成果生化課件9tca

1、第三節(jié)第三節(jié) 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 一一. 丙酮酸氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧丙酮酸的氧化脫羧的部位：丙酮酸的氧化脫羧的部位：線粒體線粒體 丙酮酸脫氫酶復(fù)合丙酮酸脫氫酶復(fù)合體體NAD+NADH+H+丙酮酸丙酮酸COOH C OCH3CoA CH3CO SCoA乙酰乙酰CoA CO2催化此過程的是丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，它由催化此過程的是丙酮酸脫氫酶復(fù)合體，它由3種酶種酶有有機(jī)地組合在一起機(jī)地組合在一起：E1 丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶。具有輔基具有輔基FAD、TPP。E2 二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；付淞蛐了徂D(zhuǎn)乙?；浮＞哂休o基硫辛酸。具有輔基硫辛酸。E3 二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶。 一一. 丙酮酸氧化

2、脫羧丙酮酸氧化脫羧整個(gè)過程涉及到的輔因子有：整個(gè)過程涉及到的輔因子有：TPP、硫辛酸、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。等。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體呈圓球形，每個(gè)復(fù)合體含有：丙酮酸脫氫酶復(fù)合體呈圓球形，每個(gè)復(fù)合體含有：6個(gè)個(gè)E1、24個(gè)個(gè)E2、6個(gè)個(gè)E3其中其中E2為復(fù)合物的核心，它的一條硫辛酸臂可以旋轉(zhuǎn)。為復(fù)合物的核心，它的一條硫辛酸臂可以旋轉(zhuǎn)。 一一. 丙酮酸氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) (tricarboxylic acid cycle)，又又叫做叫做TCA循環(huán)循環(huán)，是由于該循環(huán)的第一個(gè)產(chǎn)物是檸，是由于該循環(huán)的第一個(gè)產(chǎn)物是檸檬酸，它含有三個(gè)羧基，故此得名。檬酸，它含

3、有三個(gè)羧基，故此得名。 三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán) 該循環(huán)的提出的主要貢獻(xiàn)者是德國生化學(xué)家該循環(huán)的提出的主要貢獻(xiàn)者是德國生化學(xué)家Krebs，所以又稱所以又稱Krebs循環(huán)循環(huán)。該循環(huán)還叫做該循環(huán)還叫做檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)。 部位：部位：線粒體線粒體六個(gè)階段二二. 三羧酸循環(huán)的過程三羧酸循環(huán)的過程此為醇醛縮合反應(yīng)，先縮合成檸檬酰此為醇醛縮合反應(yīng)，先縮合成檸檬酰CoA，然后水解。然后水解。1. 乙酰乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸與草酰乙酸縮合成檸檬酸 反應(yīng)的能量由乙酰反應(yīng)的能量由乙酰CoA的高能硫酯鍵提供，所以的高能硫酯鍵提供，所以使反應(yīng)不可逆。使反應(yīng)不可逆。這步反應(yīng)由這步反應(yīng)由 C4 C6 。六個(gè)階

4、段二二. 三羧酸循環(huán)的過程三羧酸循環(huán)的過程2. 檸檬酸異構(gòu)化成異檸檬酸檸檬酸異構(gòu)化成異檸檬酸六個(gè)階段二二. 三羧酸循環(huán)的過程三羧酸循環(huán)的過程這階段放出了這階段放出了1 1分子分子CO2，由由 C6 C5 ；產(chǎn)生產(chǎn)生1 1分子分子NADH。3. 異檸檬酸氧化脫羧異檸檬酸氧化脫羧六個(gè)階段二二. 三羧酸循環(huán)的過程三羧酸循環(huán)的過程 a a- -酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體與與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體非非常相似，也包含三種酶、五六種輔因子。常相似，也包含三種酶、五六種輔因子。4. a-酮戊二酸氧化脫羧酮戊二酸氧化脫羧六個(gè)階段二二. 三羧酸循環(huán)的過程三羧酸循環(huán)的過程這階段又放出了這

5、階段又放出了1 1分子分子CO2，由由 C5 C4 ；又產(chǎn)生又產(chǎn)生1分子分子NADH；形成形成1 1個(gè)個(gè)高能硫酯鍵高能硫酯鍵。 4. a-酮戊二酸氧化脫羧酮戊二酸氧化脫羧六個(gè)階段二二. 三羧酸循環(huán)的過程三羧酸循環(huán)的過程這階段合成了這階段合成了1分子高能磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTP。5. 由琥珀酰由琥珀酰CoA生成高能磷酸鍵生成高能磷酸鍵六個(gè)階段二二. 三羧酸循環(huán)的過程三羧酸循環(huán)的過程這階段需要經(jīng)歷三步反應(yīng)這階段需要經(jīng)歷三步反應(yīng) 脫氫、加水、脫氫脫氫、加水、脫氫6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生琥珀酸氧化使草酰乙酸再生這一階段的反應(yīng)為這一階段的反應(yīng)為C4C4的變化；的變化；產(chǎn)生產(chǎn)生1 1分子分

6、子FADHFADH2 2、1 1分子分子NADHNADH。三三. 三羧酸循環(huán)的調(diào)控三羧酸循環(huán)的調(diào)控 由于三羧酸循環(huán)的作用主要是供能，所以它由于三羧酸循環(huán)的作用主要是供能，所以它的速度嚴(yán)格受到調(diào)控以符合細(xì)胞對(duì)的速度嚴(yán)格受到調(diào)控以符合細(xì)胞對(duì)ATP的需求。的需求。 三羧酸循環(huán)的主要調(diào)控部位有三個(gè)：三羧酸循環(huán)的主要調(diào)控部位有三個(gè)：檸檬酸合酶檸檬酸合酶異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶a-酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶三三. 三羧酸循環(huán)的調(diào)控三羧酸循環(huán)的調(diào)控 1. 檸檬酸合酶檸檬酸合酶 該酶有正變構(gòu)劑該酶有正變構(gòu)劑ADP，它使酶與底物的親和力增加。它使酶與底物的親和力增加。 此外，此外，NAD+、底物底物異檸檬

7、酸異檸檬酸使酶活升高；使酶活升高；NADH、ATP使酶活下降。使酶活下降。 2. 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 ATP、NADH及產(chǎn)物及產(chǎn)物琥珀酰琥珀酰CoA抑制酶的活性。抑制酶的活性。 3. a-酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶 該酶有負(fù)變構(gòu)劑該酶有負(fù)變構(gòu)劑ATP，它使酶與底物的親和力它使酶與底物的親和力下降，從而下降，從而Km值增大。值增大。四四. 三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量每經(jīng)歷一次每經(jīng)歷一次TCA循環(huán)循環(huán) 有有2個(gè)碳原子個(gè)碳原子通過乙酰通過乙酰CoA進(jìn)入循環(huán)，以后有進(jìn)入循環(huán)，以后有2個(gè)碳原子通過脫羧反應(yīng)離開循環(huán)。個(gè)碳原子通過脫羧反應(yīng)離開循環(huán)。 有有4對(duì)氫原子對(duì)氫原子通過脫氫反

8、應(yīng)離開循環(huán)，其中通過脫氫反應(yīng)離開循環(huán)，其中3對(duì)對(duì)由由NADH攜帶，攜帶，1對(duì)由對(duì)由FADH2攜帶。攜帶。 產(chǎn)生產(chǎn)生1分子高能磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTP，通過它可生成通過它可生成1分子分子ATP。 消耗消耗2分子水分子水，分別用于合成檸檬酸（水解檸，分別用于合成檸檬酸（水解檸檬酰檬酰CoA）和延胡索酸的加水。和延胡索酸的加水。 1. TCA循環(huán)的總反應(yīng)四四. 三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量1. TCA循環(huán)的總反應(yīng)乙酰CoA2CO2+ CoAGDP + PiGTP3NAD+3NADH . H+FADFADH2乙酰CoA+GDP + Pi+ 3NAD+ + FAD+ 2H2O2CO

9、2+CoA+ GTP+3NADH + H+ FADH22H2O四四. 三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量1. TCA循環(huán)的總反應(yīng) 由由TCA循環(huán)產(chǎn)生的循環(huán)產(chǎn)生的NADH和和FADH2必須經(jīng)呼吸必須經(jīng)呼吸鏈將電子交給鏈將電子交給O2，才能回復(fù)成氧化態(tài)，再去接受才能回復(fù)成氧化態(tài)，再去接受TCA循環(huán)脫下的氫。循環(huán)脫下的氫。產(chǎn)物產(chǎn)物NADH和和FADH2的去路的去路: TCA循環(huán)需要在有氧的條件下進(jìn)行循環(huán)需要在有氧的條件下進(jìn)行。否則。否則NADH和和FADH2攜帶的攜帶的H無法交給氧，無法交給氧，NAD+及及FAD不能被再生，使不能被再生，使TCA循環(huán)中的脫氫反應(yīng)因缺乏循環(huán)中的脫氫反應(yīng)因缺乏氫的

10、受體而無法進(jìn)行。氫的受體而無法進(jìn)行。四四. 三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量2. 乙酰CoA氧化的化學(xué)計(jì)量 乙酰乙酰CoA通過通過TCA循環(huán)脫下的氫由循環(huán)脫下的氫由NADH及及FADH2經(jīng)經(jīng)呼吸鏈傳遞給呼吸鏈傳遞給O2，由此而由此而形成大量形成大量ATP。碳碳 源源乙酰乙酰CoA 2CO2能能 量量1GTP 1ATP共共10ATP3NADH2.5ATP3 =7.5ATP1FADH21.5ATP1=1.5ATP四四. 三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量3. 丙酮酸徹底氧化的化學(xué)計(jì)量碳碳 源源丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA + CO2 3CO2能能 量量丙酮酸氧化脫羧：丙酮酸氧化脫羧：

11、1NADH 2.5ATP共共12.5ATPTCA循環(huán)：循環(huán)：10ATP四四. 三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量4. 葡萄糖徹底氧化的化學(xué)計(jì)量碳碳 源源葡萄糖葡萄糖 2丙酮酸丙酮酸 6CO2能能 量量葡萄糖有氧酵解：葡萄糖有氧酵解：2ATP + 2NADH 7 ATP 共共32 ATP丙酮酸有氧氧化：丙酮酸有氧氧化：12.52 = 25 ATP葡萄糖徹底氧化經(jīng)由的途徑：葡萄糖徹底氧化經(jīng)由的途徑：EMP途徑、丙酮酸氧化脫羧、途徑、丙酮酸氧化脫羧、TCA循環(huán)、呼吸鏈氧化磷酸化循環(huán)、呼吸鏈氧化磷酸化。對(duì)于原核生物： 四四. 三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量4. 葡萄糖徹底氧化的化學(xué)計(jì)量

12、葡萄糖徹底氧化經(jīng)由的途徑：葡萄糖徹底氧化經(jīng)由的途徑：EMP途徑、丙酮酸氧化脫羧、途徑、丙酮酸氧化脫羧、TCA循環(huán)、呼吸鏈氧化磷酸化循環(huán)、呼吸鏈氧化磷酸化。對(duì)于原核生物： 由于在由于在EMP途徑中生成的途徑中生成的NADH在線粒體外，其磷氧在線粒體外，其磷氧比為比為1.5，所以，所以1分子葡萄糖徹底氧化只能合成分子葡萄糖徹底氧化只能合成 30 ATP。對(duì)于真核生物（高等植物、真菌、動(dòng)物的肌細(xì)胞）：C6H12O66O232ADP+32Pi 32ATP6CO2 + 6H2O五五. TCA循環(huán)的生物學(xué)意義循環(huán)的生物學(xué)意義1. 為生物體提供能量，是體內(nèi)主要產(chǎn)生為生物體提供能量，是體內(nèi)主要產(chǎn)生ATPATP

13、的途徑的途徑 ；2. 循環(huán)中的中間物為生物合成提供原料；循環(huán)中的中間物為生物合成提供原料； 如草酰乙酸、如草酰乙酸、a a- -酮戊二酸可轉(zhuǎn)變?yōu)榘被幔牾Ｍ於峥赊D(zhuǎn)變?yōu)榘被?，琥珀酰CoACoA可用于合成葉綠素及血紅素分子中的卟啉?？捎糜诤铣扇~綠素及血紅素分子中的卟啉。3. 是生物中的燃料分子氧化放能的最終的共同途徑。是生物中的燃料分子氧化放能的最終的共同途徑。 生物中的燃料分子（如糖、脂肪酸、氨基酸）大多以生物中的燃料分子（如糖、脂肪酸、氨基酸）大多以乙酰乙酰CoACoA進(jìn)入此循環(huán)而被氧化。進(jìn)入此循環(huán)而被氧化。六六. 三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng) 三羧酸循環(huán)的一個(gè)重要作用是

14、它的中間物可以三羧酸循環(huán)的一個(gè)重要作用是它的中間物可以為生物合成提供原料，但這些中間物必須得到補(bǔ)為生物合成提供原料，但這些中間物必須得到補(bǔ)充，以保證充，以保證TCA循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其是起始物草酰乙酸循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。尤其是起始物草酰乙酸，缺乏它乙酰，缺乏它乙酰CoA就不能進(jìn)入循環(huán)。就不能進(jìn)入循環(huán)。 生物體中存在著及時(shí)補(bǔ)充生物體中存在著及時(shí)補(bǔ)充草酰乙酸草酰乙酸的反應(yīng)，稱的反應(yīng)，稱為為回補(bǔ)反應(yīng)回補(bǔ)反應(yīng)。六六. 三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng) 1. 1. 丙酮酸羧化丙酮酸羧化這是動(dòng)物中最重要的回補(bǔ)反應(yīng)，在這是動(dòng)物中最重要的回補(bǔ)反應(yīng)，在線粒體線粒體中中進(jìn)行。進(jìn)行。丙酮酸丙酮酸 CH3COOH C OCO2 CH2COOH C OCOOH C