三羧酸循環(huán)(TCA)課件

第四節(jié)三羧酸循環(huán)（TCA）三羧酸循環(huán)的概念：1937年德國生物學家Krebs（克雷布斯，1953年因此獲諾貝爾獎）闡明：乙酰CoA的繼續(xù)分解是一個環(huán)式反應體系，起點是乙酰CoA與草酰乙酸結合為具有三個羧基的檸檬酸，故稱為三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacid），又叫TCA循環(huán)，Krebs循環(huán)，由于該循環(huán)的第一個產(chǎn)物是檸檬酸，又叫檸檬酸循環(huán)。它不僅是糖代謝的主要途徑，也是蛋白質(zhì)、脂肪分解代謝的最終途徑。

三羧酸循環(huán)的細胞定位：線粒體內(nèi)..一、丙酮酸的氧化脫羧.丙酮酸脫氫酶系是一個多酶復合體，組成如下：

調(diào)控酶：丙酮酸脫氫酶PDH、二氫硫辛酸轉乙?；窪LT、二氫硫辛酸脫氫酶DLDH

輔助因子：硫胺素焦磷酸酯TPP、硫辛酸、HS—CoA、NAD＋、Mg2＋、FAD。

.丙酮酸氧化脫羧的調(diào)控：1、當細胞內(nèi)ATP、乙酰CoA、NADH含量同時增加時，PDH磷酸化作用加強，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，其反應本身并未進入TCA，但是是所有糖進入TCA的必由之路。

.二、三羧酸循環(huán)概要TCA循環(huán)一輪分10步完成。來自丙酮酸脫氫脫羧后的乙?；–2單位）由CoA帶著進入TCA，第一步是C2與一個C4化合物（草酰乙酸）結合成C6化合物（檸檬酸），然后經(jīng)過2次脫羧（生成2個CO2）和4次脫氫（生成3NADH＋1FADH2），還產(chǎn)生1個GTP（高能化合物），最終回到C4化合物（草酰乙酸），結束一輪循環(huán)。

1個C2單位被分解為2CO2。

.TCA簡圖.

三、生化歷程1、乙酰CoA與草酰乙酸及H2O縮合生成檸檬酸，放出HS—CoA?！狧2O

不可逆

.2、檸檬酸脫水生成順烏頭酸

+H2O

可逆

.

3、順烏頭酸與H2O加成，生成異檸檬酸

異構化反應—H2O可逆

.通過2——3步，將檸檬酸異構化為異檸檬酸。實質(zhì)是將前者的—OH從C2變到了后者的C3，成為仲醇（由叔醇變?yōu)橹俅迹籽趸?/p>

.4—5、異檸檬酸氧化脫羧生成α—酮戊二酸

第一次脫氫脫羧可逆

消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2

.該酶是別構酶，激活劑是ADP，抑制劑是NADH、ATP。

有兩種同工酶：以NAD＋為電子受體，存在于線粒體中，需Mg2＋。

以NADP＋為電子受體，存在于胞液中，需Mn2＋。

.6、α—酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA

第二次脫氫脫羧不可逆

消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2.生成一個高能鍵“~”，此步類似于丙酮酸的氧化脫羧。α—酮戊二酸脫氫酶系包括：α—酮戊二酸脫氫酶二氫硫辛酸轉琥珀?；付淞蛐了崦摎涿?

7、琥珀酸的生成

底物磷酸化生成1ATP可逆是TCA中唯一直接產(chǎn)生ATP的反應，屬于底物磷酸化。

區(qū)別：EMP：高能磷酸基團直接轉移給ADP放能TCA：琥珀酰CoA中的高能鍵硫酯鍵水解放能

..

8、琥珀酸氧化生成延胡索酸

第三次脫氫（FAD脫氫）可逆生成1FADH2該酶結合在線粒體內(nèi)膜上，丙二酸是競爭性抑制劑...9、延胡索酸水化生成蘋果酸

水化作用可逆消耗1H2O.

10、蘋果酸脫氫氧化生成草酰乙酸

第四次脫氫可逆消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋

..總反應式：

乙酰CoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O

2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP

＋HS—CoA

.

四、化學量計算（一）物質(zhì)量計算1mol乙酰CoA2molCO2+1molCoA（二）能量計算1、計算1mol乙酰CoA徹底氧化分解產(chǎn)生的ATP的數(shù)目1+3×3+1×2=12molATP2、計算1molG徹底氧化分解產(chǎn)生的ATP的數(shù)目（原核生物）G丙酮酸乙酰CoACO2+H2O

EMPTCA.第一階段：G2mol丙酮酸EMP階段凈生成2molATP，2mol（NADH＋H＋）

第二階段：2mol丙酮酸2mol乙酰CoA凈生成2mol（NADH＋H＋），2molCO2

第三階段：2mol乙酰CoA經(jīng)TCA徹底氧化分解凈生成2×1ATP，2×3mol（NADH＋H＋），2×1molFADH2，2×2molCO2由于氧化磷酸化，1mol（NADH＋H＋）可生成3molATP,1molFADH2可生成2molATP。.因此：第一階段：凈生成8molATP

第二階段：凈生成6molATP，2molCO2

第三階段：凈生成24molATP，4molCO2共凈生成38molATP，6molCO2真核生物中，共凈生成36molATP，6molCO2

.TCA的運轉必須通過O2條件下才能運轉，實際上O2并不直接參加TCA，那么O2在何處參加反應呢？TCA除了產(chǎn)生1個GTP外，另外的能量均潛在3NADH和1FADH2中，為了TCA的運轉，NAD＋和FAD必須再生。NAD＋和FAD的再生則是通過DADH和FADH2進入電子傳遞鏈，將H交給O2，釋放潛能生成ATP而實現(xiàn)。所以，TCA的運轉必須有O2。

.五、生物學意義

1、TCA循環(huán)是生物體獲能的主要途徑，遠比無氧分解產(chǎn)生的能量多。2、TCA是生物體各有機物質(zhì)代謝的樞紐。糖、脂肪、氨基酸的徹底分解都需通過TCA途徑，而TCA中的許多中間產(chǎn)物如草酰乙酸、α—酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成糖、氨基酸等的原料。3、TCA是發(fā)酵產(chǎn)物重新氧化進入有氧分解的途徑。4、TCA的某些中間產(chǎn)物還是體內(nèi)積累成分，如檸檬酸、蘋果酸是柑桔、蘋果等果實的重要成分，在儲藏期，酸作為呼吸基質(zhì)被消耗。果實的糖/酸比是衡量果實品質(zhì)的一項指標。.六、三羧酸循環(huán)的調(diào)控

三個調(diào)控位點：檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、α—酮戊二酸脫氫酶所催化的三個反應。1、NAD＋/NADH的比值高：TCA循環(huán)生成的產(chǎn)物不能滿足細胞自身的需要，三種酶被激活，酶發(fā)揮催化功能，速度加快。低：大量的NADH抑制酶的活性，使TCA循環(huán)減速。.

2、ATP，琥珀酰CoA抑制檸檬酸合成酶、α—酮戊二酸脫氫酶的活性，使TCA循環(huán)減速。異檸檬脫氫酶受ATP抑制，被ADP激活。3、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)見前細胞中ATP濃度越高時，TCA速度下降；NAD＋/NADH的比值越高時，TCA速度越快。

.七、三羧酸循環(huán)的回補效應

產(chǎn)生草酰乙酸的途徑主要有：

.1、丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸

位于動物肝臟和腎臟的線粒體中O

CCOOH

CH3COCOOH+CO2+ATP+H2O

CH2COOH+ADP+Pi

Mg2+,生物素.2、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化PEP生成草酰乙酸

植物、細菌等，PEP羧化酶催化

CH2

C

COOH+H2O+CO2

O=CCOOH+Pi

|

O~PCH2COOH.3、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化PEP生成草酰乙酸心臟、骨骼肌中，PEP羧激酶催化

PEP+CO2+GDP

O=CCOOH

+GTPCH2COOH.4、由蘋果酸酶、蘋果酸脫氫酶催化使丙酮酸生成草酰乙酸

原核、真核中廣泛存在的蘋果酸酶催化

CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+

HO—CHCOOH

+NADP+CH2COOH

再由蘋果酸脫氫酶催化：HO—CHCOOH

+NAD+

O=CCOOH

CH2COOH

+NADH+H+CH2COOH.5、α—酮戊二酸和Asp經(jīng)轉氨作用生成Glu和草酰乙酸

.第五節(jié)

磷酸戊糖途徑（HMPPPP）

磷酸戊糖途徑的概念：是G分解的另一條途徑:在6—P—G上直接氧化，再分解產(chǎn)生5—P—核糖。磷酸戊糖途徑PPP：PentosePhosphatePathway

己糖磷酸途徑HMP：HexoseMonophosphatePathway

磷酸己糖支路HMS：HexoseMonophosphateShuntG直接氧化途徑DOPG：DirectOxidationPathwayofGlucose.HMP的闡明起始于1931年Warburg對6—P—G脫氫酶的研究，后人在此基礎上加以完善。實驗證明：（1）在組織中加入EMP抑制劑碘乙酸或碘乙酰胺（ICH2COOH或ICH2CONH2）后，它抑制3—P—G脫氫酶的活性（3—P—G1，3—DPG），但有些微生物仍能將GCO2＋H2O，說明另有途徑。（2）用同位素14C標記C1和C6，如果是EMP、TCA，那么生成的14C1O2和14C6O2

分子數(shù)應相等，但實驗表明14C1

更容易氧化為CO2，說明另有途徑。說明G分解的主要途徑是EMP和TCA，但并非唯一途徑，HMP也是G分解的途徑，只是在6—P—G上直接氧化。

細胞定位：胞液

.

一、磷酸戊糖途徑概要

以6—P—G為起始物，經(jīng)過兩個階段共8步反應，最后重新生成6—P—G的過程。

.HMP概要.

特點：G直接脫氫或脫羧，不經(jīng)過三碳糖階段。

HMP屬于有氧分解還是無氧分解？

O2不參加HMP，但認為HMP是需氧的代謝途徑，因為可以肯定的是：HMP是需氧生物的某些組織、器官中較旺盛的代謝途徑，而且與EMP、TCA相聯(lián)系。

.二、生化歷程（一）不可逆的氧化階段（1-----3）1、6—P—G6—P葡萄糖酸內(nèi)酯

可逆

...2、6—P葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成6—P葡萄糖酸

不可逆

.3、6—P葡萄糖酸脫氫脫羧生成5—P核酮糖（5—P—Ru）

不可逆

.1——3步..（二）可逆的非氧化階段（4——8）戊糖互變4、5—P核酮糖（5—P—Ru）異構化為

5—P核糖（5—P—R）

官能團異構

.5、5—P核酮糖（5—P—Ru）異構化為

5—P木酮糖（5—P—Xu）

差向異構

.4——5步..6-----8步，基團移位反應

通過轉酮酶和轉醛酶的催化作用，將一酮糖分子的酮醇基轉移給另一醛糖分子上，形成新的醛糖和酮糖。轉酮酶專門催化乙酮醇基轉移轉醛酶專門催化二羥丙酮基轉移通過C5、C4、C7、C3、C6只見的基團轉移反應，實現(xiàn)了糖分子之間的轉變，最終生成6—P—F.HMP的兩個關鍵酶轉酮酶或轉羥乙醛基酶轉醛酶或轉二羥丙酮基酶.

6、5—P—R＋5—P—Xu3—P—G（3—P甘油醛）＋7—P—S（7—P—景天庚酮糖）將5—P—Xu的乙酮醇基轉移給5—P—R。

..7、3—P—G＋7—P—S4—P—E（4—P赤蘚糖）＋6—P—F

將7—P—S-的二羥丙酮基轉移給3—P—G。

..磷酸戊糖途徑的非氧化階段之二

（基團轉移）

+24-磷酸赤蘚糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛轉酮酶轉醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖.6——7步.8、5—P—Xu＋4—P—E3—P—G＋6—P—F

將5—P—Xu的乙酮醇基轉移給4—P—E。

..基團轉移（續(xù)前）

+24-磷酸赤蘚糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖轉酮酶25-磷酸木酮糖.然后：3—P—GDHAP3—P—G+DHAP1，6—FDP2—磷酸果糖酯酶磷酸己糖異構酶1，6—FDP6—P—FH2OPi6—P—G.H2OPi1,6-二磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛縮酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途徑的非氧化階段之三

（3-磷酸甘油醛異構、縮合與水解）

異構酶.總反應式為：A式：66—P—G＋12NADP＋＋6H2O

46—P—F＋23—P—G＋6CO2＋12（NADPH＋H＋）

然后：23—P—G1，6—DPG＋H2O6—P—F＋Pi6—P—F6—P—G

因此得到B式

：6—P—G＋12NADP＋＋7H2O

6CO2＋12（NADPH＋H＋）＋Pi所以，HMP要循環(huán)一輪，必須有6個6—P—G同時進入循環(huán)，但最終只有1個6—P—G被徹底分解為6CO2＋12（NADPH＋H＋）＋Pi。

.磷酸戊糖途徑的非氧化分子重排階H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖轉醛酶異構酶轉酮酶轉酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三.

三、化學量計算1、鏈式反應：36—P—G＋6NADP＋＋3H2O

26—P—F＋3—P—G＋3CO2＋6（NADPH＋H＋）

2、循環(huán)途徑為：66—P—G＋12NADP＋＋6H2O

46—P—F＋23—P—G＋6CO2＋12（NADPH＋H＋）

.四、生物學意義