《柠檬酸循环》课件.ppt

糖的有氧分解,第一阶段：葡萄糖 丙酮酸（细胞质）第二阶段：丙酮酸 乙酰辅酶A（简写为乙酰CoA）第三阶段：三羧酸循环 乙酰CoA H2O 和CO2，释放出能量 二、三阶段在线粒体中。,柠檬酸循环是燃料物质氧化分解的中心途径,第十五章 柠檬酸循环,15.1 丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段15.2 柠檬酸(三羧酸)循环的途径15.3 柠檬酸循环的生物学意义15.4 柠檬酸循环的调节15.5 柠檬酸循环的双重作用15.6 回(添)补反应,15.1 丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段(丙酮酸生成乙酰CoA),丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶复合物的组成,丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。丙酮酸脱氢酶系是一个多酶体系，主要包括：丙酮酸脱羧酶（E1）三种酶 二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）二氢硫辛酸脱氢酶（E3）6种辅因子：TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA和Mg2+。,辅酶A（CoA）,硫辛酸以酰胺键与二氢硫辛酸转乙酰酶的Lys残基相连,TPP,丙酮酸脱氢酶系催化5步反应,1)丙酮酸脱羧生成羟乙基-TPP；2)二氢硫辛酸转乙酰酶催化羟乙基氧化为乙酰基，并转移给硫辛酰胺形成乙酰硫辛酰胺；3)二氢硫辛酸转乙酰酶催化乙酰硫辛酰胺上的乙酰基转移给CoA生成乙酰CoA；4)二氢硫辛酸脱氢酶催化还原的硫辛酸再氧化，并将氢交给FAD生成FADH2-E；5)FADH2使NAD+还原。,丙酮酸脱氢酶系催化的反应,丙酮酸脱羧酶,二氢硫辛酸乙酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,15.2 柠檬酸(三羧酸)循环的途径,Citric AcidCycle（tricarboxylic Acid Cycle(TCA)），TCA循环概念：乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，再经一系列的氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O，并产生能量的过程。途径如下：,1、柠檬酸合酶(Citric acid synthetase),催化TCA的第一步反应，反应先生成柠檬酰CoA，再水解为柠檬酸，是放能反应，不可逆。是TCA的一个调节酶。氟乙酸是一种杀虫剂或灭鼠药的有效成分。其被生物摄入后转变为氟乙酰CoA，它在酶的作用下与草酰乙酸生成氟柠檬酸，顺乌头酸酶只识别柠檬酸，对氟柠檬酸没有作用，致使TCA中断，这种合成为致死合成(lethal synthesis)。,柠檬酸合酶催化的反应,柠檬酸形成反应机制,2、乌头酸酶作用于柠檬酸生成异柠檬酸,3、异柠檬酸脱氢酶,TCA的第一次氧化脱羧，催化异柠檬酸生成-酮戊二酸。细胞内有两种异柠檬酸dHE，线粒体中只以NAD+为氢受体；另一种以NADP+为氢受体（胞质及线粒体中都有存在），前者为Mg2+及Mn2+所活化，是别构酶，正调控物是ADP，缺乏ADP时没有活力，ATP及NADH对酶有抑制作用。-裂解，断裂乙酰基的C-C共价键。,异柠檬酸脱氢酶催化反应机制,4、-酮戊二酸脱氢酶系,高能化合物,4、-酮戊二酸脱氢酶系,与Py dHE复合物的组成及作用非常相似，包括三个酶组分：1）-酮戊二酸 脱氢酶(E1,不受磷酸化调控)2）琥珀酰转移酶(E2)3）二氢硫辛酸脱氢酶(E3)还有六种辅助因子：TPP,CoA,FAD,NAD+,硫辛酸及Mg2+。催化反应：-Ketoglutarate+CoA+NAD+succinyl CoA+CO2+NADH+H+酶也是调节酶，受产物NADH,succinyl CoA和Ca2+抑制；ATP、GTP对酶有反馈抑制；不受磷酸化的共价调节。,5、琥珀酰CoA合成酶,由琥珀酰CoA合成酶,底物水平的磷酸化,6、琥珀酸脱氢酶,琥珀酸脱氢酶是TCA中唯一一个掺入线粒体内膜的酶（真核生物）（原核生物参入质膜），直接与呼吸链相连。丙二酸（malonate）是酶的竞争性抑制剂。,7、延胡索酸酶,8、苹果酸脱氢酶,苹果酸脱氢酶,TCA循环过程,TCA简图,TCA小结,1）循环从C4物与乙酰CoA缩合生成C6物开始；2)每一次循环经历两次脱羧，放出2CO2;3）每一循环经历四次脱氢，其中3次以NAD+为氢受体，1次以FAD为氢受体；4）每循环一次，底物水平磷酸化一次生成1GTP(ATP)；5）循环一次结束以C4物（草酰乙酸）重新生成为标志；6）总反应：CH3COCoA+2H2O+3NAD+FAD+GDP+Pi 2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+GTP+CoASH,葡萄糖有氧分解的能量代谢,Glucose（胞液）-2ATP+4ATP,5或7+2(NADH+H+)（需经穿梭系统进入线粒体）2Py（线粒体）5+2(NADH+H+)+2CO2 2CH3COSCoA TCA 20 3(NADH+H+)FADH2+GTP 氧化磷酸化，30 or 32ATP,甘油3磷酸穿梭途径,甘油磷酸穿梭,苹果酸天冬氨酸穿梭,15.3 三羧酸循环的生物学意义,生物体内供能的最有效的方式糖、脂、蛋白质三大物质转化的枢纽为多种化合物的合成提供碳的骨架在植物体内为某些器官特定时期的积累物质,15.4 三羧酸循环的调节,目前生物体内三羧酸循环的调节位点并未彻底搞清楚，普遍认为有三个调控位点：柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶由于从丙酮酸到乙酰CoA是三羧酸循环的必经之路，关于此代谢的调控一并在此讲述。,三羧酸循环的控制三羧酸循环的主要调控步骤和调节因子,丙酮酸脱氢酶系活性的调节,产物抑制:乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脱氢酶系，抑制作用为相应的反应物CoA及NAD+所逆转。机制可能是竞争性抑制（也有的认为是别构调节）。共价调节：丙酮酸脱氢酶分子上的Ser-OH被磷酸激酶催化，磷酸化而没有活性，一旦磷酸基团被磷酸酯酶催化水解（去磷酸化）可恢复活性细胞内ATP/ADP,乙酰CoA/CoA,NADH/NAD+比值高时，磷酸化作用加强；Ca2+促进去磷酸化作用，胰岛素（insulin）也可刺激去磷酸化作用。,三羧酸循环调节,柠檬酸合酶：主要受底物和产物浓度的调节琥珀酰-CoA，NADH抑制酶的活性；OAA和乙酰CoA促进酶的活性，其中琥珀酰-CoA为OAA竞争性抑制剂，异柠檬酸脱氢酶：ATP、NADH是该酶的抑制剂，而ADP是酶的别构激活剂。-酮戊二酸脱氢酶：琥珀酰-CoA，NADH是抑制剂。,三羧酸循环调节小节,通过ADP对异柠檬酸脱氢酶的别构激活，三羧酸循环流量与细胞的能量状态相适应。通过线粒体内NADH对酶活性的抑制作用，使三羧酸循环流量与细胞的氧化还原状态相适应（NADH/NAD）。通过乙酰辅酶A和琥珀酰辅酶A对有关酶的抑制，三羧酸循环流量与细胞内可利用富能化合物(energy-rich compounds)的量相适应。,15.5柠檬酸循环的双重作用,15.6 回(添)补反应,回补反应是补充用于生物合成的三羧酸循环中间物。(1)动物肝脏和肾脏的线粒体中，丙酮酸羧化酶催化,(2)植物、细菌等，PEP羧化酶催化,(3)心脏、骨骼肌中，PEP羧激酶催化,(4)原核、真核中广泛存在的苹果酸酶催化,(5)Asp和Glu转氨形成草酰乙酸和-酮戊二酸；Ile,Val,Thr及Met形成琥珀酰CoA，实现添补。,乙醛酸循环(Glyoxylate Cycle),乙醛酸循环：是某些植物、微生物中柠檬酸循环的修改形式，通过该循环可以由乙酰CoA经草酰乙酸净生成葡萄糖。乙醛酸循环绕过了柠檬酸循环中生成两个CO2的步骤，由于在代谢过程中产生了乙醛酸，故称为乙醛酸循环。意义：在植物种子萌发时将脂肪转变为糖；使微生物可以在以乙酸为唯一碳源的培养基中生长。,乙醛酸(Glyoxylate)循环,部位,