生物化學(xué)第23章蘭州大學(xué)經(jīng)典課件檸檬酸循環(huán)

1、第23章 檸檬酸循環(huán)(Citric acid cycle)一、丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段一、丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段 形成乙酰形成乙酰CoA二、檸檬酸循環(huán)概貌二、檸檬酸循環(huán)概貌三、檸檬酸循環(huán)的反響機(jī)制三、檸檬酸循環(huán)的反響機(jī)制四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用七、檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史七、檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史檸檬酸循環(huán) 檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)citric acid cyclecitric acid cycle也叫三羧也叫三羧酸循環(huán)酸循環(huán)tricarboxylic acid cyclet

2、ricarboxylic acid cycle， TCATCA循環(huán)，循環(huán)， 因?yàn)榈聡?guó)科學(xué)家因?yàn)榈聡?guó)科學(xué)家Hans KrebsHans Krebs在說(shuō)明檸檬酸循環(huán)中作在說(shuō)明檸檬酸循環(huán)中作出了突出奉獻(xiàn)，又將此途徑稱為出了突出奉獻(xiàn)，又將此途徑稱為KrebsKrebs循環(huán)。循環(huán)。 在有氧條件下，糖酵解途徑產(chǎn)生的丙酮酸進(jìn)入在有氧條件下，糖酵解途徑產(chǎn)生的丙酮酸進(jìn)入線粒體，先轉(zhuǎn)變成乙酰線粒體，先轉(zhuǎn)變成乙酰CoACoA，乙酰，乙酰CoACoA再進(jìn)入檸檬酸再進(jìn)入檸檬酸循環(huán)徹底氧化成循環(huán)徹底氧化成CO2CO2。在真核細(xì)胞中，檸檬酸循環(huán)是。在真核細(xì)胞中，檸檬酸循環(huán)是在線粒體中進(jìn)行的。在線粒體中進(jìn)行的。一、丙酮酸進(jìn)入

3、檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段形成乙酰CoA 丙酮酸到乙酰CoA的總反響式 OCH3CCOO + HSCoA + NAD+ O CH3CSCoA + CO2 + NADH 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成組分組分縮寫縮寫肽鏈肽鏈數(shù)數(shù)輔基輔基催化的反應(yīng)催化的反應(yīng)丙酮酸脫氫丙酮酸脫氫酶組分酶組分E124TPP丙酮酸氧化脫羧丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛酰二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰基酶轉(zhuǎn)乙?；窫224硫辛酰胺硫辛酰胺 將乙?；D(zhuǎn)移到將乙?；D(zhuǎn)移到CoA二氫硫辛酸二氫硫辛酸脫氫酶脫氫酶E312FAD將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑦€原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸脱趸捅徂D(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反響步驟 丙酮酸脫羧反

4、響丙酮酸脫羧反響E1 丙酮酸丙酮酸 TPP 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 羥乙基羥乙基-TPP共振形式共振形式丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反響步驟丙酮酸脫羧反響丙酮酸脫羧反響E2的硫辛酰胺輔基的硫辛酰胺輔基羥乙基羥乙基-TPP乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 TPP-E1E2丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反響步驟乙酰二氫硫辛酰胺乙酰二氫硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氫硫辛酰胺二氫硫辛酰胺乙?；D(zhuǎn)移到乙?；D(zhuǎn)移到CoACoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoACoA丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反響步驟復(fù)原型復(fù)原型E2E2被氧化反響被氧化反響 氧化型氧化型E3 復(fù)原型

5、復(fù)原型E2 復(fù)原型復(fù)原型E3 氧氧化型化型E2 復(fù)原型復(fù)原型E3 復(fù)原型復(fù)原型E3 氧化型氧化型E3E3丙酮酸脫氫酶復(fù)合體結(jié)構(gòu) 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由60條肽鏈組成，總分條肽鏈組成，總分子量為子量為50,000kD，直徑約，直徑約30nm，在電子顯微鏡，在電子顯微鏡下可以看到。下可以看到。E2是復(fù)合體的核心，是復(fù)合體的核心，E1及及E3結(jié)合結(jié)合在在E2的外面。的外面。E2有一個(gè)由賴氨酸殘基與硫辛酰有一個(gè)由賴氨酸殘基與硫辛酰胺相連的長(zhǎng)鏈，這個(gè)長(zhǎng)臂伸長(zhǎng)后可達(dá)胺相連的長(zhǎng)鏈，這個(gè)長(zhǎng)臂伸長(zhǎng)后可達(dá)1.4nm，它，它具有極大的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性，可將底物從一個(gè)酶轉(zhuǎn)送具有極大的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性，可將底物從

6、一個(gè)酶轉(zhuǎn)送到另一個(gè)酶。到另一個(gè)酶。 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體硫辛酰賴氨酰臂丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的總圖砷化物對(duì)硫辛酰胺的毒害作用 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個(gè)反響是哺乳動(dòng)物丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個(gè)反響是哺乳動(dòng)物體內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴ｓw內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oACoA的唯一途徑。乙酰的唯一途徑。乙酰CoACoA既既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類生物合成的起始物質(zhì)。是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類生物合成的起始物質(zhì)。1 1產(chǎn)物控制產(chǎn)物控制 產(chǎn)物產(chǎn)物NADHNADH抑制抑制E3E3，乙酰，乙酰CoACoA抑制抑制E2E2。2 2磷酸化和去磷酸化的調(diào)控磷酸化和去磷酸化的調(diào)控 E2E2

7、分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種是激酶，另分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種是激酶，另一種是磷酸酶，它們分別使一種是磷酸酶，它們分別使E1E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是磷酸化形式是E1E1的活性形式。的活性形式。Ca2+Ca2+通過(guò)激活磷酸酶的通過(guò)激活磷酸酶的作用，也能使作用，也能使E1E1活化?；罨６?、檸檬酸循環(huán)概貌檸檬酸循環(huán)總圖returnreturn三、檸檬酸循環(huán)的反響草酰乙酸與乙酰CoA縮合形成檸檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoA 檸檬酰檸檬酰CoA 檸檬酸檸檬酸 CoA 檸檬酸合酶檸檬酸合酶1 11 1221 12檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸 檸檬酸檸檬酸 順順

8、-烏頭酸烏頭酸 異檸檬酸異檸檬酸烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶烏頭酸酶2221 11 11 1烏頭酸酶中的Fe-S聚簇中心含有這類結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)含有這類結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)稱為鐵硫蛋白稱為鐵硫蛋白異檸檬酸氧化形成酮戊二酸 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 異檸檬酸異檸檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸1 12 21 12 2從異檸檬酸的分支途徑異檸檬酸異檸檬酸異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸植物和有些細(xì)菌中發(fā)生植物和有些細(xì)菌中發(fā)生酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰CoA 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊酮戊二酸脫氫二酸脫氫酶復(fù)合體酶復(fù)合體 1 11 12 22 2琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化成

9、琥珀酸 烯醇化酶烯醇化酶 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶1 11 12 22 2琥珀酸脫氫形成延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸反丁烯二酸反丁烯二酸FAD與琥珀酸脫氫酶的共價(jià)結(jié)合線粒體結(jié)構(gòu)示意圖琥珀酸脫氫酶嵌合在線粒體的內(nèi)膜上。琥珀酸脫氫酶嵌合在線粒體的內(nèi)膜上。 延胡索酸水合形成L-蘋果酸延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 L-蘋果酸蘋果酸L-蘋果酸脫氫形成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶蘋果酸脫氫酶 L-蘋果酸蘋果酸 草酰乙酸草酰乙酸四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算乙酰乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2

10、O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA檸檬酸循環(huán)的總反響式檸檬酸循環(huán)的總反響式ATP的產(chǎn)量 從丙酮酸開始，檸檬酸循環(huán)中循環(huán)一圈，共產(chǎn)生從丙酮酸開始，檸檬酸循環(huán)中循環(huán)一圈，共產(chǎn)生4 4個(gè)個(gè)NADHNADH，1 1個(gè)個(gè)FADH2FADH2，1 1個(gè)個(gè)GTPGTPATPATP，按每個(gè)，按每個(gè)NADHNADH可以可以產(chǎn)生產(chǎn)生2.52.5個(gè)個(gè)ATPATP、每個(gè)、每個(gè)FADH2FADH2可以產(chǎn)生可以產(chǎn)生1.51.5個(gè)個(gè)ATPATP計(jì)算，共計(jì)算，共產(chǎn)生產(chǎn)生2.52.54 4NADHNADH+ 1.5+ 1.51 1FADH2FADH2+ 1+ 1GTPGTP = =

11、 12.5 12.5 個(gè)個(gè)ATPATP 每個(gè)葡萄糖分子每個(gè)葡萄糖分子2 2個(gè)丙酮酸在進(jìn)入檸檬酸循環(huán)個(gè)丙酮酸在進(jìn)入檸檬酸循環(huán)后可以產(chǎn)生后可以產(chǎn)生2525個(gè)個(gè)ATPATP。 每個(gè)葡萄糖分子在糖酵解中可以產(chǎn)生每個(gè)葡萄糖分子在糖酵解中可以產(chǎn)生2 2個(gè)個(gè)ATPATP和和2 2個(gè)個(gè)NADHNADH，共產(chǎn)生，共產(chǎn)生 2 2ATPATP+ 2.5+ 2.52 2NADHNADH= 7= 7個(gè)個(gè)ATPATP 每個(gè)葡萄糖分子徹底氧化后共產(chǎn)生每個(gè)葡萄糖分子徹底氧化后共產(chǎn)生3232個(gè)個(gè)ATPATP。五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控 在檸檬酸循環(huán)中，雖然有在檸檬酸循環(huán)中，雖然有8 8種酶參加反響，種酶參加反響，但在調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起

12、關(guān)鍵作用的是但在調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起關(guān)鍵作用的是3 3種酶：種酶：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酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。其調(diào)控可以分為兩個(gè)方面：脫氫酶復(fù)合體。其調(diào)控可以分為兩個(gè)方面：檸檬酸循環(huán)本身各種物質(zhì)對(duì)酶活性的調(diào)控；檸檬酸循環(huán)本身各種物質(zhì)對(duì)酶活性的調(diào)控；ADPADP、ATPATP和和Ca2+Ca2+的調(diào)控。的調(diào)控。 檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié)1乙酰乙酰CoA和草酰乙酸的供給情況。乙酰和草酰乙酸的供給情況。乙酰CoA來(lái)源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性的控來(lái)源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性的控制；草酰乙酸的供給取決于循環(huán)是否運(yùn)行暢通，以制；草酰乙酸的供

13、給取決于循環(huán)是否運(yùn)行暢通，以及中間產(chǎn)物離開循環(huán)的速率和補(bǔ)充的速率。及中間產(chǎn)物離開循環(huán)的速率和補(bǔ)充的速率。2NADH/NAD+的比值。檸檬酸合酶和異檸的比值。檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶都受到檬酸脫氫酶都受到NADH的抑制，但異檸檬酸脫氫的抑制，但異檸檬酸脫氫酶對(duì)酶對(duì)NADH更為敏感。更為敏感。酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體也受也受NADH的抑制。的抑制。3產(chǎn)物的反響抑制。檸檬酸合酶受高濃度檸檬產(chǎn)物的反響抑制。檸檬酸合酶受高濃度檸檬酸的抑制；酸的抑制；酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受琥珀酰酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受琥珀酰CoA的抑制。的抑制。 goATP、ADP和Ca2+對(duì)檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié) 1ATP/

14、ADP的比值。的比值。 ATP/ADP的比值對(duì)檸的比值對(duì)檸檬酸循環(huán)中的酶有調(diào)節(jié)作用，檬酸循環(huán)中的酶有調(diào)節(jié)作用，ADP是異檸檬酸脫氫是異檸檬酸脫氫酶的別構(gòu)促進(jìn)劑，可降低該酶的酶的別構(gòu)促進(jìn)劑，可降低該酶的Km值，促進(jìn)酶與值，促進(jìn)酶與底物的結(jié)合；而底物的結(jié)合；而ATP抑制該酶。抑制該酶。2Ca2+濃度。濃度。 Ca2+可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸酶，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酶，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酰酰CoA的供給。同時(shí)的供給。同時(shí)Ca2+也能激活異檸檬酸脫氫也能激活異檸檬酸脫氫酶和酶和酮戊二酸脫氫酶。酮戊二酸脫氫酶。 乙酰CoA形成和檸檬酸循環(huán)中的激活和抑制部位示意圖激活激活 抑制抑制 反響抑制反響抑制六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用 許多合成代謝都利用檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物作許多合成代謝都利用檸檬酸循環(huán)的中間產(chǎn)物作為生物合成的前體來(lái)源。檸檬酸循環(huán)中由于參與其為生物合成