第21章檸檬酸循環(huán)

1、 胞液胞液線粒體線粒體 GG-6-PPAPA乙酰乙酰CoA O2O2O2 H+e O2 H2O CO2 一、糖的有氧氧化（aerobic oxidation） 1、糖有氧氧化的反應(yīng)過程： 分三個階段：分三個階段： l 糖酵解途徑：葡萄糖糖酵解途徑：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 l 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰-CoA-CoA l 三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化 在好氧真核生物線粒體基質(zhì)或好氧原核生物細(xì)胞在好氧真核生物線粒體基質(zhì)或好氧原核生物細(xì)胞 質(zhì)中，葡萄糖酵解產(chǎn)物丙酮酸脫羧、脫氫，徹底質(zhì)中，葡萄糖酵解產(chǎn)物丙酮酸脫羧、脫氫，徹底 氧化為氧化為COCO2 2、H H2 2O O并產(chǎn)生并產(chǎn)生ATP

2、ATP的過程的過程. . 2、檸檬酸循環(huán)（、檸檬酸循環(huán)（Citric Acid Cycle)或或 三羧酸循環(huán)（三羧酸循環(huán)（Tricarboxylic Acid Cycle ）或）或 Krebs循環(huán)的概念：循環(huán)的概念： 丙酮酸丙酮酸COA-SH COA-SH NAD+ NAD+ 乙酰乙酰-CoA -CoA COCO2 2 ANDHANDH 乙酰乙酰-CoA 丙酮酸丙酮酸 多酶復(fù)合體位于線粒體內(nèi)；原核細(xì)胞在胞液中多酶復(fù)合體位于線粒體內(nèi)；原核細(xì)胞在胞液中. . 三種酶三種酶 六種輔助因子六種輔助因子 E1-E1-丙酮酸脫氫酶（組分）丙酮酸脫氫酶（組分） E2-E2-二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰基酶二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙

3、酰基酶 E3-E3-二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶 TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、 CoA-SHCoA-SH、FADFAD、NADNAD+ +、MgMg2+ 2+ 丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系 E2 E3 E1 l 三種酶三種酶 l 6060條肽鏈形成的復(fù)條肽鏈形成的復(fù) 合體合體 CH3CTPP OH H +CO2 CHCH3 3C C COOHCOOH O O + + TPPTPP E1 乙酰COA生成的分步反應(yīng): 5步反應(yīng) 羥乙基羥乙基TPP E1：丙酮酸脫氫酶：丙酮酸脫氫酶 丙酮酸丙酮酸 CH3C O S L HS + TPP+ S L S CH3 C TPP OH H E2 硫辛酸硫

4、辛酸 乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸 E2-二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；付淞蛐刘＾D(zhuǎn)乙酰基酶 羥乙基羥乙基TPP CH3C O S L HS +HSCoACH3CSCoA O + HS L HS HS L HS + FAD S L S + FADH 2 FADH2+ NAD+FAD + NADH+H+ E2 E3 E3 E3：二氫硫辛酸脫氫酶：二氫硫辛酸脫氫酶 乙酰輔酶乙酰輔酶A 乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸 輔酶輔酶A 砷化物對硫辛酸的毒害作用：砷化物對硫辛酸的毒害作用： 與與E E2 2的硫辛酸上的的硫辛酸上的-SH-SH結(jié)合結(jié)合. . 硫辛酰胺輔基硫辛酰胺輔基 硫辛酰賴氨酰臂硫辛酰賴氨酰臂 砷化物共價結(jié)合砷化物共

5、價結(jié)合- -毒害作用毒害作用 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控： A A、產(chǎn)物控制：、產(chǎn)物控制：NADH NADH 、乙酰、乙酰-CoA.-CoA. B B、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去磷酸化、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去磷酸化 （激活）（激活）. . 由由E E2 2上的激酶和磷酸酶起作用上的激酶和磷酸酶起作用. . ATPAMP NADHNAD+ 乙酰乙酰CoA/CoA (能荷比能荷比) (一一) 乙酰乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶激酶. () AMP、PDH磷酸酶、磷酸酶、Ca2+ 、胰島素胰島素. 三、檸檬酸循環(huán)概貌(Citric Acid

6、Cycle) TCATCA概貌概貌 TCATCA概貌概貌 四、檸檬酸循環(huán)歷程 1、草酰乙酸與乙酰、草酰乙酸與乙酰CoA縮合成檸檬酸縮合成檸檬酸. 檸檬酸合酶檸檬酸合酶 檸檬酸檸檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoACoA 檸檬酸合酶是檸檬酸循環(huán)中的限速酶檸檬酸合酶是檸檬酸循環(huán)中的限速酶. . 檸檬酸合酶是變構(gòu)酶: 變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH、琥珀酰CoA、酯酰CoA. AMP可解除抑制. CH3CSCoA O + HS L HS FH2C 氟乙酰輔酶氟乙酰輔酶A :A : 可以作為底物，形成氟檸檬酸，不能繼續(xù)進(jìn)行下可以作為底物，形成氟檸檬酸，不能繼續(xù)進(jìn)行下 面的反應(yīng)，稱致死性合成面的反應(yīng)，稱

7、致死性合成. . CH3CSCoA O + HS L HS CH3CO 丙酮酰丙酮酰-CoA：競爭性抑制劑：競爭性抑制劑. CH3CSCoA O + HS L HS H3C 乙酰輔酶乙酰輔酶A 2 2、經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸、經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-Aconitate 烏頭酸酶烏頭酸酶 檸檬酸檸檬酸 異檸檬酸異檸檬酸順烏頭酸順烏頭酸 3、異檸檬酸氧化生成異檸檬酸氧化生成酮戊二酸酮戊二酸 Oxidation of Isocitrate to -Ketoglutarate and CO2 氧化脫羧氧化脫羧 G0= -20.9 kJ/

8、mol 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 NADNAD為輔酶，需為輔酶，需MgMg2+ 2+ Mn2+ （線粒體） （線粒體） NADPNADP為輔酶（為輔酶（線粒體、線粒體、胞質(zhì)）胞質(zhì)） 異檸檬酸異檸檬酸 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 4、酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰-CoA Oxidation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA 酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 G0 = -33.5 kJ/mol 高能硫酯鍵高能硫酯鍵 5、 琥珀酰-CoA轉(zhuǎn)化為琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰琥珀酰-CoA-C

9、oA合成酶合成酶 （琥珀酰硫激酶）（琥珀酰硫激酶） 哺乳動物哺乳動物GTPGTP/ATP/ATP 植物、微生物植物、微生物ATPATP （唯一）直接產(chǎn)生高能磷酸鍵反應(yīng)（唯一）直接產(chǎn)生高能磷酸鍵反應(yīng). . GTPGTP參與蛋白質(zhì)合成參與蛋白質(zhì)合成. . G G蛋白活化（信號傳導(dǎo)）蛋白活化（信號傳導(dǎo)）. . GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶 6、琥珀酸脫氫形成延胡酸 Oxidation of Succinate to Fumarate 琥珀酸琥珀酸 延胡羧酸延胡羧酸 琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶 琥珀酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜，琥珀酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜， 具有立體專一性具有立

10、體專一性. . 馬來酸 馬來酸馬來酸 琥珀酸琥珀酸 L-L-蘋果酸蘋果酸 D-D-蘋果酸蘋果酸 7、 延胡索酸水合生成 L-蘋果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate L-L-蘋果酸蘋果酸延胡羧酸延胡羧酸 延胡羧酸酶延胡羧酸酶 8、 L-蘋果酸脫氫 草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 該反應(yīng)被草酰乙酸與乙酰該反應(yīng)被草酰乙酸與乙酰CoACoA縮合（高度放能）反應(yīng)所推動縮合（高度放能）反應(yīng)所推動 L-蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸 蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 反應(yīng)步驟反應(yīng)步驟 ATPATP 2 2 丙酮酸丙酮酸2

11、 2 乙酰乙酰-CoA-CoA2 NADH2 NADH 5 5 2 2 異檸檬酸異檸檬酸2-2-酮戊二酸酮戊二酸2 NADH2 NADH 5 5 2-2-酮戊二酸酮戊二酸2 2 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA2 NADH2 NADH 5 5 2 2 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA2 2琥珀酸琥珀酸2 A/GTP2 A/GTP 2 2 2 2 琥珀酸琥珀酸2 2 延胡素酸延胡素酸2 FADH2 FADH2 2 3 3 2 2 蘋果酸蘋果酸2 2 草酰乙酸草酰乙酸2 NADH2 NADH 5 5 TotalTotal 25 25 ATPATP 糖酵解：糖酵解：1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸

12、丙酮酸 7ATP 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) ： 2丙酮酸丙酮酸 25ATP 合計：合計： 32ATP 儲能效率儲能效率= 32 7.3686= 34.05 % 其余能量以熱量形式散失、維持體溫其余能量以熱量形式散失、維持體溫. 注意：注意： COCO2 2來自草酰乙酸而不是乙酰來自草酰乙酸而不是乙酰CoA.CoA. 但凈結(jié)果是氧化了但凈結(jié)果是氧化了1 1分子乙酰分子乙酰CoA.CoA. 五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控 速率受細(xì)胞能量狀態(tài)、生物合成需求調(diào)節(jié)速率受細(xì)胞能量狀態(tài)、生物合成需求調(diào)節(jié). . 檸檬酸循環(huán)過程中的限速酶檸檬酸循環(huán)過程中的限速酶 1. 1. 檸檬酸合酶：檸檬酸合酶： l 變構(gòu)抑制劑：變構(gòu)抑制

13、劑：ATPATP、NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoACoA l AMP AMP可解除抑制可解除抑制. . 2. 2. 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶: : l 變構(gòu)抑制劑：變構(gòu)抑制劑：ATPATP、NADH.NADH. l 變構(gòu)激活劑：變構(gòu)激活劑： ADP.ADP. 3. 3. 酮戊二酸脫氫酶系：酮戊二酸脫氫酶系： l 抑制劑：抑制劑：ATPATP、 NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰CoA.CoA. l 激活劑：激活劑：AMP AMP 、 ADPADP、CaCa2+ 2+ . . 糖原糖原 G 三脂酰甘油三脂酰甘油 FA、甘油、甘油 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 氨基酸氨基酸 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)膽固醇、膽固醇、FAFA酮體酮體 乙酰乙酰CoA 六、檸檬酸循環(huán)的生物意義 1 1、 是好氧生物體內(nèi)最主要的產(chǎn)能途徑是好氧生物體內(nèi)最主要的產(chǎn)能途徑. . 2 2、 是脂類、蛋白質(zhì)徹底分解的共同途徑是脂類、蛋白質(zhì)徹底分解的共同途徑. . 3 3 、提供合成其他化合物的碳骨架、提供合成其他化合物的碳骨架. . 如：草酰乙酸如：草酰乙酸 AspAsp、AsnAsn、-酮戊二酸酮戊二酸 Glu Glu 其他氨基酸、琥珀酰其他