2015生物化学课件糖代谢三羧酸循环

1、第三节 三羧酸循环Tricarboxylic acid cycle糖的有氧氧化 在好氧真核生物线粒体基质中或好氧原核生物细胞质中，酵解产物丙酮酸脱羧、脱氢，彻底氧化为CO2、H2O并产生ATP的过程称糖的有氧氧化（aerobic oxidation)。 绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。此代谢过程在细胞胞液和线粒体(cytoplasm and mitochondrion)内进行。糖的有氧氧化代谢途径可分为两个阶段 ： 1、葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸（细胞液） 2、三羧酸循环（线粒体） 1）丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 2）经三羧酸循环彻底氧化分解一、三羧酸循环及细胞定位 英国生物化

2、学家克雷布斯(H.Krebs)首先发现的，所以又名Krebs 循环(Krebs cycle)。 1937年他提出了一个环式反应来解释鸽子胸肌内的丙酮酸是如何分解的，并把这一途径称为柠檬酸循环(citric acid cycle)，因为柠檬酸是其中的一个重要中间产物。 1953年获诺贝尔奖，并被称为ATP循环之父。 又叫柠檬酸循环或Krebs循环。由草酰乙酸和乙酰CoA的乙酰基缩合生成柠檬酸开始，经一系列反应又生成草酰乙酸循环过程。 1、定义真核生物线粒体基质（线粒体）原核细胞细胞质2、细胞定位包括两个阶段： 第一 阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸 乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA） 第二阶段： 三羧

3、酸循环（乙酰CoA H2O 和CO2，释放出能量）二、三羧酸循环过程（一） 丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。 丙酮酸进入线粒体(mitochondrion)，在丙酮酸脱氢酶系(pyruvate dehydrogenase complex)的催化下氧化脱羧生成乙酰CoA(acetyl CoA)。丙酮酸脱氢酶系NAD+ +HSCoANADH+H+丙酮酸乙酰辅酶AH+ C O2存在于线粒体膜上，催化丙酮酸脱羧、脱氢。 乙酰辅酶A 含3 种酶，6 种辅因子：E1：丙酮酸脱羧酶(TPP)-CO2E2：硫辛酸乙酰转移酶(硫辛酸、C

4、oASH)E3：二氢硫辛酸脱氢酶(FAD、NAD+)丙酮酸脱氢酶复合体+ Mg2+.丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体乙酰二氢硫辛酸硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸脱羧酶二氢硫辛酸脱氢酶丙酮酸乙酰CoA E1E3E2E2羟乙基TPP（二）、三羧酸循环共10步反应，8种酶参与TCA第一阶段：柠檬酸生成 （1-2)TCA第二阶段：氧化脱羧 (3-6)草酰乙酸异柠檬酸异柠檬酸琥珀酸TCA第三阶段：草酰乙酸再生 (7-9) 琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸CH3COSCoAHH+柠檬酸(citrate)柠檬酸合酶关键酶HSCoAH2O乙酰辅酶A(acetyl CoA) 乙酰CoA与

5、草酰乙酸缩合形成柠檬酸异柠檬酸(isocitrate) H2O顺乌头酸乌头酸酶柠檬酸citrate顺乌头酸-H2O柠檬酸异柠檬酸+H2O(2) 柠檬酸异构化生成异柠檬酸:CO2-酮戊二酸草酰琥珀酸NADH+H+(3-4)异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸NAD+异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶第一次氧化脱羧调节酶CO2 -酮戊二酸脱氢酶系HSCoANAD+NADH+H+(5) -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A-酮戊二酸 琥珀酰CoA(succinyl CoA)(- ketoglutarate)第二次氧化脱羧 -酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮 酸氧化脱羧相同，组成类似：含三个酶及六个辅助因子-酮戊二酸脱羧

6、酶、二 氢硫辛转琥珀酰基酶、二氢硫辛酸脱氢酶辅酶A、FAD、NAD+、镁离子、硫辛酸、TPP三个酶:六个辅助因子：(6) 琥珀酰CoA转变为琥珀酸琥珀酰CoA(succinyl CoA)琥珀酸(succinate)琥珀酰CoA合成酶GDP+PiGTPHSCoA唯一一次底物水平磷酸化反应（7） 琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸HHCOOHCHCHCOOH琥珀酸(丁二酸）(succinate)延胡索酸（反丁烯二酸）(fumarate)FAD琥珀酸脱氢酶FADH2（8） 延胡索酸水合生成苹果酸延胡索酸(fumarate)延胡索酸酶苹果酸(malate)H2O（9）苹果酸脱氢生成草酰乙酸 草酰乙酸(oxal

7、oacetate)苹果酸(malate)NAD+NADH+H+ 苹果酸脱氢酶 CH3COCOOHNAD+NADH + H+CoASHCO2CH3COSCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCOOHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH + H+COSCoACH2CH2COOHGDP+PiGTPCoASHH2 OCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCOOHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2+CoA

8、SHH 2 OCoASHCO2丙酮酸乙酰 CoA(2)(1)(8)(9)(10)(5)(6)(3)(4)柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸-酮戊二酸琥珀酰 CoA琥珀酸延胡索酸L-苹果酸草酰乙酸H O2(1) 丙酮酸脱氢酶复合体(2) 柠檬酸合成酶(3) 顺乌头酸酶(4)(5)异柠檬酸脱氢酶(6) -酮戊二酸脱氢酶复合体(7) 琥珀酰CoA合成酶(8) 琥珀酸脱氢酶(9) 延胡索酸酶(10)L-苹果酸脱氢酶三、三羧酸循环总结1.三羧酸循环特点 一次底物水平磷酸化 二次脱羧 四次脱氢 三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。 2.总反应方程式 + 3NAD+ +FAD+GDP+

9、Pi 2CO2 +3NADH +3H+ +FADH2+GTP三羧酸循环产10ATP。乙酰-COA3NADH +3H+7.5ATPFADH21.5ATPGTP1ATP总计10ATP丙酮酸氧化脱羧开始计算：1NADH丙酮酸乙酰CoA2.5ATP三羧酸循环10ATP总计12.5ATP3.糖的有氧氧化生成的ATP反 应ATP第一阶段两次耗能反应-2两次生成ATP的反应22一次脱氢(NADH+H+)21.5 或22.5 第二阶段一次脱氢(NADH+H+)22.5第三阶段三次脱氢(NADH+H+)232.5一次脱氢(FADH2)21.5一次生成ATP的反应21净生成30或32四.三羧酸循环生理意义 1）三

10、羧酸循环是各种好氧生物体内 最主要的产能途径！也是脂类、蛋白 质彻底分解的共同途径！ 三羧酸循环例如 草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺等等 -酮戊二酸 谷氨酸 其他氨基酸 琥珀酰CoA 血红素既是“焚烧炉又是百宝库” 2）中间酸是合成其他化合物的碳骨架百宝库AMP、ADP NAD+丙酮酸脱氢酶系 Pyruvate dehydrogenase complex乙酰CoA、ATP NADH+H+-+五、三羧酸循环的调节酶 的 名 称变构激活剂变构抑制剂柠檬酸合酶NAD+ATP、 NADH、琥珀酰CoA和长链脂肪酰CoA异柠檬酸脱氢酶ADP、AMP NAD+ ATP和NADH-酮戊二酸脱氢酶系ADP、 NAD+受产物NADH、琥珀酰CoA和Ca2+抑制；ATP、GTP反馈抑制其活性三羧酸循环的调控位点及相应调节物七 乙醛酸循环三羧酸循环支路 只有一些植物和微生物兼具有这样的途径；动物中不