第23章 三羧酸循环

本章要点
丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA的反应过程及酶系 三羧酸循环的反应机制 三羧酸循环的调节 三羧酸循环的脱氢部位及产能部位 三羧酸循环的能量结算 三羧酸循环的填补反应 说明生物体内H2O，CO2，ATP都是怎样生成的？
23 章完
三种酶：
E1 丙酮酸脱氢酶 (pyruvate dehydrogenase component) E2 二氢硫辛酸转乙酰基酶 (dihydrolipoyl transacetylase) E3 二氢硫辛酸脱氢酶 (dihydrolipoyl dehydrogenase) 六种辅助因子： TPP FAD 硫辛酸 NAD CoA Mg++
COOCH2 CH2 C S O CoA COO-
GDP + Pi
GTP
CH2 CH2
CoASH
COO-
琥珀酰—CoA
琥珀酸
The reactional mechanism of TCA
6）琥珀酸 +FAD→ 延胡索酸+FADH2
COOCH2 CH2 COOCOO-
FAD
FADH2
CH HC COO-
The reactional mechanism of TCA
The reactional mechanism of TCA
柠檬酸合酶(Citrate synthase)
调控酶：ATP 、NADH、琥珀酸—CoA、酯酰— CoA等抑制其活性 是柠檬酸循环中的限速酶
The reactional mechanism of TCA
α--酮戊二酸脱氢酶复合体：
三种酶：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) 六因子：TPP 硫辛酸 CoA FAD NAD Mg++
The reactional mechanism of TCA
5） 琥珀酰—CoA+GDP+Pi → 琥珀酸+GTP+CoAH 琥珀酰—CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）催化
柠檬酸循环：三羧酸循环
（tricarboxylic acid cycle TCA 循 环） Krebs 循环(徳 Hans Krebs) 丙酮酸在有氧条件下继续进行有氧氧化，最后 形成CO2和水（柠檬酸循环，氧化磷酸化）。 柠檬酸循环在线粒体中进行。 柠檬酸循环不仅是丙酮酸氧化降解的途径，也 是脂肪酸、氨基酸等分子氧化分解所经历的共 同途径。
The reactional mechanism of TCA
异柠檬酸脱氢酶是变构调节酶：
受ADP变构激活
NADH、ATP变构抑制
The reactional mechanism of TCA
4）-Ketoglutarate Dehydrogenase Complex
The reactional mechanism of TCA
Ca2+通过激活磷酸酶的作用也使丙酮酸脱氢酶活化。
柠檬酸循环概貌
柠檬酸循环概貌
The profile of citric acid cycle
C2乙酰---CoA
NADH
C4草酰乙酸
C6柠檬酸 C6顺乌头酸
C4苹果酸
C4延胡索酸
FADH2
C6异柠檬酸
NADH
C4琥珀酸
GTP
C6草酰琥珀酸
CO2
C5α-酮戊二酸 C4琥珀酰-CoA
CO2 NADH
Sir Hans Adolf Krebs The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953
23.3 柠檬酸循环的反应机制
The reactional mechanism of TCA
1） 草酰乙酸 + 乙酰-CoA → 柠檬酸 + CoASH
23.1.2 丙酮酸脱氢酶复合体催化反应
O H3C C COOH
TPP
O H3C C S L SH
CoA SH O H3C C S C o A
丙酮酸 E1
S
乙酰二氢硫辛酸 E2
L H3C CHOH TPP S
CO2
LSH
SH
羟乙基-TPP
硫辛酸 FADH2 E3
二氢硫辛酸 FAD
NAD+
NADH+H+
琥珀酸脱氢酶
琥珀酸
延胡索酸
The reactional mechanism of TCA
琥珀酸脱氢酶 （succinate dehydrogenase） ①琥珀酸脱氢酶与FAD以共价键相连 ②丙二酸是竞争性抑制剂 ③催化琥珀酸脱氢有严格的立体专一性 ④是柠檬酸循环中唯一嵌入到线粒体内膜的酶
Succinate Dehydrogenase
23.1 丙酮酸进入柠檬段循环的准备阶段 —形成乙酰—CoA
丙酮酸脱氢酶复合体 (Pyruvate dehydrogenase complex)
O H3C C COO+ + CoASH + NAD
丙酮酸
辅酶A
O H3C C SCoA
+ CO2
+ NADH
乙酰辅酶A
23.1.1 丙酮酸脱氢酶复合体：
2）顺乌头酸酶 （aconitase）
COOH
-
H H OH
COO-
C C CH2 COO-
H2O
-
OOC OOC
C C CH2 COO-
H2O
-
H OOC
C C CH2 COO-
OH H
OOC
-
柠檬酸
顺乌头酸
异柠檬酸
The reactional mechanism of TCA
3) 异柠檬酸 + NAD →α--酮戊二酸 + NADH + CO2 异柠檬酸脱氢酶
计算：
1.从一分子乙酰CoA开始，经柠檬酸循环，完全 氧化成CO2和 H2O, 能产生多少ATP ? 2.从一分子丙酮酸开始：多少ATP?
3.从一分子葡萄糖开始：多少ATP?
23.5 柠檬酸循环的调控
1） 柠檬酸循环本身制约系统的调节 关键作用的三种酶：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和 α--酮戊二酸脱氢酶 底物浓度控制：乙酰 — CoA、草酰乙酸在线粒体中的浓 度 产物抑制：NADH、柠檬酸 对柠檬酸合酶，NADH、 琥珀酰—CoA对α--酮戊二酸脱氢酶， NADH对异柠檬酸脱氢酶。 2） ADP 和Ca2+对柠檬酸循环的调控 ADP是异柠檬酸脱氢酶的变构促进剂 Ca2+对异柠檬酸脱氢酶、α--酮戊二酸脱氢酶都有激 活作用
第 23 章 柠檬酸循环
Aerobic respiration - the Krebs cycle
内容提要
丙酮酸进入三羧酸循环的准备阶段 柠檬酸循环概貌 柠檬酸循环的反应机制 柠檬酸循环的化学总结算 柠檬酸循环的调控 柠檬酸循环的双重作用
The location of citric cycle
23 柠檬酸循环
柠檬酸循环的双重作用
柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为填补反应 （回补反应），如丙酮酸的羧化： 丙酮酸羧化酶催化： 丙酮酸+ CO2 +ATP +H2O ←→ 草酰乙酸+ADP+ Pi +2H+ 磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶： 磷酸烯醇式丙酮酸+CO2+GDP→草酰乙酸+GDP 转氨酶： 天冬氨酸 →草酰乙酸 谷氨酸 →a-酮戊二酸
1）产物调控：NADH和乙酰—CoA的竞争性抑制，与底 物NAD+ 和CoA竞争酶的活性中心。 2）磷酸化和去磷酸化的调控：E1的磷酸化和去磷酸化 是使丙酮酸脱氢酶复合体失活和激活的重要方式。
丙酮酸脱氢酶的活化和抑制是根据电荷的高低及生物合成相 对应中间物的需要，受到多种因素调节的。E2上有两种酶 ， 激酶和磷酸酶的活性,调节E1的活性。
3.1.3 砷化物对硫辛酰胺的毒害作用
亚砷酸盐与二氢硫辛酸共价结合，使还原型硫辛酰胺 形成无催化能力的砷化物。
OH OH HS HS -O AS R S S
R
-O AS
亚砷酸
HS R AS
O
HS
R' R
AS
S S
R
有机砷化合物
23.1.4 丙酮酸脱氢酶复合体的调控
Regulation of the pyruvate dehydrogenase complex
9） L-苹果酸+NAD → 草酰乙酸+NADH 苹果酸脱氢酶(malate dehydrogenase)
COOCH2 HO C COOH O C H2C COOCOO-
+ NAD+
+ NADH
苹果酸
草酰乙酸
23.4 柠檬酸循环的化学总结算
乙酰—CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi → 2CO2 +3NADH+FADH2+GTP+2H++CoA-SH 1) 2) 3) 4) 每一次循环都纳入一个乙酰—CoA分子，又有两个碳原子以CO2的形式 离开循环 每一次循环共有4次氧化反应，形成3个NADH分子和1个FADH2分子。 每一次循环一GTP的形式产生一个高能磷酸键，并消耗2分子水。 能量结算： 一个NADH分子进入呼吸链，将电子传递给分子氧生成水， 可产生2.5个 ATP. 一个FADH2分子进入呼吸链，将电子传递给分子氧生成水， 可产生1.5 个ATP. 一个GTP等于一个ATP
FADH2
The reactional mechanism of TCA
8）延胡索酸 +H2O→ L--苹果酸 延胡索酸酶，催化的反应具有严格的立体专一性。