生物化学第23章柠檬酸循环ppt课件.ppt

第23章 柠檬酸循环(Citric acid cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 形成乙酰CoA二、柠檬酸循环概貌三、柠檬酸循环的反应机制四、柠檬酸循环的化学总结算五、柠檬酸循环的调控六、柠檬酸循环的双重作用七、柠檬酸循环的发现历史柠檬酸循环 柠檬酸循环（citric acid cycle）也叫三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle， TCA循环）， 因为德国科学家Hans Krebs在阐明柠檬酸循环中作出了突出贡献，又将此途径称为Krebs循环 在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进入线粒体，先转变成乙酰CoA，乙酰CoA再进入柠檬酸循环彻底氧化成CO2在真核细胞中，柠檬酸循环是粒体中进行的一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形成乙酰CoA 丙酮酸到乙酰CoA的总反应式 OCH3CCOO + HSCoA + NAD+ O CH3CSCoA + CO2 + NADH 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体的组成组组分缩缩写肽链肽链数辅辅基催化的反应应丙酮酮酸脱氢氢酶组组分E124TPP丙酮酮酸氧化脱羧羧二氢氢硫辛酰酰转转乙酰酰基酶E224硫辛酰酰胺 将乙酰酰基转转移到CoA二氢氢硫辛酸脱氢氢酶E312FAD将还还原型硫辛酰酰胺转变为转变为氧化型丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤 （丙酮酸脱羧反应）E1 丙酮酸 TPP 丙酮酸TPP加成化合物丙酮酸TPP加成化合物 羟乙基-TPP共振形式丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤（丙酮酸脱羧反应）E2的硫辛酰胺辅基羟乙基-TPP乙酰二氢硫辛酰胺 TPP-E1E2丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰CoA 二氢硫辛酰胺（乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰CoA）丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤（还原型E2被氧化反应） 氧化型E3 还原型E2 还原型E3 氧化型E2 还原型E3 还原型E3 氧化型E3E3丙酮酸脱氢酶复合体结构 丙酮酸脱氢酶复合体由60条肽链组成，总分子量为50,000kD，直径约30nm，在电子显微镜下可以看到。

E2是复合体的核心，E1及E3结合在E2的外面E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送到另一个酶 丙酮酸脱氢酶复合体硫辛酰赖氨酰臂丙酮酸转变为乙酰CoA的总图砷化物对硫辛酰胺的毒害作用 丙酮酸脱氢酶复合体的调控 丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳动物体内使丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径乙酰CoA既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质1产物控制 产物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E22磷酸化和去磷酸化的调控 E2分子上结合着两种特殊的酶，一种是激酶，另一种是磷酸酶，它们分别使E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式Ca2+通过激活磷酸酶的作用，也能使E1活化二、柠檬酸循环概貌柠檬酸循环总图return三、柠檬酸循环的反应草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸 草酰乙酸 乙酰CoA 柠檬酰CoA 柠檬酸 CoA 柠檬酸合酶112212柠檬酸异构化形成异柠檬酸 柠檬酸 顺-乌头酸 异柠檬酸乌头酸酶乌头酸酶222111乌头酸酶中的Fe-S聚簇（中心）含有这类结构的蛋白质称为铁硫蛋白异柠檬酸氧化形成酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸 草酰琥珀酸酮戊二酸1212从异柠檬酸的分支途径异柠檬酸异柠檬酸裂解酶琥珀酸 乙醛酸（植物和有些细菌中发生）酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA 酮戊二酸 琥珀酰CoA-酮戊二酸脱氢酶复合体 1122琥珀酰CoA转化成琥珀酸 烯醇化酶 琥珀酰CoA 琥珀酸琥珀酰CoA合成酶1122琥珀酸脱氢形成延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸 延胡索酸（反丁烯二酸）FAD与琥珀酸脱氢酶的共价结合线粒体结构示意图琥珀酸脱氢酶嵌合粒体的内膜上。

延胡索酸水合形成L-苹果酸延胡索酸酶 延胡索酸 L-苹果酸L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢酶 L-苹果酸 草酰乙酸四、柠檬酸循环的化学总结算乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA柠檬酸循环的总反应式ATP的产量 从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产生4个NADH，1个FADH2，1个GTP（ATP），按每个NADH可以产生2.5个ATP、每个FADH2可以产生1.5个ATP计算，共产生2.54（NADH）+ 1.51（FADH2）+ 1（GTP） = 12.5 个ATP 每个葡萄糖分子（2个丙酮酸）在进入柠檬酸循环后可以产生25个ATP 每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个ATP和2个NADH，共产生 2（ATP）+ 2.52（NADH）= 7个ATP 每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个ATP五、柠檬酸循环的调控 在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应，但在调节循环速度中起关键作用的是3种酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶复合体其调控可以分为两个方面：柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；ADP、ATP和Ca2+的调控。

柠檬酸循环本身制约系统的调节1乙酰CoA和草酰乙酸的供应情况乙酰CoA来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以及中间产物离开循环的速率和补充的速率2NADH/NAD+的比值柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢酶对NADH更为敏感酮戊二酸脱氢酶复合体也受NADH的抑制3产物的反馈抑制柠檬酸合酶受高浓度柠檬酸的抑制；酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰CoA的抑制 goATP、ADP和Ca2+对柠檬酸循环的调节 1ATP/ADP的比值值 ATP/ADP的比值值对柠檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与底物的结合；而ATP抑制该酶2Ca2+浓浓度 Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶的磷酸酶，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰CoA的供应同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶 乙酰CoA形成和柠檬酸循环中的激活和抑制部位示意图激活 抑制 反馈抑制六、柠檬酸循环的双重作用 许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间产物作为生物合成的前体来源柠檬酸循环中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、不间断地运转。

对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为填补反应 柠檬酸循环是新陈代谢的中心环节柠檬酸循环的填补反应柠檬酸循环双重作用示意图分解代谢和合成代谢双重作用。