第十五章柠檬酸循环ppt课件.ppt

第第1页页糖的有氧分解糖的有氧分解第一阶段：葡萄糖第一阶段：葡萄糖 丙酮酸〔细胞质〕丙酮酸〔细胞质〕第二阶段：丙酮酸第二阶段：丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A 〔简写为乙酰〔简写为乙酰CoACoA〕〕第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环 乙酰乙酰CoA H2O CoA H2O 和和CO2CO2，释放出能量，释放出能量 二、三阶段粒体中二、三阶段粒体中第第2页页柠檬檬酸酸循循环是是燃燃料料物物质氧氧化化分分解解的的中中心心途途径径第第3页页第十五章第十五章 柠檬酸循环柠檬酸循环15.1 15.1 丙酮酸进入柠檬酸循环的预备阶段丙酮酸进入柠檬酸循环的预备阶段15.2 15.2 柠檬酸柠檬酸 ( (三羧酸三羧酸) )循环的途径循环的途径15.3 15.3 柠檬酸循环的生物学意义柠檬酸循环的生物学意义15.4 15.4 柠檬酸循环的调理柠檬酸循环的调理15.5 15.5 柠檬酸循环的双重作用柠檬酸循环的双重作用15.6 15.6 回回( (添添) )补反响补反响第第4页页15.1 15.1 丙酮酸进入柠檬酸循环的丙酮酸进入柠檬酸循环的预备阶段预备阶段( (丙酮酸生成乙酰丙酮酸生成乙酰CoA)CoA)丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系第第5页页丙酮酸脱氢酶复合物的组成丙酮酸脱氢酶复合物的组成n丙酮酸氧化脱羧反响是衔接糖酵解和三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧反响是衔接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。

此反响在真核细胞的线粒体基质中的中间环节此反响在真核细胞的线粒体基质中进展n丙酮酸脱氢酶系是一个多酶体系，主要包括：丙酮酸脱氢酶系是一个多酶体系，主要包括：n 丙酮酸脱羧酶〔丙酮酸脱羧酶〔E1E1〕〕n三种酶三种酶 二氢硫辛酸乙酰转移酶〔二氢硫辛酸乙酰转移酶〔E2E2〕〕n 二氢硫辛酸脱氢酶〔二氢硫辛酸脱氢酶〔E3E3〕〕n6 6种辅因子：种辅因子：TPPTPP、硫辛酸、、硫辛酸、FADFAD、、n NAD+ NAD+、、CoACoA和和Mg2+Mg2+第第6页页第第7页页辅酶辅酶A A〔〔CoACoA〕〕第第8页页硫硫辛辛酸酸以以酰胺胺键与与二二氢硫硫辛辛酸酸转乙乙酰酶的的L Ly ys s残残基基相相连第第9页页TPPTPP第第10页页丙酮酸脱氢酶系催化丙酮酸脱氢酶系催化5 5步反响步反响 1) 1)  丙丙酮酸脱酸脱羧生成生成羟乙基乙基-TPP-TPP；；2) 2) 二二氢硫硫辛辛酸酸转乙乙酰酶催催化化羟乙乙基基氧氧化化为乙乙酰基基，，并并转移移给硫硫辛辛酰胺胺构成乙构成乙酰硫辛硫辛酰胺；胺；3) 3) 二二氢硫硫辛辛酸酸转乙乙酰酶催催化化乙乙酰硫硫辛辛酰胺胺上上的的乙乙酰基基转移移给CoACoA生生成成乙乙酰CoACoA；；4) 4) 二二氢硫硫辛辛酸酸脱脱氢酶催催化化复复原原的的硫硫辛辛酸酸再再氧氧化化，，并并将将氢交交给FADFAD生生成成FADH2-EFADH2-E；； 5) FADH2 5) FADH2使使NAD+NAD+复原。

复原 第第11页页丙酮酸脱氢酶系催化的反响丙酮酸脱氢酶系催化的反响丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧酶酶二氢硫辛二氢硫辛酸乙酰转酸乙酰转移酶移酶二氢硫二氢硫辛酸脱辛酸脱氢酶氢酶第第12页页第第13页页15.2 15.2 柠檬酸柠檬酸 ( (三羧酸三羧酸 ) )循环的循环的途径途径nCitric AcidCycleCitric AcidCycle〔〔tricarboxylic tricarboxylic Acid Cycle(TCA)Acid Cycle(TCA)〕，〕，TCATCA循环循环n概念：乙酰概念：乙酰CoACoA与草酰乙酸缩合生成与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，再经一系列的氧化、脱羧，柠檬酸，再经一系列的氧化、脱羧，最终生成最终生成CO2CO2和和H2OH2O，并产生能量的，并产生能量的过程n途径如下：途径如下：第第14页页1 1、柠檬酸合酶、柠檬酸合酶 (Citric acid synthetase) (Citric acid synthetase) 催催化化TCATCA的的第第一一步步反反响响，，反反响响先先生生成成柠柠檬檬酰酰CoACoA，，再再水水解解为为柠柠檬檬酸酸，，是是放放能能反反响响，，不不可逆。

是可逆是TCATCA的一个调理酶的一个调理酶氟氟乙乙酸酸是是一一种种杀杀虫虫剂剂或或灭灭鼠鼠药药的的有有效效成成分分其其被被生生物物摄摄入入后后转转变变为为氟氟乙乙酰酰CoACoA，，它它在在酶酶的的作作用用下下与与草草酰酰乙乙酸酸生生成成氟氟柠柠檬檬酸酸，，顺顺乌乌头头酸酸酶酶只只识识别别柠柠檬檬酸酸，，对对氟氟柠柠檬檬酸酸没没有有作作用用，，致致使使TCATCA中中断断，，这这种种合合成成为为致致死合成死合成(lethal synthesis)(lethal synthesis)第第15页页柠檬酸合酶催化的反响柠檬酸合酶催化的反响第第16页页柠檬檬酸酸构构成成反反响响机机制制第第17页页第第18页页2 2、乌头酸酶作用于柠檬酸、乌头酸酶作用于柠檬酸生成异柠檬酸生成异柠檬酸第第19页页3 3、异柠檬酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶 TCATCA的第一次氧化脱的第一次氧化脱羧，催化异，催化异柠檬酸生成檬酸生成- -酮戊二酸细胞内有两种异胞内有两种异柠檬酸檬酸dHEdHE，，线粒体中只以粒体中只以NAD+NAD+为氢受受体；另一种以体；另一种以NADP+NADP+为氢受体〔胞受体〔胞质及及线粒体中都有存粒体中都有存在〕，前者在〕，前者为Mg2+Mg2+及及Mn2+Mn2+所活化，是所活化，是别构构酶，正，正调控物控物是是ADPADP，缺乏，缺乏ADPADP时没有活力，没有活力，ATPATP及及NADHNADH对酶有抑制造有抑制造用。

用β-β-裂解，断裂乙裂解，断裂乙酰基的基的C-CC-C共价共价键第第20页页异柠檬酸脱氢酶催化反响机制异柠檬酸脱氢酶催化反响机制第第21页页4 4、、 - -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系高能化合物高能化合物第第22页页4 4、、 - -酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 与与Py Py dHEdHE复复合合物物的的组成成及及作作用用非非常常类似似，，包包括括三三个个酶组分分：： 1 1〕〕- -酮戊戊二二酸酸 脱脱氢酶(E1’,(E1’,不不受受磷磷酸酸化化调控控) ) 2 2〕〕  琥珀琥珀酰转移移酶(E2’)(E2’) 3 3〕〕  二二氢硫辛酸脱硫辛酸脱氢酶( E3’)( E3’) 还有有六六种种辅助助因因子子：：TPP, TPP, CoA, CoA, FAD, FAD, NAD+, NAD+, 硫硫辛辛酸酸及及Mg2+Mg2+催化反响：催化反响： -Ketoglutarate+CoA+NAD+-Ketoglutarate+CoA+NAD+ succinyl CoA+CO2+NADH+H+ succinyl CoA+CO2+NADH+H+ 酶也也是是调理理酶，，受受产物物NADH, NADH, succinyl succinyl CoACoA和和Ca2+Ca2+抑抑制制；；ATPATP、、 GTPGTP对酶有有反反响响抑抑制制；；不不受受磷磷酸酸化化的的共共价价调理。

理 第第23页页5 5、琥珀酰、琥珀酰CoACoA合成酶合成酶由琥珀酰由琥珀酰CoACoA合成酶合成酶n底物程度的磷酸化底物程度的磷酸化第第24页页6 6、琥珀酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶是琥珀酸脱氢酶是TCATCA中独一一个掺入线粒体内膜的酶中独一一个掺入线粒体内膜的酶〔真核生物〕〔原核生物参入质膜〕，直接与呼吸〔真核生物〕〔原核生物参入质膜〕，直接与呼吸链相连丙二酸〔链相连丙二酸〔malonatemalonate〕是酶的竞争性抑制剂〕是酶的竞争性抑制剂 第第25页页7 7、延胡索酸酶、延胡索酸酶第第26页页8 8、苹果酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶第第27页页T TC CA A循循环过程程第第28页页T TC CA A简图第第29页页TCATCA小结小结 1 1〕循〕循环从从C4C4物与乙物与乙酰CoACoA缩合生成合生成C6C6物开物开场；；2)2)  每一次循每一次循环阅历两次脱两次脱羧，放出，放出2CO2;2CO2;3 3〕每一循〕每一循环阅历四次脱四次脱氢，其中，其中3 3次以次以NAD+NAD+为氢受体，受体， 1 1次以次以FADFAD为氢受体；受体；4 4〕每循〕每循环一次，底物程度磷酸化一次生成一次，底物程度磷酸化一次生成1GTP(ATP)1GTP(ATP)；；5 5〕循〕循环一次一次终了以了以C4C4物〔草物〔草酰乙酸〕重新生成乙酸〕重新生成为标志；志；6 6〕〕 总反响：反响： CH3COCoA+2H2O+3NAD++FAD+GDP+Pi CH3COCoA+2H2O+3NAD++FAD+GDP+Pi 2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+GTP+CoASH 2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+GTP+CoASH 第第30页页葡萄糖有氧分解的能量代谢葡萄糖有氧分解的能量代谢 Glucose Glucose〔胞液〕〔胞液〕   -2ATP -2ATP  +4ATP,+4ATP,5 5或或7 7   +2(NADH+H+) +2(NADH+H+)〔需经穿越系统进入线粒体〕〔需经穿越系统进入线粒体〕 2Py 2Py〔线粒体〕〔线粒体〕 5 5   +2(NADH+H+)+2CO2 +2(NADH+H+)+2CO2 2CH3COSCoA 2CH3COSCoA   TCA TCA 20 20   3(NADH+H+) 3(NADH+H+)   FADH2+GTP FADH2+GTP 氧化磷酸化，氧化磷酸化，30 or 32ATP30 or 32ATP第第31页页甘油－甘油－3 3－磷酸穿越途径－磷酸穿越途径第第32页页甘甘油油磷磷酸酸穿穿越越第第33页页苹果酸－天冬氨酸穿越苹果酸－天冬氨酸穿越 第第34页页第第35页页15.3 15.3 三羧酸循环的生物学意义三羧酸循环的生物学意义n生物体内供能的最有效的方式生物体内供能的最有效的方式n糖、脂、蛋白质三大物质转化的枢纽糖、脂、蛋白质三大物质转化的枢纽n为多种化合物的合成提供碳的骨架为多种化合物的合成提供碳的骨架n在植物体内为某些器官特定时期的积在植物体内为某些器官特定时期的积累物质累物质第第36页页15.4 15.4 三羧酸循环的调理三羧酸循环的调理n目前生物体内三目前生物体内三羧酸循酸循环的的调理位点并未理位点并未彻底搞清楚，普遍以底搞清楚，普遍以为有三个有三个调控位点：控位点：n柠檬酸合檬酸合酶n异异柠檬酸脱檬酸脱氢酶nα-α-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶n由于从丙由于从丙酮酸到乙酸到乙酰CoACoA是三是三羧酸循酸循环的的必必经之路，关于此代之路，关于此代谢的的调控一并在此控一并在此讲述。

述第第37页页三羧酸循环的控制三羧酸循环的主要调控步骤和调理因子第第38页页丙酮酸脱氢酶系活性的调理丙酮酸脱氢酶系活性的调理v产产物物抑抑制制: : 乙乙酰酰CoACoA和和NADHNADH都都抑抑制制丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶系系，，抑抑制制造造用用为为相相应应的的反反响响物物CoACoA及及NAD+NAD+所所逆逆转转机机制制能能够够是是竞竞争争性性抑抑制制〔〔也也有有的的以以为为是是别别构构调调理理〕v共共价价调调理理：：丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶分分子子上上的的Ser-OHSer-OH被被磷磷酸酸激激酶酶催催化化，，磷磷酸酸化化而而没没有有活活性性，，一一旦旦磷磷酸酸基基团团被被磷酸酯酶催化水解〔去磷酸化〕可恢复活性磷酸酯酶催化水解〔去磷酸化〕可恢复活性v细细胞胞内内ATP/ADP,ATP/ADP,乙乙酰酰CoA/CoA,NADH/NAD+CoA/CoA,NADH/NAD+比比值值高高时，磷酸化作用加强；时，磷酸化作用加强；vCa2+Ca2+促促进进去去磷磷酸酸化化作作用用，，胰胰岛岛素素〔〔insulininsulin〕〕也也可刺激去磷酸化作用可刺激去磷酸化作用 第第39页页三羧酸循环调理三羧酸循环调理柠檬酸合檬酸合酶：：主要受底物和主要受底物和产物物浓度的度的调理理琥琥珀珀酰-CoA-CoA，，NADHNADH抑抑制制酶的的活活性性；；OAAOAA和和乙乙酰CoACoA促促进酶的的活活性性，，其其中中琥琥珀珀酰-CoA-CoA为OAAOAA竞争争性性抑抑制制剂，，异异柠檬檬酸酸脱脱氢酶：：ATPATP、、NADHNADH是是该酶的的抑抑制制剂，，而而ADPADP是是酶的的别构激活构激活剂。

α-α-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶：琥珀：琥珀酰-CoA-CoA，，NADHNADH是抑制是抑制剂第第40页页三羧酸循环调理小节三羧酸循环调理小节经经过过ADPADP对对异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶的的别别构构激激活活，，三三羧羧酸循环流量与细胞的能量形状相顺应酸循环流量与细胞的能量形状相顺应 经经过过线线粒粒体体内内NADHNADH对对酶酶活活性性的的抑抑制制造造用用，，使使三三羧羧酸酸循循环环流流量量与与细细胞胞的的氧氧化化复复原原形形状状相相顺顺应〔应〔NADH/NADNADH/NAD〕 经经过过乙乙酰酰辅辅酶酶A A和和琥琥珀珀酰酰辅辅酶酶A A对对有有关关酶酶的的抑抑制制，，三三羧羧酸酸循循环环流流量量与与细细胞胞内内可可利利用用富富能能化化合物合物(energy-rich compounds)(energy-rich compounds)的量相顺应的量相顺应第第41页页1 15 5. .5 5柠檬檬酸酸循循环的的双双重重作作用用第第42页页第第43页页15.6 15.6 回回( (添添) )补反响补反响回回补反反响响是是补充充用用于于生生物物合合成成的的三三羧酸酸循循环中中间物。

物1)(1) 动物物肝肝脏和和肾脏的的线粒粒体体中中，，丙丙酮酸酸羧化化酶催化催化 第第44页页(2)(2)植物、细菌等，植物、细菌等，PEPPEP羧化酶催化羧化酶催化第第45页页(3)(3)心脏、骨骼肌中，心脏、骨骼肌中，PEPPEP羧激酶催化羧激酶催化第第46页页(4)(4)原核、真核中广泛存在的原核、真核中广泛存在的苹果酸酶催化苹果酸酶催化第第47页页(5)Asp(5)Asp和和GluGlu转氨构成草酰乙酸和转氨构成草酰乙酸和- -酮戊二酮戊二酸；酸；Ile,Val,ThrIle,Val,Thr及及MetMet构成琥珀酰构成琥珀酰CoACoA，实，实现添补第第48页页乙醛酸循环乙醛酸循环(Glyoxylate Cycle) (Glyoxylate Cycle) n乙乙醛醛酸酸循循环环：：是是某某些些植植物物、、微微生生物物中中柠柠檬檬酸酸循循环环的的修修正正方方式式，，经经过过该该循循环环可可以以由由乙乙酰酰CoACoA经经草草酰酰乙乙酸酸净净生生成成葡葡萄萄糖糖。

乙乙醛醛酸酸循循环环绕绕过过了了柠柠檬檬酸酸循循环环中中生生成成两两个个CO2CO2的的步步骤骤，，由由于于在在代代谢谢过程中产生了乙醛酸，故称为乙醛酸循环过程中产生了乙醛酸，故称为乙醛酸循环n意义：意义：n在植物种子萌生时将脂肪转变为糖；在植物种子萌生时将脂肪转变为糖；n使使微微生生物物可可以以在在以以乙乙酸酸为为独独一一碳碳源源的的培培育育基基中中生长第第49页页乙乙醛酸酸( (G Gl ly yo ox xy yl la at te e) )循循环部位部位。