第十五章柠檬酸循环课件

第第1页页糖的有氧分解糖的有氧分解第一阶段：葡萄糖第一阶段：葡萄糖 丙酮酸（细胞质）丙酮酸（细胞质）第二阶段：丙酮酸第二阶段：丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A （简写为乙酰（简写为乙酰CoACoA）第三阶段：三羧酸循环第三阶段：三羧酸循环 乙酰乙酰CoA HCoA H2 2O O 和和COCO2 2，释放出能量，释放出能量 二、三阶段在线粒体中。二、三阶段在线粒体中。糖的有氧分解第一阶段：葡萄糖丙酮酸（细胞质）第第2页页柠檬酸循环是燃料物质柠檬酸循环是燃料物质氧化分解的中心途径氧化分解的中心途径柠檬酸循环是燃料物质氧化分解的中心途径第第3页页第十五章第十五章 柠檬酸循环柠檬酸循环15.1 15.1 丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段15.2 15.2 柠檬酸柠檬酸(三羧酸三羧酸)循环的循环的途径途径15.3 15.3 柠檬酸循环的柠檬酸循环的生物学意义生物学意义15.4 15.4 柠檬酸柠檬酸循环的调节循环的调节15.5 15.5 柠檬酸循环的柠檬酸循环的双重作用双重作用15.6 15.6 回回(添添)补反应补反应第十五章柠檬酸循环15.1丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段第第4页页15.1 15.1 丙酮酸进入柠檬酸循环的丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段准备阶段(丙酮酸生成乙酰丙酮酸生成乙酰CoACoA)丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系15.1丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段(丙酮酸生成乙酰Co第第5页页丙酮酸脱氢酶复合物的组成丙酮酸脱氢酶复合物的组成n丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。进行。n丙酮酸脱氢酶系是一个多酶体系，主要包括：丙酮酸脱氢酶系是一个多酶体系，主要包括：丙酮酸脱羧酶（丙酮酸脱羧酶（E E1 1）三种酶三种酶 二氢硫辛酸乙酰转移酶（二氢硫辛酸乙酰转移酶（E E2 2）二氢硫辛酸脱氢酶（二氢硫辛酸脱氢酶（E E3 3）6 6种辅因子：种辅因子：TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NAD NAD+、CoACoA和和MgMg2+2+。丙酮酸脱氢酶复合物的组成丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧第第6页页第十五章柠檬酸循环课件第第7页页辅酶辅酶A A（CoACoA）辅酶A（CoA）第第8页页硫辛酸以酰胺键与二氢硫辛酸以酰胺键与二氢硫辛酸转乙酰酶的硫辛酸转乙酰酶的LysLys残基相连残基相连硫辛酸以酰胺键与二氢硫辛酸转乙酰酶的Lys残基相连第第9页页TPPTPPTPP第第10页页丙酮酸脱氢酶系催化丙酮酸脱氢酶系催化5 5步反应步反应 1)1)丙酮酸脱羧生成羟乙基丙酮酸脱羧生成羟乙基-TPP-TPP；2)2)二二氢氢硫硫辛辛酸酸转转乙乙酰酰酶酶催催化化羟羟乙乙基基氧氧化化为为乙乙酰酰基基，并并转转移移给给硫硫辛辛酰酰胺胺形形成成乙乙酰酰硫辛酰胺；硫辛酰胺；3)3)二二氢氢硫硫辛辛酸酸转转乙乙酰酰酶酶催催化化乙乙酰酰硫硫辛辛酰酰胺上的乙酰基转移给胺上的乙酰基转移给CoACoA生成乙酰生成乙酰CoACoA；4)4)二二氢氢硫硫辛辛酸酸脱脱氢氢酶酶催催化化还还原原的的硫硫辛辛酸酸再氧化，并将氢交给再氧化，并将氢交给FADFAD生成生成FADHFADH2 2-E-E；5)FADH 5)FADH2 2使使NADNAD+还原。还原。丙酮酸脱氢酶系催化5步反应1)丙酮酸脱羧生成羟乙基-第第11页页丙酮酸脱氢酶系催化的反应丙酮酸脱氢酶系催化的反应丙酮酸脱羧丙酮酸脱羧酶酶二氢硫辛二氢硫辛酸乙酰转酸乙酰转移酶移酶二氢硫二氢硫辛酸脱辛酸脱氢酶氢酶丙酮酸脱氢酶系催化的反应丙酮酸脱羧酶二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢第第12页页第十五章柠檬酸循环课件第第13页页15.2 15.2 柠檬酸柠檬酸(三羧酸三羧酸)循环的循环的途径途径nCitric AcidCycleCitric AcidCycle（tricarboxylic tricarboxylic Acid Cycle(TCA)Acid Cycle(TCA)），），TCATCA循环循环n概概念念：乙乙酰酰CoACoA与与草草酰酰乙乙酸酸缩缩合合生生成成柠柠檬檬酸酸，再再经经一一系系列列的的氧氧化化、脱脱羧羧，最最终终生生成成COCO2 2和和H H2 2O O，并并产产生生能能量量的的过过程。程。n途径如下：途径如下：15.2柠檬酸(三羧酸)循环的途径CitricAci第第14页页1 1、柠檬酸合酶、柠檬酸合酶 (Citric acid synthetase)(Citric acid synthetase)催催化化TCATCA的的第第一一步步反反应应，反反应应先先生生成成柠柠檬檬酰酰CoACoA，再再水水解解为为柠柠檬檬酸酸，是是放放能能反反应应，不不可逆可逆。是是TCATCA的一个调节酶的一个调节酶。氟氟乙乙酸酸是是一一种种杀杀虫虫剂剂或或灭灭鼠鼠药药的的有有效效成成分分。其其被被生生物物摄摄入入后后转转变变为为氟氟乙乙酰酰CoACoA，它它在在酶酶的的作作用用下下与与草草酰酰乙乙酸酸生生成成氟氟柠柠檬檬酸酸，顺顺乌乌头头酸酸酶酶只只识识别别柠柠檬檬酸酸，对对氟氟柠柠檬檬酸酸没没有有作作用用，致致使使TCATCA中中断断，这这种种合合成成为为致致死合成死合成(lethal synthesis)(lethal synthesis)。1、柠檬酸合酶(Citricacidsyntheta第第15页页柠檬酸合酶催化的反应柠檬酸合酶催化的反应柠檬酸合酶催化的反应第第16页页柠檬酸形成反应机制柠檬酸形成反应机制柠檬酸形成反应机制第第17页页第十五章柠檬酸循环课件第第18页页2 2、乌头酸酶作用于柠檬酸、乌头酸酶作用于柠檬酸生成异柠檬酸生成异柠檬酸2、乌头酸酶作用于柠檬酸生成异柠檬酸第第19页页3 3、异柠檬酸脱氢酶、异柠檬酸脱氢酶 TCATCA的第一次氧化脱羧，催化异柠檬酸生成的第一次氧化脱羧，催化异柠檬酸生成-酮戊二酸。酮戊二酸。细胞内有两种异柠檬酸细胞内有两种异柠檬酸dHEdHE，线粒体中只以线粒体中只以NADNAD+为氢受体为氢受体；另一种以另一种以NADPNADP+为氢受体（胞质及线粒体中都有存在），为氢受体（胞质及线粒体中都有存在），前者为前者为MgMg2+2+及及MnMn2+2+所活化，所活化，是别构酶是别构酶，正调控物是，正调控物是ADPADP，缺乏缺乏ADPADP时没有活力，时没有活力，ATPATP及及NADHNADH对酶有抑制作用。对酶有抑制作用。-裂裂解，断裂乙酰基的解，断裂乙酰基的C-C共价键。共价键。3、异柠檬酸脱氢酶TCA的第一次氧化脱羧，催化异柠檬第第20页页异柠檬酸脱氢酶催化反应机制异柠檬酸脱氢酶催化反应机制异柠檬酸脱氢酶催化反应机制第第21页页4 4、-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系高能化合物高能化合物4、-酮戊二酸脱氢酶系高能化合物第第22页页4 4、-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 与与Py Py dHEdHE复复合合物物的的组组成成及及作作用用非非常常相相似似，包包括括三三个个酶酶组组分分：1 1）-酮酮戊戊二二酸酸 脱脱氢氢酶酶(E1,(E1,不不受受磷磷酸酸化化调控调控)2 2）琥珀酰转移酶琥珀酰转移酶(E2)(E2)3 3）二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶(E3)(E3)还还有有六六种种辅辅助助因因子子：TPP,TPP,CoA,CoA,FAD,FAD,NAD+,NAD+,硫硫辛辛酸酸及及Mg2+Mg2+。催化反应：。催化反应：-Ketoglutarate+CoA+NAD-Ketoglutarate+CoA+NAD+succinyl CoA+CO succinyl CoA+CO2 2+NADH+H+NADH+H+酶酶也也是是调调节节酶酶，受受产产物物NADH,NADH,succinyl succinyl CoACoA和和CaCa2+2+抑抑制制；ATPATP、GTPGTP对对酶酶有有反反馈馈抑抑制制；不不受受磷磷酸酸化化的的共共价价调节。调节。4、-酮戊二酸脱氢酶系与PydHE复合物的组成及第第23页页5 5、琥珀酰、琥珀酰CoACoA合成酶合成酶由琥珀酰由琥珀酰CoACoA合成酶合成酶n底物水平的磷酸化底物水平的磷酸化5、琥珀酰CoA合成酶由琥珀酰CoA合成酶底物水平的磷酸化第第24页页6 6、琥珀酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶是琥珀酸脱氢酶是TCATCA中唯一一个掺入线粒体内膜的酶中唯一一个掺入线粒体内膜的酶（真核生物）（原核生物参入质膜），直接与呼吸（真核生物）（原核生物参入质膜），直接与呼吸链相连。丙二酸（链相连。丙二酸（malonatemalonate）是酶的竞争性抑制剂。）是酶的竞争性抑制剂。6、琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶是TCA中唯一一个掺入线粒体内膜第第25页页7 7、延胡索酸酶、延胡索酸酶7、延胡索酸酶第第26页页8 8、苹果酸脱氢酶、苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶8、苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶第第27页页TCATCA循环过程循环过程TCA循环过程第第28页页TCATCA简图简图TCA简图第第29页页TCATCA小结小结 1 1）循环从）循环从C4C4物与乙酰物与乙酰CoACoA缩合生成缩合生成C6C6物开始；物开始；2)2)每一次循环经历每一次循环经历两次脱羧两次脱羧，放出，放出2CO2CO2 2;3 3）每一循环经历）每一循环经历四次脱氢四次脱氢，其中，其中3 3次以次以NADNAD+为氢受体，为氢受体，1 1次以次以FADFAD为氢受体；为氢受体；4 4）每循环一次，）每循环一次，底物水平磷酸化一次底物水平磷酸化一次生成生成1GTP(ATP)1GTP(ATP)；5 5）循环一次结束以）循环一次结束以C4C4物（草酰乙酸）重新生成为标志；物（草酰乙酸）重新生成为标志；6 6）总反应：总反应：CH CH3 3COCoA+2HCOCoA+2H2 2O+3NADO+3NAD+FAD+GDP+Pi+FAD+GDP+Pi 2CO2CO2 2+3(NADH+H+3(NADH+H+)+FADH)+FADH2 2+GTP+CoASH+GTP+CoASH TCA小结1）循环从C4物与乙酰CoA缩合生成C6物开始；第第30页页葡萄糖有氧分解的能量代谢葡萄糖有氧分解的能量代谢 Glucose Glucose（胞液）（胞液）-2ATP -2ATP +4ATP,+4ATP,5 5或或7 7 +2(NADH+H+2(NADH+H+)（需经穿梭系统进入线粒体）（需经穿梭系统进入线粒体）2Py 2Py（线粒体）（线粒体）5 5 +2(NADH+H+2(NADH+H+)+2CO)+2CO2 2 2 2CHCH3 3COSCoACOSCoA TCA TCA 20 20 3(NADH+H3(NADH+H+)FADH FADH2 2+GTP+GTP 氧化磷酸化，氧化磷酸化，30 or 32ATP30 or 32ATP葡萄糖有氧分解的能量代谢Glucose（胞液）第第31页页甘油甘油3 3磷酸穿梭途径磷酸穿梭途径甘油3磷酸穿梭途径第第32页页甘甘油油磷磷酸酸穿穿梭梭甘油磷酸穿梭第第33页页苹果酸天冬氨酸穿梭苹果酸天冬氨酸穿梭 苹果酸天冬氨酸穿梭第第34页页第十五章柠檬酸循环课件第第35页页15.3 15.3 三羧酸循环的生物学意义三羧酸循环的生物学意义n生物体内供能的最有效的方式生物体内供能的最有效的方式n糖、脂、蛋白质三大物质转化的枢纽糖、脂、蛋白质三大物质转化的枢纽n为多种化合物的合成提供碳的骨架为多种化合物的合成提供碳的骨架n在植物体内为某些器官特定时期的积在植物体内为某些器官特定时期的积累物质累物质15.3三羧酸循环的生物学意义生物体内供能的最有效的方式第第36页页15.4 15.4 三羧酸循环的调节三羧酸循环的调节n目前生物体内三羧酸循环的调节位点并未目前生物体内三羧酸循环的调节位点并未彻底搞清楚，普遍认为有三个调控位点：彻底搞清楚，普遍认为有三个调控位点：H柠檬酸合酶柠檬酸合酶H异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶H-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶n由于从丙酮酸到乙酰由于从丙酮酸到乙酰CoACoA是三羧酸循环的是三羧酸循环的必经之路，关于此代谢的调控一并在此讲必经之路，关于此代谢的调控一并在此讲述。述。15.4三羧酸循环的调节目前生物体内三羧酸循环的调节位点并第第37页页三羧酸循环的控制三羧酸循环的主要调控步骤和调节因子三羧酸循环的控制第第38页页丙酮酸脱氢酶系活性的调节丙酮酸脱氢酶系活性的调节v产产物物抑抑制制:乙乙酰酰CoACoA和和NADHNADH都都抑抑制制丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶系系，抑抑制制作作用用为为相相应应的的反反应应物物CoACoA及及NADNAD+所所逆逆转转。机机制制可可能能是是竞竞争争性性抑抑制制（也也有有的的认认为为是是别别构构调调节节）。v共共价价调调节节：丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶分分子子上上的的Ser-OHSer-OH被被磷磷酸酸激激酶酶催催化化，磷磷酸酸化化而而没没有有活活性性，一一旦旦磷磷酸酸基基团团被被磷酸酯酶催化水解（磷酸酯酶催化水解（去磷酸化）可恢复活性去磷酸化）可恢复活性H细细胞胞内内ATP/ADP,ATP/ADP,乙乙酰酰CoA/CoA,NADH/NADCoA/CoA,NADH/NAD+比比值值高时，磷酸化作用加强；高时，磷酸化作用加强；HCaCa2+2+促促进进去去磷磷酸酸化化作作用用，胰胰岛岛素素（insulininsulin）也可刺激去磷酸化作用。也可刺激去磷酸化作用。丙酮酸脱氢酶系活性的调节产物抑制:乙酰CoA和NADH都抑第第39页页三羧酸循环调节三羧酸循环调节柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：主要受底物和产物浓度的调节主要受底物和产物浓度的调节琥琥珀珀酰酰-CoA-CoA，NADHNADH抑抑制制酶酶的的活活性性；OAAOAA和和乙乙酰酰CoACoA促促进进酶酶的的活活性性，其其中中琥琥珀珀酰酰-CoA-CoA为为OAAOAA竞竞争争性抑制剂，性抑制剂，异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶：ATPATP、NADHNADH是是该该酶酶的的抑抑制制剂剂，而而ADPADP是酶的是酶的别构激活剂。别构激活剂。-酮酮戊戊二二酸酸脱脱氢氢酶酶：琥琥珀珀酰酰-CoA-CoA，NADHNADH是是抑抑制制剂。剂。三羧酸循环调节柠檬酸合酶：第第40页页三羧酸循环调节小节三羧酸循环调节小节通通过过ADPADP对对异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶的的别别构构激激活活，三三羧羧酸循环流量与细胞的能量状态相适应。酸循环流量与细胞的能量状态相适应。通通过过线线粒粒体体内内NADHNADH对对酶酶活活性性的的抑抑制制作作用用，使使三三羧羧酸酸循循环环流流量量与与细细胞胞的的氧氧化化还还原原状状态态相相适适应（应（NADH/NADNADH/NAD）。）。通通过过乙乙酰酰辅辅酶酶A A和和琥琥珀珀酰酰辅辅酶酶A A对对有有关关酶酶的的抑抑制制，三三羧羧酸酸循循环环流流量量与与细细胞胞内内可可利利用用富富能能化化合物合物(energy-rich compounds)(energy-rich compounds)的量相适应。的量相适应。三羧酸循环调节小节通过ADP对异柠檬酸脱氢酶的别构激活，三羧第第41页页15.515.5柠檬酸循环柠檬酸循环的双重作用的双重作用15.5柠檬酸循环的双重作用第第42页页第十五章柠檬酸循环课件第第43页页15.6 15.6 回回(添添)补反应补反应回回补补反反应应是是补补充充用用于于生生物物合合成成的的三三羧羧酸酸循循环中间物。环中间物。(1)(1)动动物物肝肝脏脏和和肾肾脏脏的的线线粒粒体体中中，丙丙酮酮酸酸羧化酶催化羧化酶催化 15.6回(添)补反应回补反应是补充用于生物合成的三羧酸循第第44页页(2)(2)植物、细菌等，植物、细菌等，PEPPEP羧化酶催化羧化酶催化(2)植物、细菌等，PEP羧化酶催化第第45页页(3)(3)心脏、骨骼肌中，心脏、骨骼肌中，PEPPEP羧激酶催化羧激酶催化(3)心脏、骨骼肌中，PEP羧激酶催化第第46页页(4)(4)原核、真核中广泛存在的原核、真核中广泛存在的苹果酸酶催化苹果酸酶催化(4)原核、真核中广泛存在的苹果酸酶催化第第47页页(5)Asp(5)Asp和和GluGlu转氨形成草酰乙酸和转氨形成草酰乙酸和-酮戊二酮戊二酸；酸；Ile,Val,ThrIle,Val,Thr及及MetMet形成琥珀酰形成琥珀酰CoACoA，实，实现添补现添补。(5)Asp和Glu转氨形成草酰乙酸和-酮戊二酸；Ile,第第48页页乙醛酸循环乙醛酸循环(Glyoxylate Cycle)(Glyoxylate Cycle)n乙乙醛醛酸酸循循环环：是是某某些些植植物物、微微生生物物中中柠柠檬檬酸酸循循环环的的修修改改形形式式，通通过过该该循循环环可可以以由由乙乙酰酰CoACoA经经草草酰酰乙乙酸酸净净生生成成葡葡萄萄糖糖。乙乙醛醛酸酸循循环环绕绕过过了了柠柠檬檬酸酸循循环环中中生生成成两两个个COCO2 2的的步步骤骤，由由于于在在代代谢谢过过程中产生了乙醛酸，故称为程中产生了乙醛酸，故称为乙醛酸循环。乙醛酸循环。n意义：意义：H在植物种子萌发时将脂肪转变为糖；在植物种子萌发时将脂肪转变为糖；H使使微微生生物物可可以以在在以以乙乙酸酸为为唯唯一一碳碳源源的的培培养养基基中生长。中生长。乙醛酸循环(GlyoxylateCycle)乙醛酸循环第第49页页乙醛酸乙醛酸(Glyoxylate)(Glyoxylate)循环循环部位部位乙醛酸(Glyoxylate)循环部位