檸檬酸循環(huán)s課件

LW-1檸檬酸循環(huán)CitricAcidCycle(TCA)

乙酰-CoA的生成

檸檬酸循環(huán)反應(yīng)

檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)

乙醛酸循環(huán)-有氧代謝的樞紐

-分解、合成兩用途徑線(xiàn)粒體基質(zhì)中發(fā)生的、將乙酰-CoA的2C最終氧化生成CO2的一系列反應(yīng)NPinPhys/Med1953"forhisdiscoveryofthecitricacidcycle"

116-1

細(xì)胞呼吸的三個(gè)主要階段乙酰-CoA生成

-胞液/線(xiàn)粒體乙酰-CoA氧化(~檸檬酸循環(huán))-線(xiàn)粒體基質(zhì)(真核類(lèi))-胞液(原核類(lèi))電子傳遞&氧化磷酸化

-線(xiàn)粒體內(nèi)膜(真核類(lèi))

-質(zhì)膜(原核類(lèi))2

酵解產(chǎn)生的丙酮酸首先要被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)線(xiàn)粒體內(nèi)，然后才能被其脫氫酶系氧化脫羧而轉(zhuǎn)換成乙酰-CoA(butnotforthoseproducedbyFAorAA)

qh9-3a

真核生物的檸檬酸循環(huán)酶系分布在線(xiàn)粒體基質(zhì)316-2§1.

乙酰-CoA的生成總反應(yīng)=丙酮酸在線(xiàn)粒體內(nèi)的

不可逆氧化脫羧丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(PDH)416-4-硫辛酰基的氧化態(tài)-還原態(tài)互變可用作H或?；d體-砷酸鹽有毒：與之共價(jià)結(jié)合而阻斷還原態(tài)-氧化態(tài)互變

丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(PDH=

3enzymes

+

5cofactors)

E1:丙酮酸脫氫酶

硫胺素焦磷酸(TPP)

E2:二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；?/p>

硫辛酸,輔酶A(CoA)

E3:二氫硫辛酰脫氫酶

FAD,

NAD+硫辛酸與E2-Lys共價(jià)結(jié)合5G18.17/18

硫胺素焦磷酸是維生素B1衍生物乙酰乳酸丙酮酸乙醛

-裂解

-縮合噻唑環(huán)嘧啶環(huán)易失去而形成高反應(yīng)活性的負(fù)碳離子(cf.Fig.10-9)復(fù)習(xí)616-6

PDH作用機(jī)制③乙?；D(zhuǎn)酯生成

乙酰-CoA和完全還原態(tài)硫辛酰基④-⑤為下一輪反應(yīng)再生出氧化態(tài)硫辛?；?，并將底物的2e–傳遞給NAD+②羥乙基氧化為乙酰基，由半還原態(tài)硫辛?；鶖y帶，為活化態(tài)乙?；蝓?~氧化能驅(qū)動(dòng)高能乙酰硫酯的形成)①丙酮酸脫羧生成羥乙基-TPP(限速)substratechanneling(cf.Fig.11-1)9

TPP’sroleinpyruvatedecarboxylationTPP負(fù)碳離子對(duì)丙酮酸的羰基C發(fā)動(dòng)親核攻擊(羰基加成)脫羧化形成的負(fù)離子可經(jīng)由噻唑環(huán)共振穩(wěn)定質(zhì)子化形成的羥乙基TPP經(jīng)由堿催化而斷裂釋出乙醛，隨即經(jīng)酸催化返回TPP去質(zhì)子化成TPP負(fù)碳離子B:(cf.p304&Fig.10-10)復(fù)習(xí)10小結(jié)：乙酰-CoA生成LW-2-在丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的催化下，糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸被轉(zhuǎn)化成乙酰-CoA，是為檸檬酸循環(huán)的起始底物-PDH復(fù)合體由三種酶的多份拷貝組成：丙酮酸脫氫酶E1

(+TPP)，二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；窫2

(+硫辛酸和CoA)，以及二氫硫辛酰脫氫酶E3

(+FAD和NAD+)-E1先催化丙酮酸脫羧生成羥乙基-TPP，然后將羥乙基

氧化成乙?；?，移除的e–將結(jié)合在E2上的硫辛酰-S-S-

還原，并將乙酰基在兩個(gè)-SH之一上酯化成硫酯-E2催化乙?；D(zhuǎn)酯給CoA而生成乙酰-CoA-E3催化硫辛酰氧化態(tài)二硫橋的再生，e–則依次傳遞給FAD和NAD+114C①縮合6C2C③氧化脫羧5C④氧化脫羧4C=八步酶促反應(yīng)-四步氧化反應(yīng)將能量高效儲(chǔ)存在NADH和FADH2中⑤底物水平磷酸化P30-11§2.檸檬酸循環(huán)②異構(gòu)(脫水-水合)⑧脫氫⑦水合⑥脫氫⑥～⑧再生草酰乙酸在該酶系反應(yīng)中…

~底物(被消耗)~輔助因子(可再生)12P30-12反應(yīng)①乙酰-CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸-

檸檬酸合酶-乙?；谆鵆與草酰乙酸C2羰基縮合-生成酶結(jié)合中間物

檸檬酰-CoA反應(yīng)機(jī)制

(cf.p309)其高能硫酯鍵水解使反應(yīng)不可逆Pro-C*1316-9ThemechanismforcitratesynthasereactionEssentiallyaClaisencondensation,involvingathioester(acetyl-CoA)&aketone(oxaloacetate)H2OCoA自學(xué)(cf.Fig.11-6)14P30-13-烏頭酸酶(烏頭酸水合酶)-反應(yīng)=脫水+水合-凈效應(yīng)=–H與–OH互換

(foranewcarbonylgroup:3rd→2ndalcohol)反應(yīng)②檸檬酸經(jīng)由順-烏頭酸異構(gòu)化成異檸檬酸lessthan10%atpH7.4&25℃因異檸檬酸被快速消耗而使該反應(yīng)能正向進(jìn)行Pro-C*1516-10iron-sulfurcenterinaconitaseRole=bothinbindingofsubstrateatactivesite&incatalyticadditionorremovalofH2O*prochiralCbutaconitasecanidentifyitstwodifferentcarboxymetheylgroupshelpfulforputtingcitrateinactivesite自學(xué)(cf.p311forKDH’sreaction&Fig.11-7)16P30-14反應(yīng)③異檸檬酸氧化脫羧成

-酮戊二酸-異檸檬酸脫氫酶-1st次脫氫(→NADH)-1st次(氧化)脫羧反應(yīng)機(jī)制

(cf.p311,asfor6-P-葡糖酸-D)草酰琥珀酸為不穩(wěn)定酮酸，容易脫羧有助于穩(wěn)定脫羧后短暫形成的烯醇中間物氧化脫羧重排NADP依賴(lài)性酶主要分布于胞液17P30-15-

-酮戊二酸脫氫酶(KDH,~PDHinFig.11-1)-2nd次脫氫(→NADH)-

2nd次(氧化)脫羧--酮戊二酸氧化的能量部分被儲(chǔ)存于琥珀酰-CoA的硫酯鍵中反應(yīng)④

-酮戊二酸氧化脫羧成琥珀酰-CoA(KDH)18P30-16-琥珀酰-CoA合成酶(琥珀酸硫激酶)-硫酯鍵的斷裂被用于驅(qū)動(dòng)GTP(animal)或ATP中磷酸酐鍵的形成=以NTP形式保存能量的底物水平磷酸化反應(yīng)⑤琥珀酰-CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸盡管其

-磷?；苋菀邹D(zhuǎn)移給ADP以形成ATP，但其主要功能還是用作蛋白質(zhì)合成中的磷酰基供體1916-12琥珀酰-CoA合成酶反應(yīng)機(jī)制AphosphorylgroupreplacesCoAinsuccinyl-CoAboundtoenzyme,formingahigh-energyacylphosphateSuccinylphosphatedonatesitsphosphorylgrouptoenzyme’sHis246,formingahigh-energyphosphohistidylenzymeThephosphorylgroupistransferredfromHis246toGDP/ADP,formingGTP/ATP.①②③琥珀酰-P-E磷酰-His-E自學(xué)~磷酸解(cf.Fig.11-8)20P30-17a-琥珀酸脫氫酶-該循環(huán)中惟一(共價(jià))結(jié)合在線(xiàn)粒體內(nèi)膜或質(zhì)膜上的酶，具有3個(gè)Fe-S中心簇和1個(gè)共價(jià)結(jié)合的FAD-3rd次脫氫(→FADH2)反應(yīng)⑥琥珀酸氧化成延胡索酸強(qiáng)烈抑制丙二酸(withstrongeroxidantFAD)21p612b反應(yīng)⑦延胡索酸水合生成L-蘋(píng)果酸-延胡索酸(水合)酶-

反式雙鍵水合=反式添加OH–和H+馬來(lái)酸(順丁烯二酸)負(fù)碳離子轉(zhuǎn)化態(tài)該酶具有高度立體特異性22Twopossiblemechanismsforthefumarasereaction18OexchangeexperimentprovedthisisthetruestoryG20.18protonationofdoublebondtoformanintermediatecarboniumion-正碳離子機(jī)制-負(fù)碳離子機(jī)制attackedbyH2OorOH–togiveacarbanion,followedbyprotonation復(fù)習(xí)23P30-18-蘋(píng)果酸脫氫酶-雖然平衡大大有利于逆行，但由于草酰乙酸持續(xù)被高度放能的檸檬酸合酶反應(yīng)所移除，該反應(yīng)在完整細(xì)胞中仍為正向進(jìn)行-4th次脫氫(→NADH)反應(yīng)⑧L-蘋(píng)果酸氧化成草酰乙酸[OAA]<10–6M2416-13

檸檬酸循環(huán)結(jié)算總反應(yīng)：AcetylCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O

2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoA相當(dāng)于25t16-1葡萄糖有氧氧化全程中的輔酶還原及ATP生成總結(jié)算(cf.Tab.11-2)26H12.5Theplaneofsymmetryofsuccinatemeansthatthe2halvesofthemoleculearechemicallyequivalent;thus,carbonatomsfromacetylCoAareuniformlydistributedinthe4-Cintermediatesleadingtooxaloacetate.CarbonatomsfromacetylCoAthatenterinoneturnofthecyclearethuslostasCO2

onlyinthe2ndandsubsequentturns.檸檬酸循環(huán)

每輪循環(huán)中釋出的并非該輪反應(yīng)開(kāi)始時(shí)以乙?；问竭M(jìn)入的2C自學(xué)(cf.p315)2720-5(3rd)通過(guò)TCA循環(huán)后總會(huì)有2C以CO2的形式脫下，不能凈產(chǎn)生草酰乙酸無(wú)論其來(lái)源如何，乙酰-CoA都不能在動(dòng)物體內(nèi)用作為糖異生的前體2816-15

回補(bǔ)反應(yīng)可以補(bǔ)充檸檬酸循環(huán)中間物-各中間物被合成途徑抽調(diào)用作前體的速率一般與回補(bǔ)速率處于動(dòng)態(tài)平衡-脊椎類(lèi)肝、腎的主要回補(bǔ)反應(yīng)為丙酮酸羧化(乙酰-CoA可別構(gòu)激活該酶→TCA加速)AnapleroticReactions(cf.p317~)(cf.Fig.11-10)2916-16

丙酮酸羧化酶作用機(jī)制(輔基生物素=1C載體)-1st階段(①~③)

碳酸氫鹽在活性位點(diǎn)1被活化為CO2并用于使生物素羧化-2nd階段(⑤~⑦)

CO2在活性位點(diǎn)2被重新釋出并與丙酮酸縮合成草酰乙酸Avidin可與之結(jié)合而阻斷其吸收復(fù)習(xí)30LW-3小結(jié)：檸檬酸循環(huán)-該循環(huán)是一種幾乎存在于所有物種的中心異化途徑，其酶系在真核和原核類(lèi)分別位于線(xiàn)粒體和胞液中；糖、脂及蛋白降解而得的各種化合物都能通過(guò)該途徑最終氧化成CO2

-循環(huán)由八步連續(xù)反應(yīng)組成：從乙酰-CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸開(kāi)始，逐步將其轉(zhuǎn)化回草酰乙酸，期間經(jīng)由兩步氧化脫羧釋出2CO2；乙?；趸尫懦龅哪芰糠謩e儲(chǔ)存于3NADH、1FADH2和1GTP/ATP-該循環(huán)為異化/同化兩用途徑：任何可以轉(zhuǎn)化成循環(huán)中4C/5C中間物的化合物都能經(jīng)由該循環(huán)被氧化，而各中間物亦可用作多種生物合成的反應(yīng)前體；由丙酮酸羧化酶等催化的填補(bǔ)反應(yīng)可以補(bǔ)充被調(diào)用的中間物3116-18通過(guò)對(duì)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的別構(gòu)抑制和激活

以調(diào)控進(jìn)入循環(huán)的

乙酰-CoA流量

循環(huán)酶系的產(chǎn)物抑制，主要為三步高放能反應(yīng)：

-檸檬酸合酶

-異檸檬酸脫氫酶

--酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體(cf.p320~&Fig.11-12)§3.檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)提供最適ATP&NADH32G20.28=植物和細(xì)菌中的檸檬酸循環(huán)支路凈轉(zhuǎn)化：2

乙酰-CoA+NAD+琥珀酸+2CoA+NADH+H+(4C)1st個(gè)乙酰-CoA2nd個(gè)乙酰-CoA蘋(píng)果酸合酶異檸檬酸裂合酶乙醛酸脊椎動(dòng)物缺乏-乙酸鹽在植物、某些低等無(wú)脊椎動(dòng)物和微生物中既可用作富能燃料，亦可用作糖類(lèi)合成所必需的PEP源(cf.Fig.11-11)§4.乙醛酸循環(huán)33

乙醛酸循環(huán)與檸檬酸循環(huán)之間的相關(guān)聯(lián)系-通過(guò)繞行檸檬酸循環(huán)中兩步脫羧反應(yīng)，乙醛酸循環(huán)可由2乙酰