生物化学 第九章 柠檬酸循环

1、胞液胞液线粒体线粒体GG-6-PPAPA乙酰乙酰CoAO2O2O2H+eO2H2OCO2糖的有氧氧化糖的有氧氧化（aerobic oxidation） 反应过程反应过程：糖有氧氧化的反应过程糖有氧氧化的反应过程分三个阶段：分三个阶段：糖酵解途径：葡萄糖糖酵解途径：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA三羧酸循环和氧化磷酸化三羧酸循环和氧化磷酸化柠檬酸循环柠檬酸循环（Citric Acid Cycle)三羧酸循环三羧酸循环 （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循环循环 在好氧真核生物在好氧真核生物线粒体基质线粒体基质或好氧原核生或好氧原核生物物细胞质细胞质

2、中，酵解产物中，酵解产物丙酮酸丙酮酸脱羧、脱氢，脱羧、脱氢，彻底氧化为彻底氧化为CO2、H2O并产生并产生ATP的过程。的过程。细胞质细胞质一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系八聚体八聚体多酶复合体位于线粒体内多酶复合体位于线粒体内原核细胞在胞液中原核细胞在胞液中三种酶三种酶六种辅助因子六种辅助因子E1-E1-丙酮酸脱氢羧酶（组分）丙酮酸脱氢羧酶（组分）E2-E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶二氢硫辛酰转乙酰基酶E3-E3-二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶TPPTPP

3、、硫辛酸、硫辛酸、CoACoA-SH-SH、FADFAD、NADNAD+ +、MgMg2+2+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶复合丙酮酸脱氢酶复合体体E2E3E1三种酶三种酶60条肽链形成条肽链形成的复合体的复合体乙酰乙酰CoAAMPAMP泛酸泛酸-巯基乙胺巯基乙胺乙酰乙酰CoACoA222O2CH223OOH CH3-2OH-OCOCHCHNH CO CH C CHPOPOCHNHCHSCCH3CHOOOOONNNNNHOPOO硫辛酸：硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOH硫辛酰胺辅基硫辛酰胺辅基硫辛酰赖氨酰臂硫辛酰赖氨酰臂砷化物共价结合砷化物共价结合- -毒害作用毒害作用

4、将底物移将底物移入（出）入（出）脱羧酶的脱羧酶的活性中心。活性中心。+ +TPP的作用羟乙基羟乙基TPPTPP高能键高能键CH3CTPPOHH+CO2CHCH3 3C C COOHCOOHO O+ + TPPTPPE1分步反应羟乙基羟乙基TPPE1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶CH3COSLHS+ TPP+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸E2：转乙酰酶：转乙酰酶硫辛酸硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOHCH3COSLHS+HSCoACH3CSCoAO+HSLHSHSLHS+ FADSLS+FADH2FADH2+ NAD+FAD+ NADH+H+E2E3E

5、3E3：二氢硫辛酸脱氢酶：二氢硫辛酸脱氢酶砷化物对硫辛酸的毒害作用砷化物对硫辛酸的毒害作用 与与E E2 2的硫辛酸上的的硫辛酸上的-SH-SH结合结合丙酮酸脱氢酶复合体的调控：丙酮酸脱氢酶复合体的调控：1 1、产物控制：、产物控制：NADH NADH 、乙酰、乙酰-CoA-CoA2 2、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去、丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）磷酸化（激活） 由由E E2 2上的激酶和磷酸酶起作用上的激酶和磷酸酶起作用 ATP/AMP NADH/NAD+ 乙酰乙酰CoA/CoA(能荷比能荷比)(一一)： 乙酰乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶激酶()： A

6、MP、PDH磷酸酶、磷酸酶、Ca2+、胰岛素胰岛素相当于酶复合体相当于酶复合体由于第一步为不可逆反应，直接决定整个由于第一步为不可逆反应，直接决定整个循环反应的速度，而且是许多其它反应体循环反应的速度，而且是许多其它反应体系的分支点，因而该酶复合物受到严密的系的分支点，因而该酶复合物受到严密的调节控制调节控制二、柠檬酸循环概貌二、柠檬酸循环概貌 Citric Acid CycleTCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌TCATCA概貌概貌三、柠檬酸循环历程三、柠檬酸循环历程 Reactions of the Citric Acid Cycle1、草酰乙酸与乙酰、草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸

7、缩合成柠檬酸 Formation of Citrate 柠檬酸合酶是变构酶柠檬酸合酶是变构酶变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH、 琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制CH3CSCoAO+HSLHSFH2C氟乙酰辅酶氟乙酰辅酶A ：底物，形：底物，形成氟柠檬酸，不能往下反成氟柠檬酸，不能往下反应，称致死性合成应，称致死性合成CH3CSCoAO+HSLHSCH3CO丙酮酰丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂：竞争性抑制剂2、经顺乌头酸生成异柠檬酸、经顺乌头酸生成异柠檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-Aconitate 乌头酸酶乌头酸酶

8、乌头酸酶中的（Fe-S）蛋白3、异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成酮戊二酸酮戊二酸Oxidation of Isocitrate to -Ketoglutarate and CO2 氧化脱羧氧化脱羧G0= -20.9 kJ/mol异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶NADNAD为辅酶，需为辅酶，需MgMg2+2+（线粒体）（线粒体）NADPNADP为辅酶（胞质也有）为辅酶（胞质也有）4 4、酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA-CoA Oxidation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体G0 = -33.5

9、 kJ/mol高能硫酯化物高能硫酯化物5、琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA转化为琥珀酸转化为琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA合成酶合成酶（琥珀酰硫激酶）（琥珀酰硫激酶）哺乳动物哺乳动物GTPGTP/ATP/ATP植物、微生物植物、微生物ATPATP（唯一）直接产生高能磷酸键（唯一）直接产生高能磷酸键底物磷酸化底物磷酸化 GTP参与蛋白质合成蛋白质合成 G蛋白活化（信号传导信号传导） GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶6 6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸、琥珀酸脱氢形成延胡索酸 Oxidation

10、 of Succinate to Fumarate FADFAD与酶共价连接与酶共价连接丙二酸丙二酸为竞争性抑制剂为竞争性抑制剂抑制细胞呼吸抑制细胞呼吸 （KrebsKrebs）琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜具有立体专一性具有立体专一性7、延胡索酸水合生成、延胡索酸水合生成 L-苹果酸苹果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate 8、 L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸与乙酰被草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合（高度放能）反应所推动缩合（

11、高度放能）反应所推动四、柠檬酸循环的化学计量四、柠檬酸循环的化学计量2 丙酮酸丙酮酸 2 acetyl-CoA 2 NADH 5 2 异柠檬酸异柠檬酸 2-酮戊二酸酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2 NADH 52 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2琥珀酸琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸琥珀酸 2 延胡素酸延胡素酸 2 FADH2 3 2苹果酸苹果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸 2 NADH 5 Total 25 ATP底物磷酸化底物磷酸化丙酮酸只有丙酮酸只有4个氢，个氢，但彻底氧化所放出的氢？但彻底氧化所放出的氢？加水加氢加水加氢+ +的效率的效率糖酵解糖酵解

12、2ATP+2NADH+2H+ ATP三羧酸循环三羧酸循环 25ATP ATP 储能效率储能效率=32 7.3/686= 34.05 %其余能量以热量形式：其余能量以热量形式：一部分维持体温，一部分散失。一部分维持体温，一部分散失。总反应式CO2来自草酰乙酸而不是乙酰来自草酰乙酸而不是乙酰CoA但净结果是氧化了但净结果是氧化了1分子乙酰分子乙酰CoA五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控速率受细胞能量状态、生物合成需求调节速率受细胞能量状态、生物合成需求调节限速酶：限速酶：1.柠檬酸合酶柠檬酸合酶 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀、琥珀酰酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制2.异

13、柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH 变构激活剂变构激活剂： ADP3.酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：抑制剂：ATP、 NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA 激活剂：激活剂：AMP 、 ADP、Ca2+ 乙酰乙酰CoA的主要来源和去路的主要来源和去路糖原糖原G三脂酰甘油三脂酰甘油FA、甘油、甘油蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸三羧酸循环三羧酸循环胆固醇、胆固醇、FA酮体酮体乙酰乙酰CoA六、柠檬酸循环的生物意义六、柠檬酸循环的生物意义（ 1） 是是好氧生物体好氧生物体内最主要的内最主要的产能途径产能途径！ （2） 是是糖类、脂类、蛋白质糖类、脂类、蛋白质彻底分解的

14、共同途彻底分解的共同途径！径！ （3） 提供合成其他化合物的碳骨架提供合成其他化合物的碳骨架如：如： 草酰乙酸草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸酮戊二酸 Glu 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA 血红素血红素两用性两用性异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环乙酰乙酰CoA -酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸谷氨

15、酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺柠檬酸循环柠檬酸循环焚烧炉焚烧炉巴斯德效应（巴斯德效应（Pasteur) 概念概念：指有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵：指有氧氧化抑制生醇发酵（或糖酵解）的现象。或解）的现象。或生物细胞和组织中的糖发生物细胞和组织中的糖发酵为氧所抑制酵为氧所抑制,这种现象巴斯德这种现象巴斯德(L.Pasteur)在研究酵母的酒精发酵量和氧分压之间的在研究酵母的酒精发酵量和氧分压之间的关系中发现的关系中发现的,故称巴斯德效应。故称巴斯德效应。 由于从呼吸由于从呼吸(完全氧化完全

16、氧化)所得的能量所得的能量,远大于等量远大于等量糖发酵所得的能量糖发酵所得的能量,因此为了获得对维持生命因此为了获得对维持生命活动所需的能量活动所需的能量,在有氧情况下与无氧下相比在有氧情况下与无氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物体根据氧的有无只消耗少量的糖即足。生物体根据氧的有无,来调节糖的分解量来调节糖的分解量,而使能量得到节制而使能量得到节制 TCA填补反应填补反应（anaplerotic reaction）1 1、丙酮酸羧化、丙酮酸羧化乙酰乙酰CoACoA激活激活2、PEPPEP羧化羧化（大脑和心脏）（大脑和心脏）3、AspAsp和和GluGlu脱氨脱氨 Asp 草酰乙酸草酰乙酸 Gl

17、u 酮戊二酸酮戊二酸PEPPEP羧激酶羧激酶测试题测试题 磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1 最强的最强的别构激活剂别构激活剂是是 A、AMP B、ADP C、ATP D、果糖、果糖-2，6-双磷酸双磷酸 E、果糖、果糖-1，6-双磷酸双磷酸丙酮酸脱氢酶复合体中丙酮酸脱氢酶复合体中不不包括包括 A、生物素、生物素 B、NAD+ C、FAD D、硫辛酸、硫辛酸 E、辅酶、辅酶A 测试题 不能不能使丙酮酸脱氢酶复合体活性降低的使丙酮酸脱氢酶复合体活性降低的 A、乙酰、乙酰CoA B、ATP C、AMP D、NADH 葡萄糖进行酵解或有氧氧化时净得的葡萄糖进行酵解或有氧氧化时净得的ATP数之比为数之比为

18、A、1：9 B、1：15 C、1：18 D、1：19三羧酸循环支路三羧酸循环支路异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH乙酰乙酰CoA乙乙醛醛酸酸乙酰乙酰CoACoASH 植物和微生物植物和微生物兼具兼具有这样的途径有这样的途径异柠檬酸异柠檬酸 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3COSCoA+CoASH乙醛酸乙醛酸 乙酰乙酰CoA 苹果酸苹果酸 苹果酸合成酶糖异生糖异生脂脂代代谢谢意义不在于产能意义不在于产能原始细菌生存原始细菌生存乙酸菌乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌以乙酸为主要食物的细菌乙酸乙酸NH3乙醛酸循环乙醛酸循环四碳、四碳、六碳化六碳化合物合物转化转化 + ATP +CoASH + H2O +AMP +PPi乙酰乙酰CoA合成酶合成酶本章重点 1.TCA cycle1.TCA cycle