13-3三羧酸循環(huán)ppt課件

1、反應(yīng)5：底物水平的磷酸化琥珀酰-CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸，并產(chǎn)生GTP。這是三羧酸循環(huán)中唯一一個(gè)底物水平磷酸化。 琥珀酰-CoA的硫酯鍵是一個(gè)高能硫酯鍵，它的勢(shì)能可被用來(lái)驅(qū)動(dòng)磷酸鍵的形成。在琥珀酰-CoA合成酶的催化下，二磷酸鳥(niǎo)苷GDP磷酸化成三磷酸鳥(niǎo)苷GTP）。 Succinyl-CoA + GDP + Pi succinate + GTP + CoASH G0= -29 kJ/mol 這個(gè)反應(yīng)與酵解中的兩個(gè)底物水平的磷酸化類似，不同的是在動(dòng)物細(xì)胞中核苷酸產(chǎn)物不是ATP,而是GTP。琥珀酰-CoAGTP可參與蛋白質(zhì)合成。但大部分合成的GTP通過(guò)二磷酸核苷激酶的反應(yīng)最終驅(qū)動(dòng)ATP的合成。在植物和細(xì)菌

2、中，通過(guò)琥珀酰CoA和ADP直接合成ATP。GTP + ADP GDP + ATP G0= 0.0 kJ/mol 在合成GTP或ATP的反應(yīng)中，先形成脫水的琥珀酰磷酸，然后通過(guò)使琥珀酰-CoA合成酶的一個(gè)特定的組氨酸磷酸化使酶活化。N-磷酸組氨酸再把其磷酸轉(zhuǎn)移到核苷二磷酸底物。琥珀酰-CoA合成酶催化的反應(yīng)中N-磷酸組氨酸殘基的結(jié)構(gòu)反應(yīng)6：依賴于黃素的脫氫反應(yīng)6，7和8把4碳的琥珀酸轉(zhuǎn)換成4碳的草酰乙酸。這三個(gè)反應(yīng)的第一個(gè)是由琥珀酸脫氫酶催化的，依賴于FAD的脫氫。這是三羧酸循環(huán)中第三個(gè)氧化還原反應(yīng)，琥珀酸脫氫生成延胡索酸。氫的受體是酶的輔基FAD，這個(gè)反應(yīng)自由能變化不足以還原NAD+。FAD

3、是通過(guò)異咯嗪環(huán)上的第87位碳上的甲基與酶蛋白質(zhì)中的組氨酸殘基上的咪唑環(huán)氮3連接。黃素輔酶有兩種從維生素B2或核黃素 (riboflavin)衍生出來(lái)的輔酶：黃素腺嘌呤二核苷酸flavin adenine dinucleotide, FAD）黃素單核苷酸flavin mononucleotide, FMN）。異咯嗪核糖醇核黃素黃素單核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸還原的黃素需要再氧化以便使琥珀酸脫氫酶能再參與反應(yīng)。因琥珀酸脫氫酶可直接與位于線粒體內(nèi)膜的電子傳遞系統(tǒng)聯(lián)接，琥珀酸脫氫產(chǎn)生的還原的黃素FADH2)可以轉(zhuǎn)移到酶的鐵硫中心，然后進(jìn)入電子傳遞系統(tǒng)再氧化。琥珀酸脫氫酶中含有三種不同的鐵硫簇：2Fe-2

4、S(兩個(gè)鐵原子與兩個(gè)無(wú)機(jī)硫結(jié)合)，3Fe-3S和4Fe-4S。琥珀酸脫氫酶是三羧酸循環(huán)中唯一位于線粒體內(nèi)膜的酶。心肌線粒體內(nèi)膜提純的酶分子量是100000，由70000和29000兩個(gè)亞基組成。琥珀酸脫氫酶也有立體專一性，只形成反式異構(gòu)體延胡索酸反丁烯二酸），不形成順式異構(gòu)體馬來(lái)酸順丁烯二酸）。馬來(lái)酸不能參加代謝，對(duì)有機(jī)體有毒性。丙二酸是琥珀酸脫氫酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑。反應(yīng)7：碳-碳雙鍵的水合反應(yīng) 延胡索酸水化生成蘋(píng)果酸延胡索酸酶催化這個(gè)立體專一水化反應(yīng)。用標(biāo)記氘的實(shí)驗(yàn)證明H+和OH- 以反式加成，酶具有立體異構(gòu)特異性，OH-只加入延胡索酸雙鍵的一側(cè)，因此只形成L-蘋(píng)果酸。延胡索酸的異構(gòu)體馬來(lái)酸不

5、是這個(gè)酶的底物，這個(gè)酶也不能催化從D-蘋(píng)果酸脫水生成延胡索酸的逆反應(yīng)。延胡索酸酶分子量為200000，由4個(gè)相同亞基組成，每個(gè)亞基含3個(gè)自由巰基，是 酶活性所必需的。已從豬心制備了延胡索酸酶結(jié)晶。反應(yīng)8：脫氫產(chǎn)生進(jìn)入下一輪循環(huán)的底物蘋(píng)果酸脫氫生成草酰乙酸。這是三羧酸循環(huán)中第4次氧化還原反應(yīng)。L-蘋(píng)果酸脫氫酶催化依賴于NAD+的脫氫，完成循環(huán)。NAD+接受氫還原成NADH。在標(biāo)準(zhǔn)熱力學(xué)條件下，平衡有利于逆反應(yīng)。但是在生理?xiàng)l件下，反應(yīng)產(chǎn)物草酰乙酸因不斷合成檸檬酸而減少，使其在細(xì)胞中濃度極低，約少于10-6mol/L，使反應(yīng)向右進(jìn)行。+ + + 三羧酸循環(huán)反應(yīng)的總結(jié) G0 反響 酶 (kJ/mol)

6、1乙酰輔酶A + 草酰乙酸 + H2O 檸檬酸合成酶 -32.2 檸檬酸 + CoA-SH + H+2a檸檬酸 順烏頭酸 + H2O 順烏頭酸酶2b順烏頭酸 + H2O 異檸檬酸 順烏頭酸酶 +6.33.異檸檬酸 + NAD+ -酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶 -20.9+ CO2 + NADH + H+4 -酮戊二酸 + NAD+ + CoASH -酮戊二酸脫氫酶 -33.5琥珀酰輔酶A + CO2 + NADH + H+ 5琥珀酰輔酶A + Pi + GDP 琥珀酰輔酶A合成酶 -2.9琥珀酸 + GTP + CoA-SH6琥珀酸 + FAD 延胡索酸 + FADH2 琥珀酸脫氫酶 07延胡索酸

7、 + H2O 蘋(píng)果酸 延胡索酸酶 -3.88蘋(píng)果酸 + NAD+ 草酰乙酸 +NADH + H+ 蘋(píng)果酸脫氫酶 +29.7 總計(jì) -57.3三羧酸循環(huán)反應(yīng)要點(diǎn)：（1兩碳片段乙酰輔酶A與4碳受體草酰乙酸結(jié)合形成檸檬酸。（2當(dāng)檸檬酸進(jìn)一步代謝時(shí)， 以CO2形式失去兩個(gè)碳。（3有4個(gè)氧化反應(yīng)，3個(gè)用NAD+作輔酶，一個(gè)用FAD作輔酶。（4只有一個(gè)反應(yīng)直接產(chǎn)生高能磷酸化合物。（5草酰乙酸再產(chǎn)生，以進(jìn)行下一輪循環(huán)。三羧酸循環(huán)的8個(gè)反應(yīng)可寫(xiě)成一個(gè)化學(xué)平衡方程，總反應(yīng)式為：乙酰輔酶A + 2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + C

8、oA-SH + GTP在動(dòng)物中，琥珀酰CoA合成酶反應(yīng)形成的GTP在能量上與ATP相等。在后面的討論中將用ATP代替GTP。如果考慮丙酮酸脫氫酶的反應(yīng)，考慮到每分子葡萄糖產(chǎn)生2分子丙酮酸，葡萄糖通過(guò)酵解和三羧酸循環(huán)的分解代謝方程式為：葡萄糖 + 6H2O + 10 NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4 Pi 6CO2 + 10 NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP到此為止，每摩爾葡萄糖在這個(gè)方程式中只產(chǎn)生4摩爾ATP。在酵解部分產(chǎn)生的ATP是2摩爾。葡萄糖氧化產(chǎn)生的ATP大多數(shù)不是直接從酵解和三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的，而是通過(guò)還原的電子載體在呼吸鏈中再氧化產(chǎn)生的。t三羧酸循環(huán)

9、和氧化磷酸化所生成的ATPADPATP葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP：每一輪三羧酸循環(huán)由琥珀酰CoA合成酶催化的反應(yīng)產(chǎn)生一分子GTP，GTP可產(chǎn)生ATP。共有4個(gè)脫氫反應(yīng)，其中有3對(duì)電子經(jīng)NADH進(jìn)入電子傳遞鏈，最后傳遞給氧生成H2O，每對(duì)電子產(chǎn)生3分子ATP，3對(duì)電子共產(chǎn)生9分子ATP。一對(duì)電子經(jīng)FADH2進(jìn)入電子傳遞鏈，可產(chǎn)生2分子ATP。每一輪循環(huán)共產(chǎn)生1 + 9 + 2 = 12分子ATP 。若從丙酮酸脫氫酶的反應(yīng)開(kāi)始計(jì)算，共產(chǎn)生15分子ATP。每分子葡萄糖可以產(chǎn)生2分子丙酮酸，因此每分子葡萄糖經(jīng)酵解，三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化3個(gè)階段共產(chǎn)生6或8 + 2X15 = 36-38個(gè)ATP分子。

10、每摩爾葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP摩爾數(shù)2222葡萄糖氧化的G0是-2870kJ/mol, ATP水解的G0是-30.5kJ/mol。葡萄糖完全氧化能量的利用效率為40%（38x30.5/2870）。在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)定的值很可能要比在體內(nèi)低。糖，脂肪和某些氨基酸代謝最終產(chǎn)生乙酰CoA，通過(guò)三羧酸循環(huán)徹底氧化成CO2。通過(guò)三羧酸循環(huán)進(jìn)行氧化是體內(nèi)最主要的產(chǎn)生ATP的途徑，在生物進(jìn)化中保存下來(lái)。 三羧酸循環(huán)中碳骨架的不對(duì)稱反應(yīng)乙酰CoA經(jīng)三羧酸循環(huán)產(chǎn)生兩分子CO2，草酰乙酸經(jīng)循環(huán)可以再次生成。用同位素14C，13C分別標(biāo)記乙酰CoA的甲基及羧基碳，發(fā)現(xiàn)在第一輪循環(huán)中沒(méi)有標(biāo)記的CO2釋放，說(shuō)明釋放出的兩個(gè)碳原子并非乙酰CoA的碳原子。檸檬酸是對(duì)稱分子，經(jīng)酶催化生成的-酮戊二酸應(yīng)可能有兩個(gè)產(chǎn)物。若用標(biāo)記乙酰CoA合成第一個(gè)羧基標(biāo)記的檸檬酸，由此產(chǎn)生的-酮戊二酸應(yīng)一半在羧基上標(biāo)記，另一半在羧基上標(biāo)記，也就是-酮戊二酸的兩個(gè)羧基都應(yīng)標(biāo)記，但是事實(shí)上從體內(nèi)分離的-酮戊二酸只是羧基上有標(biāo)記。雖然檸檬酸是一個(gè)對(duì)稱分子，但它以中間碳原子為中心形成一個(gè)四面體，且與順烏頭酸酶有三個(gè)不同