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柠檬酸循环柠檬酸循环本讲稿第一页，共四十六页胞液胞液线粒体线粒体GG-6-PPAPA乙酰乙酰CoAO2O2O2H+eO2H2OCO2一、糖的有氧氧化一、糖的有氧氧化（aerobic oxidation）1 1、反应过程：、反应过程：H+H+H+H+本讲稿第二页，共四十六页一、糖的有氧氧化一、糖的有氧氧化（aerobic oxidation）1、糖有氧氧化的反应过程：、糖有氧氧化的反应过程：、糖有氧氧化的反应过程：、糖有氧氧化的反应过程：分三个阶段：分三个阶段：分三个阶段：分三个阶段：l 糖酵解途径：葡萄糖糖酵解途径：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸l 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰-CoA-CoAl 三羧酸循环和氧化磷酸化三羧酸循环和氧化磷酸化本讲稿第三页，共四十六页 在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞在好氧真核生物线粒体基质或好氧原核生物细胞 质中，葡萄糖酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底质中，葡萄糖酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底质中，葡萄糖酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底质中，葡萄糖酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底 氧化为氧化为COCOCOCO2 2 2 2、H H H H2 2 2 2O O O O并产生并产生并产生并产生ATPATP的过程的过程的过程的过程.2、柠檬酸循环（、柠檬酸循环（Citric Acid Cycle)或或 三羧酸循环（三羧酸循环（Tricarboxylic Acid Cycle）或）或 Krebs循环的概念：循环的概念：本讲稿第四页，共四十六页二、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰二、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰二、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰二、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA-CoA-CoA-CoA：Pyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and COPyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2 2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸丙酮酸COA-SH COA-SH NAD+NAD+乙酰乙酰-CoA-CoA COCO2 2 ANDHANDH乙酰乙酰-CoA丙酮酸丙酮酸本讲稿第五页，共四十六页丙酮酸脱氢酶系八聚体丙酮酸脱氢酶系八聚体本讲稿第六页，共四十六页 多酶复合体位于线粒体内；原核细胞在胞液中多酶复合体位于线粒体内；原核细胞在胞液中.三种酶三种酶六种辅助因子六种辅助因子E1-E1-丙酮酸脱氢酶（组分）丙酮酸脱氢酶（组分）E2-E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶二氢硫辛酰转乙酰基酶E3-E3-二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、CoA-SHCoA-SH、FADFAD、NADNAD+、MgMg2+2+丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶系系本讲稿第七页，共四十六页 丙酮酸脱氢酶复合体：丙酮酸脱氢酶复合体：E2E3E1l 三种酶三种酶l 6060条肽链形成的复条肽链形成的复 合体合体本讲稿第八页，共四十六页本讲稿第九页，共四十六页砷化物对硫辛酸的毒害作用：砷化物对硫辛酸的毒害作用：与与E E2 2的硫辛酸上的的硫辛酸上的-SH-SH结合结合.本讲稿第十三页，共四十六页硫辛酰胺辅基硫辛酰胺辅基硫辛酰赖氨酰臂硫辛酰赖氨酰臂砷化物共价结合砷化物共价结合-毒害作用毒害作用本讲稿第十四页，共四十六页 丙酮酸脱氢酶复合体的调控：丙酮酸脱氢酶复合体的调控：A A A A、产物控制：、产物控制：、产物控制：、产物控制：NADH NADH、乙酰、乙酰、乙酰、乙酰-CoA.-CoA.B B B B、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）.由由E E2 2 2 2上的激酶和磷酸酶起作用上的激酶和磷酸酶起作用上的激酶和磷酸酶起作用上的激酶和磷酸酶起作用.本讲稿第十五页，共四十六页ATPAMP NADHNAD+乙酰乙酰CoA/CoA(能荷比能荷比)(一一)乙酰乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶激酶.()AMP、PDH磷酸酶、磷酸酶、Ca2+、胰岛素胰岛素.本讲稿第十六页，共四十六页三、柠檬酸循环概貌(Citric Acid Cycle)Citric Acid Cycle)本讲稿第十七页，共四十六页TCATCA概貌概貌本讲稿第十八页，共四十六页TCATCA概貌概貌本讲稿第十九页，共四十六页四、柠檬酸循环历程四、柠檬酸循环历程1、草酰乙酸与乙酰、草酰乙酸与乙酰、草酰乙酸与乙酰、草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合成柠檬酸缩合成柠檬酸缩合成柠檬酸缩合成柠檬酸.柠檬酸合酶柠檬酸合酶柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoACoA 柠檬酸合酶是柠檬酸循环中的限速酶柠檬酸合酶是柠檬酸循环中的限速酶.本讲稿第二十页，共四十六页柠檬酸合酶是变构酶柠檬酸合酶是变构酶柠檬酸合酶是变构酶柠檬酸合酶是变构酶:变构抑制剂：变构抑制剂：变构抑制剂：变构抑制剂：ATPATPATPATP、NADHNADHNADHNADH、琥珀酰、琥珀酰、琥珀酰、琥珀酰CoACoACoACoA、酯酰、酯酰、酯酰、酯酰CoA.AMPAMPAMPAMP可解除抑制可解除抑制.本讲稿第二十一页，共四十六页FH2C氟乙酰辅酶氟乙酰辅酶A:A:可以作为底物，形成氟柠檬酸，不能继续进行下可以作为底物，形成氟柠檬酸，不能继续进行下 面的反应，称致死性合成面的反应，称致死性合成.本讲稿第二十二页，共四十六页CH3CO 丙酮酰丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂：竞争性抑制剂.H3C乙酰辅酶乙酰辅酶A本讲稿第二十三页，共四十六页2 2、经顺乌头酸生成异柠檬酸、经顺乌头酸生成异柠檬酸、经顺乌头酸生成异柠檬酸、经顺乌头酸生成异柠檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-AconitateFormation o f Isocitrate via cis-Aconitate 乌头酸酶乌头酸酶柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸本讲稿第二十四页，共四十六页3、异柠檬酸氧化生成异柠檬酸氧化生成异柠檬酸氧化生成异柠檬酸氧化生成酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸 Oxidation of Isocitrate to-Ketoglutarate and COOxidation of Isocitrate to-Ketoglutarate and CO2 2氧化脱羧氧化脱羧G0=-20.9 kJ/mol异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶NADNAD为辅酶，需为辅酶，需MgMg2+2+Mn2+（线粒体）（线粒体）NADPNADP为辅酶（为辅酶（线粒体、线粒体、胞质）胞质）异柠檬酸异柠檬酸 酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶本讲稿第二十五页，共四十六页4 4 4 4、酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA-CoA-CoA-CoA Oxidation of-Ketoglutarate to Succinyl-CoAOxidation of-Ketoglutarate to Succinyl-CoA酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体G0=-33.5 kJ/mol高能硫酯键高能硫酯键 酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA-CoA-CoA本讲稿第二十六页，共四十六页5 5 5 5、琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA转化为琥珀酸转化为琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to SuccinateConversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰琥珀酰琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA-CoA-CoA合成酶合成酶合成酶合成酶（琥珀酰硫激酶）（琥珀酰硫激酶）（琥珀酰硫激酶）（琥珀酰硫激酶）哺乳动物哺乳动物GTPGTP/ATP/ATP植物、微生物植物、微生物ATPATP（唯一）直接产生高能磷酸键反应（唯一）直接产生高能磷酸键反应.琥珀酰琥珀酰琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA-CoA-CoA琥珀酰琥珀酰琥珀酰琥珀酰本讲稿第二十七页，共四十六页GTPGTP参与蛋白质合成参与蛋白质合成.G G蛋白活化（信号传导）蛋白活化（信号传导）.GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶本讲稿第二十八页，共四十六页6 6 6 6、琥珀酸脱氢形成延胡酸、琥珀酸脱氢形成延胡酸、琥珀酸脱氢形成延胡酸、琥珀酸脱氢形成延胡酸 Oxidation of Succinate to FumarateOxidation of Succinate to Fumarate 琥珀酸琥珀酸延胡羧酸延胡羧酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶本讲稿第二十九页，共四十六页 琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜，琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜，具有立体专一性具有立体专一性.马来酸 马来酸马来酸琥珀酸琥珀酸L-L-苹果酸苹果酸D-D-苹果酸苹果酸本讲稿第三十页，共四十六页7 7 7 7、延胡索酸水合生成延胡索酸水合生成 L-L-L-L-苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸 Hydration of Fumarate to Produce MalateHydration of Fumarate to Produce Malate L-L-苹果酸苹果酸延胡羧酸延胡羧酸延胡羧酸酶延胡羧酸酶本讲稿第三十一页，共四十六页 8 8 8 8、L-L-L-L-苹果酸脱氢苹果酸脱氢苹果酸脱氢苹果酸脱氢 草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸 Oxidation of Malate to OxaloacetateOxidation of Malate to Oxaloacetate 该反应被草酰乙酸与乙酰该反应被草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合（高度放能）反应所推动缩合（高度放能）反应所推动L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶本讲稿第三十二页，共四十六页本讲稿第三十三页，共四十六页总反应式：总反应式：四、柠檬酸循环的化学计量四、柠檬酸循环的化学计量本讲稿第三十四页，共四十六页四、柠檬酸循环的化学计量：四、柠檬酸循环的化学计量：反应步骤反应步骤ATPATPATPATP2 2 2 2 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸2 2 2 2 乙酰乙酰乙酰乙酰-CoA-CoA-CoA-CoA2 NADH2 NADH2 NADH2 NADH5 52 2 2 2 异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸2-2-2-2-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸2 NADH2 NADH2 NADH2 NADH5 52-2-2-2-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸2 2 2 2 琥珀酰琥珀酰琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA-CoA-CoA2 NADH2 NADH2 NADH2 NADH5 52 2 2 2 琥珀酰琥珀酰琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA-CoA-CoA2 2 2 2琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸2 A/GTP2 A/GTP2 A/GTP2 A/GTP2 22 2 2 2 琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸2 2 2 2 延胡素酸延胡素酸延胡素酸延胡素酸2 FADH2 FADH2 FADH2 FADH2 2 2 23 32 2 2 2 苹果酸苹果酸苹果酸苹果酸2 2 2 2 草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸2 NADH2 NADH2 NADH2 NADH5 5TotalTotalTotalTotal25 25 ATPATPATPATP本讲稿第三十五页，共四十六页 糖酵解糖酵解+三羧酸循环的效率：三羧酸循环的效率：糖酵解：糖酵解：糖酵解：糖酵解：1G 2ATP+2NADH+2H1G 2ATP+2NADH+2H+2+2丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 7ATP7ATP三羧酸循环三羧酸循环 ：2 2丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 25ATP25ATP 合计：合计：合计：合计：32ATP32ATP储能效率储能效率=32 7.3686=34.05%其余能量以热量形式散失、维持体温其余能量以热量形式散失、维持体温其余能量以热量形式散失、维持体温其余能量以热量形式散失、维持体温.本讲稿第三十六页，共四十六页 注意：注意：COCO2 2来自草酰乙酸而不是乙酰来自草酰乙酸而不是乙酰CoA.CoA.但净结果是氧化了但净结果是氧化了1 1分子乙酰分子乙酰CoA.CoA.本讲稿第三十七页，共四十六页五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控速率受细胞能量状态、生物合成需求调节速率受细胞能量状态、生物合成需求调节.本讲稿第三十八页，共四十六页 柠檬酸循环过程中的限速酶柠檬酸循环过程中的限速酶1.1.1.1.柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：变构抑制剂：变构抑制剂：ATPATP、NADHNADH、琥珀酰、琥珀酰、琥珀酰、琥珀酰CoACoACoACoA AMP AMP AMP AMP可解除抑制可解除抑制.本讲稿第三十九页，共四十六页2.2.2.2.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶:变构抑制剂：变构抑制剂：变构抑制剂：变构抑制剂：ATPATPATPATP、NADH.NADH.NADH.NADH.变构激活剂：变构激活剂：变构激活剂：变构激活剂：ADP.ADP.ADP.ADP.本讲稿第四十页，共四十六页3.3.3.3.酮戊二酸脱氢酶系：酮戊二酸脱氢酶系：酮戊二酸脱氢酶系：酮戊二酸脱氢酶系：抑制剂：抑制剂：ATPATPATPATP、NADHNADHNADHNADH、琥珀酰、琥珀酰、琥珀酰、琥珀酰CoA.CoA.CoA.CoA.激活剂：激活剂：激活剂：激活剂：AMP AMP、ADPADP、CaCaCaCa2+2+.本讲稿第四十一页，共四十六页乙酰乙酰CoACoA的主要来源和去路：的主要来源和去路：糖原糖原G三脂酰甘油三脂酰甘油FA、甘油、甘油蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸三羧酸循环三羧酸循环胆固醇、胆固醇、FAFA酮体酮体乙酰乙酰CoA本讲稿第四十二页，共四十六页六、柠檬酸循环的生物意义六、柠檬酸循环的生物意义1 1、是好氧生物体内最主要的产能途径是好氧生物体内最主要的产能途径是好氧生物体内最主要的产能途径是好氧生物体内最主要的产能途径.2 2、是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径.3 3、提供合成其他化合物的碳骨架、提供合成其他化合物的碳骨架、提供合成其他化合物的碳骨架、提供合成其他化合物的碳骨架.如：草酰乙酸如：草酰乙酸如：草酰乙酸如：草酰乙酸 AspAspAspAsp、AsnAsnAsnAsn、-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸 Glu Glu 其他氨基酸、琥珀酰其他氨基酸、琥珀酰其他氨基酸、琥珀酰其他氨基酸、琥珀酰CoA CoA 血红素血红素血红素血红素.本讲稿第四十三页，共四十六页乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环乙醛酸循环三羧酸循环支路三羧酸循环支路 在异柠檬酸与苹在异柠檬酸与苹在异柠檬酸与苹在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条果酸间搭了一条果酸间搭了一条果酸间搭了一条捷径捷径捷径捷径异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环乙酰乙酰CoA乙乙醛醛酸酸乙酰乙酰CoACoASH本讲稿第四十四页，共四十六页植物和微生物植物和微生物兼具有这样的途径。兼具有这样的途径。异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶异柠檬酸异柠檬酸 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸乙醛酸乙醛酸 乙酰乙酰CoA 苹果酸苹果酸 苹果酸合成酶苹果酸合成酶本讲稿第四十五页，共四十六页Thanks本讲稿第四十六页，共四十六页