(精品)第21章柠檬酸循环.ppt

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1、第二十三章 柠檬酸循环A time-lapse photograph of a Ferris wheel at night.Aerobic cells use a metabolic wheel-the tricarboxylic acid cycle-to generate energy by acetyl-CoA oxidation.扬州大学生物科学与技术学院糖的有氧氧化 葡萄糖葡萄糖 彻底氧化分解生成彻底氧化分解生成COCO2 2和和H H2 2O O的过程。的过程。糖的有氧氧化是指糖的有氧氧化是指：体内组织在有氧条件下，体内组织在有氧条件下，有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数有氧氧化

2、是糖氧化的主要方式，绝大多数组织细胞都通过有氧氧化获得能量。组织细胞都通过有氧氧化获得能量。C C6 6H H1212O O6 6+6O O2 2 6 COCO2 2+6 H H2 2O O +30/32 ATP扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程糖有氧氧化概况糖有氧氧化概况葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoACO2+H2O+ATP三羧酸循环三羧酸循环糖的有氧氧化糖的有氧氧化乳酸乳酸糖酵解糖酵解线粒体内线粒体内胞浆胞浆扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程糖的有氧氧化糖的有氧氧化与与糖酵解糖酵解细胞细胞胞浆胞浆线粒体线粒体葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸葡萄糖葡萄

3、糖丙酮酸丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）糖的有氧氧化）丙酮酸丙酮酸(糖酵解糖酵解)扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程糖有氧氧化的过程第一阶段：第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）丙酮酸的生成（胞浆）第二阶段：第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoACoA（线粒体）线粒体）第三阶段：第三阶段：乙酰乙酰CoACoA进入柠檬酸循环进入柠檬酸循环和氧化磷酸化途径彻底氧和氧化磷酸化途径彻底氧化。（线粒体）化。（线粒体）三三 个个 阶阶 段段扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程丙酮酸的生成（胞浆）丙酮酸的生成（胞浆）丙酮酸的生成（胞浆）丙酮酸的生成（胞浆）葡萄糖葡

4、萄糖 +NAD+NAD+2ADP+2Pi+2ADP+2Pi 2 2（丙酮酸丙酮酸+ATP+ATP +NADH+HNADH+H+）2 2丙酮酸丙酮酸进入线粒体进一步氧化进入线粒体进一步氧化2(2(NADH+HNADH+H+)2H2O+3ATP线粒体内膜上特异载体线粒体内膜上特异载体穿梭系统穿梭系统氧化呼吸链氧化呼吸链扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程柠檬酸循环柠檬酸循环（Citric Acid Cycle)三羧酸循环三羧酸循环 （Tricarboxylic Acid Cycle）Krebs循环循环在好氧真核生物在好氧真核生物线粒体基质线粒体基质或好氧原核生或好氧原核生物物细胞质细胞质中，

5、酵解产物中，酵解产物丙酮酸丙酮酸脱羧、脱氢，脱羧、脱氢，彻底氧化为彻底氧化为CO2、H2O并产生并产生ATP的过程。的过程。扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程原核细胞原核细胞原核细胞原核细胞细胞质细胞质真真真真核核核核生生生生物物物物线粒体线粒体线粒体线粒体基质基质基质基质（线粒体）（线粒体）（线粒体）（线粒体）扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程八聚体八聚体扬州大学生

6、物科学与技术学院生物化学精品课程多酶复合体位于线粒体内多酶复合体位于线粒体内原核细胞在胞液中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-丙酮酸脱氢羧酶（组分）丙酮酸脱氢羧酶（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、CoACoA-SH-SH、FADFAD、NADNAD+、MgMg2+2+丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶系系扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程丙酮酸脱氢酶复合丙酮酸脱氢酶复合体体E2E3E1三种酶三种酶60条肽链形成条肽链形成的复合体的复合体扬州大学生物科学与技术学院生物化

7、学精品课程CoA-SHAMPAMP泛酸泛酸CoACoA-SH-SH3OCCH-巯基乙巯基乙胺胺222O2CH22OH CH3-2OH-OCOCHCHNH CO CH C CHPOPOCHNHCHS3CHOOOOONNNNNHOPOOH扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程硫辛酸：硫辛酸：扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程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-毒害作用毒害作用扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程V B1TPP的结构扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程功能功能脱羧酶辅脱羧酶辅酶酶将底物移将底物移入（出）入（出）脱羧

8、酶的脱羧酶的活性中心。活性中心。+TPP的作用扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程丙酮酸脱氢酶复合体催化反应丙酮酸脱氢酶复合体催化反应 的图解的图解羟乙基羟乙基TPPTPP高能键高能键扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程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结合结合砷化物可在糖酵解过程中代替磷酸盐而使氧化与磷酸砷化物可在糖酵解过程中代替磷酸盐而使氧化与磷酸化解耦联。化解耦联。这里砷化物还能抑制丙酮酸生产乙酰辅酶这里砷化物还能抑制丙酮酸生产乙酰辅酶A A。微生物中许多酶对有机砷化

9、物的毒害比人类更敏感，微生物中许多酶对有机砷化物的毒害比人类更敏感，曾用于治疗椎虫病。曾用于治疗椎虫病。但是砷化物对病人有严重的毒副作用，常引起湿疹，但是砷化物对病人有严重的毒副作用，常引起湿疹，头晕，头痛等。头晕，头痛等。砷化物对白血病的治疗。砷化物对白血病的治疗。扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程丙酮酸脱氢酶复合体的调控：丙酮酸脱氢酶复合体的调控：1 1、产物控制：、产物控制：NADH NADH、乙酰乙酰-CoACoA2 2、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）磷酸化（激活）由由E E2 2上结合的激酶和磷酸酶起作用上结合的激酶和磷

10、酸酶起作用 扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程ATP/AMP NADH/NAD+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+、胰岛素胰岛素扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程二、柠檬酸循环概貌二、柠檬酸循环概貌 Citric Acid Cycle扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程TCATCA概貌概貌扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程TCATCA概貌概貌扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程TCATCA概貌概貌扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程三、柠檬酸循环历

11、程三、柠檬酸循环历程 Reactions of the Citric Acid Cycle1、草酰乙酸与乙酰、草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸缩合成柠檬酸 Formation of Citrate 扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程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：ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰酯酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制FH2C氟乙酰辅酶氟乙酰辅酶A：底物，形底物，形成氟柠檬酸，不能往下反成氟柠檬酸，不能往下反应，称致死性合成应，称致死性合成扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程CH3CO丙酮酰丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂竞争性抑制

12、剂扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程2、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-Aconitate 乌头酸酶乌头酸酶扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程3、异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成酮戊二酸酮戊二酸Oxidation of Isocitrate to-Ketoglutarate and CO2 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+（线粒体）线粒体）NADPNADP为辅酶（胞质也有）为辅酶（胞质也有）扬州大学生物科学与

13、技术学院生物化学精品课程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-CoACoA Oxidation 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高能硫酯化物高能硫酯化物扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程5、琥珀酰琥珀酰-CoACoA转化为琥珀酸转化为琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰琥珀酰-CoACoA合成酶合成酶（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ATP

14、ATP（唯一）直接产生高能磷酸键（唯一）直接产生高能磷酸键底物磷酸化底物磷酸化扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程GTP参与蛋白质合成蛋白质合成G蛋白活化（信号传导信号传导）GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程6 6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸、琥珀酸脱氢形成延胡索酸 Oxidation of Succinate to Fumarate FADFAD与酶共价连接与酶共价连接丙二酸丙二酸为竞争性抑制剂为竞争性抑制剂抑制细胞呼吸抑制细胞呼吸 （KrebsKrebs）琥珀酸脱氢酶位于线粒体内

15、膜琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程7、延胡索酸水合生成、延胡索酸水合生成 L-苹果酸苹果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate 扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程8、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸与乙酰被草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合（高度放能）反应所推动缩合（高度放能）反应所推动扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程四、柠檬酸循环的化学计量四、柠檬酸循环的化学

16、计量2 丙酮酸丙酮酸 2 acetyl-CoA 2 NADH 5 2 异柠檬酸异柠檬酸 2-酮戊二酸酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2 NADH 52 琥珀酰琥珀酰-CoA 2琥珀酸琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸琥珀酸 2 延胡素酸延胡素酸 2 FADH2 3 2苹果酸苹果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸 2 NADH 5Total 25 ATP底物磷酸化底物磷酸化扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程丙酮酸只有丙酮酸只有4个氢，个氢，但彻底氧化所放出的氢？但彻底氧化所放出的氢？加水加氢加水加氢扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程糖酵解糖酵解+三羧

17、酸循环三羧酸循环的效率的效率糖酵解糖酵解 1G1G 2ATP+2NADH+2H+2 2丙酮丙酮丙酮丙酮酸酸酸酸 7 7ATP三羧酸循环三羧酸循环 2 2丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 25ATP 3232ATP储能效率储能效率=32 7.3/686=34.05%其余能量以热量形式：其余能量以热量形式：一部分维持体温，一部分散失。一部分维持体温，一部分散失。扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程总反应式扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程CO2来自草酰乙酸而不是乙酰来自草酰乙酸而不是乙酰CoA但净结果是氧化了但净结果是氧化了1分子乙酰分子乙酰CoA扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程五

18、、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、生物合成需求调节分为两方面的调控分为两方面的调控1.柠檬酸循环本身所具有的内部相互制约系统柠檬酸循环本身所具有的内部相互制约系统的调节的调节2.ADP、ATP和和Ca2+对柠檬酸循环的调节。对柠檬酸循环的调节。总的来说都是对酶的调控。总的来说都是对酶的调控。扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程限速酶：限速酶：1.柠檬酸合酶柠檬酸合酶 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA 竞争性抑制剂：柠檬酸竞争性抑制剂：柠檬酸 AMP可解除抑制可解除抑制2.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶

19、变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH 变构激活剂变构激活剂：ADP3.酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA 激活剂：激活剂：AMP、ADP、Ca2+扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程乙酰CoA的主要来源和去路糖原糖原G三脂酰甘油三脂酰甘油FA、甘油蛋白质蛋白质氨基酸三羧酸循环三羧酸循环胆固醇、胆固醇、FA酮体酮体乙酰乙酰CoA扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程六、柠檬酸循环的生物意义六、柠檬酸循环的生物意义（1）是是好氧生物体好氧生物体内最主要的内最主要的产能途径产能途径！（2）是是脂类、蛋白质脂类、蛋白质彻底分解的共同途径

20、！彻底分解的共同途径！（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如：如：草酰乙酸草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸酮戊二酸 Glu 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA 血红素血红素两用性两用性扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程柠檬酸循环柠檬酸循环焚烧炉焚烧炉扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程巴斯德效应（Pasteur)概念概念：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。扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程由于从

21、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 扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程TCA填补反应填补反应（anaplerotic reaction）1 1、丙酮酸羧化、丙酮酸羧化乙酰乙酰CoACoA激活激活扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程2、PEPPEP羧化羧化（大脑和心脏）（大脑和心脏）3、AspAsp和和GluGlu脱氨脱氨 Asp 草酰乙酸 Glu 酮戊二酸PEPPEP羧激酶羧激酶扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程测试题磷酸果糖激酶-1 最强的别构激活剂别构激活剂是 A、AMP B、ADP C、ATP D、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不包括 A、生物素 B、NAD+C、FAD D、硫辛酸 E、辅酶A 扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程测试题不能不能使丙酮酸脱氢酶复合体活性降低的 A、乙酰CoA B、ATP C、AMP D、NADH扬州大学生物科学与技术学院生物化学精品课程