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2、中,丙酮酸氧化脱 羧 生成乙酰coa进入三 羧酸循环,进而氧化生成co2和h2o,同时nadh+h+等可经呼吸链传递,伴随氧化磷酸化过程生成h2o和atp,下面主要将探讨有氧氧化在线粒体中进行的其次阶段代谢。 催化氧化脱 羧 的酶是丙酮酸脱氢酶系(pyruvatedehydrogenase system),此多酶复合体括丙酮酸脱 羧酶,辅酶是tpp,二氢硫辛酸乙酰转移酶,辅酶是二氢硫辛酸和辅酶a,还有二氢硫辛酸脱氢酶,辅酶是fad及存在于线粒体基质液中的nad+,多酶复合体形成了紧密相连的连锁反应机构,提高了催化效率。 从丙酮酸到乙酰coa是糖有氧氧化中关键的不行逆反应,催化这个反应的丙酮酸脱
3、氢酶系受到许多因素的影响,反应中的产物,乙酰coa和nadh+h+可以分别抑制酶系中的二氢硫辛酸乙酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶的活性,丙酮酸脱 羧 酶(pyruvate decarboxylase,pdc)活性受adp和胰岛素的激活,受atp的抑制。 丙酮酸脱氢反应的重要特征是丙酮酸氧化释放的自由能贮存在乙酰coa中的高能硫酯键中,并生成nadh+h+(图4-4)。 乙酰coa进入由一连串反应构成的循环体系,被氧化生成h2o和co2。由于这个循环反应起先于乙酰coa与草酰乙酸(oxaloacetate)缩合生成的.含有三个 羧 基的柠 檬酸,因此称之为三 羧酸循环或柠 檬酸循环(citric a
4、cid cycle)。其具体过程如下: (1)乙酰coa进入三 羧 酸循环 乙酰coa具有硫酯键,乙酰基有足够能量与草酰乙酸的 羧 基进行醛醇型缩合。首先从ch3co基上除去一个h+,生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击,生成柠 檬酰coa中间体,然后高能硫酯键水解放出游离的柠 檬酸,使反应不行逆地向右进行。该反应由柠 檬酸合成酶(citrate synthetase)催化,是很强的放能反应。 此反应是不行逆的,是三 羧 酸循环中的限速步骤,adp是异柠 檬酸脱氢酶的激活剂,而atp,nadh是此酶的抑制剂。 (4)其次次氧化脱 羧 在-酮戊二酸脱氢酶系作用下,-酮戊二酸氧化脱 羧生成琥
5、珀酰coa、nadh+h+和co2,反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱 羧,属于?氧化脱 羧,氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰coa的高能硫酯键中。 -酮戊二酸脱氢酶系也由三个酶(-酮戊二酸脱 羧 酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(tpp、硫辛酸、hscoa、nad+、fad)组成。 此反应也是不行逆的。-酮戊二酸脱氢酶复合体受atp、gtp、naph和琥珀酰coa抑制,但其不受磷酸化/去磷酸化的调控。 (5)底物磷酸化生成atp 在琥珀酸硫激酶(succinatethiokinase)的作用下,琥珀酰coa的硫酯键水解,释放的自由能用于合成gtp,在细菌和高
6、等生物可干脆生成atp,在 哺 乳动物中,先生成gtp,再生成atp,此时,琥珀酰coa生成琥珀酸和辅酶a。 (6)琥珀酸脱氢 琥珀酸脱氢酶(succinatedehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。该酶结合在线粒体内膜上,而其他三 羧 酸循环的酶则都是存在线粒体基质中的,这酶含有铁硫中心和共价结合的fad,来自琥珀酸的电子通过fad和铁硫中心,然后进入电子传递链到o2,丙二酸是琥珀酸的类似物,是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物,所以可以阻断三 羧酸循环。 (7)延胡索酸的水化 延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用,而对顺丁 烯 二酸(马来酸)则无催化作用,因而是高度立体特异
7、性的。 (8)草酰乙酸再生 在苹果酸脱氢酶(malicdehydrogenase)作用下,苹果酸仲醇基脱氢氧化成羰基,生成草酰乙酸(oxalocetate),nad+是脱氢酶的辅酶,接受氢成为nadh+h+(图4-5)。 三羰酸循环总结: 乙酰coa+3nadh+fad+gdp+pi+2h2o? 2co2+3nadh+fadh2+gtp+3h+ +coash co2的生成,循环中有两次脱 羧 基反应(反应3和反应4)两次都同时有脱氢作用,但作用的机理不同,由异柠 檬酸脱氢酶所催化的?氧化脱 羧,辅酶是nad+,它们先使底物脱氢生成草酰琥珀酸,然后在mn2+或mg2+的协同下,脱去 羧基,生成-
8、酮戊二酸。 -酮戊二酸脱氢酶系所催化的?氧化脱 羧 反应和前述丙酮酸脱氢酶系所催经的反应基本相同。 应当指出,通过脱 羧 作用生成co2,是机体内产生co2的普遍规律,由此可见,机体co2的生成与体外燃烧生成co2的过程迥然不同。 三 羧 酸循环的四次脱氢,其中三对氢原子以nad+为受氢体,一对以fad为受氢体,分别还原生成nadh+h+和fadh2。它们又经线粒体内递氢体系传递,最终与氧结合生成水,在此过程中释放出来的能量使adp和pi结合生成atp,凡nadh+h+参加的递氢体系,每2h氧化成一分子h2o,生成3分子atp,而fadh2参加的递氢体系则生成2分子atp,再加上三 羧酸循环中
9、有一次底物磷酸化产生一分子atp,那么,一分子ch2co?scoa参加三 羧酸循环,直至循环终末共生成12分子atp。 乙酰coa中乙酰基的碳原子,乙酰coa进入循环,与四碳受体分子草酰乙酸缩合,生成六碳的柠 檬 酸,在三 羧酸循环中有二次脱 羧生成2分子co2,与进入循环的二碳乙酰基的碳原子数相等,但是,以co2方式失去的碳并非来自乙酰基的两个碳原子,而是来自草酰乙酸。 三 羧 酸循环的中间产物,从理论上讲,可以循环不消耗,但是由于循环中的某些组成成分还可参加合成其他物质,而其他物质也可不断通过多种途径而生成中间产物,所以说三 羧酸循环组成成分处于不断更新之中。 例如草楚酰乙酸天门冬氨酸 -酮戊二酸谷氨酸 草酰乙酸丙酮酸丙氨酸 其中丙酮酸 羧 化酶催化的生成草酰乙酸的反应最为重要。 因为草酰乙酸的含量多少,干脆影响循环的速度,因此不断补充草酰乙酸是使三 羧 酸循环得以顺当进行的关键。 三 羧 酸循环中生成的苹果酸和草酰乙酸也可以脱 羧生成丙酮酸,再参加合成很多其他物质或进一步氧化。s(content_relate);
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