第九章糖代谢2-TCAcycle

1、糖代谢之糖代谢之TCA循环循环n 三羧酸循环首先从乙酰三羧酸循环首先从乙酰CoA与草酰乙酸缩合成与草酰乙酸缩合成柠檬酸柠檬酸开始，开始，经多步反应回到经多步反应回到草酰乙酸草酰乙酸，消耗消耗乙酰乙酰CoA产生产生CO2、NADH、FADH2和和ATP。此循环定义在。此循环定义在线粒体内膜线粒体内膜上，全部酶也在此内上，全部酶也在此内膜上，分膜上，分8步步反应反应。草酰乙酸草酰乙酸TCA循环循环n一一 TCA循环的化学途径循环的化学途径n二二 TCA循环的生理意义循环的生理意义n三三 回补反应回补反应TCA循环循环是燃料物质是燃料物质氧化分解的氧化分解的中心途径中心途径?TCA循环的三个名字循环

2、的三个名字n三羧酸循环三羧酸循环n柠檬酸循环柠檬酸循环nKrebs循环循环The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953for his discovery of the citric acid cycle Hans Adolf Krebs(1900-1981) United Kingdom Krebs discoveredthe urea cycle in 1932 before he elucidatedthe citric acid cycle!三羧酸循环的途径三羧酸循环的途径柠檬酸柠檬酸异柠异柠檬酸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA琥珀

3、酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA8步反应步反应（一）（一）TCA循环的具体过程循环的具体过程1 强放能反应，不可逆，强放能反应，不可逆，第一个限速步骤第一个限速步骤2 催化的酶为催化的酶为柠檬酸（缩）合酶柠檬酸（缩）合酶3柠檬酸合酶属于别构酶，活性受柠檬酸合酶属于别构酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA等抑制，是等抑制，是柠檬酸循环中柠檬酸循环中的限速酶的限速酶乙酰乙酰CoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸柠檬酸合酶柠檬酸合酶第一步：第一步： 乙酰辅酶乙酰辅酶A+草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸（三羧基）柠檬酸（三羧基）1 该反应可逆，中间物为顺

4、乌头酸该反应可逆，中间物为顺乌头酸2 催化的酶为催化的酶为乌头酸酶乌头酸酶柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺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第二步：第二步： 柠檬酸柠檬酸异柠檬酸（三羧基）异柠檬酸（三羧基）1 放能反应，放能反应，氧化还原反应之一，受氢体为氧化还原反应之一，受氢体为NAD或或NADP2 催化的酶为催化的酶为异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶3 异柠檬酸脱氢酶是一种异柠檬酸脱氢酶是一种别构调节酶别构调节酶。活性受。活性受ADP、NAD+激活，受激活，受ATP、NADH抑制抑制-酮戊二酸酮戊二酸异柠檬酸异柠檬酸 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶第三步：异柠檬酸第三步：异柠檬酸 -酮

5、戊二酸（二羧基）酮戊二酸（二羧基）1 氧化还原反应之二，受氢体为氧化还原反应之二，受氢体为NAD2 催化的酶为催化的酶为-酮戊二酸脱氢酶系，酮戊二酸脱氢酶系，此酶系与丙酮酸脱氢此酶系与丙酮酸脱氢酶系非常类似。酶系非常类似。3 第三个调控步骤，第三个调控步骤，产生能量用于推动反应向氧化方向进产生能量用于推动反应向氧化方向进行，大部分能量保存于高能硫酯键行，大部分能量保存于高能硫酯键-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系第四步：第四步： -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A（一羧基）（一羧基）1 琥珀酰琥珀酰CoA的高能硫酯键断裂与的高能硫酯键断裂与GDP的磷酸

6、化的磷酸化偶联，在偶联，在哺乳动物中生成哺乳动物中生成GTP，在植物和微生物，在植物和微生物中生成中生成ATP，是，是TCA循环中唯一的循环中唯一的底物磷酸化底物磷酸化2 催化的酶为催化的酶为琥珀酰合成酶琥珀酰合成酶琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸琥珀酰合成酶琥珀酰合成酶H2O第五步：琥珀酰第五步：琥珀酰CoA 琥珀酸（二羧基）琥珀酸（二羧基）1 氧化还原反应之三，可逆，受氢体为氧化还原反应之三，可逆，受氢体为FAD2 催化的酶为催化的酶为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琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶第六步：琥珀酸第六步：琥珀酸延胡索酸（二羧基）延胡索酸（二羧基）1 催化的酶是延

7、胡索酸酶催化的酶是延胡索酸酶2 延胡索酸具有延胡索酸具有严格的立体专一性严格的立体专一性延胡索酸延胡索酸L-苹果酸苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶第七步：延胡索酸第七步：延胡索酸L-苹果酸（二羧基）苹果酸（二羧基）1 催化的酶是催化的酶是苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶2 氧化还原反应之四，受氢体为氧化还原反应之四，受氢体为NAD3 尽管该反应从自由能看应逆向进行，但由于乙酰尽管该反应从自由能看应逆向进行，但由于乙酰CoA和和草酰乙酸是强放能反应，因此反应向草酰乙酸方向进行草酰乙酸是强放能反应，因此反应向草酰乙酸方向进行L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶第八步：第八步： L-苹果酸苹果

8、酸草酰乙酸（二羧基）草酰乙酸（二羧基）三羧酸循环的途径三羧酸循环的途径柠檬酸柠檬酸异柠异柠檬酸檬酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoAOverview（二）（二）TCA循环的化学计量循环的化学计量通过通过TCA循环产生的循环产生的NADH和和FADH2全部进入到线粒全部进入到线粒体内的电子传递链中，将所携带的体内的电子传递链中，将所携带的H传递给传递给O2，而本，而本身重新生成身重新生成NAD和和FAD每分子每分子NADH+H通过电子传递链产生通过电子传递链产生2.5个个ATP，每分，每分子子FADH2通过电子传递链产生通过

9、电子传递链产生1.5个个ATP请大家计算，一轮请大家计算，一轮TCA循环，产生多少循环，产生多少ATP?n哺乳动物哺乳动物TCA产生产生ATP:n3NADH, 1FADH2n3X2.5+1.5=9n植物和微生物植物和微生物TCA产生产生ATP：n3NADH, 1FADH2, 1ATPn3X2.5+1.5+1=10n计算一分子葡糖糖彻底氧化计算一分子葡糖糖彻底氧化分解所产生的分解所产生的ATP数量！数量！糖酵解糖酵解 ：2ATP, 2NADH2+5=72丙酮酸丙酮酸2乙酰辅酶乙酰辅酶A: 2NADH2.5x2=5TCA循环循环9x2=18 或或10 x2=2030或322从从G开始，有氧氧化中水

10、分子的产生与消耗开始，有氧氧化中水分子的产生与消耗 3 从从G开始，有氧氧化过程中开始，有氧氧化过程中CO2的产生的产生 （三）三羧酸循环的特点（三）三羧酸循环的特点n1 从从和和开始，到开始，到结束。每循环一周消结束。每循环一周消耗一个耗一个，进行，进行次脱羧，次脱羧，次脱氢，次脱氢，次底物磷酸化次底物磷酸化，能量和，能量和CO2主要在三羧酸循环主要在三羧酸循环中产生。中产生。n2 三羧酸循环必须在三羧酸循环必须在氧条件氧条件下进行，若无氧，下进行，若无氧，脱下的脱下的H无法进入呼吸链彻底氧化。无法进入呼吸链彻底氧化。n3 在在3、4、8步反应，生成步反应，生成NADH，在，在6步中生成步中

11、生成FADH2，在第，在第5步进行一次底物水平磷酸化。步进行一次底物水平磷酸化。二二 TCA循环的生理意义循环的生理意义n1 糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解的共同途径，即燃料物质氧化分解的共同途共同途径径n2 为各种生物分子的合成为各种生物分子的合成提供原料提供原料n3 通过通过TCA循环释放出循环释放出ATP以及以及NADH+H，而而NADH+H进入电子传递链将进入电子传递链将H传递给氧，传递给氧，同时释放出大量同时释放出大量ATP的过程的过程nAmino acids 氨基酸氨基酸nFatty acids 脂肪酸脂肪酸nGlu

12、cose 葡萄糖葡萄糖nGlycolysis 糖酵解糖酵解nPyruvate 丙酮酸丙酮酸nAcety1-CoA 乙酰乙酰CoAnCitrate 柠檬酸柠檬酸nOxaloacetate 草酰乙酸草酰乙酸nRespiratory 呼吸链呼吸链1 糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解的共同途径途径，即燃料物质氧化分解的共同途径2 TCA循环为生物合成提供原料循环为生物合成提供原料-酮戊二酸酮戊二酸柠檬柠檬酸酸谷氨酸谷氨酸嘌呤嘌呤脂肪酸脂肪酸琥珀酰琥珀酰CoA卟啉卟啉苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA磷酸烯醇式丙酮酸

13、磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖葡萄糖天冬酰氨天冬酰氨天冬氨酸天冬氨酸嘧啶嘧啶各种氨基酸各种氨基酸三三 回补反应回补反应 当柠檬酸循环的中间物因用于其他物质合成时，当柠檬酸循环的中间物因用于其他物质合成时，尤其当蛋白质合成旺盛时，其中间物的浓度会减少，尤其当蛋白质合成旺盛时，其中间物的浓度会减少，从而导致该循环的终端产物草酰乙酸不能重复生成影从而导致该循环的终端产物草酰乙酸不能重复生成影响响TCA循环正常进行。在这种情况下，为确保循环正常进行。在这种情况下，为确保TCA循环，必须有相应补充中间物的途径，即循环，必须有相应补充中间物的途径，即回补途径回补途径n1.丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路n2.乙醛酸途

14、径乙醛酸途径n3.其他途径其他途径回补反应回补反应1. 丙酮酸羧化支路丙酮酸羧化支路植物和微生物植物和微生物动物动物2. 乙醛酸循环乙醛酸循环 The Glyoxylate Cycle 植物（植物（plants）、藻类（）、藻类（algae）和某些细菌）和某些细菌（bacteria）通过乙醛酸循环途径可以利用乙）通过乙醛酸循环途径可以利用乙酸作为唯一碳源和能源酸作为唯一碳源和能源 异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶（Isocitrate lyase）和）和苹果酸苹果酸合酶合酶（malate synthase）是乙醛酸循环特有）是乙醛酸循环特有的两种酶的两种酶 动物组织没有乙醛酸循环动物组织没有乙醛酸循环，不能通过该循环，不能通过该循环将脂肪酸转变为糖类将脂肪酸转变为糖类琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙醛酸乙醛酸异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸合酶苹果酸合酶异柠檬酸裂解酶异柠檬酸