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1、第二十三章 柠檬酸循环,胞液,线粒体,G,G-6-P,PA,PA,乙酰CoA,O2,O2,O2,H+e,O2,H2O,CO2,糖的有氧氧化（aerobic oxidation）,反应过程：,糖有氧氧化的反应过程,分三个阶段： 糖酵解途径：葡萄糖 丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 三羧酸循环和氧化磷酸化,柠檬酸循环（Citric Acid Cycle) 三羧酸循环 （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循环 在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞质中，酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底氧化为CO2、H2O并产生ATP的过程。,一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA Pyruva
2、te Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA,这是连接糖酵解和三羧酸循环的纽带： 丙酮酸+CoA+NAD+ 乙酰CoA+ C2O+NADH+H+ 反应不可逆，分5步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。 丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的多酶复合体，包括丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶E3三种不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，FAD, NAD+,CoA 及Mg2+六种辅助因子组装而成。,多酶复合体位于线粒体内 原核细胞在胞液中,三种酶,六种辅助因子,E1-丙酮酸脱氢羧酶（组分） E2-二氢
3、硫辛酰转乙酰基酶 E3-二氢硫辛酸脱氢酶,TPP、硫辛酸、 CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+,丙酮酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶复合体,八聚体,乙酰CoA,AMP,泛酸,-巯基乙胺,乙酰CoA,2,2,2,O,2,CH,2,2,3,O,OH,CH,3,-,2,OH,-,-,O,硫辛酸：,硫辛酰胺辅基 硫辛酰赖氨酰臂 砷化物共价结合-毒害作用,功能 脱羧酶辅酶 将底物移入（出）脱羧酶的活性中心。,+,TPP的作用,.丙酮酸脱氢酶复合体,形成酶复合体有什么好处呢？,中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心快速准确！,分步反应,羟乙基TPP,E1：丙酮酸脱氢酶,硫辛酸,乙酰硫辛酸,E2：转乙酰酶,硫
4、辛酸：,E2,E3,E3,E3：二氢硫辛酸脱氢酶,丙酮酸氧化脱羧的调控,由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制： 1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。 2、核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化。 3、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。 4、可逆磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。 5、Ca2+激活,二、柠檬酸循环概貌 Citric Acid Cycle,(4)(7)(8)(10),o,A,C,H,
5、2,C,H,2,C,O,O,H,G,D,P,+,P,i,G,T,P,C,o,A,S,H,H,2 O,C,H,2,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,F,A,D,H,2,F,A,D,C,H,C,O,O,H,C,H,C,O,O,H,H,O,C,C,O,O,H,C,H,2,C,O,O,H,H,+,N,A,D,+,C,O,2,+,+,C,o,A,S,H,H 2 O,C,o,A,S,H,C,O,2,丙酮酸,乙酰 CoA,(2),(1),(7),(8),(9),(10),(5),(6),(3),(4),柠檬酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰 CoA,琥珀酸,延胡索酸,L-苹果酸,草酰乙酸
6、,H O,2,(1) 丙酮酸脱氢酶复合体 (2) 柠檬酸合成酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)(5)异柠檬酸脱氢酶 (6) -酮戊二酸脱氢酶复合体 (7) 琥珀酰CoA合成酶 (8) 琥珀酸脱氢酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L-苹果酸脱氢酶,三羧酸循环概况,产能步骤 2NAD(P)H 1FADH2 1GTP,(1)(6)-产能脱碳 2NADH + 2 CO2,(5)-脱碳-1CO2, 3步不可逆反应,1 、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,单向不可逆 可调控的限速步骤 氟乙酰CoA导致致死常作为杀虫药（与顺乌头酸酶结合）,C-CH3,S-COA,O,CH2,COO-,HO-C -COO-,CO
7、O-,CH2,柠檬酸合酶,+,COA,三羧酸,H2O,+ HS-COA+H+,三、柠檬酸循环历程 Reactions of the Citric Acid Cycle,柠檬酸合酶是变构酶 变构抑制剂：ATP、NADH、 琥珀酰CoA、酯酰CoA AMP可解除抑制,FH2C,氟乙酰辅酶A ：底物，形成氟柠檬酸，不能往下反应，称致死性合成,CH3CO,丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂,2、柠檬酸异构化成异柠檬酸 （顺乌头酸 酶）,在pH7.0，25C的平衡态时， 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6,CH2,H2O,H2O,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,COO-,HO- CH,CH-COO-,COO
8、-,乌头酸酶中的（Fe-S）蛋白,3 、由异柠檬酸氧化脱羧生成 -酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）,TCA中第一次氧化作用、脱羧过程 异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶 三羧酸到二羧酸的转变,NAD+,NADH+H+,H+,CO2,草酰琥珀酸,Mg 2+,-酮戊二酸,G0= -20.9 kJ/mol,4 、-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（ -酮戊二酸脱氢酶复合体）,TCA中第二次氧化作用、脱羧过程 -酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似 -酮戊二酸脱氢酶E1 琥珀酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶E3 、TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+,+COASH+NAD+,+NADH+H+
9、+CO2,G0 = -33.5 kJ/mol,高能硫酯化物,NAD为辅酶，需Mg2+（线粒体）,NADP为辅酶（胞质也有）,5、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰COA 合成酶）,TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤 GTP+ADP GDP+ATP,GDP+Pi,GTP+HSCOA,哺乳动物GTP/ATP 植物、微生物ATP,底物磷酸化,GTP参与蛋白质合成 G蛋白活化（信号传导） GTP+ADP GDP+ATP,核苷二磷酸激酶,6 、琥珀酸脱氢生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,TCA中第三次氧化的步骤 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变,琥珀酸
10、脱氢酶,HC,嵌入线粒体内膜,琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜 具有立体专一性,7 、 延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）,+H2O,延胡索酸酶,8 、 苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）,+NAD+,+NADH+H+,TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。,被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动,8、 L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate,被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动,TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三
11、羧酸循环的过程,TCA经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰COA,四、柠檬酸循环的化学计量,2 丙酮酸 2 acetyl-CoA 2 NADH 5 2 异柠檬酸 2-酮戊二酸 2 NADH 5 2-酮戊二酸 2 琥珀酰-CoA 2 NADH 5 2 2 琥珀酰-CoA 2琥珀酸2 A/GTP 2 2琥珀酸 2 延胡素酸 2 FADH2 3 2苹果酸 2 草酰乙酸 2 NADH 5 Total 25 ATP,底物磷酸化,丙酮酸只有4个氢， 但彻底氧化所放出的氢？ 6个H,加水加氢,糖酵解+三羧酸循环的效率,糖酵解 1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸 7ATP 三羧酸循环 2丙
12、酮酸 25ATP 32ATP 储能效率=32 7.3/686= 34.05 % 其余能量以热量形式： 一部分维持体温，一部分散失。,总反应式,注意： 每次循环的CO2直接来自草酰乙酸而不是乙酰CoA 但净结果是氧化了1分子乙酰CoA,补充：柠檬酸循环的回补反应,三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体， -酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 琥珀酰CoA 卟啉环 上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应(anaplerotic reaction)。,1、丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应),草
13、酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足,TCA循环速度降低,乙酰-CoA浓度增加,高水平的乙酰CoA激活,丙酮酸羧化酶,产生更多的草酰乙酸,生物素Mg2+,在线粒体内进行,2、PEP羧化（在植物、酵母、细菌）,反应在胞液中进行,3、苹果酸脱氢,丙酮酸,苹果酸,4、氨基酸转化,-酮戊二酸,天冬氨酸,谷氨酸,草酰乙酸,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,1 ATP、NADH 琥珀酰-CoA抑制,2 ATP、NADH抑制 ADP、Ca2+激活,3 ATP、NADH 琥珀酰-CoA抑制 ADP、Ca2+激活,五、柠檬酸循环的调控,速率受细胞能量状态
14、、生物合成需求调节,限速酶： 1.柠檬酸合酶 变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA AMP可解除抑制 2.异柠檬酸脱氢酶 变构抑制剂：ATP、NADH 变构激活剂： ADP 3.酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：ATP、 NADH、琥珀酰CoA 激活剂：AMP 、 ADP、Ca2+,乙酰CoA的主要来源和去路,糖原,G,三脂酰甘油,FA、甘油,蛋白质,氨基酸,三羧酸循环,胆固醇、FA,酮体,六、柠檬酸循环的生物意义,（ 1） 是好氧生物体内最主要的产能途径！ （2） 是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！ （3） 提供合成其他化合物的碳骨架 如： 草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸 Glu 其他氨基酸 琥珀酰CoA 血红素,两用性,柠檬酸循环焚烧炉,补充：乙醛酸循环三羧酸循环支路,三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。（省了6步）,异柠檬酸,柠檬酸,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,CoASH,三羧酸循环,乙酰CoA,只有一些植物（特别是油料植物种子）和微生物兼具有这样的途径,异柠檬酸裂解酶,苹果酸合成酶,这种途径对于植物和微生物意义重大！,只保留三羧酸循环中的（1
