三羧酸循环08

柠檬酸循环有氧条件下:丙酮酸可继续进行有氧分解，最后完全氧化，形成CO2和水。此途径分为柠檬酸循环和氧化磷酸化两个阶段。无氧条件下:葡萄糖经分解代谢形成丙酮酸，丙酮酸继续形成乳酸或乙醇。柠檬酸循环的概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA，乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环。由于柠檬酸含三个羧基，所以亦称为三羧酸循环。(tricarboxylicacidcycle),简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。柠檬酸循环是糖、脂肪、和氨基酸等氧化所共同经历的途径。此外，柠檬酸循环生成的中间物质也是许多生物合成的前体。因此柠檬酸循环是两用代谢途径(amphibolicpathway)。地点：三羧酸循环在线粒体基质中进行。葡萄糖有氧氧化的反应过程:葡萄糖（EMP）COOHC=OCH3丙酮酸CH3-C-SCoAO(乙酰CoA)三羧酸循环NADH+H+CO2丙酮酸脱氢酶系CoASHNAD+（细胞液）氧化磷酸化（线粒体）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+CoASH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+一、由丙酮酸形成乙酰CoA反应不可逆，分4步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体（丙酮酸脱氢酶系）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：三种不同的酶丙酮酸脱氢酶组分(E1)二氢硫辛酰转乙酰基酶(E2)六种辅助因子焦磷酸硫胺素(TPP)黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)NAD+CoASH硫辛酸二氢硫辛酸脱氢酶(E3)Mg2+大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容缩写肽链数辅基催化反应丙酮酸脱氢酶E124TPP丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰转乙E224硫辛酰胺将乙酰基转移到CoA酰基酶二氢硫辛酸脱氢酶E312FAD将还原型硫辛酰胺转变为氧化型CH3CTPPOHH+CO2CH3CCOOHO+TPPE1分步反应羟乙基TPPE1：丙酮酸脱氢酶①C-C-CH3-C-COOHOHCO2丙酮酸易形成C-离子嘧啶环噻唑环焦磷酸硫胺素（TPP）在丙酮酸脱羧中的作用VB1②硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOHCH3CO～SLHS+TPPE2硫辛酸乙酰硫辛酸E2：转乙酰酶+SLSCH3CTPPOHH③CH3CO～SLHS+HS～CoACH3C～SCoAO+HSLHS④HSLHS+FADSLS+FADH2⑤FADH2+NAD+FAD+NADH+H+E2E3E3E3：二氢硫辛酸脱氢酶全过程：～HSCoAE3：二氢硫辛酸脱氢酶E2：转乙酰化酶E1：丙酮酸脱氢酶E3E2E1NAD+NADH+H+FADH2FADCH3C～SCoAOHSLHSSLSLHSCH3C～SOCH3CTPPOHHTPPCO2CH3CCOOHO全过程砷化物对丙酮酸脱氢酶复合体E2中的辅基硫辛酰胺的毒害作用。（由于a-酮戊二酸脱氢酶复合体也含硫辛酰胺辅基，因此，砷化物也有毒害作用）-O-AsOHOH+HSHSRSSR-O-As+2H2O亚砷酸二氢硫辛酰胺R-As=O+HSHSRSSRR-As+H2O有机砷化物丙酮酸脱氢酶复合体的调控2.磷酸化和去磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶组分E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。其磷酸化受E2上结合的激酶和磷酸酶作用。Ca2+通过激活磷酸酶，使丙酮酸脱氢酶组分活化。激酶磷酸酶1.产物抑制：受乙酰CoA和NADH的控制。乙酰CoA抑制转乙酰基酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酰脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。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：使E1磷酸化（无活性形式）使磷酸化的E1去磷酸化（有活性形式）Ca2+激活E1×OCH3-C-SCoACoASHH2OGTP草酰乙酸再生阶段柠檬酸生成阶段氧化脱羧阶段柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸a－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸NADH+CO2NAD+NADHNAD+FADH2FAD+CO2NADHNAD+二、三羧酸循环的过程HO-C-COO-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导致致死合成常作为杀虫药①①柠檬酸合酶乙酰CoACH3～SCoAOC草酰乙酸COOHCH2COOHCOH2OHSCoA+＊＊HOCH2COOHCCOOHCH2COOH柠檬酸＊＊柠檬酸合酶是柠檬酸循环的关键酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰-CoA、酯酰-CoA等的抑制。由氟乙酸形成的氟乙酰-CoA可被柠檬酸合酶催化与草酰乙酸缩合生成氟柠檬酸，氟柠檬酸结合到顺-乌头酸酶的活性部位上，抑制柠檬酸循环向下进行。氟乙酸和氟乙酰-CoA可做杀虫剂或灭鼠药。各种有毒植物的叶子大部分含有氟乙酸，可作为天然杀虫剂。F-CH2-COOHF-CHCOO-HO-C-COO-COO-CH2氟乙酸氟柠檬酸丙酮酰-CoA:CH3-C-CH2-SCoA,O=是另一抑制剂柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸H2OH2OHOCH2COOHCCOOHCH2COOH＊＊CHCOOHCCOOHCH2COOH＊＊COOHCHCOOHCCOOHCH2HOH＊＊2.柠檬酸异构化形成异柠檬酸（乌头酸酶催化）90:4:6NAD+NADH+H+CO2异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸＊COOHCHCOOHCCOOHCH2HOH＊OCCOOHCH2CH2COOH＊＊a-酮戊二酸(a-KG)NAD+NADH+H+(NADP+NADPH+H+）H+CO2异柠檬酸脱氢酶＊COOHCHCOOHCCOOHCH2HOH＊草酰琥珀酸3.异柠檬酸氧化脱羧形成a-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶催化）高等动植物及大多数微生物中异柠檬酸脱氢酶有两类NAD+为辅酶（线粒体）NADP+为辅酶（线粒体和细胞质）异柠檬酸脱氢酶是一个变构酶ADP变构激活异柠檬酸Mg2+NAD+ADP相互协同作用变构抑制作用NADHATP植物，微生物中细菌中异柠檬酸脱氢酶磷酸化失活去磷酸化活化异柠檬酸脱氢酶a-酮戊二酸琥珀酸+乙醛酸氧化脱羧异柠檬酸裂解酶NAD+NADH+H+HSCoACO2a-KG脱氢酶复合体COOHCH2CH2CO～SCoA＊＊琥珀酰CoA4.a-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA（a-酮戊二酸脱氢酶复合体催化）(a-KG)OCCOOHCH2CH2COOH＊该酶与丙酮酸脱氢酶复合体相似GDPGTPPiHSCoA琥珀酰CoA合成酶琥珀酰CoACOOHCH2CH2CO～SCoA＊＊琥珀酸CH2CH2COOHCOOH＊＊5.琥珀酰CoA转化成琥珀酸（琥珀酰CoA合成酶催化）底物水平磷酸化GTP+ADPGDP+ATP核苷二磷酸激酶6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸（反丁烯二酸）该酶含FAD外，还有三种铁硫聚簇，2Fe-2S，3Fe-4S，4Fe-4S开始四碳酸之间的转变TCA中第三次氧化的步骤丙二酸为该酶的竞争性抑制剂CH2CH2COOHCOOH琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸COOHCCHHHOOC7.延胡索酸被水化生成L-苹果酸（延胡索酸酶催化）H2O延胡索酸酶CHCH2COOHCOOHHO苹果酸延胡索酸COOHCCHHHOOC8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶催化）CHCH2COOHCOOHHO苹果酸NAD+NADH+H+苹果酸脱氢酶草酰乙酸COOHCH2COOHCOOCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸a－酮戊二酸琥珀酸琥珀酰CoA延胡索酸苹果酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+三、TCA循环的化学计量乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+循环有以下特点：乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP,1GTP→1ATP。3NADH→7.5ATP;1FADH2→1.5ATP;再加上1个GTP单向进行整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。若从丙酮酸开始，加上生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。若从葡萄糖开始，共可产生12.5×2+7=32个ATP。(二版及其他教材为38个ATP，NADH3ATP，FADH22ATP)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或填补反应(anapleroticreaction)。四、三羧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，如α-酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸天冬氨酸琥珀酰CoA卟啉环丙酮酸羧化草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：PEP的羧化苹果酸脱氢由氨基酸形成1.丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应)草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激活产生更多的草酰乙酸丙酮酸羧化酶在线粒体内进行丙酮酸羧化酶PiADPCO2ATPOCOOHCCH2COOHOCH3CCOOH2.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NADHNAD+苹果酸脱氢酶OCOOHCCH2COOH苹果酸酶NADP+CO2NADPHOCH3CCOOHHOHCCH2COOHCOOH4.氨基酸转化α-酮戊二酸天冬氨酸谷氨酸草酰乙酸五、三羧酸循环的调控三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有3个调控部位:1.柠檬酸合成酶（限速酶）ATP、NADH是该酶的变构抑制剂，高浓度的ATP和NADH抑制柠檬酸的合成，即抑制三羧酸循环地进行。高浓度的琥珀酰-CoA抑制该酶的活性。2.异柠檬酸脱氢酶该酶受ATP和NADH变构抑制，受ADP变构促进和Ca2+激活。3.α-酮戊二酸脱氢酶该酶受产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也受高能荷抑制。Ca2+激活。三羧酸循环的过程及其调控(+)(+)(+)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)(-)Ca2+Ca2+ADP脱氢酶异柠檬酸ATPNADH(+)Ca2+脱氢酶复合体酮戊二酸α-柠檬酸合成酶丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸α-GTP草酰乙酸苹果酸延胡索酸琥珀酸琥珀酰CoA酮戊二酸异柠檬酸顺乌头酸柠檬酸乙酰CoA（-）与糖酵解一起构成糖的有氧代谢，为有机体提供大量的能量六、三羧酸循环的生物学意义是糖、脂类和蛋白质代谢联络的枢纽为其他生物合成提供原料CoA乙酰柠檬酸异柠檬酸酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸苹果酸草酰乙酸TCAα-丙酮酸脂肪酸TyrPheLeuIleTrp草酰乙酸乙酰CoA脂肪酸胆固醇蛋白质奇数脂肪酸血红素IleMetValThrAspPheTyr葡萄糖AspGlu蛋白质