nèi)主要產(chǎn)生ATP的途徑

；2.循環(huán)中的中間物為生物合成提供原料；如草酰乙酸、a-酮戊二酸可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被?，琥珀酰CoA可用于合成葉綠素及血紅素分子中的卟啉。3.糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)、核酸等代謝的樞紐。5.TCA循環(huán)的生物學(xué)意義二、三羧酸循環(huán)三、TCA的回補(bǔ)反應(yīng)

三羧酸循環(huán)的一個(gè)重要作用是它的中間物可以為生物合成提供原料，但這些中間物必須得到補(bǔ)充，以保證TCA循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其是起始物草酰乙酸，缺乏它乙酰CoA就不能進(jìn)入循環(huán)。

生物體中存在著及時(shí)補(bǔ)充草酰乙酸的反應(yīng)，稱(chēng)為回補(bǔ)反應(yīng)。1.回補(bǔ)反應(yīng)含義：1.丙酮酸羧化2.回補(bǔ)