第九章糖代謝2-TCAcycle

1、糖代謝之糖代謝之TCA循環(huán)循環(huán)n 三羧酸循環(huán)首先從乙酰三羧酸循環(huán)首先從乙酰CoA與草酰乙酸縮合成與草酰乙酸縮合成檸檬酸檸檬酸開始，開始，經(jīng)多步反應(yīng)回到經(jīng)多步反應(yīng)回到草酰乙酸草酰乙酸，消耗消耗乙酰乙酰CoA產(chǎn)生產(chǎn)生CO2、NADH、FADH2和和ATP。此循環(huán)定義在。此循環(huán)定義在線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜上，全部酶也在此內(nèi)上，全部酶也在此內(nèi)膜上，分膜上，分8步步反應(yīng)反應(yīng)。草酰乙酸草酰乙酸TCA循環(huán)循環(huán)n一一 TCA循環(huán)的化學(xué)途徑循環(huán)的化學(xué)途徑n二二 TCA循環(huán)的生理意義循環(huán)的生理意義n三三 回補(bǔ)反應(yīng)回補(bǔ)反應(yīng)TCA循環(huán)循環(huán)是燃料物質(zhì)是燃料物質(zhì)氧化分解的氧化分解的中心途徑中心途徑?TCA循環(huán)的三個(gè)名字循環(huán)

2、的三個(gè)名字n三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)n檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)nKrebs循環(huán)循環(huán)The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953for his discovery of the citric acid cycle Hans Adolf Krebs(1900-1981) United Kingdom Krebs discoveredthe urea cycle in 1932 before he elucidatedthe citric acid cycle!三羧酸循環(huán)的途徑三羧酸循環(huán)的途徑檸檬酸檸檬酸異檸異檸檬酸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA琥珀

3、酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA8步反應(yīng)步反應(yīng)（一）（一）TCA循環(huán)的具體過程循環(huán)的具體過程1 強(qiáng)放能反應(yīng)，不可逆，強(qiáng)放能反應(yīng)，不可逆，第一個(gè)限速步驟第一個(gè)限速步驟2 催化的酶為催化的酶為檸檬酸（縮）合酶檸檬酸（縮）合酶3檸檬酸合酶屬于別構(gòu)酶，活性受檸檬酸合酶屬于別構(gòu)酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA等抑制，是等抑制，是檸檬酸循環(huán)中檸檬酸循環(huán)中的限速酶的限速酶乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸檸檬酸合酶檸檬酸合酶第一步：第一步： 乙酰輔酶乙酰輔酶A+草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸（三羧基）檸檬酸（三羧基）1 該反應(yīng)可逆，中間物為順

4、烏頭酸該反應(yīng)可逆，中間物為順烏頭酸2 催化的酶為催化的酶為烏頭酸酶烏頭酸酶檸檬酸檸檬酸順烏頭酸順烏頭酸異檸檬酸異檸檬酸烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶第二步：第二步： 檸檬酸檸檬酸異檸檬酸（三羧基）異檸檬酸（三羧基）1 放能反應(yīng)，放能反應(yīng)，氧化還原反應(yīng)之一，受氫體為氧化還原反應(yīng)之一，受氫體為NAD或或NADP2 催化的酶為催化的酶為異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶3 異檸檬酸脫氫酶是一種異檸檬酸脫氫酶是一種別構(gòu)調(diào)節(jié)酶別構(gòu)調(diào)節(jié)酶?；钚允??；钚允蹵DP、NAD+激活，受激活，受ATP、NADH抑制抑制-酮戊二酸酮戊二酸異檸檬酸異檸檬酸 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶第三步：異檸檬酸第三步：異檸檬酸 -酮

5、戊二酸（二羧基）酮戊二酸（二羧基）1 氧化還原反應(yīng)之二，受氫體為氧化還原反應(yīng)之二，受氫體為NAD2 催化的酶為催化的酶為-酮戊二酸脫氫酶系，酮戊二酸脫氫酶系，此酶系與丙酮酸脫氫此酶系與丙酮酸脫氫酶系非常類似。酶系非常類似。3 第三個(gè)調(diào)控步驟，第三個(gè)調(diào)控步驟，產(chǎn)生能量用于推動(dòng)反應(yīng)向氧化方向進(jìn)產(chǎn)生能量用于推動(dòng)反應(yīng)向氧化方向進(jìn)行，大部分能量保存于高能硫酯鍵行，大部分能量保存于高能硫酯鍵-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊二酸脫氫酶系酮戊二酸脫氫酶系第四步：第四步： -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰輔酶琥珀酰輔酶A（一羧基）（一羧基）1 琥珀酰琥珀酰CoA的高能硫酯鍵斷裂與的高能硫酯鍵斷裂與GDP的磷酸

6、化的磷酸化偶聯(lián)，在偶聯(lián)，在哺乳動(dòng)物中生成哺乳動(dòng)物中生成GTP，在植物和微生物，在植物和微生物中生成中生成ATP，是，是TCA循環(huán)中唯一的循環(huán)中唯一的底物磷酸化底物磷酸化2 催化的酶為催化的酶為琥珀酰合成酶琥珀酰合成酶琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸琥珀酰合成酶琥珀酰合成酶H2O第五步：琥珀酰第五步：琥珀酰CoA 琥珀酸（二羧基）琥珀酸（二羧基）1 氧化還原反應(yīng)之三，可逆，受氫體為氧化還原反應(yīng)之三，可逆，受氫體為FAD2 催化的酶為催化的酶為琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶.琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶第六步：琥珀酸第六步：琥珀酸延胡索酸（二羧基）延胡索酸（二羧基）1 催化的酶是延

7、胡索酸酶催化的酶是延胡索酸酶2 延胡索酸具有延胡索酸具有嚴(yán)格的立體專一性嚴(yán)格的立體專一性延胡索酸延胡索酸L-蘋果酸蘋果酸延胡索酸酶延胡索酸酶第七步：延胡索酸第七步：延胡索酸L-蘋果酸（二羧基）蘋果酸（二羧基）1 催化的酶是催化的酶是蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶2 氧化還原反應(yīng)之四，受氫體為氧化還原反應(yīng)之四，受氫體為NAD3 盡管該反應(yīng)從自由能看應(yīng)逆向進(jìn)行，但由于乙酰盡管該反應(yīng)從自由能看應(yīng)逆向進(jìn)行，但由于乙酰CoA和和草酰乙酸是強(qiáng)放能反應(yīng)，因此反應(yīng)向草酰乙酸方向進(jìn)行草酰乙酸是強(qiáng)放能反應(yīng)，因此反應(yīng)向草酰乙酸方向進(jìn)行L-蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶第八步：第八步： L-蘋果酸蘋果

8、酸草酰乙酸（二羧基）草酰乙酸（二羧基）三羧酸循環(huán)的途徑三羧酸循環(huán)的途徑檸檬酸檸檬酸異檸異檸檬酸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoAOverview（二）（二）TCA循環(huán)的化學(xué)計(jì)量循環(huán)的化學(xué)計(jì)量通過通過TCA循環(huán)產(chǎn)生的循環(huán)產(chǎn)生的NADH和和FADH2全部進(jìn)入到線粒全部進(jìn)入到線粒體內(nèi)的電子傳遞鏈中，將所攜帶的體內(nèi)的電子傳遞鏈中，將所攜帶的H傳遞給傳遞給O2，而本，而本身重新生成身重新生成NAD和和FAD每分子每分子NADH+H通過電子傳遞鏈產(chǎn)生通過電子傳遞鏈產(chǎn)生2.5個(gè)個(gè)ATP，每分，每分子子FADH2通過電子傳遞鏈產(chǎn)生通過

9、電子傳遞鏈產(chǎn)生1.5個(gè)個(gè)ATP請(qǐng)大家計(jì)算，一輪請(qǐng)大家計(jì)算，一輪TCA循環(huán)，產(chǎn)生多少循環(huán)，產(chǎn)生多少ATP?n哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物TCA產(chǎn)生產(chǎn)生ATP:n3NADH, 1FADH2n3X2.5+1.5=9n植物和微生物植物和微生物TCA產(chǎn)生產(chǎn)生ATP：n3NADH, 1FADH2, 1ATPn3X2.5+1.5+1=10n計(jì)算一分子葡糖糖徹底氧化計(jì)算一分子葡糖糖徹底氧化分解所產(chǎn)生的分解所產(chǎn)生的ATP數(shù)量！數(shù)量！糖酵解糖酵解 ：2ATP, 2NADH2+5=72丙酮酸丙酮酸2乙酰輔酶乙酰輔酶A: 2NADH2.5x2=5TCA循環(huán)循環(huán)9x2=18 或或10 x2=2030或322從從G開始，有氧氧化中水

10、分子的產(chǎn)生與消耗開始，有氧氧化中水分子的產(chǎn)生與消耗 3 從從G開始，有氧氧化過程中開始，有氧氧化過程中CO2的產(chǎn)生的產(chǎn)生 （三）三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)（三）三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)n1 從從和和開始，到開始，到結(jié)束。每循環(huán)一周消結(jié)束。每循環(huán)一周消耗一個(gè)耗一個(gè)，進(jìn)行，進(jìn)行次脫羧，次脫羧，次脫氫，次脫氫，次底物磷酸化次底物磷酸化，能量和，能量和CO2主要在三羧酸循環(huán)主要在三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生。中產(chǎn)生。n2 三羧酸循環(huán)必須在三羧酸循環(huán)必須在氧條件氧條件下進(jìn)行，若無氧，下進(jìn)行，若無氧，脫下的脫下的H無法進(jìn)入呼吸鏈徹底氧化。無法進(jìn)入呼吸鏈徹底氧化。n3 在在3、4、8步反應(yīng)，生成步反應(yīng)，生成NADH，在，在6步中生成步中

11、生成FADH2，在第，在第5步進(jìn)行一次底物水平磷酸化。步進(jìn)行一次底物水平磷酸化。二二 TCA循環(huán)的生理意義循環(huán)的生理意義n1 糖類代謝、脂類代謝以及氨基酸代謝的糖類代謝、脂類代謝以及氨基酸代謝的共同途徑，即燃料物質(zhì)氧化分解的共同途徑，即燃料物質(zhì)氧化分解的共同途共同途徑徑n2 為各種生物分子的合成為各種生物分子的合成提供原料提供原料n3 通過通過TCA循環(huán)釋放出循環(huán)釋放出ATP以及以及NADH+H，而而NADH+H進(jìn)入電子傳遞鏈將進(jìn)入電子傳遞鏈將H傳遞給氧，傳遞給氧，同時(shí)釋放出大量同時(shí)釋放出大量ATP的過程的過程nAmino acids 氨基酸氨基酸nFatty acids 脂肪酸脂肪酸nGlu

12、cose 葡萄糖葡萄糖nGlycolysis 糖酵解糖酵解nPyruvate 丙酮酸丙酮酸nAcety1-CoA 乙酰乙酰CoAnCitrate 檸檬酸檸檬酸nOxaloacetate 草酰乙酸草酰乙酸nRespiratory 呼吸鏈呼吸鏈1 糖類代謝、脂類代謝以及氨基酸代謝的共同糖類代謝、脂類代謝以及氨基酸代謝的共同途徑，即燃料物質(zhì)氧化分解的共同途徑途徑，即燃料物質(zhì)氧化分解的共同途徑2 TCA循環(huán)為生物合成提供原料循環(huán)為生物合成提供原料-酮戊二酸酮戊二酸檸檬檸檬酸酸谷氨酸谷氨酸嘌呤嘌呤脂肪酸脂肪酸琥珀酰琥珀酰CoA卟啉卟啉蘋果酸蘋果酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸

13、磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖葡萄糖天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸嘧啶嘧啶各種氨基酸各種氨基酸三三 回補(bǔ)反應(yīng)回補(bǔ)反應(yīng) 當(dāng)檸檬酸循環(huán)的中間物因用于其他物質(zhì)合成時(shí)，當(dāng)檸檬酸循環(huán)的中間物因用于其他物質(zhì)合成時(shí)，尤其當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)合成旺盛時(shí)，其中間物的濃度會(huì)減少，尤其當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)合成旺盛時(shí)，其中間物的濃度會(huì)減少，從而導(dǎo)致該循環(huán)的終端產(chǎn)物草酰乙酸不能重復(fù)生成影從而導(dǎo)致該循環(huán)的終端產(chǎn)物草酰乙酸不能重復(fù)生成影響響TCA循環(huán)正常進(jìn)行。在這種情況下，為確保循環(huán)正常進(jìn)行。在這種情況下，為確保TCA循環(huán)，必須有相應(yīng)補(bǔ)充中間物的途徑，即循環(huán)，必須有相應(yīng)補(bǔ)充中間物的途徑，即回補(bǔ)途徑回補(bǔ)途徑n1.丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路n2.乙醛酸途

14、徑乙醛酸途徑n3.其他途徑其他途徑回補(bǔ)反應(yīng)回補(bǔ)反應(yīng)1. 丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路植物和微生物植物和微生物動(dòng)物動(dòng)物2. 乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán) The Glyoxylate Cycle 植物（植物（plants）、藻類（）、藻類（algae）和某些細(xì)菌）和某些細(xì)菌（bacteria）通過乙醛酸循環(huán)途徑可以利用乙）通過乙醛酸循環(huán)途徑可以利用乙酸作為唯一碳源和能源酸作為唯一碳源和能源 異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶（Isocitrate lyase）和）和蘋果酸蘋果酸合酶合酶（malate synthase）是乙醛酸循環(huán)特有）是乙醛酸循環(huán)特有的兩種酶的兩種酶 動(dòng)物組織沒有乙醛酸循環(huán)動(dòng)物組織沒有乙醛酸循環(huán)，不能通過該循環(huán)，不能通過該循環(huán)將脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷悓⒅舅徂D(zhuǎn)變?yōu)樘穷愮晁徵晁嵫雍魉嵫雍魉崽O果酸蘋果酸乙醛酸乙醛酸異檸檬酸異檸檬酸檸檬酸檸檬酸草酰乙酸草酰乙酸蘋果酸合酶蘋果酸合酶異檸檬酸裂解酶異檸檬酸