生物化学-第23章- 柠檬酸循环

第23章柠檬酸循环胞液线粒体GG-6-PPAPA乙酰CoAO2O2O2H++eO2H2OCO2糖的有氧氧化（aerobicoxidation）•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（CitricAcidCycle)三羧酸循环（TricarboxylicAcidCycle）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。原核细胞细胞质真核生物线粒体基质（线粒体）一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoAPyruvateIsOxidizedtoAcetyl-CoAandCO2丙酮酸脱氢酶系八聚体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E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体乙酰CoAAMP泛酸β-巯基乙胺乙酰CoA222O2CH223OOHCH3-2OH--OCOCHCHNHCOCHCCHPOPOCHNHCHSCCH3CHOOOOONNNNNHOPOO硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOH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的作用羟乙基TPP高能键CH3CTPPOHH+CO2CH3CCOOHO+TPPE1分步反应①羟乙基TPPE1：丙酮酸脱氢酶②CH3CO～SLHS+TPP+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸乙酰硫辛酸E2：转乙酰酶硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOH③CH3CO～SLHS+HS～CoACH3C～SCoAO+HSLHS④HSLHS+FADSLS+FADH2⑤FADH2+NAD+FAD+NADH+H+E2E3E3E3：二氢硫辛酸脱氢酶砷化物对硫辛酸的毒害作用与E2的硫辛酸上的-SH结合丙酮酸脱氢酶复合体的调控：1、产物控制：NADH、乙酰-CoA2、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）由E2上的激酶和磷酸酶起作用ATP/AMPNADH/NAD+乙酰CoA/CoA(能荷比)(一)：乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶(＋)：AMP、PDH磷酸酶、Ca2+、胰岛素相当于酶复合体•由于第一步为不可逆反应，直接决定整个循环反应的速度，而且是许多其它反应体系的分支点，因而该酶复合物受到严密的调节控制二、柠檬酸循环概貌(CitricAcidCycle)TCA概貌1234123443211234αβββααβαβαβα1234234βαβα232323βα三、柠檬酸循环历程ReactionsoftheCitricAcidCycle1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸FormationofCitrate柠檬酸合酶是变构酶变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA、酯酰CoAAMP可解除抑制CH3C～SCoAO+HSLHSFH2C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CH3C～SCoAO+HSLHSCH3CO丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂2、经顺乌头酸生成异柠檬酸FormationofIsocitrateviacis-Aconitate乌头酸酶乌头酸酶中的（Fe-S）蛋白3、异柠檬酸氧化形成α酮戊二酸OxidationofIsocitratetoα-KetoglutarateandCO2氧化脱羧△G0'=-20.9kJ/mol异柠檬酸脱氢酶NAD为辅酶，需Mg2+（线粒体）NADP为辅酶（胞质也有）4、α酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoAOxidationofα-KetoglutaratetoSuccinyl-CoAα酮戊二酸脱氢酶复合体△G0'=-33.5kJ/mol高能硫酯化物5、琥珀酰-CoA转化为琥珀酸ConversionofSuccinyl-CoAtoSuccinate琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）哺乳动物—GTP/ATP植物、微生物—ATP（唯一）直接产生高能磷酸键底物磷酸化•GTP参与蛋白质合成•G蛋白活化（信号传导）•GTP+ADPGDP+ATP核苷二磷酸激酶6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸OxidationofSuccinatetoFumarateFAD与酶共价连接丙二酸为竞争性抑制剂——抑制细胞呼吸（Krebs）琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜具有立体专一性7、延胡索酸水合生成L-苹果酸HydrationofFumaratetoProduceMalate8、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸OxidationofMalatetoOxaloacetate被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动四、柠檬酸循环的化学计量2丙酮酸2acetyl-CoA2NADH52异柠檬酸2α-酮戊二酸2NADH52α-酮戊二酸2琥珀酰-CoA2NADH522琥珀酰-CoA2琥珀酸2A/GTP22琥珀酸2延胡素酸2FADH232苹果酸2草酰乙酸2NADH5•Total25ATP底物磷酸化丙酮酸只有4个氢，但彻底氧化所放出的氢？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CO2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CoATCA概貌1234123443211234αβββααβαβαβα1234234βαβα232323βα五、柠檬酸循环的调控速率受细胞能量状态、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CoAAMP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：ADP3.α—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酮体乙酰CoA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、Asnα-酮戊二酸→Glu→其他氨基酸琥珀酰CoA→血红素两用性异柠檬酸柠檬酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环乙酰CoAα-酮戊二酸琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA苯丙氨酸酪氨酸亮氨酸赖氨酸色氨酸丙氨酸苏氨酸甘氨酸丝氨酸半胱氨酸丙酮酸精氨酸组氨酸谷氨酰胺脯氨酸谷氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸苯丙氨酸酪氨酸天冬酰胺谷氨酰胺柠檬酸循环—焚烧炉巴斯德效应（Pasteur)•概念：指有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）的现象。或生物细胞和组织中的糖发酵为氧所抑制,这种现象巴斯德(L.Pasteur)在研究酵母的酒精发酵量和氧分压之间的关系中发现的,故称巴斯德效应。•由于从呼吸(完全氧化)所得的能量,远大于等量糖发酵所得的能量,因此为了获得对维持生命活动所需的能量,在有氧情况下与无氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物体根据氧的有无,来调节糖的分解量,而使能量得到节制TCA填补反应（anapleroticreaction）1、丙酮酸羧化乙酰CoA激活2、PEP羧化（大脑和心脏）3、Asp和Glu脱氨Asp草酰乙酸Gluα酮戊二酸PEP羧激酶测试题•磷酸果糖激酶-1最强的别构激活剂是A、AMPB、ADPC、ATPD、果糖-2，6-双磷酸E、果糖-1，6-双磷酸•丙酮酸脱氢酶复合体中不包括A、生物素B、NAD+C、FADD、硫辛酸E、辅酶A测试题•不能使丙酮酸脱氢酶复合体活性降低的A、乙酰CoAB、ATPC、AMPD、NADH•葡萄糖进行酵解或有氧氧化时净得的ATP数之比为A、1：9B、1：15C、1：18D、1：19乙醛酸循环——三羧酸循环支路(P159)•在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径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乙醛酸乙酰CoACoASH①②•植物和微生物兼具有这样的途径异柠檬酸裂解酶异柠檬酸琥珀酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+①②CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3CO~SCoA+CoASH乙醛酸乙酰CoA苹果酸苹果酸合成酶糖异生油类植物种子发芽脂代谢糖乙醛酸循环草酰乙酸乙酰CoA意义不在于产能原始细菌生存乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌乙酸NH3生存乙醛酸循环四碳、六碳化合物转化乙酸+ATP+CoASH→乙酰CoA+H2O+AMP+PPi乙酰CoA合成酶