生物化學(xué)第23章

1、一、丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的 準(zhǔn)備階段形成乙酰CoA 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 的組成 組分組分縮寫(xiě)縮寫(xiě) 肽鏈肽鏈 數(shù)數(shù) 輔基輔基催化的反應(yīng)催化的反應(yīng) 丙酮酸脫氫丙酮酸脫氫 酶組分酶組分 E124TPP丙酮酸氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧 二氫硫辛酰二氫硫辛酰 轉(zhuǎn)乙酰基酶轉(zhuǎn)乙?；?E224硫辛酰胺硫辛酰胺 將乙?；D(zhuǎn)移到將乙?；D(zhuǎn)移到CoA 二氫硫辛酸二氫硫辛酸 脫氫酶脫氫酶 E312FAD 將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑦€原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)?氧化型氧化型 丙酮酸到乙酰CoA的 總反應(yīng)式 CH3COCOO + HS CoA + NAD+ CH3COSCoA + CO2 + NADH 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的 反應(yīng)

2、步驟 （丙酮酸脫羧反應(yīng)丙酮酸脫羧反應(yīng)） E1 丙酮酸丙酮酸 TPP 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 羥乙基羥乙基-TPP共振形式共振形式 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴?CoA的反應(yīng)步驟 （丙酮酸脫羧反應(yīng)丙酮酸脫羧反應(yīng)） E2的硫辛酰胺輔基的硫辛酰胺輔基 羥乙基羥乙基-TPP 乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 TPP-E1 E2 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA 的反應(yīng)步驟 乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氫硫氫酰胺二氫硫氫酰胺 （乙?；D(zhuǎn)移到乙?；D(zhuǎn)移到CoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoA） 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA 的反應(yīng)步驟 （還原型還原型E

3、2被氧化反應(yīng)被氧化反應(yīng)） 氧化型氧化型E3 還原型還原型E2 還原型還原型E3 氧化型氧化型E2 還原型還原型E3 還原型還原型E2 氧化型氧化型E3 E3 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體結(jié)構(gòu) 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由60條肽鏈組成，總分條肽鏈組成，總分 子量為子量為50,000kD，直徑約，直徑約30nm，在電子顯微鏡，在電子顯微鏡 下可以看到。下可以看到。E2是復(fù)合體的核心，是復(fù)合體的核心，E1及及E3結(jié)合結(jié)合 在在E2的外面。的外面。E2有一個(gè)由賴(lài)氨酸殘基與硫辛酰有一個(gè)由賴(lài)氨酸殘基與硫辛酰 胺相連的長(zhǎng)鏈，這個(gè)長(zhǎng)臂伸長(zhǎng)后可達(dá)胺相連的長(zhǎng)鏈，這個(gè)長(zhǎng)臂伸長(zhǎng)后可達(dá)1.4nm，它，它 具有極大的

4、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性，可將底物從一個(gè)酶轉(zhuǎn)送具有極大的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性，可將底物從一個(gè)酶轉(zhuǎn)送 到另一個(gè)酶。到另一個(gè)酶。 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體 硫辛酰賴(lài)氨酰臂 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的總圖 砷化物對(duì)硫辛酰胺的毒害作用 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個(gè)反應(yīng)是哺乳丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個(gè)反應(yīng)是哺乳 動(dòng)物體內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴?dòng)物體內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的唯一途徑。的唯一途徑。 乙酰乙酰CoA既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類(lèi)生物既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類(lèi)生物 合成的起始物質(zhì)。合成的起始物質(zhì)。 1產(chǎn)物控制產(chǎn)物控制 產(chǎn)物產(chǎn)物NADH抑制抑制E3，乙酰，乙酰CoA抑制抑制E2。 2磷酸化和去磷酸

5、化的調(diào)控磷酸化和去磷酸化的調(diào)控 E2分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種稱(chēng)為激分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種稱(chēng)為激 酶，另一種稱(chēng)為磷酸酶，它們分別使酶，另一種稱(chēng)為磷酸酶，它們分別使E1磷酸化和磷酸化和 去磷酸化，去磷酸化形式是去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。的活性形式。Ca2+ 通過(guò)激活磷酸酶的作用，也能使通過(guò)激活磷酸酶的作用，也能使E1活化?；罨?。 二、檸檬酸循環(huán)概貌 檸檬酸循環(huán)總圖 三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng) 草酰乙酸與乙酰CoA縮合 形成檸檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoA 檸檬酰檸檬酰CoA 檸檬酸檸檬酸 CoA 檸檬酸合酶檸檬酸合酶 1 1 1 1 2 2 1 12 檸檬酸異構(gòu)化 形

6、成異檸檬酸 檸檬酸檸檬酸 順順-烏頭酸烏頭酸 異檸檬酸異檸檬酸 烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶 22 2 1 1 1 11 1 烏頭酸酶中的烏頭酸酶中的 Fe-S聚簇聚簇 異檸檬酸氧化形成 酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 異檸檬酸異檸檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸 酮戊二酸酮戊二酸 1 1 2 2 1 1 2 2 琥珀酸脫氫形成延胡索酸 異檸檬酸異檸檬酸 異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸 分支分支 酮戊二酸氧化脫羧 形成琥珀酰CoA 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸 脫氫酶復(fù)合體脫氫酶復(fù)合體 1 1 1 1 2 2 2 2 琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化

7、成琥珀酸 烯醇化酶烯醇化酶 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 琥珀酸琥珀酸 琥珀酰琥珀酰CoA 合成酶合成酶 1 1 1 1 2 2 2 2 FAD與琥珀酸脫氫酶的 共價(jià)結(jié)合 線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)示意圖 琥珀酸脫氫酶嵌合在線(xiàn)粒體的內(nèi)膜上。琥珀酸脫氫酶嵌合在線(xiàn)粒體的內(nèi)膜上。 琥珀酸脫氫形成延胡索酸 琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 延胡索酸水合形成L-蘋(píng)果酸 延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 L-蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 L-蘋(píng)果酸脫氫形成草酰乙酸 蘋(píng)果酸脫氫酶蘋(píng)果酸脫氫酶 L-蘋(píng)果酸蘋(píng)果酸 草酰乙酸草酰乙酸 四、檸檬酸循環(huán)的 化學(xué)總結(jié)算 檸檬酸循環(huán)的總反應(yīng)式 乙酰乙酰CoA + 3NAD+

8、+ FAD + GDP + Pi +2H2O 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 3H+ + CoA ATP的產(chǎn)量 從丙酮酸開(kāi)始，檸檬酸循環(huán)中循環(huán)一圈，共產(chǎn)從丙酮酸開(kāi)始，檸檬酸循環(huán)中循環(huán)一圈，共產(chǎn) 生生4個(gè)個(gè)NADH，1個(gè)個(gè)FADH2，1個(gè)個(gè)GTP（ATP），按），按 每個(gè)每個(gè)NADH可以產(chǎn)生可以產(chǎn)生2.5個(gè)個(gè)ATP、每個(gè)、每個(gè)FADH2可以產(chǎn)可以產(chǎn) 生生1.5個(gè)個(gè)ATP計(jì)算，共產(chǎn)生計(jì)算，共產(chǎn)生 2.54 + 11.5 + 1 = 12.5 個(gè)個(gè)ATP 每個(gè)葡萄糖分子（每個(gè)葡萄糖分子（2個(gè)丙酮酸）在進(jìn)入檸檬酸個(gè)丙酮酸）在進(jìn)入檸檬酸 循環(huán)后可以產(chǎn)生循環(huán)后可以產(chǎn)生25個(gè)個(gè)AT

9、P。 每個(gè)葡萄糖分子在糖酵解中可以產(chǎn)生每個(gè)葡萄糖分子在糖酵解中可以產(chǎn)生2個(gè)個(gè)ATP 和和2個(gè)個(gè)NADH，共產(chǎn)生，共產(chǎn)生 2 + 22.5 = 7個(gè)個(gè)ATP 每個(gè)葡萄糖分子徹底氧化后共產(chǎn)生每個(gè)葡萄糖分子徹底氧化后共產(chǎn)生32個(gè)個(gè)ATP。 五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控 在檸檬酸循環(huán)中，雖然有在檸檬酸循環(huán)中，雖然有8種酶參加反應(yīng)，種酶參加反應(yīng)， 但在調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起關(guān)鍵作用的有但在調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起關(guān)鍵作用的有3種酶：種酶： 檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和酮戊二酸酮戊二酸 脫氫酶復(fù)合體。其調(diào)控可以分為兩個(gè)方面：脫氫酶復(fù)合體。其調(diào)控可以分為兩個(gè)方面： 檸檬酸循環(huán)本身各種物質(zhì)對(duì)酶活性的調(diào)控

10、；檸檬酸循環(huán)本身各種物質(zhì)對(duì)酶活性的調(diào)控； ADP、ATP和和Ca2+的調(diào)控。的調(diào)控。 檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 1乙酰乙酰CoA和草酰乙酸的供應(yīng)情況。和草酰乙酸的供應(yīng)情況。乙酰乙酰CoA 來(lái)源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性的控來(lái)源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性的控 制；草酰乙酸的供應(yīng)取決于循環(huán)是否運(yùn)行暢通，以制；草酰乙酸的供應(yīng)取決于循環(huán)是否運(yùn)行暢通，以 及中間產(chǎn)物離開(kāi)循環(huán)的速率和補(bǔ)充的速率。及中間產(chǎn)物離開(kāi)循環(huán)的速率和補(bǔ)充的速率。 2NADH/NAD+的比值。的比值。檸檬酸合酶和異檸檸檬酸合酶和異檸 檬酸脫氫酶都受到檬酸脫氫酶都受到NADH的抑制，但異檸檬酸脫氫的抑制，但異檸檬酸

11、脫氫 酶對(duì)酶對(duì)NADH更為敏感。更為敏感。酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體 也受也受NADH的抑制。的抑制。 3產(chǎn)物的反饋抑制。產(chǎn)物的反饋抑制。檸檬酸合酶受高濃度檸檬檸檬酸合酶受高濃度檸檬 酸的抑制；酸的抑制；酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受琥珀酰酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受琥珀酰 CoA的抑制。的抑制。 ATP、ADP和Ca2+對(duì) 檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié) 1ATP/ADP的比值。的比值。 ATP/ADP的比值的比值對(duì)檸對(duì)檸 檬酸循環(huán)中的酶有調(diào)節(jié)作用，檬酸循環(huán)中的酶有調(diào)節(jié)作用，ADP是異檸檬酸脫氫是異檸檬酸脫氫 酶的別構(gòu)促進(jìn)劑，可降低該酶的酶的別構(gòu)促進(jìn)劑，可降低該酶的Km值，促進(jìn)酶與值，促進(jìn)酶與 底物的結(jié)合

12、；而底物的結(jié)合；而ATP抑制該酶。抑制該酶。 2Ca2+濃度。濃度。 Ca2+可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸酶可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸酶 ，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酰，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酰 CoA的供應(yīng)。同時(shí)的供應(yīng)。同時(shí)Ca2+也能激活異檸檬酸脫氫酶和也能激活異檸檬酸脫氫酶和 酮戊二酸脫氫酶。酮戊二酸脫氫酶。 乙酰 CoA形成和檸檬酸 循環(huán)中的激活和抑制 部位示意圖 激活激活 抑制抑制 反饋抑制反饋抑制 六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用 許多合成代謝都利用檸檬酸循環(huán)的中間許多合成代謝都利用檸檬酸循環(huán)的中間 產(chǎn)物作為生物合成的前體來(lái)源。檸檬酸循環(huán)產(chǎn)物作為生物合成的前體來(lái)源

13、。檸檬酸循環(huán) 中由于參與其它代謝而失去的中間產(chǎn)物，必中由于參與其它代謝而失去的中間產(chǎn)物，必 須及時(shí)補(bǔ)充，才能保持檸檬酸循環(huán)順利地、須及時(shí)補(bǔ)充，才能保持檸檬酸循環(huán)順利地、 不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物有補(bǔ)不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)。對(duì)檸檬酸循環(huán)中間產(chǎn)物有補(bǔ) 充作用的反應(yīng)稱(chēng)為填補(bǔ)反應(yīng)。檸檬酸循環(huán)是充作用的反應(yīng)稱(chēng)為填補(bǔ)反應(yīng)。檸檬酸循環(huán)是 新陳代謝的中心環(huán)節(jié)。新陳代謝的中心環(huán)節(jié)。 檸檬酸循環(huán)雙重作用示意圖 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 丙酮酸到乙酰CoA的 總反應(yīng)式 CH3COCOO + HS CoA + NAD+ CH3COSCoA + CO2 + NADH 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的 反應(yīng)步驟 （丙酮酸脫羧反應(yīng)

14、丙酮酸脫羧反應(yīng)） E1 丙酮酸丙酮酸 TPP 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 羥乙基羥乙基-TPP共振形式共振形式 丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA 的反應(yīng)步驟 乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氫硫氫酰胺二氫硫氫酰胺 （乙酰基轉(zhuǎn)移到乙?；D(zhuǎn)移到CoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoA） 砷化物對(duì)硫辛酰胺的毒害作用 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個(gè)反應(yīng)是哺乳丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個(gè)反應(yīng)是哺乳 動(dòng)物體內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴?dòng)物體內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的唯一途徑。的唯一途徑。 乙酰乙酰CoA既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類(lèi)生物既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類(lèi)生物 合成的起始物質(zhì)。合成的起始物質(zhì)。 1產(chǎn)物控制產(chǎn)物控制 產(chǎn)物產(chǎn)物NADH抑制抑制E3，乙酰，乙酰CoA抑制抑制E2。 2磷酸化和