(完整版)三羧酸循環(huán)ppt文檔課件

1、緒論緒論: 在在無氧條件下，葡萄糖經分解代謝形成丙酮酸，丙酮無氧條件下，葡萄糖經分解代謝形成丙酮酸，丙酮酸繼續(xù)形成乳酸或乙醇。酸繼續(xù)形成乳酸或乙醇。在有氧條件下，丙酮酸可繼續(xù)進在有氧條件下，丙酮酸可繼續(xù)進行有氧分解，最后完全氧化，形成行有氧分解，最后完全氧化，形成COCO2 2和水。此途徑分為和水。此途徑分為檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化兩個階檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化兩個階段段。定義定義：在有氧在有氧條件條件下，葡萄糖酵解產生的丙酮酸氧化脫羧形成下，葡萄糖酵解產生的丙酮酸氧化脫羧形成 乙酰乙酰CoACoA。乙酰乙酰CoACoA經一系列氧化、脫羧，最終生成經一系列氧化、脫羧，最終生成COCO2 2 和和H

2、H2 2OO并產生能量的過程，稱為檸檬酸循環(huán)，由于檸檬并產生能量的過程，稱為檸檬酸循環(huán)，由于檸檬 酸含三個羧基，所以亦稱為酸含三個羧基，所以亦稱為三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)( (tricarboxylictricarboxylic acid cycle, TCAacid cycle, TCA 循環(huán)循環(huán)) ) 。由于它是由。由于它是由( (德國德國) )正正 式提出的，式提出的，故故又稱又稱KrebsKrebs循環(huán)。循環(huán)。 TCATCA循環(huán)是循環(huán)是糖、脂肪、蛋白質和氨基酸糖、脂肪、蛋白質和氨基酸等等氧化所共同經歷的途徑。氧化所共同經歷的途徑。同時，同時，TCATCA循環(huán)生成的中間物也是許多生物合成的前

3、體。因此循環(huán)生成的中間物也是許多生物合成的前體。因此TCATCA循循環(huán)是環(huán)是兩用代謝途徑兩用代謝途徑。多糖多糖葡萄糖葡萄糖脂肪脂肪甘油甘油 脂肪酸脂肪酸蛋白質蛋白質氨基酸氨基酸第第二二階段階段( (釋能釋能1/3)1/3)檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)一一. .檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn) 從從19321932年至年至19361936年，年，Krebs H A Krebs H A 和其它幾位科學家和其它幾位科學家 共同共同研究，最后由研究，最后由Krebs Krebs 提出完整的檸檬酸循環(huán)途徑。于提出完整的檸檬酸循環(huán)途徑。于 1953 1953年獲年獲得諾貝爾獎。得諾貝爾獎。(1).(1). Kre

4、bs H A Krebs H A發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn): : 肌肉、腎臟、肝臟等組織的勻漿懸浮液或切片的材料中，發(fā)現(xiàn)檸檬肌肉、腎臟、肝臟等組織的勻漿懸浮液或切片的材料中，發(fā)現(xiàn)檸檬 酸、琥珀酸、延胡索酸及乙酸等化合物在各不同組織中的氧化速率酸、琥珀酸、延胡索酸及乙酸等化合物在各不同組織中的氧化速率 均最快。均最快。 向肌肉懸浮液中加入草酰乙酸，能迅速生成檸檬酸向肌肉懸浮液中加入草酰乙酸，能迅速生成檸檬酸, ,又發(fā)現(xiàn)檸檬酸又發(fā)現(xiàn)檸檬酸 是草酰乙酰和一種來自丙酮酸或乙酸的化合物合成的。是草酰乙酰和一種來自丙酮酸或乙酸的化合物合成的。(2).(2). Albert Szent-Gyorgyi Albert Szen

5、t-Gyorgyi發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn): : 肌肉組織懸浮液中加入少量肌肉組織懸浮液中加入少量草酰乙酸或蘋果酸草酰乙酸或蘋果酸等等4C4C二羧酸，則氧二羧酸，則氧 利用量遠超過加入的二羧酸氧化為利用量遠超過加入的二羧酸氧化為COCO2 2和水所需要的氧分子。和水所需要的氧分子。(3).(3). Carl Martius Carl Martius和和Franz KnoopFranz Knoop發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn): : 檸檬酸通過順檸檬酸通過順- -烏頭酸被異化為異檸檬酸，然后再氧化脫羧形成烏頭酸被異化為異檸檬酸，然后再氧化脫羧形成-酮酮 戊二酸，戊二酸， -酮戊二酸經氧化形成琥珀酸。酮戊二酸經氧化形成琥珀酸。OO2

6、2COCO2 2 & ATP& ATP綫綫粒體粒體: :降解脂肪酸降解脂肪酸, ,氧化丙酮酸以提供能量氧化丙酮酸以提供能量MITOCHONDRION: reduce fatty acid and MITOCHONDRION: reduce fatty acid and oxidize Pyruvate to produce ATP.oxidize Pyruvate to produce ATP.三羧酸循環(huán)在三羧酸循環(huán)在線粒體基質線粒體基質中進行。中進行。丙酮酸進入線粒體轉變?yōu)橐阴１徇M入線粒體轉變?yōu)橐阴oA,CoA,這是連這是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的紐帶接糖酵解和三羧酸循環(huán)

7、的紐帶 反應不可逆，分反應不可逆，分4步進行，由步進行，由丙酮酸脫氫酶復丙酮酸脫氫酶復 合體合體(丙酮酸脫氫酶系丙酮酸脫氫酶系)催化。催化。1. 1. (1).(1). 丙酮酸脫氫酶復合體是一個十分復雜的多酶復丙酮酸脫氫酶復合體是一個十分復雜的多酶復 合體，包括丙酮酸脫氫酶組分合體，包括丙酮酸脫氫酶組分E1E1、二氫硫辛二氫硫辛 酰轉乙?；铬＾D乙?；窫2E2、二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶E3E3。 (2). (2). 參加反參加反應應的還有的還有焦磷酸硫胺素焦磷酸硫胺素( (TPP)TPP)、硫辛酰胺，硫辛酰胺， FAD( FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸黃素腺嘌呤二核苷酸),NAD),NA

8、D+ +,CoA-SH,CoA-SH及及MgMg2 2+ + 六種輔助因子組裝而成。六種輔助因子組裝而成。E3E1E21.1 1.1 大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復合體的內容大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復合體的內容2. 2. 催化丙酮酸轉變?yōu)橐阴４呋徂D變?yōu)橐阴oACoA的反應步驟的反應步驟羥乙基羥乙基-TPP-TPP丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰輔輔酶酶A A輔輔酶酶A A氧化型氧化型硫辛酰胺硫辛酰胺還原型還原型硫辛酰胺硫辛酰胺還原型乙酰還原型乙酰硫辛酰胺硫辛酰胺2.12.1丙酮酸脫羧反丙酮酸脫羧反應（丙酮酸變成乙?；ū嶙兂梢阴；┻@是第一步這是第一步反應反應, ,由由丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶E E1

9、 1( (以以TPPTPP為為輔輔基基) )催化催化, ,可劃分可劃分為兩個步驟為兩個步驟。(1) (1) 羥乙基羥乙基-TPP-TPP的形成的形成H H+ +丙酮酸丙酮酸( (其羰基碳帶正性其羰基碳帶正性) )帶有負碳離子的帶有負碳離子的TPPTPP具很強酸性具很強酸性, ,易形成負碳離子易形成負碳離子 解離的負碳離解離的負碳離子向子向丙 酮 酸 的 羰 基 進丙 酮 酸 的 羰 基 進攻攻, ,使形成丙酮酸與使形成丙酮酸與TPPTPP的加成化合物。的加成化合物。丙酮酸丙酮酸TPPTPP加成化合物加成化合物以下用以下用R R表示表示以下用以下用RR表示表示A A、丙酮酸丙酮酸-TPP-TPP

10、加成化合物的形成加成化合物的形成B B、丙酮酸丙酮酸TPPTPP加成物脫羧反應形成加成物脫羧反應形成羥乙基羥乙基-TPP-TPP 丙酮酸丙酮酸-TPP-TPP加成物脫羧加成物脫羧, ,形成羥乙基形成羥乙基-TPP-TPP，由于由于TPPTPP環(huán)上帶正電荷環(huán)上帶正電荷的氮原子起電子的氮原子起電子“陷井陷井”作用作用, ,使脫羧后形成的羥乙基上產生較穩(wěn)定的使脫羧后形成的羥乙基上產生較穩(wěn)定的負碳離子。負碳離子。 丙酮酸丙酮酸-TPP-TPP加成物加成物 E1E1羥羥乙基乙基-TPP-E1-TPP-E1( (暫時穩(wěn)定的共振形式暫時穩(wěn)定的共振形式) )起電子起電子“陷井陷井”作用作用較穩(wěn)定的負碳離子較穩(wěn)

11、定的負碳離子（2). 2). 羥乙基氧化形成乙?；u乙基氧化形成乙?；?羥乙基羥乙基氧化轉變?yōu)檠趸D變?yōu)橐阴；阴；⑥D移并轉移至二氫硫辛酰轉乙?；钢炼淞蛐刘＾D乙?；窫 E2 2的輔的輔基基硫辛酰胺硫辛酰胺上，這是為下一步反應作準備上，這是為下一步反應作準備。丙酮酸脫氫酶組分。丙酮酸脫氫酶組分(TPP-E(TPP-E1 1) )完成了乙?；霓D移后即恢復原狀，又可接受另一丙酮酸分子。完成了乙?；霓D移后即恢復原狀，又可接受另一丙酮酸分子。羥乙基羥乙基TPPTPP E E1 1E E2 2的硫辛酰胺輔基的硫辛酰胺輔基E E2 2的賴氨酸殘基的賴氨酸殘基二氫硫辛酰轉乙酰基酶的硫辛酰胺輔基二氫

12、硫辛酰轉乙?；傅牧蛐刘０份o基(lipoamide(lipoamide E E2 2) )用用R R表示表示乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 E E2 2TPPTPP E E1 1B:B:羥乙基羥乙基-TPP-TPP丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰輔輔酶酶A A輔輔酶酶A A氧化型氧化型硫辛酰胺硫辛酰胺還原型還原型硫辛酰胺硫辛酰胺還原型乙酰還原型乙酰硫辛酰胺硫辛酰胺 第二步第二步反應反應, , 在在二氫硫辛酰轉乙?；阜肿佣淞蛐刘＾D乙?；阜肿覧2E2上結合著的上結合著的乙?；阴；? ,由由E E2 2催化催化, ,將乙將乙酰基轉移到?；D移到CoA-SHCoA-SH分子上分子上, ,形成游離的形成游

13、離的乙酰乙酰-CoA-CoA分子分子, ,從而使二氫硫辛酰轉乙?；鶑亩苟淞蛐刘＾D乙?；该窫2E2由氧化型變成還原型。由氧化型變成還原型。2.2 2.2 乙?；D移到乙?；D移到CoACoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoACoA（由由E2E2完成完成）(acety1-CoA)是催化相反相反方向的反應，該反應極易向正反兩方向進檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶；A：乳酸脫氫酶 B：異檸檬酸脫氫酶 C: 琥珀酸脫氫酶 D：蘋果酸脫氫酶3 異檸檬酸脫氫酶催化的生物學意義肌肉組織懸浮液中加入少量草酰乙酸或蘋果酸等4C二羧酸，則氧二氫硫辛酰轉乙?；傅牧蛐刘０份o基乙酰-CoA+3NAD+

14、FAD+GDP+Pi檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調節(jié):(pro-R-arm)Albert Szent-Gyorgyi發(fā)現(xiàn):琥珀酰CoA轉化成琥珀酸，并產生一GTP從葡萄糖開始，共可產生12.檸檬酸通過順-烏頭酸被異化為異檸檬酸，然后再氧化脫羧形成-酮構的專一性，且都以NAD+作為電子受體。異檸檬酸脫氫酶是一個變構酶，活性受ADP變構激活(ADP能A、丙酮酸-TPP加成化合物的形成3 異檸檬酸脫氫酶催化的生物學意義 反應機制反應機制 該反應實際上是一個該反應實際上是一個?；D移反應?；D移反應，輔酶，輔酶A A的的硫氫基硫氫基進攻進攻E2-E2-乙乙酰二氫硫辛酰胺上的酰二氫硫辛酰胺上的乙?；阴；?

15、 ,先形成一個四面體的中間體先形成一個四面體的中間體, ,接著迅速接著迅速分解為乙酰分解為乙酰-CoA-CoA和和E2-E2-二氫硫辛酰胺二氫硫辛酰胺, ,在此形成的游離狀態(tài)的乙酰在此形成的游離狀態(tài)的乙酰-CoA-CoA分子保留了高能的硫酯鍵分子保留了高能的硫酯鍵( (一個高能硫酯鍵一個高能硫酯鍵) )。( (經過一個四經過一個四面體中間物面體中間物) )乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 E E2 2(acety1-dibydro lipoamide (acety1-dibydro lipoamide E E2 2) )乙酰乙酰-CoA-CoA(acety1-CoA)(acety1-CoA)E

16、 E2 2酶和酶和輔基二氫硫辛酰胺輔基二氫硫辛酰胺(dihydrolipoamide(dihydrolipoamide E E2 2) )2.3 2.3 還原型還原型二氫硫辛酰轉乙?；付淞蛐刘＾D乙?；窫 E2 2氧化氧化, ,由還原型變成由還原型變成氧化型（由氧化型（由E3E3完成）完成）羥乙基羥乙基-TPP-TPP丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰輔輔酶酶A A輔輔酶酶A A氧化型氧化型硫辛酰胺硫辛酰胺還原型還原型硫辛酰胺硫辛酰胺還原型乙酰還原型乙酰硫辛酰胺硫辛酰胺這一步反應這一步反應是是使氧化型硫辛酰胺再生使氧化型硫辛酰胺再生的的反應反應。A：乳酸脫氫酶 B：異檸檬酸脫氫酶 C: 琥珀酸脫氫酶 D

17、：蘋果酸脫氫酶基進行親核攻擊,形成檸檬酰-CoA5 ATP; 1FADH21.即草酰琥珀酸位于異檸檬酸-碳原子上的羥基轉變?yōu)橥?。抑? ATP、乙酰CoA、NADH、脂肪酸關鍵底物對關鍵酶的制約:琥珀酰CoA轉化成琥珀酸，并產生一GTP3 還原型二氫硫辛酰轉乙?；窫2氧化,由還原型變成氧化型（由E3完成）二、由丙酮酸形成乙酰CoA綫粒體:降解脂肪酸,氧化丙酮酸以提供能量基進行親核攻擊,形成檸檬酰-CoA7、TCA 循環(huán)（ ）二氫硫辛酰轉乙?；傅牧蛐刘０份o基-酮戊二酸 谷氨酸; 草酰乙酸 天冬氨酸 ; 琥珀酰CoA 卟啉環(huán)氧化型二氫硫辛酸氧化型二氫硫辛酸脫氫酶脫氫酶(E(E3 3) )還原

18、型二氫硫辛酰還原型二氫硫辛酰轉乙?；皋D乙?；?E(E2 2) )還原型二氫硫辛酸還原型二氫硫辛酸脫氫酶脫氫酶氧化型二氫硫辛酰氧化型二氫硫辛酰轉乙?；皋D乙?；富罨?潑潑互換反互換反應應 反應機制反應機制 這一步反應使氧化型硫辛酰胺再生這一步反應使氧化型硫辛酰胺再生, ,在此反應中，催化此反應的在此反應中，催化此反應的酶為酶為二氫硫辛酸脫氫酶二氫硫辛酸脫氫酶E E3 3（其輔基為其輔基為FADFAD），），使二氫硫辛酰胺再氧使二氫硫辛酰胺再氧化化, ,從而使其完成整個反應過程，重新形成氧化型二氫硫辛酰轉乙酰從而使其完成整個反應過程，重新形成氧化型二氫硫辛酰轉乙?；浮；?。2.42.4、還

19、原型的、還原型的E E3 3再氧化再氧化 還原型還原型E E3 3二硫鍵的再氧化先由該酶的輔基二硫鍵的再氧化先由該酶的輔基FADFAD接受一接受一SHSH基的氫原子基的氫原子, ,形成形成FADHFADH2 2, ,其后將氫原子轉移給其后將氫原子轉移給NADNAD+ +, ,于是恢復其氧化型。于是恢復其氧化型?？偡纯偡磻娇杀硎緸閼娇杀硎緸? 丙酮酸丙酮酸+CoASH+NAD+ 乙酰乙酰CoA+CO2 + NADH + H+ 3. 丙酮酸脫氫酶復合體的調控丙酮酸脫氫酶復合體的調控 由于由于丙酮酸既可走向丙酮酸既可走向提供能量的分解途徑提供能量的分解途徑, ,又可走向生物合成又可走向生物合成

20、途徑，故受到嚴密的調節(jié)控途徑，故受到嚴密的調節(jié)控制制： 1 1、產物抑制：、產物抑制： 受乙酰受乙酰CoACoA和和NADHNADH的控制。乙酰的控制。乙酰CoACoA抑制轉抑制轉 乙?；敢阴；窫 E2 2組分，組分，NADHNADH抑制二氫硫辛酰脫氫酶抑制二氫硫辛酰脫氫酶E E3 3組分。抑組分。抑 制效應被制效應被CoACoA和和NADNAD+ +逆轉。逆轉。 2 2、磷酸化和去磷酸化作用的調節(jié)：、磷酸化和去磷酸化作用的調節(jié)：丙酮酸脫氫酶組分丙酮酸脫氫酶組分E E1 1的的 磷酸化狀態(tài)無活性，反之有活性磷酸化狀態(tài)無活性，反之有活性, , 其磷酸化受其磷酸化受E E2 2上結合的上結合的

21、激激 酶酶和和磷酸酶磷酸酶作用。作用。三三、檸檬酸循環(huán)概貌、檸檬酸循環(huán)概貌乙酰乙酰CoA CoA C2C2檸檬酸檸檬酸 C6C6異檸檬酸異檸檬酸 C6C6-酮戊二酸酮戊二酸 C5C5琥珀酰琥珀酰CoA CoA C4C4琥珀酸琥珀酸 C4C4延胡索酸延胡索酸 C4C4蘋果酸蘋果酸 C4C4草酰乙酸草酰乙酸 C4C4四四、檸檬酸循環(huán)的反應機制、檸檬酸循環(huán)的反應機制1. 1. 第第1 1步步反應反應: : 草酰乙酸與乙酰草酰乙酸與乙酰-CoA-CoA縮合形成檸檬酸縮合形成檸檬酸S-S-檸檬酸檸檬酸-CoA-CoA(S-citry1-CoA)(S-citry1-CoA) 檸檬酸檸檬酸 ( (本身本身為

22、對稱分子為對稱分子) )(citrate)(citrate)前前-S-S方向方向(pro-S-arm)(pro-S-arm)前前-R-R方向方向(pro-R-arm)(pro-R-arm)HH2 2OOCoACoA草酰乙酸草酰乙酸SiSi1 12 23 34 41.2 1.2 反反應機制應機制第一步第一步：檸檬酸合酶的組氨酸檸檬酸合酶的組氨酸(His)(His)殘基殘基(1)(1)作作 為堿基與乙酰為堿基與乙酰- -CoACoA的甲基的甲基(2)(2)作用作用, ,使使 其甲其甲基失去一個氫離子而成負碳離基失去一個氫離子而成負碳離 子子。負。負碳離子碳離子由于由于CoACoA相接的硫酯的相接的

23、硫酯的 存在存在, ,能發(fā)生烯醇化作用能發(fā)生烯醇化作用 3434。它們它們 之間的共振使負碳離子中間體得以之間的共振使負碳離子中間體得以 穩(wěn)定。穩(wěn)定。第二步第二步: : 乙酰乙酰-CoA-CoA負碳離子向草酰乙酸的羰負碳離子向草酰乙酸的羰 基進行親核攻擊基進行親核攻擊, ,形成檸檬酰形成檸檬酰-CoA-CoA ( (仍連接在酶分子上仍連接在酶分子上) )。 第三步第三步: : 檸檬酰檸檬酰-CoA-CoA水解為檸檬酸和水解為檸檬酸和CoACoA。1.4 1.4 檸檬酸合酶檸檬酸合酶檸檬酸合酶是檸檬酸循環(huán)的關鍵酶。檸檬酸合酶是檸檬酸循環(huán)的關鍵酶。1 1）其其活性受活性受ATPATP、NADHNA

24、DH、琥珀酰琥珀酰- -CoACoA、脂酰脂酰- -CoACoA等的抑等的抑制制。2) 類類似物抑制及其應應用： （1）丙酮酰丙酮酰-CoA是乙酰酰-CoA的類類似物,可能代替乙酰酰-CoA與檸檬與檸檬酸合酶結結合。 （2 2） 由由氟乙酸氟乙酸形成的形成的氟乙酰氟乙酰- -CoACoA可被檸檬酸合酶催化與草酰乙酸縮合生成可被檸檬酸合酶催化與草酰乙酸縮合生成氟檸檬酸氟檸檬酸，氟檸檬酸結合到，氟檸檬酸結合到順順- -烏頭酸酶烏頭酸酶的活性部位上，抑制的活性部位上，抑制 檸檬酸循環(huán)向檸檬酸循環(huán)向下進行。下進行。 氟乙酸和氟乙酸和氟乙酰氟乙酰- -CoACoA可做殺蟲劑或滅鼠藥，各種有毒植物的葉子大

25、部可做殺蟲劑或滅鼠藥，各種有毒植物的葉子大部 分含有氟乙酸，可作為天然殺蟲劑。分含有氟乙酸，可作為天然殺蟲劑。氟乙酸氟乙酸(fluoroacetate)(fluoroacetate)氟檸檬酸氟檸檬酸(fluorocitrate)(fluorocitrate)丙酮酰丙酮酰-CoA-CoA(acetony1-CoA)(acetony1-CoA)2 2、檸檬酸異構化成異檸檬酸、檸檬酸異構化成異檸檬酸 在在pH7.0pH7.0，2525 C C的平衡態(tài)時，檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸的平衡態(tài)時，檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸= =9090：4 4：6 6, ,由于由于異異檸檬酸在下一步反檸檬酸在下一步反應應

26、中極迅速地被氧化中極迅速地被氧化, ,從而推動此反從而推動此反應應向異檸檬酸的方向異檸檬酸的方向進行。向進行。3 3 、由異檸檬酸氧化脫羧生成、由異檸檬酸氧化脫羧生成-酮戊二酸酮戊二酸3.2 3.2 反反應機制應機制 異檸檬酸為異檸檬酸為-羥酸，輔助因子羥酸，輔助因子NADNAD+ +作為受氫體作為受氫體形成形成-酮酸酮酸即草酰琥珀酸位于異檸檬酸即草酰琥珀酸位于異檸檬酸-碳原子上的羥基轉變?yōu)橥Ｌ荚由系牧u基轉變?yōu)橥?。酮基的形成促使了鄰近酮基的形成促使了鄰近C-CC-C鍵的斷裂，即有利于脫羧作用的鍵的斷裂，即有利于脫羧作用的進行進行(-(-裂解裂解) )。 -裂解是生物化裂解是生物化學中最

27、常見的一種學中最常見的一種C-CC-C鍵的斷裂方式。鍵的斷裂方式。異檸檬酸異檸檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸(oxalosuccinate)(oxalosuccinate)-酮戊二酸酮戊二酸3.3 3.3 異檸檬酸脫氫酶催化的生物學意義異檸檬酸脫氫酶催化的生物學意義 異檸檬酸通過此酶催化的反應，異檸檬酸通過此酶催化的反應，使生物體解決了具有兩個使生物體解決了具有兩個碳原子的乙?；趸徒到馓荚拥囊阴；趸徒到獾膯栴}。的問題。該酶該酶所催化斷裂的所催化斷裂的C-CC-C鍵鍵，并不是并不是檸檬酸循環(huán)第一步反應檸檬酸循環(huán)第一步反應里里進入循環(huán)的乙?；M入循環(huán)的乙?；? ,而是連接該而是連接該乙酰乙?；?/p>

28、的兩個碳原子間的共價鍵基的兩個碳原子間的共價鍵。這共價鍵不能通過一般任何一種。這共價鍵不能通過一般任何一種斷裂方式打開。在二碳分子中也不能發(fā)生述的斷裂方式打開。在二碳分子中也不能發(fā)生述的-裂解。相反，乙酰裂解。相反，乙?；坏┡c草酰乙酸縮合，就形成對基一旦與草酰乙酸縮合，就形成對-裂解裂解敏感的產物。敏感的產物。 3.4 3.4 異檸檬酸異檸檬酸脫氫酶脫氫酶(1).(1). 高等動植物及大多數(shù)微生物中異檸檬酸脫氫酶有兩類：一類高等動植物及大多數(shù)微生物中異檸檬酸脫氫酶有兩類：一類 以以NADNAD+ +為輔酶，存在于線粒體中，一類以為輔酶，存在于線粒體中，一類以NAPDNAPD+ +為輔酶，為輔

29、酶， 存在于線粒體和細胞質中。存在于線粒體和細胞質中。(2).(2). 異檸檬酸脫氫酶是一個變構酶，活性受異檸檬酸脫氫酶是一個變構酶，活性受ADPADP變構激活變構激活(ADP(ADP能能 增強酶與底物的親和力增強酶與底物的親和力) )。該酶與異檸檬酸、。該酶與異檸檬酸、Mg Mg 2+2+、NADNAD+ +、 ADPADP的結合有相互協(xié)同作用。的結合有相互協(xié)同作用。NADHNADH、ATPATP對該酶起變構抑制對該酶起變構抑制 作用。作用。(3).(3). 異檸檬酸的轉變有兩條途徑：一是當需要能量時，進行氧化異檸檬酸的轉變有兩條途徑：一是當需要能量時，進行氧化 脫羧形成脫羧形成 - -酮戊

30、二酸酮戊二酸；二是在能量充足時，經異檸檬酸裂解二是在能量充足時，經異檸檬酸裂解 酶作用，生成酶作用，生成琥珀酸和乙醛酸琥珀酸和乙醛酸。4 4. -. -酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰-CoA-CoA4.2 4.2 反反應機制應機制 -酮戊二酸脫氫酶系催化的每步機制和丙酮酸脫酮戊二酸脫氫酶系催化的每步機制和丙酮酸脫氫酶復合體相一致，需要氫酶復合體相一致，需要TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、CoACoA、FADFAD、NANAD D+ +、MgMg2+2+6 6種輔助因子。種輔助因子。(1).(1). - -酮戊二酸脫氫酶系與丙酮酸脫氫酶復合體極其酮戊二酸脫氫酶系與丙酮酸脫氫酶

31、復合體極其 相似，由相似，由-酮戊二酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶(E(E1 1) )、二氫硫辛酰轉琥二氫硫辛酰轉琥 珀酰酶珀酰酶(E(E2 2) )、二氫硫辛酰脫氫酶、二氫硫辛酰脫氫酶(E(E3 3) )組成。組成。 這里的這里的E E3 3與丙酮酸脫氫酶復合體的與丙酮酸脫氫酶復合體的E E3 3是一樣的。而是一樣的。而E E1 1則則與丙與丙 酮酸脫氫酶復合體的酮酸脫氫酶復合體的E E1 1不同，它不受磷酸化、去磷酸化共價不同，它不受磷酸化、去磷酸化共價 修飾調節(jié)。修飾調節(jié)。(2).(2). - -酮戊二酸脫氫酶受其產物琥珀酰酮戊二酸脫氫酶受其產物琥珀酰- -CoACoA、NADHNADH 和和高

32、能荷的抑制。當細胞的高能荷的抑制。當細胞的ATPATP充裕時，檸檬酸循充裕時，檸檬酸循 環(huán)進行的速度便減慢。環(huán)進行的速度便減慢。4.3 4.3 -酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系5 5. . 琥珀酰琥珀酰CoACoA轉化成琥珀酸，并產生轉化成琥珀酸，并產生一一GTPGTP 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA硫酯鍵是一個高能鍵，它的斷裂與鳥苷二磷酸硫酯鍵是一個高能鍵，它的斷裂與鳥苷二磷酸(GDP)(GDP)的磷酸化相偶聯(lián)。的磷酸化相偶聯(lián)。5.2 5.2 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA合成酶合成酶( (1).1). 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA合成酶合成酶( (也稱為也稱為稱琥珀酰硫激酶稱琥珀酰硫激酶)

33、)，其命名指的，其命名指的 是催化相反相反方向的反應，該反應極易向正反兩方向進是催化相反相反方向的反應，該反應極易向正反兩方向進 行行，但在檸檬酸循環(huán)中都是向形成琥珀酸的方向進行。，但在檸檬酸循環(huán)中都是向形成琥珀酸的方向進行。(2).(2). TCA TCA循環(huán)循環(huán)中中唯一底物水平磷酸唯一底物水平磷酸化直接產生高能磷酸化合物化直接產生高能磷酸化合物 的步驟，的步驟，反應中形成的反應中形成的GTPGTP在生物合成中有特殊的作用。在生物合成中有特殊的作用。 它參與信號的傳遞過程，還能通過琥珀酸它參與信號的傳遞過程，還能通過琥珀酸-CoA-CoA合成酶和核合成酶和核 苷二磷酸激酶的偶聯(lián)作用，使琥珀酸

34、苷二磷酸激酶的偶聯(lián)作用，使琥珀酸-CoA-CoA水解產生一水解產生一 個個ATPATP。6 6. . 琥珀酸脫氫生成延胡索酸（反丁烯二酸）琥珀酸脫氫生成延胡索酸（反丁烯二酸）6.2 6.2 反反應機制應機制 琥珀酸脫氫酶以琥珀酸脫氫酶以FADFAD作為脫下電子的受體作為脫下電子的受體( (不是不是NADNAD+ +) )，因，因為其催化碳為其催化碳- -碳鍵間的氧化，所釋放的自由能不足以使脫下的電碳鍵間的氧化，所釋放的自由能不足以使脫下的電子轉移到子轉移到NADNAD+ +上上。 NADH NADH再氧化的再氧化的 G=-220.1KJ/molG=-220.1KJ/mol， FADHFADH2

35、 2再氧化的再氧化的 G=-181.6KJ/molG=-181.6KJ/mol。+ + 酶酶-FAD-FAD+ + 酶酶-FADH-FADH2 2Pro-SPro-SPro-RPro-RPro-RPro-RPro-SPro-SPro-RPro-RPro-SPro-S琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸6.3 6.3 琥珀酸脫氫琥珀酸脫氫酶酶(1).(1).它是檸檬酸循環(huán)中它是檸檬酸循環(huán)中唯一嵌唯一嵌 入到線粒體內膜的酶入到線粒體內膜的酶，而，而 其它的酶大多存在于線粒其它的酶大多存在于線粒 體基質中。體基質中。(2).(2).該酶直接與電子傳遞鏈相連，該酶直接與電子傳遞鏈相連，由琥珀酸分子上脫下的氫形

36、由琥珀酸分子上脫下的氫形成成FADHFADH2 2，后者直接將電子，后者直接將電子傳遞給琥珀酸傳遞給琥珀酸-Q-Q還原酶分子還原酶分子的的Fe-SFe-S，氫的最終受體是氧，氫的最終受體是氧分子。分子。 外膜外膜內膜內膜基質基質7 7. . 延胡索酸被水化生成延胡索酸被水化生成L-L-蘋果酸蘋果酸8 8. . 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸蘋果酸脫氫生成草酰乙酸8.3 8.3 蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 蘋果酸脫氫酶、乳酸脫氫酶、乙醇脫氫酶、甘油醛蘋果酸脫氫酶、乳酸脫氫酶、乙醇脫氫酶、甘油醛-3-3-磷酸脫氫酶等，所有已知的脫氫酶均具有立體結磷酸脫氫酶等，所有已知的脫氫酶均具有立體結構的專一性，且都以構

37、的專一性，且都以NADNAD+ +作為電子受體。作為電子受體。NADNAD+ +與與它們的結合方式很相似，雖然各種脫氫酶結構各異，它們的結合方式很相似，雖然各種脫氫酶結構各異， 但它們與但它們與NADNAD+ +結合的結構域也很相似。結合的結構域也很相似。五五. . 檸檬酸循環(huán)的化檸檬酸循環(huán)的化學總結算學總結算1. 1. 檸檬酸循環(huán)的總化檸檬酸循環(huán)的總化學反應式學反應式: : 乙酰乙酰- -CoA+3NADCoA+3NAD+ +FAD+GDP+Pi+FAD+GDP+Pi 2CO2CO2 2+3NADH+FADH+3NADH+FADH2 2+GTP+2H+GTP+2H+ +CoA-SH+CoA-

38、SH2. 2. 循環(huán)有以下特點：循環(huán)有以下特點： (1) (1)、整個循環(huán)不需要整個循環(huán)不需要氧氧，但離開，但離開氧氧無法進行。無法進行。 (2) (2)、單向單向進行進行。 (3) (3)、乙酰乙酰CoACoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸，使兩個與草酰乙酸縮合形成檸檬酸，使兩個C C原子進入循環(huán)。在原子進入循環(huán)。在 以后的兩步脫羧反應中，有兩個以后的兩步脫羧反應中，有兩個C C原子以原子以COCO2 2的形式離開循環(huán)，相的形式離開循環(huán)，相 當于乙酰當于乙酰CoACoA的的2 2個個C C原子形成原子形成COCO2 2。 (4) (4)、在在循環(huán)中有循環(huán)中有4 4對對HH原子通過原子通過4 4步步

39、氧化反應脫下，其中氧化反應脫下，其中3 3對對用以還用以還 原原NADNAD+ + 生成生成3 3個個NADH+HNADH+H+ +,1,1對用以還原對用以還原FAD,FAD,生成生成1 1個個FADHFADH2 2。 3NADH7.5 ATP; 1FADH3NADH7.5 ATP; 1FADH2 21.5ATP;1.5ATP; ( (5)5)、由琥珀酰由琥珀酰CoACoA形成琥珀酸時，偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成形成琥珀酸時，偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成1 1個個GTP, GTP, 1GTP 1ATP, 1GTP 1ATP,并消耗兩分子水并消耗兩分子水。3. 3. 總結算總結算: : (1). 1(

40、1). 1分子乙酰分子乙酰CoACoA通過通過TCATCA循環(huán)被氧化，可生成循環(huán)被氧化，可生成1010分子分子 ATP ATP。 (2). (2). 從從丙酮酸丙酮酸開始，加上開始，加上丙酮酸氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧生成的生成的1 1個個NADHNADH， 則共產生則共產生10+2.5=12.510+2.5=12.5個個ATPATP。 (3). (3). 從從葡萄糖葡萄糖開始，共可產生開始，共可產生12.512.52+72+7( (或或5 5）=32=32或或3030個個ATPATP。則一分子葡萄糖共產生則一分子葡萄糖共產生: : 2525檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)+ +2+22+2* *2.52.5

41、或或1.51.5糖酵解糖酵解=32=32或或3030個個 可見由糖酵解和可見由糖酵解和TCATCA循環(huán)相連構成的糖的有氧氧化途徑，是循環(huán)相連構成的糖的有氧氧化途徑，是機體利用糖氧化獲得能量的最有效的方式，也是機體產生能量的機體利用糖氧化獲得能量的最有效的方式，也是機體產生能量的主要方式。主要方式。六六、檸檬酸循環(huán)的調控、檸檬酸循環(huán)的調控 檸檬酸循環(huán)的速度主要取決于細胞對檸檬酸循環(huán)的速度主要取決于細胞對ATPATP的需求量，另外也受細的需求量，另外也受細胞對于中間產物需求的影響。主要可分為兩個方面的調控胞對于中間產物需求的影響。主要可分為兩個方面的調控: :1. 1. 檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調

42、節(jié)檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調節(jié): : 1.1 1.1 調節(jié)循環(huán)速度的關鍵酶、關鍵底物：調節(jié)循環(huán)速度的關鍵酶、關鍵底物： 關鍵酶：關鍵酶： 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-酮戊二酸脫氫酶；酮戊二酸脫氫酶； 關鍵底物：關鍵底物： 乙酰乙酰-CoA-CoA、草酰乙酸，、草酰乙酸，NADHNADH。 關鍵底物對關鍵酶的制約關鍵底物對關鍵酶的制約: : 如檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、如檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶、-酮戊二酸脫氫酶受酮戊二酸脫氫酶受NADHNADH抑制：抑制： 一般來說細胞對檸檬酸的利用速度總高于檸檬酸的合成速度，而一般來說細胞對檸檬酸的利用速度總高于檸檬酸的合成

43、速度，而 檸檬酸的利用速度受到以檸檬酸的利用速度受到以NADNAD+ +為輔助因子的異檸檬酸脫氫酶所控制。異為輔助因子的異檸檬酸脫氫酶所控制。異檸檬酸脫氫酶又受產物之一檸檬酸脫氫酶又受產物之一NADHNADH的強烈抑制，故檸檬酸合酶也受的強烈抑制，故檸檬酸合酶也受NADHNADH的抑制。同時，的抑制。同時，-酮戊二酸脫氫酶同樣受產物酮戊二酸脫氫酶同樣受產物NADHNADH的抑制，如果的抑制，如果NADHNADH的濃度下降，的濃度下降，-酮戊二酸脫氫酶的活性上升。酮戊二酸脫氫酶的活性上升。 2. ATP2. ATP、ADPADP和和CaCa2+2+對檸檬酸循環(huán)的調節(jié)對檸檬酸循環(huán)的調節(jié)(1) AT

44、P(1) ATP和和ADPADP： 機體活動增多時：機體活動增多時：ATPATP消耗更多，而消耗更多，而ATPATP水解形成水解形成ADPADP， ADP ADP是是異檸檬酸脫氫酶的變構促進劑，從而增加該酶對底物的親和力。異檸檬酸脫氫酶的變構促進劑，從而增加該酶對底物的親和力。 機體活動減少時：機體活動減少時：ATPATP消耗減少消耗減少、濃度上升，對該酶產生抑制效濃度上升，對該酶產生抑制效應。應。(2) Ca(2) Ca2+2+： 在檸檬酸循環(huán)中它對在檸檬酸循環(huán)中它對丙酮酸脫氫酶丙酮酸脫氫酶、異檸檬酸脫氫酶和異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酮戊二酸脫氫酶酸脫氫酶有激活作用。有激活作用。丙酮酸脫氫酶復

45、合體丙酮酸脫氫酶復合體 抑制抑制: ATP: ATP、乙酰、乙酰CoACoA、NADHNADH、脂肪酸、脂肪酸 激活激活: AMP: AMP、CoACoA、NADNAD+ +、CaCa2+2+檸檬酸合酶檸檬酸合酶 抑制抑制: ATP: ATP、NADH NADH 、檸檬酸、檸檬酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA、 激活激活: ADP : ADP 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 抑制抑制: ATP: ATP 激活激活: ADP: ADP、CaCa2+2+ -酮戊二酸脫氫復合體酮戊二酸脫氫復合體 抑制抑制: : 琥珀酸琥珀酸CoACoA、NADHNADH 激活激活: ADP: ADP、CaCa2+ 2+

46、七七. 檸檬檸檬酸循環(huán)環(huán)中間產間產物的消耗與補與補充 由于檸檬酸循環(huán)具有分解化謝和合成代謝的雙重性由于檸檬酸循環(huán)具有分解化謝和合成代謝的雙重性( (兩用性兩用性) )，除提供大量自由能之外，其中間產物更是許多合成代謝中的前體來除提供大量自由能之外，其中間產物更是許多合成代謝中的前體來源，由此檸檬酸中間產物可能外有額外的消耗，同時必須得到必要源，由此檸檬酸中間產物可能外有額外的消耗，同時必須得到必要的補充。的補充。 1 1）消耗：如）消耗：如 - -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸; ; 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 ; ; 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 卟啉環(huán)卟啉環(huán) 2 2）補充：）補充： （1 1）有些降解途徑可產生檸檬酸循環(huán)的中間產物。有些降解途徑可產生檸檬酸循環(huán)的中間產物。 異亮氨酸異亮氨酸、甲硫氨酸甲硫氨酸、纈氨酸分解纈氨酸分解琥珀酸琥珀酸-CoA-CoA 奇數(shù)脂肪酸氧化奇數(shù)脂肪酸氧化琥珀酸琥珀酸-Co