生物化学第23章柠檬酸循环.ppt

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1、第23章 柠檬酸循环,(Citric acid cycle),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 形成乙酰CoA二、柠檬酸循环概貌三、柠檬酸循环的反应机制四、柠檬酸循环的化学总结算五、柠檬酸循环的调控六、柠檬酸循环的双重作用七、柠檬酸循环的发现历史,柠檬酸循环,柠檬酸循环（citric acid cycle）也叫三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA循环），因为德国科学家Hans Krebs在阐明柠檬酸循环中作出了突出贡献，又将此途径称为Krebs循环。在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进入线粒体，先转变成乙酰CoA，乙酰CoA再进入柠檬酸循环彻底氧化成CO2。

2、在真核细胞中，柠檬酸循环是在线粒体中进行的。,一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形成乙酰CoA,丙酮酸到乙酰CoA的总反应式,OCH3CCOO+HSCoA+NAD+O CH3CSCoA+CO2+NADH,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶复合体的组成,丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤,（丙酮酸脱羧反应）,E1,丙酮酸 TPP 丙酮酸TPP加成化合物,丙酮酸TPP加成化合物 羟乙基-TPP共振形式,丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤,（丙酮酸脱羧反应）,E2的硫辛酰胺辅基,羟乙基-TPP,乙酰二氢硫辛酰胺 TPP-E1,E2,丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤,乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰CoA 二氢硫辛酰

3、胺,（乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰CoA）,丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤,（还原型E2被氧化反应）,氧化型E3 还原型E2 还原型E3 氧化型E2,还原型E3 还原型E3 氧化型E3,E3,丙酮酸脱氢酶复合体结构,丙酮酸脱氢酶复合体由60条肽链组成，总分子量为50,000kD，直径约30nm，在电子显微镜下可以看到。E2是复合体的核心，E1及E3结合在E2的外面。E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送到另一个酶。,丙酮酸脱氢酶复合体,硫辛酰赖氨酰臂,丙酮酸转变为乙酰CoA的总图,砷化物对硫辛酰胺的毒害作用,

4、丙酮酸脱氢酶复合体的调控,丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳动物体内使丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径。乙酰CoA既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。1产物控制 产物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E2。2磷酸化和去磷酸化的调控 E2分子上结合着两种特殊的酶，一种是激酶，另一种是磷酸酶，它们分别使E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。Ca2+通过激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。,二、柠檬酸循环概貌,柠檬酸循环总图,return,三、柠檬酸循环的反应,草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸,草酰乙酸 乙酰CoA,柠檬酰CoA,柠檬酸,CoA,柠檬酸合酶,1,1,2,

5、2,1,2,柠檬酸异构化形成异柠檬酸,柠檬酸 顺-乌头酸 异柠檬酸,乌头酸酶,乌头酸酶,2,2,2,1,1,1,乌头酸酶中的Fe-S聚簇（中心）,含有这类结构的蛋白质称为铁硫蛋白,异柠檬酸氧化形成酮戊二酸,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸 草酰琥珀酸,酮戊二酸,1,2,1,2,从异柠檬酸的分支途径,异柠檬酸,异柠檬酸裂解酶,琥珀酸 乙醛酸,（植物和有些细菌中发生）,酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA,酮戊二酸 琥珀酰CoA,-酮戊二酸脱氢酶复合体,1,1,2,2,琥珀酰CoA转化成琥珀酸,烯醇化酶,琥珀酰CoA 琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,1,1,2,2,琥珀酸脱氢形成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸 延

6、胡索酸,（反丁烯二酸）,FAD与琥珀酸脱氢酶的共价结合,线粒体结构示意图,琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。,延胡索酸水合形成L-苹果酸,延胡索酸酶,延胡索酸 L-苹果酸,L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,L-苹果酸 草酰乙酸,四、柠檬酸循环的化学总结算,乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+3H+FADH2+GTP+CoA,柠檬酸循环的总反应式,ATP的产量,从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产生4个NADH，1个FADH2，1个GTP（ATP），按每个NADH可以产生2.5个ATP、每个FADH2可以产生1.5个ATP计算，共产生2.54（

7、NADH）+1.51（FADH2）+1（GTP）=12.5 个ATP 每个葡萄糖分子（2个丙酮酸）在进入柠檬酸循环后可以产生25个ATP。每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个ATP和2个NADH，共产生 2（ATP）+2.52（NADH）=7个ATP 每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个ATP。,五、柠檬酸循环的调控,在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应，但在调节循环速度中起关键作用的是3种酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面：柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；ADP、ATP和Ca2+的调控。,柠檬酸循环本身制约系统的调节,1乙酰CoA和草酰乙酸的供

8、应情况。乙酰CoA来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以及中间产物离开循环的速率和补充的速率。2NADH/NAD+的比值。柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢酶对NADH更为敏感。酮戊二酸脱氢酶复合体也受NADH的抑制。3产物的反馈抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬酸的抑制；酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰CoA的抑制。,go,ATP、ADP和Ca2+对柠檬酸循环的调节,1ATP/ADP的比值。ATP/ADP的比值对柠檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与底物的结合；而ATP抑制该酶。2Ca2+浓度。Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶的磷酸酶，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰CoA的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶。,乙酰CoA形成和柠檬酸循环中的激活和抑制部位示意图,激活,抑制,反馈抑制,六、柠檬酸循环的双重作用,许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是新陈代谢的中心环节。,柠檬酸循环的填补反应,柠檬酸循环双重作用示意图,分解代谢和合成代谢双重作用,