三羧酸循環(huán)的營養(yǎng)學(xué)意義-PPT課件

1、三羧酸循環(huán) 講課目的：三羧酸循環(huán)在營養(yǎng)中的重要意義 1、三羧酸循環(huán)是糖，脂肪和蛋白質(zhì)三種主要有機(jī)物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑，三羧酸循環(huán)的起始物乙酰-CoA，不但是糖氧化分解產(chǎn)物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質(zhì)的某些氨基酸代謝，因此三羧酸循環(huán)實(shí)際上是三種主要有機(jī)物在體內(nèi)氧化供能的共同通路。 2、只有了解三羧酸循環(huán)，才能很容易理解“抗生酮作用、節(jié)約蛋白質(zhì)作用、糖異生、酮癥酸中毒、糖轉(zhuǎn)化為脂肪、熱氮比、白蛋白濫用、全合一、食物多樣化”等在營養(yǎng)學(xué)中的重要作用，才能更好地與醫(yī)生、病人溝通，才能把營養(yǎng)學(xué)問專業(yè)化，讓老百姓相信營養(yǎng)師的水平。3、營養(yǎng)師不能單純地告訴病人能吃什么，什么不能吃，還得

2、認(rèn)真學(xué)習(xí)更多基礎(chǔ)知識，把基礎(chǔ)理論和實(shí)踐相結(jié)合起來。否則，沒有醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)的人，學(xué)習(xí)1個(gè)月的公共營養(yǎng)師就能代替專業(yè)營養(yǎng)師。所以，不要忽視基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)。何為三羧酸循環(huán)主要內(nèi)容：三羧酸循環(huán)的概念三羧酸循環(huán)基本介紹三羧酸循環(huán)化學(xué)反應(yīng)三羧酸循環(huán)循環(huán)過程三羧酸循環(huán)循環(huán)總結(jié)三羧酸循環(huán)生理意義三羧酸循環(huán)調(diào)節(jié)功能三羧酸循環(huán)的概念 三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle）是需氧生物體內(nèi)普遍存在的代謝途徑，因?yàn)樵谶@個(gè)循環(huán)中幾個(gè)主要的中間代謝物是含有三個(gè)羧基的檸檬酸，所以叫做三羧酸循環(huán)，又稱為檸檬酸循環(huán)；三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)素（糖類、脂類、氨基酸）的最終代謝通路，又是糖類、脂類、氨基酸代謝聯(lián)系的樞

3、紐。 由乙酰CoA和草酰乙酸縮合成有三個(gè)羧基的檸檬酸,檸檬酸經(jīng)一系列反應(yīng),一再氧化脫羧,經(jīng)酮戊二酸、琥珀酸,再降解成草酰乙酸。而參與這一循環(huán)的丙酮酸的三個(gè)碳原子,每循環(huán)一次,僅用去一分子乙?；械亩紗挝?最后生成兩分子的CO2,并釋放出大量的能量。三羧酸循環(huán)基本介紹 檸檬酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle）：也稱為三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle，TCA），Krebs循環(huán)。是用于乙酰CoA中的乙?；趸蒀O2的酶促反應(yīng)的循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)的第一步是由乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸。 在三羧酸循環(huán)中，反應(yīng)物葡萄糖或者脂肪酸會變成乙酰輔酶A（Acet

4、yl-CoA)。這種活化醋酸(一分子輔酶和一個(gè)乙?；噙B)，會在循環(huán)中分解生成最終產(chǎn)物二氧化碳并脫氫，質(zhì)子將傳遞給輔酶-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 和黃素腺嘌呤（FAD），使之成為NADH + H+和FADH2。 NADH + H+ 和 FADH2 會繼續(xù)在呼吸鏈中被氧化成NAD+ 和FAD，并生成水。這種受調(diào)節(jié)的燃燒會生成ATP，提供能量。 真核生物的線粒體和原核生物的細(xì)胞質(zhì)是三羧酸循環(huán)的場所。它是呼吸作用過程中的一步，但在需氧型生物中，它先于呼吸鏈發(fā)生。厭氧型生物則首先遵循同樣的途徑分解高能有機(jī)化合物，例如糖酵解，但之后并不進(jìn)行三羧酸循環(huán)，而是進(jìn)行不需要氧氣參與的發(fā)酵過程。三羧酸循環(huán)

5、化學(xué)反應(yīng) 乙酰輔酶A在循環(huán)中出現(xiàn)：檸檬酸(I)是循環(huán)中第一個(gè)產(chǎn)物，它是通過草酰乙酸(X)和乙酰輔酶A(XI)的乙?；g的縮合反應(yīng)生成的。如上所述，乙酰輔酶A是早先進(jìn)行的糖酵解，蛋白質(zhì)代謝或脂肪酸代謝的一個(gè)產(chǎn)物。三羧酸循環(huán)循環(huán)過程 乙酰-CoA進(jìn)入由一連串反應(yīng)構(gòu)成的循環(huán)體系，被氧化生成H2O和CO2。由于這個(gè)循環(huán)反應(yīng)開始于乙酰CoA與草酰乙酸(oxaloaceticacid)縮合生成的含有三個(gè)羧基的檸檬酸，因此稱之為三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)(citratecycle)。在三羧酸循環(huán)中，檸檬酸合成酶催化的反應(yīng)是關(guān)鍵步驟，草酰乙酸的供應(yīng)有利于循環(huán)順利進(jìn)行。其詳細(xì)過程如下： 1、乙酰-CoA進(jìn)入三羧酸循

6、環(huán) 乙酰CoA具有硫酯鍵，乙?；凶銐蚰芰颗c草酰乙酸的羧基進(jìn)行醛醇型縮合。首先檸檬酸合酶的組氨酸殘基作為堿基與乙酰-CoA作用，使乙酰-CoA的甲基上失去一個(gè)h+，生成的碳陰離子對草酰乙酸的羰基碳進(jìn)行親核攻擊，生成檸檬酰-CoA中間體，然后高能硫酯鍵水解放出游離的檸檬酸，使反應(yīng)不可逆地向右進(jìn)行。該反應(yīng)由檸檬酸合成酶(citratesynthase)催化，是很強(qiáng)的放能反應(yīng)。 由草酰乙酸和乙酰-CoA合成檸檬酸是三羧酸循環(huán)的重要調(diào)節(jié)點(diǎn)，檸檬酸合成酶是一個(gè)變構(gòu)酶，ATP是檸檬酸合成酶的變構(gòu)抑制劑，此外，-酮戊二酸、NADH能變構(gòu)抑制其活性，長鏈脂酰-CoA也可抑制它的活性，AMP可對抗ATP的抑制而

7、起激活作用。 2、異檸檬酸形成檸檬酸的叔醇基不易氧化，轉(zhuǎn)變成異檸檬酸而使叔醇變成仲醇，就易于氧化，此反應(yīng)由順烏頭酸酶催化，為一可逆反應(yīng)。3、第一次氧化脫酸在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸(oxalosuccinicacid)的中間產(chǎn)物，后者在同一酶表面，快速脫羧生成-酮戊二酸(ketoglutarate)、NADH和co2，此反應(yīng)為-氧化脫羧，此酶需要Mg2+作為激活劑。此反應(yīng)是不可逆的，是三羧酸循環(huán)中的限速步驟，ADP是異檸檬酸脫氫酶的激活劑，而ATP，NADH是此酶的抑制劑。4、第二次氧化脫羧 在-酮戊二酸脫氫酶系作用下，-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰-CoA

8、、NADHH+和co2，反應(yīng)過程完全類似于丙酮酸脫氫酶系催化的氧化脫羧，屬于氧化脫羧，氧化產(chǎn)生的能量中一部分儲存于琥珀酰coa的高能硫酯鍵中。-酮戊二酸脫氫酶系也由三個(gè)酶(-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀?；D(zhuǎn)移酶、二氫硫辛酸脫氫酶)和五個(gè)輔酶(tpp、硫辛酸、hscoa、NAD+、FAD)組成。此反應(yīng)也是不可逆的。-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受ATP、GTP、NADH和琥珀酰-CoA抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的調(diào)控。 5、底物磷酸化生成ATP 在琥珀酸硫激酶(succinatethiokinase)的作用下，琥珀酰-CoA的硫酯鍵水解，釋放的自由能用于合成gtp，在細(xì)菌和高等生物可直接生成ATP，

9、在哺乳動物中，先生成GTP，再生成ATP，此時(shí)，琥珀酰-CoA生成琥珀酸和輔酶A。 6、琥珀酸脫氫 琥珀酸脫氫酶(succinatedehydrogenase)催化琥珀酸氧化成為延胡索酸。該酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，而其他三羧酸循環(huán)的酶則都是存在線粒體基質(zhì)中的，這酶含有鐵硫中心和共價(jià)結(jié)合的fad，來自琥珀酸的電子通過fad和鐵硫中心，然后進(jìn)入電子傳遞鏈到O2，丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸脫氫酶強(qiáng)有力的競爭性抑制物，所以可以阻斷三羧酸循環(huán)。7、延胡索酸的水化延胡索酸酶僅對延胡索酸的反式雙鍵起作用，而對順丁烯二酸(馬來酸)則無催化作用，因而是高度立體特異性的。8、草酰乙酸再生在蘋果酸脫氫酶(mal

10、icdehydrogenase)作用下，蘋果酸仲醇基脫氫氧化成羰基，生成草酰乙酸(oxalocetate)，nad+是脫氫酶的輔酶，接受氫成為NADHH+。 三羧酸循環(huán)的總結(jié) 在此循環(huán)中，最初草酰乙酸因參加反應(yīng)而消耗，但經(jīng)過循環(huán)又重新生成。所以每循環(huán)一次，凈結(jié)果為1個(gè)乙?；ㄟ^兩次脫羧而被消耗。循環(huán)中有機(jī)酸脫羧產(chǎn)生的二氧化碳，是機(jī)體中二氧化碳的主要來源。在三羧酸循環(huán)中，共有4次脫氫反應(yīng)，脫下的氫原子以NADH+H+和FADH2的形式進(jìn)入呼吸鏈，最后傳遞給氧生成水，在此過程中釋放的能量可以合成ATP。 乙酰輔酶A不僅來自糖的分解，也可由脂肪酸和氨基酸的分解代謝中產(chǎn)生，都進(jìn)入三羧酸循環(huán)徹底氧化。并

11、且，凡是能轉(zhuǎn)變成三羧酸循環(huán)中任何一種中間代謝物的物質(zhì)都能通過三羧酸循環(huán)而被氧化。所以三羧酸循環(huán)實(shí)際是糖、脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物在生物體內(nèi)末端氧化的共同途徑。三羧酸循環(huán)既是分解代謝途徑，但又為一些物質(zhì)的生物合成提供了前體分子。如草酰乙酸是合成天冬氨酸的前體，-酮戊二酸是合成谷氨酸的前體。一些氨基酸還可通過此途徑轉(zhuǎn)化成糖。三羧酸循環(huán)-循環(huán)總結(jié) 乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi2Co2+3NADH+FADH2+GTP+2H+CoA-SH1、CO2的生成，循環(huán)中有兩次脫羧基反應(yīng)(反應(yīng)3和反應(yīng)4)兩次都同時(shí)有脫氫作用，但作用的機(jī)理不同，由異檸檬酸脫氫酶所催化的氧化脫羧，輔酶是nad+，它們先使底

12、物脫氫生成草酰琥珀酸，然后在Mn2+或Mg2+的協(xié)同下，脫去羧基，生成-酮戊二酸。-酮戊二酸脫氫酶系所催化的氧化脫羧反應(yīng)和前述丙酮酸脫氫酶系所催經(jīng)的反應(yīng)基本相同。應(yīng)當(dāng)指出，通過脫羧作用生成Co2，是機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生Co2的普遍規(guī)律，由此可見，機(jī)體Co2的生成與體外燃燒生成Co2的過程截然不同。2、三羧酸循環(huán)的四次脫氫，其中三對氫原子以NAD+為受氫體，一對以FAD為受氫體，分別還原生成NADH+H+和FADH2。它們又經(jīng)線粒體內(nèi)遞氫體系傳遞，最終與氧結(jié)合生成水，在此過程中釋放出來的能量使adp和pi結(jié)合生成ATP，凡NADH+H+參與的遞氫體系，每2H氧化成一分子H2O，生成3分子ATP，而FADH

13、2參與的遞氫體系則生成2分子ATP，再加上三羧酸循環(huán)中有一次底物磷酸化產(chǎn)生一分子ATP，那么，一分子檸檬酸參與三羧酸循環(huán)，直至循環(huán)終末共生成12分子ATP。3、乙酰-CoA中乙?；奶荚?，乙酰-CoA進(jìn)入循環(huán)，與四碳受體分子草酰乙酸縮合，生成六碳的檸檬酸，在三羧酸循環(huán)中有二次脫羧生成2分子Co2，與進(jìn)入循環(huán)的二碳乙?；奶荚訑?shù)相等，但是，以Co2方式失去的碳并非來自乙?；膬蓚€(gè)碳原子，而是來自草酰乙酸。4、三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，從理論上講，可以循環(huán)不消耗，但是由于循環(huán)中的某些組成成分還可參與合成其他物質(zhì)，而其他物質(zhì)也可不斷通過多種途徑而生成中間產(chǎn)物，所以說三羧酸循環(huán)組成成分處于不斷更新之中

14、。例如草楚酰乙酸天門冬氨酸酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸丙酮酸丙氨酸 其中丙酮酸羧化酶催化的生成草酰乙酸的反應(yīng)最為重要。因?yàn)椴蒗Ｒ宜岬暮慷嗌?，直接影響循環(huán)的速度，因此不斷補(bǔ)充草酰乙酸是使三羧酸循環(huán)得以順利進(jìn)行的關(guān)鍵。三羧酸循環(huán)中生成的蘋果酸和草酰乙酸也可以脫羧生成丙酮酸，再參與合成許多其他物質(zhì)或進(jìn)一步氧化。三羧酸循環(huán)-生理意義 1、三羧酸循環(huán)是機(jī)體獲取能量的主要方式。1個(gè)分子葡萄糖經(jīng)無氧酵解僅凈生成2個(gè)分子ATP，而有氧氧化可凈生成38個(gè)ATP，其中三羧酸循環(huán)生成24個(gè)ATP，在一般生理?xiàng)l件下，許多組織細(xì)胞皆從糖的有氧氧化獲得能量。糖的有氧氧化不但釋能效率高，而且逐步釋能，并逐步儲存于ATP分子中，

15、因此能的利用率也很高。2、三羧酸循環(huán)是糖，脂肪和蛋白質(zhì)三種主要有機(jī)物在體內(nèi)徹底氧化的共同代謝途徑，三羧酸循環(huán)的起始物乙酰-CoA，不但是糖氧化分解產(chǎn)物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質(zhì)的某些氨基酸代謝，因此三羧酸循環(huán)實(shí)際上是三種主要有機(jī)物在體內(nèi)氧化供能的共同通路，估計(jì)人體內(nèi)2/3的有機(jī)物是通過三羧酸循環(huán)而被分解的。 3、三羧酸循環(huán)是體內(nèi)三種主要有機(jī)物互變的聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)，因糖和甘油在體內(nèi)代謝可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物，這些中間產(chǎn)物可以轉(zhuǎn)變成為某些氨基酸；而有些氨基酸又可通過不同途徑變成-酮戊二酸和草酰乙酸，再經(jīng)糖異生的途徑生成糖或轉(zhuǎn)變成甘油，因此三羧酸循環(huán)不僅是三種主要

16、的有機(jī)物分解代謝的最終共同途徑，而且也是它們互變的聯(lián)絡(luò)機(jī)構(gòu)。三羧酸循環(huán)-調(diào)節(jié)功能 糖有氧氧化分為兩個(gè)階段，第一階段糖酵解途徑的調(diào)節(jié)在糖酵解部分已探討過，下面主要討論第二階段丙酸酸氧化脫羧生成乙酰-CoA并進(jìn)入三羧酸循環(huán)的一系列反應(yīng)的調(diào)節(jié)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體是這一過程的限速酶。 丙酮酸脫氫酶復(fù)合體受別構(gòu)調(diào)控也受化學(xué)修飾調(diào)控，該酶復(fù)合體受它的催化產(chǎn)物ATP、乙酰-CoA和NADH有力的抑制，這種別構(gòu)抑制可被長鏈脂肪酸所增強(qiáng)，當(dāng)進(jìn)入三羧酸循環(huán)的乙酰-CoA減少，而AMP、CoA和NAD+堆積，酶復(fù)合體就被別構(gòu)激活. 除上述別位調(diào)節(jié)，在脊椎動物還有

17、第二層次的調(diào)節(jié)，即酶蛋白的化學(xué)修飾，PDH含有兩個(gè)亞基，其中一個(gè)亞基上特定的一個(gè)絲氨酸殘基經(jīng)磷酸化后，酶活性就受抑制，脫磷酸化活性就恢復(fù)，磷酸化-脫磷酸化作用是由特異的磷酸激酶和磷酸蛋白磷酸酶分別催化的，它們實(shí)際上也是丙酮酸酶復(fù)合體的組成，即前已述及的調(diào)節(jié)蛋白，激酶受ATP別構(gòu)激活，當(dāng)ATP高時(shí)，PDH就磷酸化而被激活，當(dāng)ATP濃度下降，激酶活性也降低，而磷酸酶除去PDH上磷酸，PDH又被激活了。 對三羧酸循環(huán)中檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶的調(diào)節(jié)，主要通過產(chǎn)物的反饋抑制來實(shí)現(xiàn)的，而三羧酸循環(huán)是機(jī)體產(chǎn)能的主要方式。因此ATP/ADP與NADH/NAD+兩者的比值是其主要調(diào)節(jié)物。ATP/ADP比值升高，抑制檸檬酸合成酶和異檸檬酶脫氫酶活性，反之ATP/A