高中生物奥赛辅导生化三羧酸循环

高中生物奥赛辅导生化三羧酸循环丙酮酸脱羧，乙酰辅酶A的氧化均发生在线粒体的基质。ATP的合成在线粒体的内膜上进行的第2页,共46页，2024年2月25日，星期天三羧酸循环（Tricarboxylicacidcycle)

TCACycleKreb’s循环（Kreb’scycle)柠檬酸循环（Citriccycle)3.1Asurveyofintroduction概述第3页,共46页，2024年2月25日，星期天

GlucosePyruvate

Acetal-CoA

TCACycleNAD+NADH+H+CoA-SHCO2CO2+H2OⅠⅢⅡGlycolysisYieldingofacetyl-CoAacetyl-CoAisoxidized

3.1.1葡萄糖的有氧分解包括三个部分第4页,共46页，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1953"forhisdiscoveryofthecitricacidcycle"3.1.2三羧酸循环的研究简史第5页,共46页，2024年2月25日，星期天PyruvateisoxidizedandacetateistransferredtoCoA.AcetylCoAenterstheTCAcycle.AcetateisoxidizedtoCO2.

第6页,共46页，2024年2月25日，星期天PyruvateisoxidizedandacetateistransferredtoCoA.AcetylCoAenterstheTCAcycle.AcetateisoxidizedtoCO2.

第7页,共46页，2024年2月25日，星期天PyruvateisoxidizedandacetateistransferredtoCoA.AcetylCoAenterstheTCAcycle.AcetateisoxidizedtoCO2.

第8页,共46页，2024年2月25日，星期天Pyruvateistransportedintomitochondria（线粒体）

thenoxidizedtoacetyl-CoA(releasingCO2)beforeenteringthecitricacidcycle3.2Pyruvateisoxidizedtoacetyl-CoA丙酮酸脱氢酶系第9页,共46页，2024年2月25日，星期天Regulationofpyruvatedehydrogenasecomplex

砷化物对机体的毒害不仅限于糖酵解，它与丙酮酸脱氢酶复合物中E2辅基硫辛酰胺的巯基发生共价结合，使还原型硫辛酰胺形成失去催化能力的砷化物。第10页,共46页，2024年2月25日，星期天3.3.1Reactionprocessoftricarboxylicacidcycle(三羧酸循环,柠檬酸循环)3.3TricarboxylicAcidCycle乙酰CoA柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸苹果酸延胡索酸草酰乙酸第11页,共46页，2024年2月25日，星期天乙酰CoA柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸苹果酸延胡索酸草酰乙酸第12页,共46页，2024年2月25日，星期天3.3.1.1Thecyclebeginswiththecondensationofacetyle-CoAandoxaloacetatetoformcitrate草酰乙酸柠檬酸柠檬酸合酶Thehydrolysisthehighenergythioester(硫酯)drivesthereaction.第13页,共46页，2024年2月25日，星期天合酶(synthase)：催化加合反应，促使合成合成酶(synthetase)：催化连接反应，一般需要NTP合酶与合成酶第14页,共46页，2024年2月25日，星期天

G0’=8.4kJ/mol

G0’=-2.1kJ/mol90%4%6%Fluoridecitrate（氟柠檬酸）isthespecialinhbitorofaconitase******3.3.1.2Citrateisomerizestoisocitrate(异柠檬酸)

viacis-aconitate(顺乌头酸)Aconitase(乌头酸酶)第15页,共46页，2024年2月25日，星期天3.3.1.2Citrateisomerizestoisocitrate

viacis-aconitate

酶活性中心的只能结合底物的一部分,底物的部分具有手性,分子局部的手性，即分子的前手性.第16页,共46页，2024年2月25日，星期天前手性、潜手性（pro-chiral)第17页,共46页，2024年2月25日，星期天Reaction4and5****3.3.1.3Isocitrateundergoesoxidativedecarboxylation

(氧化脱羧)toforma-ketoglutarate(a-酮戊二酸)Isocitrateisoxidized(第一次脱氢)anddecarboxylated.(第一次脱羧)异柠檬酸脱氢酶第18页,共46页，2024年2月25日，星期天第二次脱氢,第二次脱羧.E1酶不受磷酸共价调节.ReactionrequiresTPPandlipoateetc(6种辅酶).****3.3.1.4

-ketoglutarateundergoesoxidative

decarboyxlationtoformsuccinyl-CoA(琥珀酰CoA)a-酮戊二酸脱氢酶系第19页,共46页，2024年2月25日，星期天**琥珀酰CoA合成酶（也称琥珀酸硫激酶）3.3.1.5Cleavageofthethioesterbond(硫酯键)insuccinyl-CoAiscoupledtoGTP(orATP)formationThethirdexampleofsubstrate-levelphosphorylation.琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸是对称分子,没有了手性.第20页,共46页，2024年2月25日，星期天琥珀酸延胡索酸3.3.1.6Succinateisoxidizedtofumarate(延胡索酸)琥珀酸脱氢酶ThefreeenergychangeofthisreactionisinsufficienttoreduceNAD+.SuccinateDehydrogenaseisdirectlylinkedwiththeelectrontransportchain.立体异构体马来酸第21页,共46页，2024年2月25日，星期天丙二酸琥珀酸（丁二酸）3.3.1.6Succinateisoxidizedtofumarate(延胡索酸)1.Theenzymecatalyzesstereospecificdehydrogenation2.Malonate(丙二酸)istheinhibitorofthereaction第22页,共46页，2024年2月25日，星期天延胡索酸苹果酸3.3.1.7FumarateishydratedtoL-malate(苹果酸)延胡索酸酶Hydration(水合)第23页,共46页，2024年2月25日，星期天****or3.3.1.8Oxaloacetate(草酰乙酸)isregeneratedbytheoxidationofL-malate(苹果酸)Thestandardfreeenergyofthisreactionisverypositive.Theoxidationofmalateisdrivenbytheefficientremovaloftheproducts.苹果酸脱氢酶第24页,共46页，2024年2月25日，星期天ThelastthreereactionsoftheoftheTCAcyclearesimilartofattyaciddegradationandsynthesis,andsomeaminoaciddegradations.

oxidation–hydration–oxidation.Amethylenegroup(CH2)isconvertedtoacarbonylgroup(C=O).ThelastthreereactionsoftheoftheTCAcycle第25页,共46页，2024年2月25日，星期天Detailsworkedoutbystudyinghighlypurifiedenzymesofthecycleinvitro;

使用高度提纯的酶在体外实验证明了这一代谢途径Alsobyisotopetracerexperimentsinvivo;

通过体内同位素示踪法也证明了这一代谢途径Thecitricacidcyclewasconfirmedtobeuniversalincells

TCA循环被证明在细胞中是广泛存在的第26页,共46页，2024年2月25日，星期天第27页,共46页，2024年2月25日，星期天第28页,共46页，2024年2月25日，星期天1.总反应式:CH3-C-SCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi

2CO2+3NADH•H++1FADH2+1GTP+CoA-SH2.Therearetwocarbonatomsintheformofacetyl-SCoAenterseverycycle;andtherearetwodecarboxylationstakeplaceineachcycle;

乙酰辅酶A中的二碳乙酰基进入TCA循环；在循环中发生两次脱羧反应.Notice:the2carbonatomsenteringthecyclearenotthesameasthoseleavingthecycleO3.3.2SurveyofTCAcycle第29页,共46页，2024年2月25日，星期天3.Therearefourdehydrogenationreactionstakeplaceineachcycle;

在循环中发生四次脱氢反应(3NADH,1FADH2)4.Thereisasubstratelevelphosphoralation;

循环中发生一次底物水平磷酸化3.3.2SurveyofTCAcycle第30页,共46页，2024年2月25日，星期天5.Thereactionscatalyzedbyaconitaseandfumaraseisasymmetryreactions;

顺乌头酸酶和延胡索酸酶等催化非对称反应6.Alloftheintermediarymetabolismsarenotsynthesisanddecompositionnet.

所有中间代谢产物在代谢中没有净合成或净降解.3.3.2SurveyofTCAcycle第31页,共46页，2024年2月25日，星期天1.Acetylinacetyl-S-CoAwasoxydized:

化学氧化释放的自由能：874.9kJ/mol

生物氧化释放的自由能：520.9kJ/mol

用于ATP合成的自由能：354kJ/mol3.4Theenergeticoftheaerobic

decompositionofglucose

葡萄糖有氧分解途径的能量计算第32页,共46页，2024年2月25日，星期天2.HydrationsinTCA-cycle:ThethirdH2OenteredinTCAcycle:Citryl-CoA+H20succinyl-CoA+H2OFumarate+H20Citrate+CoA-SHSuccidate+CoA-SHMatalteH2OH2O3.4TheenergeticoftheaerobicdecompositionofglucoseH2O第33页,共46页，2024年2月25日，星期天3.Dehydrogenationsinoxydationofglucose:

InEMP:C6H12O62×pyruvate+4HInTCAcycle:2×acetyl-CoA+2×3H2O16H+4CO2

2×CoA-SHSo: C6H12O6+6H2O24H+6CO2

6O2

12H2O

C6H12O6+6O26H2O+6CO2Informationofacetyl-CoA:

2×pyruvate2×CoA-SH2×acetyl-CoA+4H+2CO23.4Theenergeticoftheaerobicdecompositionofglucose第34页,共46页，2024年2月25日，星期天4.CaculationofenergyInEMP:ATP4-2NumbersofATP2NADH•H+2×2.5Informationofacetyl-CoA:2NADH•H+2×2.5InTCAcycle:3NADH•H+×23×2.5×2FADH2×21×1.5×2GTP×2

1×1×2Summery:32(→FADH2)(2×1.5)(30)3.4Theenergeticoftheaerobicdecompositionofglucose第35页,共46页，2024年2月25日，星期天

1.AllorganicchemicalscanbecompletelyoxidizedtoCO2andH2Oviaacycledpathway;

所有的有机化合物都可以通过TCA环彻底降解为CO2

和H2O;2.Plentyenergycanbeprovidedaccompanythecycledpathway;

伴随着这一循环途径，大量的自由能被转换;3.5TCA环的生理意义第36页,共46页，2024年2月25日，星期天3.Theintermediatesinthecycleareimportantsourcesforbiosyntheticprecursors;

TCA环中的中间代谢产物是重要的生物合成的前体4.Thecycleisanamphibolicpathway,andisametabolichingeofallbiochemicals

TCA环是一个分解合成无定向途径，是所有生物化合物的代谢枢纽。分解产能,合成前体.3.5TCA环的生理意义第37页,共46页，2024年2月25日，星期天Theylackthea-keto—glutaratedehydrogenase;

厌氧菌缺乏a-酮戊二酸脱氢酶Precursorsareprovidedforthesynthesisofaminoacids,nucleotides,hemeetc.

合成代谢的前体通过正向或逆向反应合成Useanincompletecitricacidcycleasasource,notofenergy,butofbiosyntheticprecursors.厌氧细菌（anaerobicbacteria）中TCA环是中断的第38页,共46页，2024年2月25日，星期天TCA循环在合成代谢中的作用合成其他物质的前体,必然导致草酰乙酸等浓度的降低,这使得乙酰CoA的受体大大减少,从而使TCA循环效率降低.卟啉第39页,共46页，2024年2月25日，星期天3.6Reactionsthatreplenishcitricacidcycleintermediates

–anapleroticreactions(TCA环的回补)增加草酰乙酸及苹果酸的数量第40页,共46页，2024年2月25日，星期天PEP

Pyruvate

acetyl-CoAoxaloacetateCO2+ATPADP+PiCO2GDPGTP