生物化学与分子生物学八市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、目目 录录第第 十十 章章三羧酸循环三羧酸循环Tricarboxylic Acid Cycle第1页目目 录录第第 一一 节节 三羧酸循环发觉三羧酸循环发觉Discovery of the Citric Acid Cycle第2页目目 录录糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙酰乙酰CoA TCA循环循环 2H 2H 呼呼吸吸链链 H H2 2O O ADP+Pi ATP COCO2 2 *营养物在生物体内氧化普通过程营养物在生物体内氧化普通过程营养物在生物体内氧化普通过程营养物在生物体内氧化普通过程一、三羧酸循环是三类营养物质氧化分一
2、、三羧酸循环是三类营养物质氧化分解(共同)第二阶段解(共同)第二阶段第3页目目 录录n在真核生物,在真核生物,TCA循环在循环在线粒体线粒体中进行,中进行,与呼吸链在功效和结构上相偶联。与呼吸链在功效和结构上相偶联。第4页目目 录录三三羧羧酸酸循循环环亦亦称称柠柠檬檬酸酸循循环环(citric acid cycle),这这是是因因为为循循环环反反应应中中第第一一个个中中间间产产物物是是一一个个含含三三个个羧羧基基柠柠檬檬酸酸。因因为为Krebs正正式式提提出出了了三三羧羧酸酸循循环环学学说说,故故此此循循环环又又称称为为Krebs循环。循环。二、二、Krebs发觉三羧酸循环发觉三羧酸循环第5页
3、目目 录录n1937年年,Hans Krebs利利用用鸽鸽子子胸胸肌肌(这这块块肌肌肉肉在在飞飞行行中中有有相相当当高高呼呼吸吸频频率率,所所以以尤尤其其适适合合于于氧氧化化过过程程研研究究)组组织织悬悬液液,测测定定了了在在不不一一样样有有机机酸酸作作用用下下,丙丙酮酮酸酸氧氧化化过过程程中中耗耗氧氧率率,首首次次提提出出在在动动物组织中丙酮酸氧化路径假说物组织中丙酮酸氧化路径假说。第6页目目 录录nAlbert Szent-Gyorgyi等等已已经经发发觉觉动动物物肌肌肉肉组组织织中中一一些些4碳碳二二羧羧酸酸(琥琥珀珀酸酸、延延胡胡索索酸酸、苹苹果果酸酸和和草草酰乙酸酰乙酸)能刺激氧消耗
4、。)能刺激氧消耗。nKrebs证证实实了了这这项项发发觉觉,而而且且发发觉觉它它们们也也可可刺刺激激丙丙酮酮酸酸氧氧化化过过程程。而而且且他他还还发发觉觉肌肌肉肉中中丙丙酮酮酸酸氧氧化化还还可可被被6碳碳三三羧羧酸酸,如如柠柠檬檬酸酸、顺顺乌乌头头酸酸和和异异柠柠檬檬酸酸及及5碳碳-酮酮戊戊二二酸酸激激活活。上上述述有有机机酸酸激激活活效效应应是是显显著著,任任何何一一个个这这些些有有机机酸酸增增加加,甚甚至至是是极极少少许许增加都能大大激活丙酮酸氧化过程。增加都能大大激活丙酮酸氧化过程。第7页目目 录录nKrebs第第二二项项重重大大发发觉觉是是观观察察到到丙丙二二酸酸对对丙丙酮酮酸酸有有氧
5、氧化抑制作用。氧氧化抑制作用。n丙丙二二酸酸是是琥琥珀珀酸酸类类似似物物,是是琥琥珀珀酸酸脱脱氢氢酶酶竞竞争争性性抑抑制制剂剂,在在肌肌肉肉悬悬浮浮液液中中,不不论论加加入入上上述述哪哪一一个个有有机机酸酸,只只要要丙丙二二酸酸存存在在,丙丙酮酮酸酸有有氧氧氧氧化化过过程程就就会会被被抑抑制制。这这表表明明在在包包括括丙丙酮酮酸酸氧氧化化酶酶促促反反应应中中,琥琥珀珀酸和琥珀酸脱氢酶必定是很关键成份。酸和琥珀酸脱氢酶必定是很关键成份。nKrebs深深入入发发觉觉,当当用用丙丙二二酸酸去去抑抑制制肌肌肉肉组组织织悬悬液液中中丙丙酮酮酸酸有有氧氧氧氧化化时时,在在这这个个悬悬液液介介质质中中就就会
6、会有有柠柠檬檬酸酸、-酮酮戊戊二二酸酸和和琥琥珀珀酸酸积积累累,这这表表明明柠柠檬檬酸酸和和-酮戊二酸通常为琥珀酸前体。酮戊二酸通常为琥珀酸前体。第8页目目 录录n依依据据上上述述试试验验观观察察和和一一些些其其它它证证据据,Krebs得得出出一一个个结结论论:上上述述有有机机三三羧羧酸酸和和二二羧羧酸酸能能够够以以一一个个符符合合化化学学逻逻辑辑序序列列排排列列。因因为为用用丙丙酮酮酸酸和和草草酰酰乙乙酸酸与与肌肌组组织织共共同同孵孵育育,即即可可造造成成溶溶液液介介质质中中柠柠檬檬酸酸堆堆积积,所所以以Krebs推推理理这这一一系系列列反反应应是是以以循循环环方方式式而而不不是是以以线线性
7、性方方式式存存在在,即即它它开开始始和和结结尾尾是是连连在在一起。一起。第9页目目 录录n从从这这些些简简单单试试验验和和逻逻辑辑推推理理中中,Krebs假假定定他他所所称称柠柠檬檬酸酸循循环环是是肌肌肉肉中中碳碳水水化化合合物物氧氧化化主主要要路路径径。柠柠檬檬酸酸循循环环也也称称TCA循循环环,因因为为在在Krebs提提出出这这个个循循环环假假说说若若干干年年以以后后,还还不不确确定定柠柠檬檬酸酸或或者者一一些些其其它它三三羧羧酸酸,比比如如异异柠柠檬檬酸酸是是否否是是由由丙丙酮酮酸酸和和草草酰酰乙乙酸酸反反应应所所形形成成第第一一个个产产物物。自自Krebs提提出出TCA循循环环假假设设
8、后后,研研究究发发觉觉该该循循环环不不但但在在肌肌肉肉组组织织中中起起作作用用,而而且且在在需需氧氧动动物物和和植植物物全全部部组组织织中中,以及许多需氧微生物中均发挥着功效。以及许多需氧微生物中均发挥着功效。第10页目目 录录nTCA循循环环最最初初只只是是建建立立在在试试验验基基础础上上假假说说。随随即即,在在体体外外对对参参加加循循环环中中酶酶研研究究证证实实并并说说明明了了该该循循环环细细节节。不不过过这这些些酶酶是是否否在在完完整整活活细细胞胞循循环环中中真真正正发发挥挥功功效效?细细胞胞内内该该循循环环效效率率是是否否足足以以解解释释动动物物组组织织中中葡葡萄萄糖糖氧氧化化效效率率
9、?这这些些问问题题已已经经经经过过用用同同位位素素标标识识代代谢谢物物研研究究(如如丙丙酮酮酸酸或或乙乙酸酸酯酯分分子子中中特特定定碳碳原原子子13C或或14C标标识识等等同同位位素素示示踪踪试试验验),证证实实TCA循循环环确确实实以以很很高高效效率率在在活活细细胞胞中中存存在在。现现在在TCA循循环环已已被被公公认认为为是是营营养养物物分分解解代代谢谢必必经经路径。路径。第11页目目 录录第第 二二 节节三羧酸循环反应过程三羧酸循环反应过程Reactions of Tricarboxylic Acid Cycle Reactions第12页目目 录录nTCA循循环环是是一一个个由由一一系系
10、列列酶酶促促反反应应组组成成循循环环反反应应系系统统,在在该该反反应应过过程程中中,首首先先由由乙乙酰酰CoA(主主要要来来自自于于三三大大营营养养物物质质分分解解代代谢谢)与与草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合生生成成含含3个个羧羧基基柠柠檬檬酸酸(citric acid),再再经经过过4次次脱脱氢氢、2次次脱脱羧羧,生生成成4分分子子还还原原当当量量(reducing equivalent)和和2分分子子CO2,重重新新生生成成草草酰酰乙乙酸酸这这一循环反应过程称为一循环反应过程称为三羧酸循环三羧酸循环。第13页目目 录录n还原当量(还原当量(reducing equivalent)普普普普通通通通
11、是是是是指指指指以以以以氢氢氢氢原原原原子子子子或或或或氢氢氢氢离离离离子子子子形形形形式式式式存存存存在在在在一一一一个电子或一个电子当量。个电子或一个电子当量。个电子或一个电子当量。个电子或一个电子当量。第14页目目 录录一、一、TCA循环由八步反应组成循环反应路径循环由八步反应组成循环反应路径第15页目目 录录(一)乙酰(一)乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸n 乙酰辅酶乙酰辅酶A(acetyl CoA)与草酰乙酸)与草酰乙酸(oxaloacetate)缩合成柠檬酸)缩合成柠檬酸(citrate););n 反应由反应由柠檬酸合酶(柠檬酸合酶(citrate synth
12、ase)催化。催化。第16页目目 录录(二)柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸(二)柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸n此反应是由此反应是由顺乌头酸酶顺乌头酸酶催化异构化反应。催化异构化反应。n由两步反应组成,由两步反应组成,(1)脱水反应;脱水反应;(2)水合反应。水合反应。第17页目目 录录(三)异柠檬酸氧化脱羧转变为(三)异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸酮戊二酸n异柠檬酸在异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶(Isocitrate dehydrogenase)作用下,氧化脱羧而转)作用下,氧化脱羧而转变成变成 -酮戊二酸(酮戊二酸(-Ketoglutarate)。)。第18页目目 录录(四)(
13、四)-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoAn在在-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体催化下催化下-酮戊二酸氧酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA);n该脱氢酶复合体组成及催化机制与丙酮酸脱氢酶该脱氢酶复合体组成及催化机制与丙酮酸脱氢酶复合体类似。复合体类似。第19页目目 录录(五)琥珀酰(五)琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化合成酶催化底物水平磷酸化反应反应 n在在琥琥珀珀酰酰CoA合合成成酶酶催催化化下下,琥琥珀珀酰酰CoA高高能能硫硫酯酯键键水水解解与与GDP磷酸化偶联,生成琥珀酸、磷酸化偶联,生成琥珀酸、GTP和辅酶和
14、辅酶A。n这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键反应。这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键反应。第20页GTPGDPATPADP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶目目 录录第21页目目 录录(六)琥珀酸脱氢生成延胡索酸(六)琥珀酸脱氢生成延胡索酸 n此步反应由此步反应由琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶催化,其辅酶是催化,其辅酶是FAD,是三羧酸循环中唯一与内膜结合酶。是三羧酸循环中唯一与内膜结合酶。第22页目目 录录(七)延胡索酸加水生成苹果酸(七)延胡索酸加水生成苹果酸n延胡索酸酶延胡索酸酶催化此步反应催化此步反应第23页(八)(八)苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸n苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶
15、催化此步反应,辅酶是催化此步反应,辅酶是NAD+。目目 录录第24页CoASHNADH+H+NAD+COCO2 2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASHH2O柠檬酸合酶柠檬酸合酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶-酮酮戊二酸脱戊二酸脱氢氢酶酶复合体复合体琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶延胡索酸酶苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶目目 录录 第25页目目 录录2CO242H第26页目目 录录二、一次二
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