中国海洋大学生物化学16 三羧酸循环-课件

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5、琥珀酰- CoA转化成琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
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催四 化聚 反体 应 可 逆 • 该反应特点 • 琥珀酸CoA合成酶(或琥珀酸硫激酶)催化 • 唯一底物磷酸化反应,产生1摩尔ATP
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四. 柠檬酸循环的生理意义
• 循环过程中产生的还 原型NADH和FADH2进一 步氧化分解产生ATP
• 循环过程中的中间产 物在许多生物合成中 充当前体原料 乙酰CoA可用来合成脂类物质 琥珀酰CoA可用来合成卟啉环,进而合成血红素 草酰乙酸可用来合成丙酮酸,通过糖异生途径生成葡萄糖 草酰乙酸,α-酮戊二酸等可用来合成氨基酸
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该步反应特点
• 异柠檬酸脱氢酶催化该反应 • 柠檬酸循环中第一次氧化作用,第一次脱羧 • 第二个调控步骤
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4、α-酮戊二酸生成琥珀酰-CoA
α-酮戊二酸 脱氢酶系
α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化此反应 第二次氧化脱羧反应 柠檬酸循环中第三个调节步骤
生存
乙酸 + ATP +CoASH → 乙酰CoA + H2O +AMP +PPi
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• 判断题： • 1）乙醛酸循环和TCA循环都能净产生琥珀酸 • 2）除琥珀酸脱氢酶外，柠檬酸循环中的其它酶都存在于线粒体 基质中。 • 问答题： • 早在20世纪30年代，Alert-Gyorgyi 就报道过一个有趣的实验。 他们将少量的草酰乙酸或苹果酸加入鸽胸肌肌肉糜悬浮液中， 发现两种酸均能促进制品中氧的消耗。令人吃惊的是所消耗的 氧量竟高出加入草酰乙酸或苹果酸完全氧化成CO2和H2O所需氧 量的7倍。 • （1）为什么加入草酰乙酸或苹果酸促进制品中氧的消耗？ • （2）为什么消耗的氧量会大大超过单纯氧化草酰乙酸或苹果酸 所需的氧量？
GDP+Pi GTP NADH+H+
NAD+ NADH+H+
③ CO2
NAD+
④
⑤
CoASH
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CO2
CoASH
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三、柠檬酸循环总结
• 经历八步反应涉及八种酶 • 每一循环过程中两个碳原子以乙酰 CoA形式进入,两次脱羧反应脱掉两 分子CO2 • 共有四次氧化反应 • 产生一分子ATP和三分子NADH,一 分子FADH2
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7、延胡索酸水合形成L-苹果酸
延胡索酸酶
四个亚基 活性中心-SH 具有立体专一性,产生L-苹果酸
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8、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
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第苹 四果 次酸 氧脱 化氢 还酶 原 反 应
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该步反应特点
• 参与反应的酶为柠檬酸合酶 • 放能的不可逆反应,柠檬酸循环 中第一个调控限速步骤 • 氟乙酸产生致死性合成反应
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2、柠檬酸异构化形成异柠檬酸
顺-乌头酸酶
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活催 性化 中可 心逆 有反 应 聚 簇
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五 柠檬酸循环的回补反应
丙酮酸羧化形成草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸羧化形成草酰乙酸 氨基酸脱氨基过程中产生草酰乙酸,α-酮戊二酸 奇数脂肪酸的氧化,缬氨酸,Met分解可产生琥珀酰-CoA
酵母，细菌和高等植物胞质
动物细胞 线粒体
动植物细胞胞质或线粒体
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这种途径对于植物和微生物意义重大！
• 意义不在于产能，在于生存。
种子发芽
油类植物种 子中的油
脂 代 谢
乙酰CoA
草酰乙酸 糖异生
糖
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原始细菌生存
乙酸
乙醛酸循环
NH3
四碳、 转化 六碳化 合物
乙酸菌
以乙酸为主要食物的细菌 （物质循环中的重要一环） 乙酰CoA合成酶
乙醛酸循环的生理意义：
（1）乙醛酸循环提高了生物体利用乙酰CoA的能力，
只要极少量的草酰乙酸作引物，乙酰CoA就可以 无限制地转变为四碳二羧酸和六碳三羧酸，因此 某些微生物能以乙酸等二碳化合物作唯一的碳源 和能源。
（2）乙醛酸循环开辟了一条从脂肪转变成糖的途径。
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（三）草酰乙酸再生阶段
6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸
琥珀酸脱氢酶
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琥珀酸脱氢酶
• • • • • • 辅基是FAD, 辅基与酶以共价键结合 酶含有铁硫聚簇组分 •琥珀酸脱氢酶催化,是柠檬酸循环中唯 催化反应具有立体专一性 一渗入线粒体内膜的酶,氢受体为FAD 嵌入到线粒体内膜,线粒体内膜组成成分 •第三次氧化还原反应 丙二酸是其该酶的竞争性抑制剂
异柠檬酸脱氢酶： 抑制：ATP 激活：ADP Ca2+ α-酮戊二酸脱氢酶复合体： 抑制： 琥珀酰CoA NADH 激活： ADP Ca2+
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七、乙醛酸循环——三羧酸循环支路
CoASH
乙酰CoA 草酰乙酸 CoASH 乙酰CoA 乙 醛 ② 酸
• 三羧酸循 环在异柠 柠檬酸 檬酸与苹 果酸间搭 了一条捷 ① 异柠檬酸 径。（省 了6步）
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三种羧酸（TCA）！
Krebs 循环,为纪念Hans Krebs
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一、柠檬酸循环概貌
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二、柠檬酸循环的反应机制
(一) 第一阶段：柠檬酸生成阶段 1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸
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• 两个亚基构成的二聚 体,每个亚基的两个 结构域形成一个裂缝 • 活性部位有组氨酸残 基 • 变构酶,活性受ATP,NADH,琥珀酰CoA,酯 酰CoA抑制,该途径中第一个调控,限速步 骤
六. 柠檬酸循环的调控
• 柠檬酸循 环本身制 约系统的 调节 • 能荷调节 • Ca2+调节
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丙酮酸脱氢酶复合体： 抑制：ATP 乙酰 CoA NADH 脂肪酸 激活：AMP CoA NAD+ Ca2+
柠檬酸合酶： 抑制：ATP 琥珀酰CoA NADH 柠檬酸 激活：ADP
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H2O
H2O
①
NADH+H+ NAD+ CoASH
②
H2O
②
⑧
GTP
核苷二磷酸激酶
GDP
⑦
ADP
H2O
FADH2
⑥
ATP
FAD
①柠檬酸合酶 ②顺乌头酸酶 ③异柠檬酸脱氢酶 ④α -酮戊二酸脱氢酶复合体 ⑤琥珀酰CoA合成酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 ⑦延胡索酸酶 ⑧苹果酸脱氢酶
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下章内容 生物氧化
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一、柠檬酸循环概貌 丙酮酸 三羧酸
循环？
每个分子具有4 个碳的草酰乙 酸库（基质中）
线粒体膜
每个分子具有3个碳 的丙酮酸库（基质 中） 第一个碳以 CO2形式失去
六碳三羧酸
第二个碳以 CO2形式失去 第三个 碳以CO2 形式失 去
重新加入到 草酰乙酸库
五碳二羧酸 四碳二羧酸
第十六章 柠檬酸循环
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• 三羧酸循环是由德国科学家 Hans Krebs于１９３７年提出， 生物化学领域的重大成就（当 时还没有同位素示踪法）。 Krebs于１９５３年获得诺贝 尔奖。 • 三羧酸循环 • 柠檬酸循环 • Tricarboxylic acid cycle(TCA cycle) • Krebs循环
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α-酮戊二酸脱氢酶系
• • • • α-酮戊二酸脱氢酶(E1) 二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2) 二氢硫辛酰脱氢酶(E3) 需要六种辅助因子:硫辛酸 TPP,CoA,FAD,NAD+和Mg2+ • 受反应产物和能荷抑制调节,但E1无 修饰调节 催化反应机理与丙酮酸脱氢酶系相一致
琥珀酸
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苹果酸 三羧酸循环
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只有一些植物和微生物兼具有这样的 途径；
异柠檬酸裂解酶
柠檬酸合成酶
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乙醛酸循环的总反应：
2乙酰-CoA+NAD++2H2O→琥珀酸+2CoA+NADH+H+ 或2乙酰-CoA+2NAD++FAD→草酰乙酸+2CoA+2NADH+FADH2+2H+
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Fe-S
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（二）氧化脱羧阶段 3、异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸
NAD+ 异柠檬酸 Ca2+
异柠檬酸 脱氢酶
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异柠檬酸脱氢酶
• NAD+为辅酶： 线粒体，Mg2+或Mn2+ NADP+为辅酶：线粒体和细胞溶胶 • 变构调节酶，活性受能荷和NAD+/NADH (NADP+/NADPH)调节 • 细菌中异柠檬酸脱氢酶受磷酸化和去磷酸 化的共价修饰调节