生物化学柠檬酸循环学习教案

1、会计学1生物化学柠檬酸循环生物化学柠檬酸循环第一页，编辑于星期二：四点 二十二分。 柠檬酸循环（柠檬酸循环（citric acid cycle）也叫三羧酸循也叫三羧酸循环（环（tricarboxylic acid cycle， TCA循环），循环）， 因为德因为德国科学家国科学家Hans Krebs在阐明柠檬酸循环中作出了突出在阐明柠檬酸循环中作出了突出贡献，又将此途径称为贡献，又将此途径称为Krebs循环。循环。 在有氧条件下，糖酵解途径产生的在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进入线粒体丙酮酸进入线粒体，先转变成乙酰，先转变成乙酰CoA，乙酰，乙酰CoA再进入柠檬酸循环彻底氧再进入柠檬酸循

2、环彻底氧化成化成CO2。在真核细胞中，柠檬酸循环是在线粒体中进。在真核细胞中，柠檬酸循环是在线粒体中进行的。行的。第1页/共40页第二页，编辑于星期二：四点 二十二分。第2页/共40页第三页，编辑于星期二：四点 二十二分。 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第3页/共40页第四页，编辑于星期二：四点 二十二分。组分组分缩写缩写肽链肽链数数辅基辅基催化的反应催化的反应丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢酶组分酶组分E124TPP丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰二氢硫辛酰转乙酰基酶转乙酰基酶E224硫辛酰胺硫辛

3、酰胺 将乙酰基转移到将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酸二氢硫辛酸脱氢酶脱氢酶E312FAD将还原型硫辛酰胺转变为将还原型硫辛酰胺转变为氧化型氧化型第4页/共40页第五页，编辑于星期二：四点 二十二分。（丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应）E1 丙酮酸丙酮酸 TPP 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 羟乙基羟乙基-TPP共振形式共振形式第5页/共40页第六页，编辑于星期二：四点 二十二分。（丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应）E2的硫辛酰胺辅基的硫辛酰胺辅基羟乙基羟乙基-TPP乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 TPP-E1E2第6页/共40页第七页，编辑于星期二：四点

4、 二十二分。乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺（乙酰基转移到乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoA）第7页/共40页第八页，编辑于星期二：四点 二十二分。（还原型还原型E2被氧化反应被氧化反应） 氧化型氧化型E3 还原型还原型E2 还原型还原型E3 氧化型氧化型E2 还原型还原型E3 还原型还原型E3 氧化型氧化型E3E3第8页/共40页第九页，编辑于星期二：四点 二十二分。 丙酮酸脱氢酶复合体由丙酮酸脱氢酶复合体由60条肽链组成，总分子条肽链组成，总分子量为量为50,000kD，直径约，直径约30nm，在电子显微镜下可，在电子显微镜下可以

5、看到。以看到。E2是复合体的核心，是复合体的核心，E1及及E3结合在结合在E2的外面。的外面。E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰胺相连的长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链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它具有极大的转动，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。灵活性，可将底物从一个酶转送到另一个酶。 第9页/共40页第十页，编辑于星期二：四点 二十二分。第10页/共40页第十一页，编辑于星期二：四点 二十二分。第11页/共40页第十二页，编辑于星期二：四点 二十二分。第12页/共40页第十三页，编辑于星期二：四点 二十二分。第13页/共40页第十四页，编

6、辑于星期二：四点 二十二分。 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丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径。乙酰的唯一途径。乙酰CoA既是柠檬酸循既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。1产物控制产物控制 产物产物NADH抑制抑制E3，乙酰，乙酰CoA抑制抑制E2。2磷酸化和去磷酸化的调控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，它们分别使一种是磷酸酶，它们分别使E1磷酸化和去磷酸化，去磷磷酸化和去磷

7、酸化，去磷酸化形式是酸化形式是E1的活性形式。的活性形式。Ca2+通过激活磷酸酶的作用通过激活磷酸酶的作用，也能使，也能使E1活化。活化。第14页/共40页第十五页，编辑于星期二：四点 二十二分。第15页/共40页第十六页，编辑于星期二：四点 二十二分。returnreturn第16页/共40页第十七页，编辑于星期二：四点 二十二分。第17页/共40页第十八页，编辑于星期二：四点 二十二分。 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoA 柠檬酰柠檬酰CoA 柠檬酸柠檬酸 CoA 柠檬酸合酶柠檬酸合酶1 11 1221 12第18页/共40页第十九页，编辑于星期二：四点 二十二分。 柠檬酸柠檬酸 顺顺-乌头

8、酸乌头酸 异柠檬酸异柠檬酸乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶2221 11 11 1第19页/共40页第二十页，编辑于星期二：四点 二十二分。含有这类结构的蛋白质称含有这类结构的蛋白质称为铁硫蛋白为铁硫蛋白第20页/共40页第二十一页，编辑于星期二：四点 二十二分。异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸异柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸1 12 21 12 2第21页/共40页第二十二页，编辑于星期二：四点 二十二分。异柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸（植物和有些细菌中发生）（植物和有些细菌中发生）第22页/共40页第二十三页，编辑于星期二：四点

9、二十二分。酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊酮戊二酸脱氢二酸脱氢酶复合体酶复合体 1 11 12 22 2第23页/共40页第二十四页，编辑于星期二：四点 二十二分。烯醇化酶烯醇化酶 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶1 11 12 22 2第24页/共40页第二十五页，编辑于星期二：四点 二十二分。琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸（反丁烯二酸）（反丁烯二酸）第25页/共40页第二十六页，编辑于星期二：四点 二十二分。第26页/共40页第二十七页，编辑于星期二：四点 二十二分。琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。琥珀酸脱氢酶嵌合在

10、线粒体的内膜上。 第27页/共40页第二十八页，编辑于星期二：四点 二十二分。延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 L-苹果酸苹果酸第28页/共40页第二十九页，编辑于星期二：四点 二十二分。苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 L-苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸第29页/共40页第三十页，编辑于星期二：四点 二十二分。乙酰乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA柠檬酸循环的总反应式柠檬酸循环的总反应式第30页/共40页第三十一页，编辑于星期二：四点 二十二分。 从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一

11、圈，共产生从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产生4个个NADH，1个个FADH2，1个个GTP（ATP），按每个），按每个NADH可可以产生以产生2.5个个ATP、每个、每个FADH2可以产生可以产生1.5个个ATP计算，计算，共产生共产生2.54（NADH）+ 1.51（FADH2）+ 1（GTP） = 12.5 个个ATP 每个葡萄糖分子（每个葡萄糖分子（2个丙酮酸）在进入柠檬酸循环后可个丙酮酸）在进入柠檬酸循环后可以产生以产生25个个ATP。 每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个个ATP和和2个个NADH，共产生，共产生 2（ATP）+ 2.52（NA

12、DH）= 7个个ATP 每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个个ATP。第31页/共40页第三十二页，编辑于星期二：四点 二十二分。 在柠檬酸循环中，虽然有在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应，但在种酶参加反应，但在调节循环速度中起关键作用的是调节循环速度中起关键作用的是3种酶：种酶：柠檬酸合柠檬酸合酶酶、异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶和和酮戊二酸脱氢酶复合酮戊二酸脱氢酶复合体体。其调控可以分为两个方面：。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；柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；ADP、ATP和和Ca2+的调控。的调控。 第32页/共40页第

13、三十三页，编辑于星期二：四点 二十二分。1乙酰乙酰CoA和草酰乙酸的供应情况。和草酰乙酸的供应情况。乙酰乙酰CoA来来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控制；草酰源于丙酮酸，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。循环的速率和补充的速率。2NADH/NAD+的比值。的比值。柠檬酸合酶和异柠檬酸柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶都受到脱氢酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢酶对的抑制，但异柠檬酸脱氢酶对NADH更为敏感。更为敏感。酮戊二酸脱氢酶复合体也受酮戊二酸脱氢酶复合体也

14、受NADH的抑制。的抑制。3产物的反馈抑制。产物的反馈抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬酸的柠檬酸合酶受高浓度柠檬酸的抑制；抑制；酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰CoA的抑制的抑制。 go第33页/共40页第三十四页，编辑于星期二：四点 二十二分。1ATP/ADP的比值。的比值。 ATP/ADP的比值的比值对柠檬酸对柠檬酸循环中的酶有调节作用，循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢酶的别构是异柠檬酸脱氢酶的别构促进剂，可降低该酶的促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与底物的结合值，促进酶与底物的结合；而；而ATP抑制该酶。抑制该酶。2Ca2+浓度。浓度。 Ca2+可激活丙酮

15、酸脱氢酶的磷酸酶，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。同时的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和也能激活异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶。酮戊二酸脱氢酶。 第34页/共40页第三十五页，编辑于星期二：四点 二十二分。激活激活 抑制抑制 反馈抑制反馈抑制第35页/共40页第三十六页，编辑于星期二：四点 二十二分。 许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间产物作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。对柠能保持柠檬酸