大连理工大学生物化学--三羧酸循环分析解析

丙酮酸的氧化
丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA 总反应式：
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丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上
HSCoA
丙酮酸脱氢酶复合体的组成 酶 辅酶
NAD+
E1 ：丙酮酸脱氢酶
E2 ：二氢硫辛酰转乙酰基酶
E3 ：二氢硫辛酸脱氢酶
TPP CoA-SH 硫辛酸 FAD NAD＋
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乙酰COA系列具有很高的酰基转移势能
Wagner-Janregy 等异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物。
1936 1937 1937 Green等 猪心肌中提得苹果酸脱氢酶。 Martius, F.Knoop 等证明柠檬酸经顺乌头酸异构化为异柠檬酸，
并进一步氧化成-酮戊二酸。
Hans Krebs 证明柠檬酸来自乙酰CoA和草酰乙酸的缩合。
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合酶（synthase）：催化不需要任何核苷三磷酸（如ATP、 GTP等）作为能量来源的缩合反应； 合成酶（synthetase）：催化的缩合反应必须使用ATP或其 他核苷三磷酸作为合成反应的能量来源； 连接酶（Ligase）：催化使用ATP或其他能量来源，将2个 原子连接在一起的缩合反应； 裂解酶（lyase）：催化断裂过程的酶，这一过程中发生电 子冲排； 激酶（kinase）：将核苷三磷酸上的磷酰基转移到一个受体 分子的酶； 磷酸化酶（phosphorylase）：磷酸化 磷酸酶（phosphatase）：去磷酸化
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柠檬酸循环中的酶分布在线粒体中
真核生物：
转运
丙酮酸
线粒体
乙酰CoA
嵌在内膜中的丙酮酸转运酶可以特异地将丙酮酸从膜间质 转运到线粒体的基质中，进入基质的丙酮酸脱羧生成乙酰 CoA，经柠檬酸循环进一步被氧化。 氧化磷酸化：H+/电子沿电子传递链传递过程中能量逐步释 放，同时伴有ADP磷酸化成ATP，吸收这些能量储存于 ATP中，即氧化与磷酸化反应是偶联在一起~。三羧酸循环 中脱下的氢进入呼吸链氧化磷酸化，生成水和ATP。 20
2）磷酸戊糖途径（胞液）
3）糖转化为脂肪 4）输出血糖 5）合成糖原
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糖的有氧氧化（aerobic oxidation）
有氧氧化 葡萄糖
①
( 胞液 )
丙酮酸 乳酸、乙醇
②
(线粒体)
乙酰CoA ③ TCA (线粒体) CO2、H2O、能量
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无氧酵解
有氧氧化（aerobic oxidation）
有氧条件下，葡萄糖彻底氧化生成CO2和H2O， 并伴有能量释放的过程。 C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 能量
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③转酯反应，COA的巯基代 替E2的巯基生成乙酰COA和 还原型硫辛酰基
④ 二氢硫辛酸脱氢酶E3 将 E2 中的 2 个氢原子转 移给 E3 的辅基 FAD ，使 E2 的硫辛酰赖氨酰基团 成为氧化型
⑤E3中的FADH2将H+转 移给NAD+生成NADH
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共价修饰调节
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三 羧 酸 循 环 反 应 的 全 过 程
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三羧酸循环(Tricarboxylic acid circle)
又称柠檬酸循环，Krebs循环，简写TCA循环 有氧条件下，将酵解产生的丙酮酸氧化脱 羧成乙酰 CoA，再经一系列氧化和脱羧，最终
生成CO2和H2O并产生能量。
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肝脏中糖的去路
1）有氧氧化 A、糖酵解（胞液） B、丙酮酸氧化脱羧（线粒体） C、柠檬酸循环（线粒体） D、氧化磷酸化（线粒体）
苹果酸脱氢酶催化，产生NADH+H+
反应向左，但由于草酰乙酸与乙酰COA不断合成柠檬酸，使反 应向右进行（不利的反应由一个有力的反应推动而进行下去）
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丙酮酸
丙酮酸脱氢酶
三羧酸循环
乙酰CoA 柠檬酸合成酶 草酰乙酸 苹果酸脱氢酶 柠檬酸
丙酮酸氧化脱羧： 1个NADH 1个CO2
顺乌头酸酶 异柠檬酸
柠檬酸循环
(三羧酸循环、krebs循环、TCA)
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学习内容
1、丙酮酸脱氢酶复合物催化丙酮酸脱羧形成乙酰 CoA 2、 柠檬酸循环的酶促反应过程 3、柠檬酸循环的调控 4、柠檬酸循环中存在着几处代谢物进出口 5、植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路 6、柠檬酸循环产生的还原型辅酶通过氧化磷酸化生成 ATP
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1. 柠檬酸的形成
乙酰COA 与草酰乙酸合成柠檬酸，由柠檬酸合酶催化，消耗乙 酰COA的高能硫酯键
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2. 柠檬酸异构为异柠檬酸
加水、脱水，H和HO之间互换
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3. 异柠檬酸氧化为-酮戊二酸+ CO2
氧化脱羧
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4. -酮戊二酸氧化成琥珀酰COA+CO2
-酮戊二酸脱氢酶复合体由E1、 E2、E3组成，有TPP、硫辛酸、 COA-SH、FAD和NAD五种辅助因子。-酮戊二酸氧化产生的 能量贮存在的硫酯键中
过程分三阶段，第一阶段在胞液(同酵解)，后 两个阶段在线粒体中进行。
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柠檬酸循环发现的大事记
1911-1920 T.Thunberg 等 1935 Albert, Szent -Gyorgyi 肌肉组织可氧化柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和 苹果酸等。 4C的二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果酸和 草酰乙酸等)能促进肌氧耗量;并确立琥珀酸经 延胡索酸和苹果酸转变成草酰乙酸。
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5. 琥珀酰COA转化为琥珀酰
琥珀酰COA合成酶催化，水解高能硫酯键释放的能量驱动GDP 合成GTP（ATP）转化为琥珀酰
底物水平磷酸化
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6. 琥珀酸氧化为延胡索酸
琥珀酸脱氢酶催化，FAD作为辅基
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7. 延胡索酸水化形成苹果酸
延胡索酸酶催化，水合作用
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8. 苹果酸氧化为草酰乙酸
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功能是转送乙酰基 或其他酰基或氢
结合与蛋白质上的硫辛 酸像“摆动壁”一样把 电子和酰基从复合体中 的一个酶转送到另一个 酶 13
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丙酮酸脱氢酶复合体催化的反应过程：
①丙酮酸与丙酮酸脱氢酶 （E1）中的TPP结合，脱 羧生成羟乙基衍生物 ②丙酮酸脱氢酶复合体 同时也催化该反应，将2 个电子和乙酰基从 TPP 转移到核心酶 二氢硫辛 酸乙酰转移酶（ E2 ）中 的氧化型硫辛酰赖氨酰 基团上生成还原型硫辛 酰的乙酰硫酯
苹果酸
异柠檬酸脱氢酶
延胡索酸酶 α-酮戊二酸 延胡索酸 α-酮戊二酸脱氢酶 琥珀酸脱氢酶 琥珀酸 琥珀酰CoA 琥珀酰CoA合成酶
1个GTP 3个NADH 1个FADH2 36 2个CO2