杨荣武生物化学原理-南京大学-三羧酸循环

反应 4：α-酮戊二酸的氧化脱羧
---不可逆

第二次氧化脱羧反应
酶几乎等同于丙酮酸脱氢酶系——结构、机制
5种辅酶——TPP、CoASH、硫辛酸 、NAD+、FAD 也是亚砷酸的作用对象
反应 5：底物水平的磷酸化

TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应
ATP或GTP被合成
拉向”正反应。
TCA 循环总结
1个乙酰-CoA：产生2CO2, 1 ATP, 3NADH,1FADH2
2H2O被使用作为底物
绝对需要O2
第三节 TCA循环的生理功能
产生更多的ATP 提供生物合成的原料
是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径
某些代谢中间物作为其它代谢途径的别构效应物 产生CO2
羟乙基-TPP+CO2 乙酰基-硫辛酰胺
E2
乙酰CoA+硫辛酰胺 氧化型硫辛酰胺
E3
丙酮酸转变成乙酰-CoA的四步反应
丙酮酸脱氢酶的催化机理

亚砷酸（砒霜的主要成分）和有机砷的作用对象
氧化型硫辛酰胺的再生对于丙酮酸脱氢酶系的持续运转十分 重要，砒霜的主要成分亚砷酸能够与还原型的硫辛酰胺形成 共价的复合物而阻止它的再生 。
不生成CO2，无碳单位的损失，净合成了糖异生的前体——苹果酸
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
植物细胞内乙醛酸循环的生理意义：利用乙酸合成糖（碳骨架） 苹果酸 进入细胞质 糖异生 草酰乙酸的再生： 琥珀酸 进入线粒体（三羧酸循环） 草酰乙酸 天冬氨酸 回到乙醛酸循环体 草酰乙酸重新生成
细胞能量状态决定异柠檬酸裂解酶和异柠檬酸脱氢酶的活性
乙醛酸循环的调节
第五节 三ຫໍສະໝຸດ Baidu酸循环的回补反应
四个位点：
草酰乙酸 α-酮戊二酸 琥珀酰CoA 苹果酸
第六节 三羧酸循环的调控
调节位点 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶（最重要） －酮戊二酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶系
三羧酸循环中最主要的调控物质是：乙酰CoA、草酰乙酸 、NADH。乙酰CoA和草酰乙酸在线粒体中的浓度都未达到使柠 檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬酸合酶对底物催化的速度随底 物浓度而变化，并被底物的存在而调控。

丙酮酸进入线粒体


丙酮酸脱氢酶系的结构与组成
催化机制

亚砷酸和有机砷的作用对象
丙酮酸跨线粒体内膜的转运

丙酮酸脱氢酶系： 3种酶，6种辅助因子
1）丙酮酸脱氢酶（E1）
2）二羟硫辛酸转乙酰酶（E2） 3）二羟硫辛酸脱氢酶（E3）
非共价键结合,稳定
丙酮酸脱氢酶系的结构和组成
缩写
酶活性
亚基数目 （个数） 大肠杆菌24、酵母60、 哺乳动物20或30 大肠杆菌24、酵母60、 哺乳动物60 大肠杆菌12、酵母12、 哺乳动物6
砒霜的毒性机理
第二节 三羧酸 循环的全部反应
反应1：柠檬酸的合成
------ 不可逆
柠檬酸合酶:由两个相同的亚基组成，酶“诱导契合”学说又
一代表性的例子
柠檬酸合酶的两种构象
两次构象变化：

防止乙酰-CoA的提前释放 降低乙酰-CoA在活性中心被Asp残基水解成乙酸的可能性。
氟代乙酸：乙酸类似物，TCA循环强烈抑制剂
需氧 糖酵解产生的丙酮酸被降解成CO2 产生一些ATP和更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的ATP。




三羧酸循环: 3步不可逆，5步可逆反应
第一节 乙酰CoA的形成

脂肪酸的β氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化
丙酮酸的氧化脱羧
1分子的葡萄糖彻底的氧化分解：
酵解： 1 Glucose +2 ATP +2 NADH 2 Py
有氧情况下： Py 乙酰CoA
TCA循环：
乙酰CoA CO2+H2O
+ 1 NADH· + H
+ 3 NADH·H+
X2
+ 1 FADH2
+ 1 GTP
总能量变化： 10 NADH·H＋ 2 FADH2 4 ATP
辅助因子
维生素 前体 B1 硫辛酸 泛酸 B2 PP
辅助因 子类型 辅基 辅基 辅酶 辅基 辅酶
催化的反应
E1 E2
丙酮酸脱氢 酶 二羟硫辛酸 转乙酰酶 二羟硫辛酸 脱氢酶
TPP 硫辛酰胺 CoA FAD NAD+
丙酮酸 氧化脱羧 将乙酰基转 移到CoA 氧化型硫辛 胺的再生
E3
大肠杆菌 丙酮酸脱氢酶系的电镜照片


双键的水合
水分子加成反式的双键
反应机制还不清楚

反应 8：草酰乙酸的重新生成

三羧酸循环的最后一步反应，也是三羧酸循环中的第四次氧化还 原反应

Go‘ = +30 kJ/mol，意味着在热力学上极不利于正反应的进行， 但是，在体内反应产物草酰乙酸可以迅速被下一步不可逆反应消
耗，NADH则进入呼吸链被彻底氧化，因此，整个反应被“强行
它的催化过程牵涉到一系列高能分子的形成，因此能量的 损失微乎其微

反应机制涉及一个磷酸组氨酸
琥珀酰-CoA合成酶的反应机理
反应 6：琥珀酸的脱氢
富马酸又称延胡索酸

第三次脱氢反应 产生FADH2
此酶实际上是呼吸链复合体II的主要成分
丙二酸（琥珀酸的类似物）是该酶的竞争性抑制剂
反应 7：苹果酸的形成
氧化磷氧化磷酸化酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化
总ATP量
30或31或32
三羧酸循环中间物的去向
第四节 乙醛酸循环
植物和微生物的三羧酸循环的变化形式
☺ ☺ ☺ ☺ ☺
利用乙酸或其他能转变为乙酰-CoA的物质 在每一轮循环中，有两分子乙酰-CoA进入 只产生NADH，但不产生FADH2 无底物水平磷酸化反应，因此不产生ATP
X2
一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP 收支情况
与ATP合成相关的反应 糖酵解（包括氧化磷酸化） 己糖激酶 PFK-1 磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 （NADH） 丙酮酸脱氢酶系 三羧酸循环 异柠檬酸脱氢酶（NADH） α-酮戊二酸脱氢酶系（NADH） 琥珀酰-CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶（FADH2） 苹果酸脱氢酶（NADH） 合成ATP的方式 消耗ATP 消耗ATP 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 合成ATP的量 5或6或7 －1 －1 ＋2 ＋2 ＋3或＋4或＋5（取决于 NADH通过何种途径进入 呼吸链） 2×2.5＝5 20 2.5×2＝5 2.5×2＝5 1×2＝2 1.5×2＝3 2.5×2＝5
Ca2+对三羧酸循环的调节
Ca2+在机体内的生物功能是多方面的，除了许多其他生物
功能外，它还在几个位点上调节三羧酸循环，促进ATP的生成 ，以提供能量。 激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶，从而激活丙酮酸脱氢酶复合物， 产生乙酰CoA。 激活异柠檬酸脱氢酶 激活α-酮戊二酸脱氢酶
氟代柠檬酸
反应 2：形成异柠檬酸

顺乌头酸酶是铁硫蛋白 产物具有立体专一性 柠檬酸不是氧化的好底物，异柠檬酸却不一样，经过 异构化，易于氧化
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
反应 3：异柠檬酸的氧化脱羧
----不可逆 限速步骤

先是脱氢，然后是β-脱羧 有两种形式的异柠檬酸脱氢酶，分别使用辅酶I和辅酶 II作为氢的受体，TCA循环中主要是I。
TCA 循环
------糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 柠檬酸循环 三羧酸循环 Tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) Krebs循环 1953年 Nobel Prize
Krebs发现的三羧酸循环至今没人能改动一笔！

场所：线粒体(真核生物) 、细胞质（原核生物）
大肠杆菌中丙酮酸脱氢酶的分子量为4，600，000，是由60条多肽链组成的多面体，直
径约30nm，在电镜下可观察到复合体的存在。 E2位于中心，有24条肽链；E3：24条肽链；E1：12条肽链

催化机制
分四步进行
E1 OX E2
乙酰基-硫辛酰胺＋CoA 还原型硫辛酰胺
① ② ③ ④
Py+TPP 羟乙基-TPP