【PPT】乙醛酸循環(huán)與TCA調(diào)節(jié)

1、 乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)是三羧酸循環(huán)的無(wú)氧變形。植物與動(dòng)物細(xì)胞在代謝上有許多不同的方面。植物及許多微生物可以從脂肪合成糖。這種轉(zhuǎn)換對(duì)種子的發(fā)育至關(guān)重要。在種子中，很多能量是以三酰甘油的形式貯存。當(dāng)種子發(fā)芽時(shí)，三酰甘油斷裂，轉(zhuǎn)換成糖，提供植物生長(zhǎng)所需要的能量和代謝中間物的前體。植物通過(guò)乙醛酸循環(huán)合成糖。動(dòng)物中不存在乙醛酸循環(huán)。乙醛酸循環(huán)是一個(gè)環(huán)形途徑，把兩個(gè)乙酰輔酶A的乙?；D(zhuǎn)換成琥珀酸。這條途徑使用一些三羧酸循環(huán)中的酶，但繞過(guò)了兩個(gè)丟失碳的反應(yīng)。第二個(gè)乙酰輔酶A從旁路中進(jìn)入循環(huán)。乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)。由異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶催化的反應(yīng)（紅色）繞過(guò)了三羧酸循環(huán)中從異檸檬酸到蘋果酸之間的 5個(gè)反應(yīng)

2、。+乙醛酸每一輪乙醛酸循環(huán)引入引入2 2個(gè)個(gè)2 2碳片段碳片段，合成一個(gè)合成一個(gè)4 4碳的琥珀酸碳的琥珀酸。這個(gè)循環(huán)發(fā)生在乙醛酸循環(huán)體上。生成乙酰輔酶A的脂肪酸-氧化也發(fā)生在乙醛酸循環(huán)體上。在乙醛酸循環(huán)體產(chǎn)生的琥珀酸被運(yùn)送到線粒體，轉(zhuǎn)換成草酰乙酸。乙醛酸循環(huán)允許許多微生物進(jìn)行二碳底物的代謝，如乙酸。大腸桿菌可以生長(zhǎng)在以乙酸作為唯一碳源的培養(yǎng)基上。與乙醛酸循環(huán)有關(guān)的細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)脂質(zhì)體乙醛酸循環(huán)體 線粒體 胞漿 糖異生琥珀酸乙醛酸循環(huán)的反應(yīng)：1）乙酰輔酶A由脂肪酸氧化產(chǎn)生。乙酸也可以通過(guò)乙酸硫激酶轉(zhuǎn)換成乙酰輔酶A。 乙酸 + CoASH + ATP 乙酰輔酶A + AMP + Pi2）乙酰輔酶A與

3、草酰乙酸縮合產(chǎn)生檸檬酸。3）檸檬酸與順烏頭酸酶反應(yīng)產(chǎn)生異檸檬酸。4）異檸檬酸裂解酶切割異檸檬酸產(chǎn)生乙醛酸和琥珀酸。5）乙醛酸經(jīng)蘋果酸合成酶催化，在水的存在下接受乙酰輔酶A的乙酸。+ +-6）蘋果酸在蘋果酸脫氫酶的催化下再脫氫生成草酰乙酸。盡管這個(gè)反應(yīng)，以及檸檬酸合成酶和順烏頭酸酶的反應(yīng)，與三羧酸循環(huán)反應(yīng)一樣，但這三個(gè)在乙醛酸循環(huán)中的酶是三羧酸循環(huán)酶的同工酶。這些同工酶存在于植物的乙醛酸循環(huán)體中，只在乙醛酸循環(huán)中起作用。乙醛酸循環(huán)的總反應(yīng)：2乙酰CoA + NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoASH + NADH + 2H+乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸a

4、-a-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸輔酶輔酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸乙酰輔酶乙酰輔酶A A順烏頭酸酶順烏頭酸酶異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶a-酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶延胡索酸酶延胡索酸酶蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 檸檬酸檸檬酸合成酶合成酶NADNADH+H+CO2乙醛酸乙醛酸異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶蘋果酸合成酶蘋果酸合成酶乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)2乙酰乙酰CoA2H2ONAD+琥珀酸琥珀酸2CoANADH+H+ 有些微生物因具有有些微生物因具有乙酰輔酶乙酰輔酶A合成酶合成酶，能利用，能利用乙酸作為唯一碳源，使乙酸生成乙酰

5、輔酶乙酸作為唯一碳源，使乙酸生成乙酰輔酶A，進(jìn)，進(jìn)入乙醛酸循環(huán)。入乙醛酸循環(huán)。 從乙酸開(kāi)始的乙醛酸循環(huán)總反應(yīng)：2乙酸乙酸琥珀酸琥珀酸NAD+NADH+H+ATPAMP 可以二碳物為起始物合成三羧酸循環(huán)中的二羧酸與三羧酸，作為三羧酸循環(huán)上化合物的補(bǔ)充； 在植物和微生物內(nèi)，脂肪轉(zhuǎn)變?yōu)樘鞘雇ㄟ^(guò)乙醛酸循環(huán)途徑進(jìn)行的。兩個(gè)乙酰輔酶A合成一個(gè)蘋果酸，氧化變成草酰乙酸后，脫羧生成丙酮酸可合成糖。 乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義：乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義：三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的代謝調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)是生物合成的中間物的來(lái)源，又是產(chǎn)生代謝能量的通道。這個(gè)循環(huán)的調(diào)節(jié)在某種程度上比它作為能量產(chǎn)生的途徑更復(fù)雜。與酵解類似

6、，調(diào)節(jié)在底物的進(jìn)入和循環(huán)中關(guān)鍵反應(yīng)的控制這兩種水平上進(jìn)行。進(jìn)入循環(huán)的起始物質(zhì)是乙酰輔酶A。乙酰輔酶A可來(lái)自糖酵解產(chǎn)物丙酮酸的氧化脫羧反應(yīng)，也可來(lái)自脂類的脂肪酸-氧化和氨基酸的分解代謝。丙酮酸氧化的控制整個(gè)丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)過(guò)程只有第一步脫羧反應(yīng)是不可逆的。由于從丙酮酸到乙酰CoA是一個(gè)處于代謝途徑分枝點(diǎn)的重要步驟，丙酮酸脫氫酶反應(yīng)體系受到嚴(yán)密的調(diào)控。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活力的控制包括變構(gòu)抑制和共價(jià)修飾控制變構(gòu)抑制(1）產(chǎn)物抑制：丙酮酸氧化脫羧的兩個(gè)產(chǎn)物乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脫氫酶復(fù)合體。二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶（E2）受乙酰CoA的抑制，被CoA-SH激活。 二氫硫辛酸脫氫酶（E3）受NA

7、DH的抑制，被NAD+激活。 （2）核苷酸反饋調(diào)節(jié)：酶體系的活性由細(xì)胞的能荷所控制。 ATP是酶復(fù)合體的變構(gòu)抑制劑，AMP是活化劑。當(dāng)細(xì)胞富有能量時(shí)，丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性降低。 ATP + ADP ATP +ADP+AMP能荷 =12共價(jià)修飾控制通過(guò)丙酮酸脫羧酶(E1)的磷酸化和脫磷酸化調(diào)節(jié)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的活力。Mg2+共價(jià)修飾控制共價(jià)修飾由細(xì)胞的能量狀態(tài)控制。在有ATP時(shí)，丙酮酸脫羧酶分子上3個(gè)特殊的絲氨酸殘基被丙酮酸脫羧酶激酶磷酸化時(shí)，即失去活性。細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP，乙酰CoA/CoA和NADH/NAD+的比值增高時(shí)，酶的磷酸化作用增加。丙酮酸抑制磷酸化作用。丙酮酸脫羧酶磷酸酶可水

8、解除去丙酮酸脫羧酶上的磷酸基團(tuán)，使酶再活化。丙酮酸脫羧酶磷酸酶受Mg2+和Ca2+的激活。胰島素也可增加去磷酸化作用，增加丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)的速度。ATP和ADP與Mg2+的親和力不同，游離Mg2+的濃度反映了線粒體中ATP和ADP的比例。當(dāng)ATP濃度高時(shí)，丙酮酸脫氫酶活力關(guān)閉，因?yàn)椴恍枰M(jìn)一步產(chǎn)生能量。ATP濃度低時(shí)，發(fā)出需要產(chǎn)生更多ATP的信號(hào)，酶復(fù)合體激活。丙酮酸脫羧酶激酶是丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的內(nèi)在組分。丙酮酸脫羧酶磷酸酶也是酶復(fù)合體的一個(gè)組分，但與復(fù)合體結(jié)合較松。小結(jié)：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性是由能荷，NAD+/NADH的比例，以及乙酰化的和自由的輔酶A比例來(lái)控制。三羧酸循環(huán)的控制三羧酸

9、循環(huán)的主要調(diào)控步驟和調(diào)節(jié)因子異檸檬酸脫氫酶檸檬酸合成酶-酮戊二酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶三羧酸循環(huán)調(diào)節(jié)要點(diǎn)：最重要的控制三羧酸循環(huán)的因子是線粒體內(nèi)NAD+與NADH的比例。NAD+是三個(gè)參與循環(huán)的脫氫酶的底物，也是丙酮酸脫氫酶的底物。在電子傳遞受到抑制時(shí)，NAD+/NADH的比值減小。低濃度的NAD+抑制上述脫氫酶的活力。在動(dòng)物肝中，檸檬酸的量可有10倍的變化。檸檬酸濃度低時(shí)，檸檬酸合成酶催化的反應(yīng)主要受底物濃度底物濃度的控制。草酰乙酸的濃度在線粒體內(nèi)很低，可以在底物水平上對(duì)檸檬酸合成酶的反應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。變構(gòu)調(diào)節(jié)的主要位點(diǎn)是異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶催化的反應(yīng)。異檸檬酸脫氫酶被ADP激活，被NADH抑制。-酮戊二酸脫氫酶活力被琥珀酰輔酶A和NADH抑制。小結(jié)：通過(guò)ADP對(duì)異檸