生物化学-柠檬酸循环

柠檬酸循环一、柠檬酸循环简介1.概念•柠檬酸循环:（citratecycle，三羧酸循环tricarboxylicacidcycle，TCA循环，Krebs循环）在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水，同时释放能量。•由英国生化学家HansKrebs发现柠檬酸合酶2.柠檬酸循环的全貌二、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段——形成乙酰-CoA•在线粒体内，不可逆反应丙酮酸脱氢酶复合体•丙酮酸脱氢酶复合体的组成：丙酮酸脱氢酶（E1）二氢硫辛酸转乙酰酶（E2）二氢硫辛酸脱氢酶（E3）•酶的辅助因子:NAD+——VPPFAD——VB2辅酶A（CoA）——泛酸硫胺素焦磷酸（TPP）——VB1硫辛酰胺——硫辛酸Mg2+缩写辅基催化反应丙酮酸脱氢酶E1TPP丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰胺乙酰转移酶E2硫辛酰胺将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酰胺脱氢酶E3FAD将还原型硫辛酰胺转变为氧化型大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成二氢硫辛酸转乙酰酶：24个亚基（3个8聚体）(Science,1992)4个亚基反应过程1.脱羧，生成羟乙基TPP，由E1催化。丙酮酸脱氢酶羟乙基-TPP2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺。由E2催化。E2E2乙酰-二氢硫辛酰胺羟乙基-TPP3.乙酰基转给CoA形成乙酰-CoA。由E2催化。E2E2乙酰-CoA二氢硫辛酰胺乙酰转移酶Mg2+4.氧化硫辛酰胺，生成FADH2。由E3催化。E2E2二氢硫辛酰胺脱氢酶5.氧化FADH2，生成NADH。FADH2-E3+NAD+FAD-E3+NADH+H+反应过程丙酮酸脱氢酶复合体的调节a.变构调节：乙酰-CoA抑制E2,NADH抑制E3磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其失去磷酸化，使其活性增加。b.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶三、柠檬酸循环的各个反应步骤•线粒体基质•由8种酶催化完成。•由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草酰乙酸而完成一个循环。每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶A氧化生成CO2和水。柠檬酸合酶①柠檬酸的合成反应不可逆,第一个调节酶。柠檬酸合酶二聚体草酰乙酸乙酰-CoA构象改变②异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应反应不可逆，第二个调节酶。第一个氧化脱羧③异柠檬酸被氧化脱羧生成α-酮戊二酸④α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰-CoA•反应不可逆•第二个氧化脱羧•α-酮戊二酸脱氢酶复合体的组成：α-酮戊二酸脱氢酶（E1）转琥珀酰酶（E2）——核心二氢硫辛酸脱氢酶（E3）•酶的辅助因子:NAD+——VPPFAD——VB2辅酶A（CoA）——泛酸硫胺素焦磷酸（TPP）——VB1硫辛酰胺——硫辛酸Mg2+⑤琥珀酰-CoA→琥珀酸•唯一直接产生高能磷酸键的反应（底物磷酸化）•哺乳动物：GTP；植物和细菌：ATP⑥琥珀酸氧化成延胡索酸丙二酸是很强的竞争性抑制剂第三个氧化还原反应反丁烯二酸•反式加成，生成L型苹果酸。⑦延胡索酸生成L-苹果酸⑧L-苹果酸生成草酰乙酸第四个氧化还原反应柠檬酸循环柠檬酸合酶NAD+NADH+H+NADH+HNADNADH+H++GDP+PiGTPFADH2FAD+NAD+CO2H2OCO2乙酰-CoA(1)(5)(6)(7)(8)(3)(4)(2)柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸α-酮戊二酸琥珀酰-CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸HO2(1)柠檬酸合酶(2)乌头酸酶(3)异柠檬酸脱氢酶(4)α-酮戊二酸脱氢酶复合体(5)琥珀酰-CoA合成酶(6)琥珀酸脱氢酶(7)延胡索酸酶(8)苹果酸脱氢酶三羧酸循环H2OHSCoAHSCoAHSCoA一次底物水平磷酸化H2OH2O二次脱羧反应三个不可逆反应四次脱氢反应1234三羧酸循环的总反应式CH3COSCoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP＋CoASH柠檬酸循环的特点•线粒体基质。•加入2C以2个CO2释放，参与反应的物质没减少。•消耗了两个水。•共有4步脱氢反应,生成3个NADH和1个FADH2进入呼吸链。•柠檬酸循环严格需氧。从乙酰CoA开始（7）GTP1ATP（4），（6），（10）3NADH3×2.5ATP（8）1FADH21.5ATP10ATP从丙酮酸开始2.5+10=12.5ATP从葡萄糖开始7ATP(or5ATP)+12.5ATP×2=32ATP(or30ATP)四、化学总结算P342NADH1.5或2.5+3或5NADH2.5+5NADH2.5+5NADH2.5+5NADH2.5+5FADH21.5+330或321.5或2.56C3C1ATP1ATP1GTP(ATP)2×细胞液线粒体线粒体1ATP1ATP葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量•柠檬酸合酶：抑制：ATP和NADH，琥珀酰-CoA，柠檬酸激活：ADP•异柠檬酸脱氢酶：抑制：ATP激活：ADP，Ca2+•α-酮戊二酸脱氢酶抑制：NADH，琥珀酰-CoA激活：Ca2+五、柠檬酸循环的调节柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶六、柠檬酸循环的双重作用•主要：供能•为生物合成提供中间物。•三大营养物质的最终代谢通路。•是CO2的重要来源之一。两用代谢途径代谢枢纽两用代谢途径•回补反应：酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给的反应。丙酮酸+CO2+ATP+H2O→草酰乙酸+ADP+Pi+2H+丙酮酸羧化酶:激活剂——乙酰-CoA七、乙醛酸循环存在于植物和微生物中。P344草酰乙酸+乙酰-CoA→柠檬酸→异柠檬酸↓异柠檬酸裂解酶琥珀酸+乙醛酸↓+乙酰-CoA苹果酸↓草酰乙酸2乙酰-CoA+NAD++2H2O→琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+名词解释•柠檬酸循环（citratecycle，三羧酸循环tricarboxylicacidcycle，TCA循环，Krebs循环）