生物化學 第九章 檸檬酸循環(huán)

1、胞液胞液線粒體線粒體GG-6-PPAPA乙酰乙酰CoAO2O2O2H+eO2H2OCO2糖的有氧氧化糖的有氧氧化（aerobic oxidation） 反應過程反應過程：糖有氧氧化的反應過程糖有氧氧化的反應過程分三個階段：分三個階段：糖酵解途徑：葡萄糖糖酵解途徑：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)（Citric Acid Cycle)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循環(huán)循環(huán) 在好氧真核生物在好氧真核生物線粒體基質線粒體基質或好氧原核生或好氧原核生物物細胞質細胞質

2、中，酵解產(chǎn)物中，酵解產(chǎn)物丙酮酸丙酮酸脫羧、脫氫，脫羧、脫氫，徹底氧化為徹底氧化為CO2、H2O并產(chǎn)生并產(chǎn)生ATP的過程。的過程。細胞質細胞質一、丙酮酸氧化脫羧形成乙酰一、丙酮酸氧化脫羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系八聚體八聚體多酶復合體位于線粒體內多酶復合體位于線粒體內原核細胞在胞液中原核細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-丙酮酸脫氫羧酶（組分）丙酮酸脫氫羧酶（組分）E2-E2-二氫硫辛酰轉乙酰基酶二氫硫辛酰轉乙?；窫3-E3-二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶TPPTPP

3、、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丙酮酸脫氫酶復合體丙酮酸脫氫酶復合體E2E3E1三種酶三種酶60條肽鏈形成條肽鏈形成的復合體的復合體乙酰乙酰CoAAMPAMP泛酸泛酸-巰基乙胺巰基乙胺乙酰乙酰CoACoA222O2CH223OOH CH3-2OH-OCOCHCHNH CO CH C CHPOPOCHNHCHSCCH3CHOOOOONNNNNHOPOO硫辛酸：硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOH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合砷化物共價結合- -毒害作用毒害作用

4、將底物移將底物移入（出）入（出）脫羧酶的脫羧酶的活性中心?；钚灾行?。+ +TPP的作用羥乙基羥乙基TPPTPP高能鍵高能鍵CH3CTPPOHH+CO2CHCH3 3C C COOHCOOHO O+ + TPPTPPE1分步反應羥乙基羥乙基TPPE1：丙酮酸脫氫酶：丙酮酸脫氫酶CH3COSLHS+ TPP+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸E2：轉乙酰酶：轉乙酰酶硫辛酸硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOHCH3COSLHS+HSCoACH3CSCoAO+HSLHSHSLHS+ FADSLS+FADH2FADH2+ NAD+FAD+ NADH+H+E2E3E

5、3E3：二氫硫辛酸脫氫酶：二氫硫辛酸脫氫酶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結合結合丙酮酸脫氫酶復合體的調控：丙酮酸脫氫酶復合體的調控：1 1、產(chǎn)物控制：、產(chǎn)物控制：NADH NADH 、乙酰、乙酰-CoA-CoA2 2、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）磷酸化（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 ATP/AMP NADH/NAD+ 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()： A

6、MP、PDH磷酸酶、磷酸酶、Ca2+、胰島素胰島素相當于酶復合體相當于酶復合體由于第一步為不可逆反應，直接決定整個由于第一步為不可逆反應，直接決定整個循環(huán)反應的速度，而且是許多其它反應體循環(huán)反應的速度，而且是許多其它反應體系的分支點，因而該酶復合物受到嚴密的系的分支點，因而該酶復合物受到嚴密的調節(jié)控制調節(jié)控制二、檸檬酸循環(huán)概貌二、檸檬酸循環(huán)概貌 Citric Acid CycleTCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌三、檸檬酸循環(huán)歷程三、檸檬酸循環(huán)歷程 Reactions of the Citric Acid Cycle1、草酰乙酸與乙酰、草酰乙酸與乙酰CoA縮合成檸檬酸

7、縮合成檸檬酸 Formation of Citrate 檸檬酸合酶是變構酶檸檬酸合酶是變構酶變構抑制劑：變構抑制劑：ATP、NADH、 琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制CH3CSCoAO+HSLHSFH2C氟乙酰輔酶氟乙酰輔酶A ：底物，形：底物，形成氟檸檬酸，不能往下反成氟檸檬酸，不能往下反應，稱致死性合成應，稱致死性合成CH3CSCoAO+HSLHSCH3CO丙酮酰丙酮酰-CoA：競爭性抑制劑：競爭性抑制劑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

8、烏頭酸酶中的（Fe-S）蛋白3、異檸檬酸氧化形成異檸檬酸氧化形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/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+（線粒體）（線粒體）NADPNADP為輔酶（胞質也有）為輔酶（胞質也有）4 4、酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰-CoA-CoA Oxidation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA酮戊二酸脫氫酶復合體酮戊二酸脫氫酶復合體G0 = -33.5

9、 kJ/mol高能硫酯化物高能硫酯化物5、琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA轉化為琥珀酸轉化為琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA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（唯一）直接產(chǎn)生高能磷酸鍵底物磷酸化底物磷酸化 GTP參與蛋白質合成蛋白質合成 G蛋白活化（信號傳導信號傳導） GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶6 6、琥珀酸脫氫形成延胡索酸、琥珀酸脫氫形成延胡索酸 Oxidation

10、 of Succinate to Fumarate FADFAD與酶共價連接與酶共價連接丙二酸丙二酸為競爭性抑制劑為競爭性抑制劑抑制細胞呼吸抑制細胞呼吸 （KrebsKrebs）琥珀酸脫氫酶位于線粒體內膜琥珀酸脫氫酶位于線粒體內膜具有立體專一性具有立體專一性7、延胡索酸水合生成、延胡索酸水合生成 L-蘋果酸蘋果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate 8、 L-蘋果酸脫氫形成草酰乙酸蘋果酸脫氫形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸與乙酰被草酰乙酸與乙酰CoACoA縮合（高度放能）反應所推動縮合（

11、高度放能）反應所推動四、檸檬酸循環(huán)的化學計量四、檸檬酸循環(huán)的化學計量2 丙酮酸丙酮酸 2 acetyl-CoA 2 NADH 5 2 異檸檬酸異檸檬酸 2-酮戊二酸酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2 NADH 52 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2琥珀酸琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸琥珀酸 2 延胡素酸延胡素酸 2 FADH2 3 2蘋果酸蘋果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸 2 NADH 5 Total 25 ATP底物磷酸化底物磷酸化丙酮酸只有丙酮酸只有4個氫，個氫，但徹底氧化所放出的氫？但徹底氧化所放出的氫？加水加氫加水加氫+ +的效率的效率糖酵解糖酵解

12、2ATP+2NADH+2H+ ATP三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 25ATP ATP 儲能效率儲能效率=32 7.3/686= 34.05 %其余能量以熱量形式：其余能量以熱量形式：一部分維持體溫，一部分散失。一部分維持體溫，一部分散失?？偡磻紺O2來自草酰乙酸而不是乙酰來自草酰乙酸而不是乙酰CoA但凈結果是氧化了但凈結果是氧化了1分子乙酰分子乙酰CoA五、檸檬酸循環(huán)的調控五、檸檬酸循環(huán)的調控速率受細胞能量狀態(tài)、生物合成需求調節(jié)速率受細胞能量狀態(tài)、生物合成需求調節(jié)限速酶：限速酶：1.檸檬酸合酶檸檬酸合酶 變構抑制劑：變構抑制劑：ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制2.異

13、檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 變構抑制劑：變構抑制劑：ATP、NADH 變構激活劑變構激活劑： ADP3.酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系 抑制劑：抑制劑：ATP、 NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA 激活劑：激活劑：AMP 、 ADP、Ca2+ 乙酰乙酰CoA的主要來源和去路的主要來源和去路糖原糖原G三脂酰甘油三脂酰甘油FA、甘油、甘油蛋白質蛋白質氨基酸氨基酸三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)膽固醇、膽固醇、FA酮體酮體乙酰乙酰CoA六、檸檬酸循環(huán)的生物意義六、檸檬酸循環(huán)的生物意義（ 1） 是是好氧生物體好氧生物體內最主要的內最主要的產(chǎn)能途徑產(chǎn)能途徑！ （2） 是是糖類、脂類、蛋白質糖類、脂類、蛋白質徹底分解的

14、共同途徹底分解的共同途徑！徑！ （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：如： 草酰乙酸草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸酮戊二酸 Glu 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA 血紅素血紅素兩用性兩用性異檸檬酸異檸檬酸檸檬酸檸檬酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)乙酰乙酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸賴氨酸賴氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸蘇氨酸蘇氨酸甘氨酸甘氨酸絲氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸谷氨

15、酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸纈氨酸纈氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)焚燒爐焚燒爐巴斯德效應（巴斯德效應（Pasteur) 概念概念：指有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（或糖酵：指有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（或糖酵解）的現(xiàn)象。或解）的現(xiàn)象?；蛏锛毎徒M織中的糖發(fā)生物細胞和組織中的糖發(fā)酵為氧所抑制酵為氧所抑制,這種現(xiàn)象巴斯德這種現(xiàn)象巴斯德(L.Pasteur)在研究酵母的酒精發(fā)酵量和氧分壓之間的在研究酵母的酒精發(fā)酵量和氧分壓之間的關系中發(fā)現(xiàn)的關系中發(fā)現(xiàn)的,故稱巴斯德效應。故稱巴斯德效應。 由于從呼吸由于從呼吸(完全氧化完全

16、氧化)所得的能量所得的能量,遠大于等量遠大于等量糖發(fā)酵所得的能量糖發(fā)酵所得的能量,因此為了獲得對維持生命因此為了獲得對維持生命活動所需的能量活動所需的能量,在有氧情況下與無氧下相比在有氧情況下與無氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物體根據(jù)氧的有無只消耗少量的糖即足。生物體根據(jù)氧的有無,來調節(jié)糖的分解量來調節(jié)糖的分解量,而使能量得到節(jié)制而使能量得到節(jié)制 TCA填補反應填補反應（anaplerotic reaction）1 1、丙酮酸羧化、丙酮酸羧化乙酰乙酰CoACoA激活激活2、PEPPEP羧化羧化（大腦和心臟）（大腦和心臟）3、AspAsp和和GluGlu脫氨脫氨 Asp 草酰乙酸草酰乙酸 Gl

17、u 酮戊二酸酮戊二酸PEPPEP羧激酶羧激酶測試題測試題 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 最強的最強的別構激活劑別構激活劑是是 A、AMP B、ADP C、ATP D、果糖、果糖-2，6-雙磷酸雙磷酸 E、果糖、果糖-1，6-雙磷酸雙磷酸丙酮酸脫氫酶復合體中丙酮酸脫氫酶復合體中不不包括包括 A、生物素、生物素 B、NAD+ C、FAD D、硫辛酸、硫辛酸 E、輔酶、輔酶A 測試題 不能不能使丙酮酸脫氫酶復合體活性降低的使丙酮酸脫氫酶復合體活性降低的 A、乙酰、乙酰CoA B、ATP C、AMP D、NADH 葡萄糖進行酵解或有氧氧化時凈得的葡萄糖進行酵解或有氧氧化時凈得的ATP數(shù)之比為數(shù)之比為

18、A、1：9 B、1：15 C、1：18 D、1：19三羧酸循環(huán)支路三羧酸循環(huán)支路異檸檬酸異檸檬酸檸檬酸檸檬酸琥珀酸琥珀酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH乙酰乙酰CoA乙乙醛醛酸酸乙酰乙酰CoACoASH 植物和微生物植物和微生物兼具兼具有這樣的途徑有這樣的途徑異檸檬酸異檸檬酸 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3COSCoA+CoASH乙醛酸乙醛酸 乙酰乙酰CoA 蘋果酸蘋果酸 蘋果酸合成酶糖異生糖異生脂脂代代謝謝意義不在于產(chǎn)能意義不在于產(chǎn)能原始細菌生存原始細菌生存乙酸菌乙酸菌以乙酸為主要食物的細菌以乙酸為主要食物的細菌乙酸乙酸NH3乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)四碳、四碳、六碳化六碳化合物合物轉化轉化 + ATP +CoASH + H2O +AMP +PPi乙酰乙酰CoA合成酶合成酶本章重點 1.TCA cycle1.TCA cycle