三羧酸循环体系.ppt

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1、柠 檬 酸 循 环,有氧条件下:丙酮酸可继续进行有氧分解，最后完全氧化，形成CO2和水。此途径分为柠檬酸循环和氧化磷酸化两个阶段。,无氧条件下:葡萄糖经分解代谢形成丙酮酸，丙酮酸继续形成乳酸或乙醇。,柠檬酸循环的概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA，乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环。由于柠檬酸含三个羧基，所以亦称为三羧酸循环。(tricarboxylic acid cycle),简称TCA循环。由于它是由（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。,柠檬酸循环是糖、脂肪、和氨基酸等氧化所共同经历的途径。此外，柠檬

2、酸循环生成的中间物质也是许多生物合成的前体。因此柠檬酸循环是两用代谢途径(amphibolic pathway)。,地点：三羧酸循环在线粒体基质中进行。,葡萄糖有氧氧化的反应过程:,葡萄糖,（EMP）,丙酮酸脱氢酶系,NAD+,（细胞液）,一、由丙酮酸形成乙酰CoA,反应不可逆，分4步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体（丙酮酸脱氢酶系）催化。,丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的多酶复合体，包括：,三种不同的酶,丙酮酸脱氢酶组分(E1),二氢硫辛酰转乙酰基酶(E2),六种辅助因子,焦磷酸硫胺素(TPP),黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD),NAD+,CoASH,硫辛酸,大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容,缩写 肽

3、链数 辅基 催化反应丙酮酸脱氢酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰转乙 E2 24 硫辛酰胺 将乙酰基转移到CoA 酰基酶 二氢硫辛酸脱氢酶 E3 12 FAD 将还原型硫辛酰胺 转变为氧化型,分步反应,羟乙基TPP,E1：丙酮酸脱氢酶,焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用,VB1,E2,E3,E3,E3：二氢硫辛酸脱氢酶,全过程：,HSCoA,E,3,：二氢硫辛酸脱氢酶,E,2,：转乙酰化酶,E,1,：丙酮酸脱氢酶,E,3,E,2,E,1,N,A,D,+,NADH+H,+,F,A,D,H,2,F,A,D,C,H,3,CS,C,o,A,O,H,S,L,H,S,S,L,S,L,

4、H,S,C,H,3,CS,O,C,H,3,C,T,P,P,O,H,H,T,P,P,C,O,2,C,H,3,C,C,O,O,H,O,全过程,砷化物对丙酮酸脱氢酶复合体E2中的辅基硫辛酰胺的毒害作用。（由于a-酮戊二酸脱氢酶复合体也含硫辛酰胺辅基，因此，砷化物也有毒害作用）,-O-As,OH,OH,+,HS,HS,R,S,S,R,-O-As,+,2H2O,亚砷酸,二氢硫辛酰胺,R-As=O,+,HS,HS,R,S,S,R,R-As,+,H2O,有机砷化物,丙酮酸脱氢酶复合体的调控,2.磷酸化和去磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶组分E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。其磷酸化受E2上结合的激酶和磷酸酶

5、作用。Ca2+通过激活磷酸酶，使丙酮酸脱氢酶组分活化。,激酶,磷酸酶,1.产物抑制：受乙酰CoA和NADH的控制。乙酰CoA抑制转乙酰基 酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酰脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。,由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制：,CoASH,草酰乙酸 再生阶段,柠檬酸生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,二、三羧酸循环的过程,HO-C-COO-,1.乙酰-CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,单向不可逆,可调控的限速步骤,氟乙酰CoA导致致死合

6、成常作为杀虫药,柠檬酸合酶,乙酰CoA,草酰乙酸,+,柠檬酸,柠檬酸合酶是柠檬酸循环的关键酶，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可被柠檬酸合酶催化与草酰乙酸缩合生成氟柠檬酸，氟柠檬酸结合到顺-乌头酸酶的活性部位上，抑制柠檬酸循环向下进行。氟乙酸和氟乙酰-CoA可做杀虫剂或灭鼠药。各种有毒植物的叶子大部分含有氟乙酸，可作为天然杀虫剂。,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,2.柠檬酸异构化形成异柠檬酸（乌头酸酶催化）,90:4:6,NAD+NADH+H+CO2,异柠檬酸脱氢酶,NAD+NADH+H+(NADP+NADPH+H+）,H+CO2,异柠檬

7、酸脱氢酶,3.异柠檬酸氧化脱羧形成-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶催化）,异柠檬酸脱氢酶是一个变构酶 ADP变构激活 异柠檬酸 Mg2+NAD+ADP,相互协同作用,变构抑制作用,植物，微生物中,细菌中,异柠檬酸脱氢酶,磷酸化,失活,去磷酸化,活化,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸,琥珀酸+乙醛酸,NAD+NADH+H+HSCoA CO2,-KG脱氢酶 复合体,4.-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA（-酮戊二酸脱氢酶复合体催化）,该酶与丙酮酸脱氢酶复合体相似,GDP GTP Pi HSCoA,琥珀酰CoA合成酶,5.琥珀酰CoA转化成琥珀酸,（琥珀酰CoA合成酶催化）,底物水平磷酸化,6.琥珀酸脱氢生成延

8、胡索酸（反丁烯二酸）,该酶含FAD外，还有三种铁硫聚簇，2Fe-2S，3Fe-4S，4Fe-4S 开始四碳酸之间的转变,TCA中第三次氧化的步骤,丙二酸为该酶的竞争性抑制剂,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,FAD FADH2,延胡索酸,7.延胡索酸被水化生成L-苹果酸（延胡索酸酶催化）,H2O,延胡索酸酶,苹果酸,延胡索酸,8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶催化）,苹果酸,NAD+NADH+H+,苹果酸脱氢酶,草酰乙酸,OCH3-C-SCoA,CoASH,NADH,+CO2,FADH2,H2O,NADH,+CO2,NADH,GTP,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索

9、酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,三、TCA循环的化学计量,乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+,循环有以下特点：,乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。,在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。,由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP,1GTP1ATP。,3NAD

10、H 7.5 ATP;1FADH2 1.5ATP;再加上1个GTP,单向进行,整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。,1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。,可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。,若从丙酮酸开始，加上生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。,若从葡萄糖开始，共可产生12.52+7=32个ATP。(二版及其他教材为38个ATP，NADH3ATP，FADH2 2ATP),上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进

11、行，这种补充称为回补反应或填补反应(anaplerotic reaction)。,四、三羧酸循环的回补反应,三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如,-酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 琥珀酰CoA 卟啉环,丙酮酸羧化,草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：,PEP的羧化,苹果酸脱氢,由氨基酸形成,1.丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应),草酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足,高水平的乙酰CoA激活,产生更多的草酰乙酸,在线粒体内进行,2.PEP羧化（在植物、酵母、细菌）,反应在胞液中进行,3.苹果酸脱氢,丙酮酸,4.氨基酸转化,-酮戊二酸,天冬氨酸,谷氨酸,草酰

12、乙酸,五、三羧酸循环的调控,三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有3个调控部位:,1.柠檬酸合成酶（限速酶）ATP、NADH是该酶的变构抑制剂，高浓度的ATP 和NADH抑制柠檬酸的合成，即抑制三羧酸循环地进行。高浓度的琥珀酰-CoA抑制该酶的活性。,2.异柠檬酸脱氢酶该酶受ATP和NADH变构抑制，受ADP变构促进和Ca2+激活。,3.-酮戊二酸脱氢酶该酶受产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也受高能荷抑制。Ca2+激活。,三羧酸循环的过程及其调控,（-）,与糖酵解一起构成糖的有氧代谢，为有机体提供大量的能量,六、三羧酸循环的生物学意义,是糖、脂类和蛋白质代谢联络的枢纽,为其他生物合成提供原料,