三羧酸循环@生物化学精品讲义

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☻柠檬酸合酶在催化过程中所发生的由底物OAA和中间产物 柠檬酰-CoA分别诱导的两次构象变化既防止了乙酰-CoA的 提前释放,也大大降低了乙酰-CoA在活性中心被Asp残基水 解成乙酸的可能性。
柠檬酸合酶催化的反应
氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响
柠檬酸合酶的两种构象
反应2:顺乌头酸酶
TCA 循环
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸(实际上是乙酸)被降解成CO2 产生一些ATP 产生更多的NADH NADH进入呼吸链,通过氧化磷酸化产生更多的ATP。
完整的三羧酸循环
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
反应3:异柠檬酸脱氢酶(IDH)
异柠檬酸氧化脱羧产生α-酮戊二酸
☻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
反应4: α-酮戊二酸脱氢酶系
第二次氧化脱羧反应
☻酶几乎等同于丙酮酸脱氢酶系——结构上或者机制上 ☻5种辅酶——TPP、CoASH、硫辛酸 NAD+、FAD ☻也是亚砷酸的作用对象
总ATP量
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
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
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
19 2.5×2=5 2.5×2=5 1×2=2 1.5×2=3 2.5×2=5
合成ATP的方式
合成ATP的量
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)
30或31或32
三羧酸循环中间物的去向
草酰乙酸的回补反应
乙醛酸循环
植物和微生物的三羧酸循环的变化形式
柠檬酸异构化成异柠檬酸
☻柠檬酸不是氧化的好底物
☻S异柠檬酸却不一样,经过异构化,三级羟基变成了 易氧化的二级羟基
☻在形成的异柠檬酸分子中,羟基只会与来源于草酰乙 酸的β-碳原子而绝对不会与来源于乙酰-CoA的β-碳 原子相连!
☻顺乌头酸酶使用铁硫蛋白
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
顺乌头酸酶催化反应中产物的立体专一性
转乙酰酶
哺乳动物60
CoA
泛酸 辅酶 移到CoA
E3 二氢硫辛酸 大肠杆菌12、酵母12、 FAD
B2
辅基 氧化型硫辛
脱氢酶
Fra Baidu bibliotek
哺乳动物6
NAD+
PP
辅酶 胺的再生
大肠杆菌内丙酮酸脱氢酶系的电镜照片
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
砒霜的毒性机理
反应1:柠檬酸合酶
柠檬酸的合成
☻柠檬酸合酶由两个相同的亚基组成,它被视为酶“诱导契 合”学说又一代表性的例子
☻在没有底物结合的情况下,酶的两个亚基的构象是开放型 的;当结合底物以后,则被诱导为紧密型。反应动力学为 序列有序型,在反应中,OAA首先与酶活性中心结合,这 种结合迅速诱导活性中心的构象发生变化,从而创造出乙 酰-CoA的结合位点。随后,乙酰-CoA结合到酶的活性中心, 并与OAA形成中间产物—柠檬酰-CoA,这时,酶的构象再 次发生变化,远离活性中心的一个关键的Asp残基被拉入到 柠檬酰-CoA上的硫酯键,很快硫酯键被切开,终产物辅酶A 和柠檬酸被依次释放。
TCA循环中C的命运
☻乙酰CoA的羰基C只有在第2轮循环转变成CO2 ☻乙酰CoA的甲基C能完全留在两轮循环中,但是以后每一轮循
环有一半离开。
TCA 循环总结
总反应: 乙酰-CoA+3NAD+
+FAD+GDP+Pi+2H2O→2+C+OC2o+A3NADH+FADH2+GTP+2H
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生2CO2, 1 ATP,
丙酮酸跨线粒体内膜的转运
丙酮酸脱氢酶系的结构和组成
缩写 酶活性
亚基数目 (个数)
辅助因子 维生素 辅助因 催化的反应 前体 子类型
E1 丙酮酸脱氢 大肠杆菌24、酵母60、 TPP

哺乳动物20或30
B1
辅基
丙酮酸
氧化脱羧
E2 二氢硫辛酸 大肠杆菌24、酵母60、 硫辛酰胺 硫辛酸 辅基 将乙酰基转
丙酮酸的氧化脱羧
丙酮酸如何进入线粒体? 丙酮酸脱氢酶系的结构与组成——丙酮酸脱氢
酶系由丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酸转乙酰 酶(E2)和二氢硫辛酸脱氢酶(E3)通过非共价 键结合在一起的稳定复合物 催化机制 亚砷酸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 。
3NADH,1FADH2
2H2O被使用作为底物 绝对需要O2
吵, 您顺意吵,(吵得)铜壶呼盐瓶!
TCA循环的功能
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 某些代谢中间我作为其他代谢途径的别构效应物 产生CO2
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
反应5:琥珀酰-CoA合成酶
TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应
☻ATP或GTP被合成 ☻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:琥珀酸脱氢酶
产生FADH2
☻此酶实际上是呼吸链复合体II的主要 成分
☻琥珀酸的类似物丙二酸是该酶的竞争性抑制剂
反应7:富马酸酶
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:苹果酸脱氢酶
依赖于NAD+-的氧化还原反应
☻这是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 ☻ΔGo‘ = +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“强行拉向” 正反应。
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