生物化学2012-05-04 柠檬酸循环

CH2 -CO O HO C-CO O
-
CH2 -CO O C-CO O
-
-
CH2 -CO O H C-CO O
-
-
CH2 -CO O Citrate
C H - CO O Aconitate
H O C H - CO O Isocitrate
– citrate is achiral（非手性的）; it has no stereocenter – isocitrate is chiral; it has 2 stereocenters – Aconitase（乌头酸酶）can be inhibited by NO
The Citric Acid Cycle
• Step 7: 延胡索酸水化为苹果酸，由延胡索酸酶催化
H C
-
COO H
-
OOC
C
H2 O fumarase
H O C H - CO O
-
CH2 -CO O L-Malate
Fumarate
The Citric Acid Cycle
•Step 8:苹果酸脱氢生成草酰乙酸，由苹果酸脱氢酶催化
– PDH受产物别构调节和共价调节的协同控制，产物调节物有：
NADH/NAD+、乙酰-CoA/CoA-SH
一、柠檬酸循环的准备阶段
PDH 的 磷 酸 化 共 价 调 节 物
一、柠檬酸循环的准备阶段
Cells in a resting metabolic state
– need and use comparatively little energy
The Citric Acid Cycle
• Step 5: 琥珀酸生成，由琥珀酰-CoA合成酶催化
CH2 -CO O CH2 O C SCo A
-
+ GD P + Pi
succinyl-CoA synthetase
CH2 -CO O CH2 -CO O
-
+ GT P + C o A -S H
Succinyl-CoA
-
CO
2
CH2 -CO O H C-H O C-CO O
-
-
-Ketoglutarate
– 异柠檬酸脱氢酶（IDH） 为别构调节酶，被ATP和NADH抑 制、ADP和NAD+激活
– CO2是来自乙酰-COA?
异柠檬酸的其他去路
——乙醛酸循环（the glyoxylate cycle ）
植物和微生物（不是动物细胞）中异柠檬酸可经另一条途径——乙 醛酸循环产生四碳酸，并能最终生成葡萄糖。 – 乙醛酸循环发生在乙醛酸循环体中； – 乙醛酸循环与柠檬酸循环和糖异生途径相关； – 乙醛酸循环需要2种特殊的酶异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶。
Helps plants grow in the dark – seeds are rich in lipids, which contain fatty acids – during germination, plants use the acetyl-CoA produced in fatty acid oxidation to produce oxaloacetate and other intermediates for
– high ATP, low ADP imply high ATP/ADP ratio
– high NADH, low NAD+ imply high NAHDH/NAD+ ratio
Cells in an active metabolic state
– need and use more energy than resting cells – low ATP, high ADP imply low ATP/ADP ratio – low NADH, high NAD + imply low NAHDH/NAD+ ratio
Pyruvate + CoA-SH + NAD + Acetyl-CoA + NADH + CO2 + H+ 1. Acetyl-CoA + Oxaloacetate + H2 O Citrate + CoA-SH + H+ Isocitrate 2. Citrate 3. Isocitrate + NAD + -Ketoglutarate + NADH + CO2 4. -Ketoglutarate + NAD + + CoA-SH Succinyl-CoA + NADH + CO2 + H+ 5. Succinyl-CoA + GDP + Pi Succinate + GTP + CoA-SH 6. Succinate + FAD Fumarate + FADH2 Malate 7. Fumarate + H2 O 8. Malate + NAD + Oxaloacetate + NADH Pyruvate + 4 NAD + + FAD + GDP + Pi -33.4 -32.2 +6.3 -7.1 -33.4 -3.3 ~0 -3.8 +29.2 -77.7
一、柠檬酸循环的准备阶段
（丙酮酸脱氢酶） （二氢硫辛酰转乙酰基酶）
（二氢硫辛酸脱氢酶）
丙酮酸脱氢酶复合体（PDH）
一、柠檬酸循环的准备阶段
PDH特点：
– 反应发生在线立体（mit）中，mit内膜上有丙酮酸转运酶
– 反应由丙酮酸脱氢酶复合物（PDH）催化，二氢硫辛酰转乙酰基
酶含-SH，受砷化物抑制 – ∆G°’ = -33.4 kJ•mol-1，反应为放能反应 – 反应需要的6种辅助因子： NAD+, FAD, Mg2+, thiamine pyrophosphate （TPP）, coenzyme A（CoA-SH）, and lipoic acid（硫辛酸）
二、柠檬酸循环的循环阶段
The Citric Acid Cycle
• Step 1: 草酰乙酸（OAA）的缩合; ∆ G°’ = -32.8 kJ•mol-1
O C H 3 C - S Co A Acetyl-CoA + O C-CO O CH2 -CO O Oxaloacetate
-
citrate synthase
+ +
Acetyl-CoA Citric acid cycle Acetyl-CoA + 3 NAD
+
+ NADH
+ CO2 + H
+ FAD
+ GDP
+ Pi + 2 H2 O + 3H + F A D H 2 + GTP
+
2 C O 2 + CoA-SH Pyruvate + 4NAD
+
+ 3NADH + GDP
OH C H - CO O
-
C H 3 C - S Co A + H C - CO O Acetyl-CoA Glyoxylate
+
CH2 -CO O Malate
CoA -S H Coenzyme A
Glyoxylate Cycle
乙醛酸循环体 胞 质 溶 胶
线粒体
The Glyoxylate Cycle
-1 G? (kJ昺ol )
The Citric Acid Cycle
在有氧代谢中，柠檬酸循环与电子传递链 （呼吸链）的电子传递和氧化磷酸化构成 氧化分解代谢的完整途径。
三、葡萄糖彻底氧化分解的能量计算
Glucose to CO2 + H2O
ATP Cytoplasmic Reactions Glucose -> Glucose 6-P Fru-6-P -> Fru-1,6-BisP 1,3-BisPG -> 3-PG (x2 ) PEP -> Pyruvate (x2) Oxid of glyceraldehyde-3-P (x2) Mitochondrial Reactions Pyruvate -> acetyl-CoA (x2) +2 cont'd -1 (-1) -1 (-1) +2 (+2) +2 (+2) +2 FADH
Succinate
底物水平磷酸化
Succinyl-CoA + H2 O GDP + Pi Succinyl-CoA + GDP + Pi Succinate GTP Succinate + CoA -S H
G 0' (kJ昺ol -33.4 +30.1 -3. 3
-1
)
+ H2 O + C o A - S H + GTP
CH2 -CO O HO C-CO O CH2 -CO O Citrate
-
+
-
CoA -S H Coenzyme A
柠檬酸合酶 是别构酶，是Krebs循环的限速调节酶，受 NADH、ATP、succinyl-CoA调节。
The Citric Acid Cycle
• Step 2: 柠檬酸经脱水、再水化异构化为异柠檬酸
H O C H - CO O
-
N AD
+
N AD H
O