tca循環(huán)專題知識講座

tca循環(huán)專題知識講座tca循環(huán)專題知識講座第1頁一丙酮酸氧化脫羧丙酮酸（糖酵解產(chǎn)生）在有氧條件下，進(jìn)入線粒體內(nèi)膜。在丙酮酸脫氫酶系作用下，氧化脫羧生成乙酰CoA。方程式以下：丙酮酸乙酰CoA丙酮酸脫氫酶系tca循環(huán)專題知識講座第2頁1丙酮酸脫氫酶復(fù)合體

—連接糖酵解與TCA循環(huán)橋梁1丙酮酸脫氫酶系——多酶復(fù)合體（3酶5輔助因子）（1）酶：丙酮酸脫氫酶E1，二硫辛酰乙?；D(zhuǎn)移酶E2，二硫辛酰脫氫酶E3（2）輔助因子：TPP，CoASH，F(xiàn)AD，NAD，氧化型6，8－二硫辛酸電子顯微鏡下丙酮酸脫氫酶系tca循環(huán)專題知識講座第3頁2化學(xué)歷程tca循環(huán)專題知識講座第4頁3丙酮酸脫氫酶系調(diào)控（1）別構(gòu)調(diào)控產(chǎn)物NADH和乙酰CoA與底物NAD、CoA競爭性抑制該酶系活性部位。（2）共價(jià)修飾調(diào)整丙酮酸脫氫酶磷酸化（激酶）和去磷酸化（磷酸酶）是使丙酮酸脫氫酶系失活和激活主要方式。tca循環(huán)專題知識講座第5頁活性無活性tca循環(huán)專題知識講座第6頁二三羧酸循環(huán)化學(xué)路徑

三羧酸循環(huán)首先從乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸開始，經(jīng)多步反應(yīng)回到草酰乙酸，消耗乙酰CoA產(chǎn)生CO2、NADH、FADH2和ATP。此循環(huán)定義在線粒體內(nèi)膜上，全部酶也在此內(nèi)膜上，分8步反應(yīng)。tca循環(huán)專題知識講座第7頁三羧酸循環(huán)路徑檸檬酸異檸檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸乙酰CoAtca循環(huán)專題知識講座第8頁（一）TCA循環(huán)詳細(xì)過程tca循環(huán)專題知識講座第9頁步驟1草酰乙酸+乙酰CoA合成檸檬酸1強(qiáng)放熱反應(yīng)，不可逆，第一個(gè)限速步驟2催化酶為檸檬酸（縮）合酶3檸檬酸屬于調(diào)控酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰CoA、酯酰CoA等抑制，是檸檬酸循環(huán)中限速酶乙酰CoA草酰乙酸檸檬酸檸檬酸合酶tca循環(huán)專題知識講座第10頁步驟2檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸1該反應(yīng)可逆，中間物為順烏頭酸2催化酶為順烏頭酸酶3氟乙酸可取代檸檬酸與順烏頭酸酶結(jié)合，抑制該步反應(yīng)檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸順烏頭酸酶順烏頭酸酶tca循環(huán)專題知識講座第11頁步驟3異檸檬酸氧化生成α-酮戊二酸1放熱反應(yīng)，第二個(gè)限速步驟2氧化還原反應(yīng)之一，受氫體為NAD或NADP3催化酶為異檸檬酸脫氫酶4異檸檬酸脫氫酶是一個(gè)變構(gòu)調(diào)整酶?；钚允蹵DP、NAD+激活，受ATP、NADH抑制α-酮戊二酸異檸檬酸

異檸檬酸脫氫酶tca循環(huán)專題知識講座第12頁步驟3異檸檬酸氧化生成α-酮戊二酸5異檸檬酸包含兩種，NAD為輔酶和NADP為輔酶。前者存在于線粒體中，后者存在于線粒體中，也存在于細(xì)胞溶膠中。6細(xì)菌中異檸檬酸脫氫酶受磷酸化控制。在酶活性部位Ser若被磷酸化，直接抑制了酶與異檸檬酸底物結(jié)合。異檸檬酸脫氫酶激酶使之磷酸化，而異檸檬酸脫氫酶磷酸酶使之脫磷酸化。7實(shí)際上在許多植物和有些細(xì)菌體內(nèi)，異檸檬酸轉(zhuǎn)變有兩條路徑。當(dāng)需要能量時(shí)，進(jìn)行氧化形成α-酮戊二酸；當(dāng)能量貯備充分時(shí)，異檸檬酸裂解為琥珀酸和乙醛酸，此時(shí)酶稱為異檸檬酸裂解酶。tca循環(huán)專題知識講座第13頁步驟4α-酮戊二酸生成琥珀酰CoA1氧化還原反應(yīng)之二，受氫體為NAD2催化酶為α-酮戊二酸脫氫酶系，此酶系與丙酮酸脫氫酶系非常類似，受能荷控制，但無共價(jià)修飾調(diào)整3

第三個(gè)調(diào)控步驟，產(chǎn)生能量用于推進(jìn)反應(yīng)向氧化方向進(jìn)行，大個(gè)別能量保留于高能硫酯鍵α-酮戊二酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸脫氫酶系tca循環(huán)專題知識講座第14頁步驟5琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸產(chǎn)生一個(gè)高能磷酸鍵1琥珀酰CoA高能硫酯鍵斷裂與GDP磷酸化偶聯(lián)，在哺乳動物中生成GTP，在植物和微生物中生成ATP，是TCA循環(huán)中唯一底物磷酸化2催化酶為琥珀酰合成酶。琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰合成酶H2Otca循環(huán)專題知識講座第15頁步驟6琥珀酸生成延胡索酸1氧化還原反應(yīng)之三，可逆，受氫體為FAD2催化酶為琥珀酸脫氫酶，琥珀酸脫氫酶是TCA循環(huán)中唯一嵌入線粒體內(nèi)膜酶琥珀酸延胡索酸琥珀酸脫氫酶tca循環(huán)專題知識講座第16頁步驟7延胡索酸水合形成L-蘋果酸1催化酶是延胡索酸酶2延胡索酸含有嚴(yán)格立體專一性延胡索酸L-蘋果酸延胡索酸酶tca循環(huán)專題知識講座第17頁步驟8L-蘋果酸重新生成草酰乙酸1催化酶是蘋果酸脫氫酶2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，但因?yàn)橐阴oA和草酰乙酸是強(qiáng)放熱反應(yīng)，所以反應(yīng)向草酰乙酸方向進(jìn)行L-蘋果酸草酰乙酸蘋果酸脫氫酶tca循環(huán)專題知識講座第18頁三羧酸循環(huán)路徑檸檬酸異檸檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸乙酰CoAtca循環(huán)專題知識講座第19頁（二）TCA循環(huán)化學(xué)計(jì)量tca循環(huán)專題知識講座第20頁*化學(xué)計(jì)量基礎(chǔ)知識1經(jīng)過TCA循環(huán)產(chǎn)生NADH和FADH2全部進(jìn)入到線粒體內(nèi)電子傳遞鏈中，將所攜帶H傳遞給O2，而本身重新生成NAD和FAD2每分子NADH+H經(jīng)過電子傳遞鏈產(chǎn)生2.5個(gè)ATP，每分子FADH2經(jīng)過電子傳遞鏈產(chǎn)生1.5個(gè)ATP3TCA循環(huán)中包含了4次氧化還原反應(yīng)，其中1次以FAD作為氫受體，3次以NAD作為受體4TCA循環(huán)中包含了一次底物磷酸化，產(chǎn)物通常為GTP5計(jì)算G有氧氧化過程需要將糖酵解、丙酮酸脫氫、TCA循環(huán)產(chǎn)生NADH+H、FADH2、ATP一并計(jì)算，其中糖酵解產(chǎn)生NADH和TCA循環(huán)中NADH產(chǎn)生能量不一樣。tca循環(huán)專題知識講座第21頁1ATP計(jì)算方式在有氧條件下，一分子G經(jīng)過糖酵解和三羧酸循環(huán)徹底氧化（包含底物磷酸化和氧化磷酸化），總共能夠產(chǎn)生30或32分子ATP,其中以三羧酸循環(huán)產(chǎn)生ATP最多。各階段產(chǎn)生ATP量列表以下tca循環(huán)專題知識講座第22頁1ATP計(jì)算方式tca循環(huán)專題知識講座第23頁一分子葡萄糖生成2分子3-磷酸甘油醛（第一和第二階段）糖酵解過程一tca循環(huán)專題知識講座第24頁3-磷酸甘油醛降解為丙酮酸（第三階段）糖酵解過程二tca循環(huán)專題知識講座第25頁丙酮酸脫羧形成乙酰CoAtca循環(huán)專題知識講座第26頁三羧酸循環(huán)路徑檸檬酸異檸檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸乙酰CoAtca循環(huán)專題知識講座第27頁葡萄糖有氧氧化過程中ATP合成tca循環(huán)專題知識講座第28頁*說明對于原核生物和真核生物來說，1分子G經(jīng)過糖酵解、三羧酸循環(huán)過程產(chǎn)生ATP是不一樣，原因在于糖酵解過程中3-磷酸甘油醛脫氫酶脫下2分子NADH和H，這2分子NADH和H是在胞質(zhì)中，并非線粒體內(nèi)部NADH和H，不能經(jīng)過線粒體膜進(jìn)入線粒體，所以和TCA循環(huán)產(chǎn)生NADH和H是不一樣。tca循環(huán)專題知識講座第29頁*說明原核生物中不存在細(xì)胞器，所以每個(gè)NADH和H直接進(jìn)入電子傳遞鏈經(jīng)過氧化磷酸化產(chǎn)生2.5個(gè)ATP；而對于真核生物來說，胞質(zhì)中NADH和H不能隨意從胞質(zhì)進(jìn)入線粒體，其進(jìn)入過程需要經(jīng)過兩個(gè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)來完成1蘋果酸-天冬氨酸穿梭（NAD）2磷酸甘油穿梭（FAD）tca循環(huán)專題知識講座第30頁2從G開始，有氧氧化中水分子產(chǎn)生與消耗

tca循環(huán)專題知識講座第31頁3從G開始，有氧氧化過程中CO2產(chǎn)生

tca循環(huán)專題知識講座第32頁（三）三羧酸循環(huán)特點(diǎn)1從草酰乙酸和乙酰CoA開始，到草酰乙酸結(jié)束。每循環(huán)一周消耗一個(gè)乙酰CoA，進(jìn)行2次脫羧，4次脫氫，1次底物磷酸化，能量和CO2主要在三羧酸循環(huán)中產(chǎn)生。2三羧酸循環(huán)必須在有氧條件下進(jìn)行，若無氧，脫下H無法進(jìn)入呼吸鏈徹底氧化。3TCA循環(huán)不可逆，1、3、4不可逆，而且沒有發(fā)覺能夠繞過這三步反應(yīng)酶。4在3、4、8步反應(yīng)，生成NADH，在6步中生成FADH2，在第5步進(jìn)行一次底物水平磷酸化。tca循環(huán)專題知識講座第33頁三回補(bǔ)反應(yīng)1.丙酮酸羧化支路2.乙醛酸路徑3.其它路徑

當(dāng)檸檬酸循環(huán)中間物因用于其它物質(zhì)合成時(shí)，尤其當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)合成旺盛時(shí)，其中間物濃度會降低，從而造成該循環(huán)終端產(chǎn)物草酰乙酸不能重復(fù)生成影響TCA循環(huán)正常進(jìn)行。在這種情況下，為確保TCA循環(huán)，必須有對應(yīng)補(bǔ)充中間物路徑，即回補(bǔ)路徑tca循環(huán)專題知識講座第34頁1.丙酮酸羧化支路羧激酶心臟和肌肉中肝臟tca循環(huán)專題知識講座第35頁2.乙醛酸循環(huán)TheGlyoxylateCycleAvariantofTCAforplantsandbacteria

植物（plants）、藻類（algae）和一些細(xì)菌（bacteria）經(jīng)過乙醛酸循環(huán)路徑能夠利用乙酸作為唯一碳源和能源動物組織沒有乙醛酸循環(huán)，不能將脂肪酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惍悪幟仕崃呀饷福↖socitratelyase）和蘋果酸合酶（malatesynthase）是乙醛酸循環(huán)特有兩種酶tca循環(huán)專題知識講座第36頁琥珀酸延胡索酸蘋果酸乙醛酸異檸檬酸檸檬酸草酰乙酸蘋果酸合酶異檸檬酸裂解酶tca循環(huán)專題知識講座第37頁乙醛酸循環(huán)GlyoxylateCycleII異檸檬酸裂解酶（Isocitratelyase）催化異檸檬酸裂解產(chǎn)生乙醛酸（glyoxylate）和琥珀酸（succinate）蘋果酸合酶（Malatesynthase）催化乙醛酸和乙酰-CoA結(jié)合生成蘋果酸乙醛酸循環(huán)體（Glyoxysomes）借用線粒體（mitochondria）中三步反應(yīng)：succinatetooxaloacetateTheglyoxylatecyclehelpsplantsgrowinthedark!tca循環(huán)專題知識講座第38頁3.其它路徑一些氨基酸經(jīng)過轉(zhuǎn)氨基作用生成草酰乙酸或-酮戊二酸等如：天冬氨酸＋α-酮戊二酸（谷草轉(zhuǎn)氨酶、磷酸吡哆醛）－草酰乙酸＋谷氨酸t(yī)ca循環(huán)專題知識講座第39頁四TCA循環(huán)生理意義1糖類代謝、脂類代謝以及氨基酸代謝共同路徑，即燃料物質(zhì)氧化分解共同路徑2為各種生物分子合成提供原料3經(jīng)過TCA循環(huán)釋放出ATP以及NADH+H，而NADH+H進(jìn)入電子傳遞鏈將H傳遞給氧，同時(shí)釋放出大量ATP過程tca循環(huán)專題知識講座第40頁Aminoacids

氨基酸Fattyacids

脂肪酸Glucose

葡萄糖Glycolysis

糖酵解Pyruvate

丙酮酸Acety1-CoA

乙酰CoACitrate

檸檬酸Oxaloacetate

草酰乙酸Respiratory

呼吸鏈1糖類代謝、脂類代謝以及氨基酸代謝共同路徑，即燃料物質(zhì)氧化分解共同路徑tca循環(huán)專題知識講座第41頁2TCA循環(huán)為生物合成提供原料α-酮戊二酸檸檬酸谷氨酸嘌呤脂肪酸琥珀酰CoA卟啉蘋果酸草酰乙酸丙酮酸乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖天冬酰氨天冬氨酸嘧啶各種氨基酸t(yī)ca循環(huán)專題知識講座第42頁TCA循環(huán)凈結(jié)果是：乙酰CoA(carriedbyCoA)被氧化生成2CO2，同時(shí)合成1ATP，3NADH和1FADH2。3經(jīng)過TCA循環(huán)釋放出ATP以及NADH+H，而NADH+H進(jìn)入電子傳遞鏈將H傳遞給氧，同時(shí)釋放出大量ATP過程異檸檬酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸蘋果酸草酰乙酸檸檬酸t(yī)ca循環(huán)專題知識講座第43頁五三羧酸循環(huán)調(diào)整RegulationoftheTCACycleAgain,3reactionsarethekeysites

1檸檬酸合酶（Citratesynthase-ATP,NADHandsuccinyl-CoAinhibit）第一步反應(yīng)不可逆，這里有一個(gè)水解高能硫酯鍵放能反應(yīng)。檸檬酸合酶受底物（乙酰CoA，草酰乙酸）控制，也受NAD/NADH百分比影響，同時(shí)受琥珀酰CoA競爭抑制。tca循環(huán)專題知識講座第44頁五三羧酸循環(huán)調(diào)整RegulationoftheTCACycleAgain,3reactionsarethekeysites

2異檸檬酸脫氫酶（Isocitratedehydrogenase-ATPi