生物化学：第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环.ppt

第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环Chapter 3The pyruvate oxidization and Citric Acid Cycle 在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA，后者可进入三羧酸循环彻底氧化一、丙酮酸氧化脱羧丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactors and three enzymes.一、丙酮酸氧化脱羧E1 丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase PDH)催化丙酮酸的脱羧及脱氢，形成二碳单位乙酰基具有辅基TPPE2 二氢硫辛酸转乙酰基酶(dihydrolipoyl transacetylase TA)催化二碳单位乙酰基的转移具有辅基硫辛酸E3 二氢硫辛酸脱氢酶(dihydrolipoyl dehydrogenase DLD)催化还原型硫辛酸氧化型具有辅基FAD催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3 3种酶有种酶有机地组合在一起：机地组合在一起：一、丙酮酸氧化脱羧整个过程涉及到的6个辅因子：TPP(焦磷酸硫胺素)、SSL(硫辛酸)、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。

丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有：6个PDH、24个TA、6个DLD其中TA为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧一、丙酮酸氧化脱羧 三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，又叫做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，故此得名二、三羧酸循环 该循环的提出的主要贡献者是英国生化学家Krebs，所以又称Krebs循环该循环还叫做柠檬酸循环1. 化学反应过程a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸二、三羧酸循环1. 化学反应过程a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸这步反应由 C4 C6 二、三羧酸循环1. 化学反应过程Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pinka. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以使反应不可逆此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰CoA，然后水解这步反应由 C4 C6 二、三羧酸循环1. 化学反应过程2. 柠檬酸异构化成异柠檬酸二、三羧酸循环1. 化学反应过程Iron-sulfur (red), Iron-sulfur (red), cysteines cysteines (yellow) and (yellow) and isocitreate isocitreate (white)(white)3. 异柠檬酸氧化脱羧二、三羧酸循环1. 化学反应过程 这阶段放出了1分子CO2，由 C6 C5 ；产生1分子NADH3. 异柠檬酸氧化脱羧二、三羧酸循环1. 化学反应过程NADP+(gold); Ca2+(red) -酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。

4. -酮戊二酸氧化脱羧二、三羧酸循环1. 化学反应过程4. -酮戊二酸氧化脱羧二、三羧酸循环1. 化学反应过程这阶段又放出了1分子CO2，由 C5 C4 ；又产生1分子NADH；形成1个高能硫酯键这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键二、三羧酸循环1. 化学反应过程GDP + Pi GTP这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键二、三羧酸循环1. 化学反应过程这阶段需要经历三步反应 脱氢、加水、脱氢6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生这一阶段的反应为C4的变化；产生1分子FADH2、1分子NADH二、三羧酸循环1. 化学反应过程这阶段需要经历三步反应 脱氢、加水、脱氢6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生这一阶段的反应为C4的变化；产生1分子FADH2、1分子NADH二、三羧酸循环1. 化学反应过程这阶段需要经历三步反应 脱氢、加水、脱氢6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生这一阶段的反应为C4的变化；产生1分子FADH2、1分子NADH二、三羧酸循环1. 化学反应过程这阶段需要经历三步反应 脱氢、加水、脱氢6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生二、三羧酸循环1. 化学反应过程The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ blue.6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生二、三羧酸循环1. 化学反应过程2. TCA循环的总反应二、三羧酸循环2. TCA循环的总反应二、三羧酸循环每经历一次TCA循环 有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有2个碳原子通过脱羧反应离开循环。

有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对由NADH携带，1对由FADH2携带 产生1分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成1分子ATP 消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬酰CoA）和延胡索酸的加水 二、三羧酸循环2. TCA循环的总反应 由TCA循环产生的NADH和FADH2必须经呼吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去接受TCA循环脱下的氢产物NADH和FADH2的去路: TCA循环需要在有氧的条件下进行否则NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸链氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被再生，使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进行二、三羧酸循环2. TCA循环的总反应 乙酰CoA通过TCA循环脱下的氢由NADH及FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成大量ATP碳 源乙酰CoA 2CO2能 量1GTP 1ATP共12ATP3NADH 3ATP3 = 9ATP1FADH2 2ATP1 = 2ATP 由乙酰CoA氧化产生的ATP中，只有1/12来自底物水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生3.能量的化学计量二、三羧酸循环碳 源丙酮酸 乙酰CoA + CO2 3CO2能 量丙酮酸氧化脱羧：1NADH 3ATP共15ATPTCA循环：12ATP3.能量的化学计量二、三羧酸循环碳 源葡萄糖 2丙酮酸 6CO2能 量葡萄糖有氧酵解：2ATP + 2NADH 8 ATP 共38ATP丙酮酸有氧氧化：152 = 30 ATP葡萄糖彻底氧化经由的途径：EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化。

对于原核生物： 3.能量的化学计量二、三羧酸循环对于原核生物： 由于在EMP途径中生成的NADH粒体外，其磷氧比为2，所以1分子葡萄糖彻底氧化只能合成 36 ATP对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）:3.能量的化学计量二、三羧酸循环1. 定位：线粒体线粒体 A 柠檬酸合酶:该酶有负变构剂ATP，它使酶与底物的亲和力下降，从而Km值增大B 异柠檬脱氢酶:该酶有正变构剂ADP，它使酶与底物的亲和力增加此外，NAD+、底物异柠檬酸使酶活升高；NADH、ATP使酶活下降C -酮二酸脱氢酶: ATP、NADH及产物琥珀酰CoA抑制酶的活性2. 不可逆反应与调节：4. 注意点二、三羧酸循环1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径；2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉3. 糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽 5. TCA循环的生物学意义二、三羧酸循环三、TCA的回补反应 三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补充，以保证TCA循环运转尤其是起始物草酰乙酸，缺乏它乙酰CoA就不能进入循环。

生物体中存在着及时补充草酰乙酸的反应，称为回补反应1.回补反应含义：1. 丙酮酸羧化2. 回补反应的途径：丙酮酸羧化酶需要生物素作为其辅酶这是动物中最重要的回补反应，粒体中进行三、TCA的回补反应 2. PEP羧化酶（细胞质）2. 回补反应的途径：三、TCA的回补反应 3. 苹果酸酶（细胞质）2. 回补反应的途径：三、TCA的回补反应 4. PEP羧激酶（液泡）2. 回补反应的途径：三、TCA的回补反应 The phosphoenolpyruvate The phosphoenolpyruvate carboxykinase carboxykinase reactionreaction。