资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,二、柠檬酸循环概述,三、柠檬酸循环的反应机制,四、柠檬酸循环的化学总计算,五、柠檬酸循环的调控,六、柠檬酸循环的双重作用,七、柠檬酸循环的发现历史,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 第23章 柠檬酸循环,无氧条件,有氧条件,无氧条件,酵母中发酵产生乙醇,肌肉组织、红细胞、微生物中发酵产生乳酸,丙酮酸的三个去向,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),柠檬酸循环,(,Citric Acid Cycle,),三羧酸循环,(Tricarboxylic acid circle,，,TCA,循环,),Krebs,循环,为什么三羧酸,循环？,Krebs,循环？,有氧条件下，将糖酵解产生的,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,CO,2,和,H,2,O,并产生,能量,。,无氧条件 有氧条件 无氧条件 酵母中发酵产生乙醇肌肉组织、,柠檬酸循环发现的大事记,1911,年,-1920,年,T.Thunberg,等人证明肌肉组织可氧化柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸等。,1935,年,Albert Szent Gyorgyi,证明,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。,Wagner-Janregy,等人证明异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物。,1936,年,Green,等人在猪心肌中提得苹果酸脱氢酶。,1937,年,Carl Martius,和,Franz Knoop,二人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。,1937,年,Hans Krebs,证明柠檬酸来自乙酰,CoA,和草酰乙酸的缩合，提出完整的循环途径。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953,for his discovery of the citric acid cycle,for his discovery of co-enzyme A and its importance for intermediary metabolism,克雷布斯,Hans Adolf Krebs,1900-1981,Fritz Albert Lipmann,1899-1986,柠檬酸循环发现的大事记 1911年-1920年T.Th,柠檬酸循环,(,线粒体基质,),糖的有氧氧化（,aerobic oxidation,）,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,有氧氧化,葡萄糖 丙酮酸 乙酰,CoA,乳酸或乙醇,糖酵解,(,胞液,),电子传递链,氧化磷酸化,(,线粒体内膜,),CO,2,H,2,O + ATP,有氧氧化,(aerobic oxidation),分四阶段，第一阶段在,胞液,(,同糖酵解,),，后三个阶段在,线粒体,中进行。,C,6,H,12,O,6,+ 6O,2,6CO,2,+ 6H,2,O +,能量,柠檬酸循环糖的有氧氧化（aerobic oxidation）,丙酮酸转运到线粒体内,丙酮酸,线粒体,外 膜,线粒体,内 膜,H,+,丙酮酸转运酶,丙酮酸,CoASH,CO,2,乙酰,CoA,三羧酸循环,细胞,胞液,线粒体,基质,CO,2,CO,2,CoASH,糖酵解,一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),丙酮酸转运到线粒体内 丙酮酸 线粒体 线粒体 H+ 丙酮酸,丙酮酸被氧化为乙酰辅酶,A,和,CO,2,丙酮酸脱氢酶复合体,(pyruvate dehydrogenase (PDH) complex),E1,：丙酮酸脱氢酶,(TPP),E2,：二氢硫辛酸乙酰转移酶,(,硫辛酸,),E3,：二氢硫辛酸脱氢酶,(NAD, FAD),辅酶,A,泛酸,-巯基乙醇,乙酰,CoA,3-,磷酸腺苷二磷酸,活性巯基,硫酯,5,个辅酶：,硫胺素焦磷酸(,TPP), FAD, CoA, NAD,+,硫辛酸,TPP,氧化脱羧反应,氧化形式 还原形式 乙酰化形式,E2,(二氢硫辛酸乙酰转移酶)的多肽链,硫辛酸,(lipoate),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),丙酮酸被氧化为乙酰辅酶A和CO2 丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸被氧化为乙酰辅酶,A,和,CO,2,E2,：,二氢硫辛酸乙酰转移酶,(,硫辛酸,),丙酮酸脱氢酶复合体 (PDH),E1,：,丙酮酸脱氢酶,(TPP),E3,：,二氢硫辛酸脱氢酶,(NAD, FAD),核心结构,E2(,绿色,),：,60,个分子构成,20,个三聚体形成五角十二面体，硫辛酸,(,蓝色,),与,E1,活性位点连接，,E3(,红色,),绑定在核心,E2,活性位点上。,一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上。,HSCoA,NAD,+,丙酮酸被氧化为乙酰辅酶A和CO2 E2： 丙酮酸脱氢,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,1.,丙酮酸脱羧反应,发生在,TPP,辅基的催化反应,硫胺素焦磷酸,(TPP),噻唑环,丙酮酸,TPP,加成化合物,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,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。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,1.,丙酮酸脱羧反应, 羟乙基氧化形成乙酰基,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,2.,乙酰,CoA,系列具有很高的酰基转移势能,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,水解时释放自由能：,硫酯键：,31.38 KJ/mol,高能磷酸键：,30.54 KJ/mol,2. 乙酰CoA系列具有很高的酰基转移势能 第23章,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段, 丙酮酸与丙酮酸脱氢酶（,E,1,）中的,TPP,结合，脱羧生成羟乙基衍生物。, 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（,E,2,）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。,二氢硫辛酸脱氢酶,E,3,将,E,2,中的,2,个氢原子转移给,E,3,的辅基,FAD,，使,E,2,的硫辛酰赖氨酰基团成为氧化型。, 转酯反应，,CoA,的巯基代替,E,2,的巯基生成乙酰,CoA,和还原型硫辛酰基。,E,3,中的,FADH,2,将,H,+,转移给,NAD,+,生成,NADH+H,+,。,砷化物的毒害作用：,3-,磷酸甘油醛,E,2,的硫辛酰胺,-,酮戊二酸脱氢酶,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段,丙酮酸脱氢酶复合体的调控,分解,合成,氧化产能,胆固醇等,由丙酮酸脱氢酶复合体的活性来调控 ！,分解,氧化产能,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),二、柠檬酸循环概述,柠檬酸循环中的酶分布在线粒体基质。,C,2,C,6,C,6,C,5,C,4,C,4,C,4,C,4,C,4,共,8,步反应,2,个特征：,碳原子的流向；,富含能量分子的生成。,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,乙酰,CoA,柠檬酸,异柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,三羧酸循环,三羧循环酸：,1,个,GTP,3,个,NADH,1,个,FADH,2,2,个,CO,2,柠檬酸合酶,-,酮戊二酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,限速酶,底物水平磷酸化,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),乙酰CoA 柠檬酸 异柠檬酸 -酮戊二酸 琥珀酰CoA,底物水平磷酸化,乙酰,CoA,柠檬酸,异柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,第一次,氧化脱羧,第二次,氧化脱羧,氧化,氧化,水合,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,-,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酸硫激酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,限速酶,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),二、柠檬酸循环概述,底物水平磷酸化 乙酰CoA 柠檬酸 异柠檬酸 -酮戊二, 缩合反应,a,脱水反应,b,加水反应,氧化脱羧反应,氧化脱羧反应,底物水平磷酸化,脱氢反应,水化,反应,脱氢,反应,乙酰,CoA,柠檬酸,异柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,顺乌头酸,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,限速酶,顺乌头酸酶,-,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酸,CoA,合成酶,琥珀酸脱氢酶,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),二、柠檬酸循环概述, 缩合反应 a 脱水反应 b 加水反应 氧化,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,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,合酶（synthase）：催化不需要任何核苷三磷酸（如ATP,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,1.,柠檬酸的形成,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,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。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,1. 柠檬酸的形成 乙酰CoA 与草酰乙酸合成,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,2.,柠檬酸异构为异柠檬酸,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,2.,柠檬酸异构为异柠檬酸,加水、脱水，,-H,和,-OH,之间互换。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,2. 柠檬酸异构为异柠檬酸 加水、脱水，-H和-OH之间互,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,3.,异柠檬酸氧化为,-,酮戊二酸,+ CO,2,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,3.,异柠檬酸氧化为,-,酮戊二酸,+ CO,2,氧化脱羧,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,3. 异柠檬酸氧化为-酮戊二酸 + CO2 氧化脱羧,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,4.,-,酮戊二酸氧化成琥珀酰,CoA + CO,2,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,4.,-,酮戊二酸氧化成琥珀酰,CoA + CO,2,-,酮戊二酸脱氢酶复合体由,E,1,、,E,2,、,E,3,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硫酯键中。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,4. -酮戊二酸氧化成琥珀酰CoA + CO2,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,5.,琥珀酰,CoA,转化为琥珀酰,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,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,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,5. 琥珀酰CoA转化为琥珀酰 琥珀酰Co,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,6.,琥珀酸氧化为延胡索酸,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,6.,琥珀酸氧化为延胡索酸,琥珀酸脱氢酶催化，,FAD,作为辅基。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,6. 琥珀酸氧化为延胡索酸 琥珀酸脱氢酶催化，FAD作,7.,延胡索酸水化形成苹果酸,延胡索酸酶催化，水合作用。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,7. 延胡索酸水化形成苹果酸 延胡索酸酶催化，水合作用,8.,苹果酸氧化为草酰乙酸,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）。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,8. 苹果酸氧化为草酰乙酸 苹果酸脱氢酶催化，产生NADH, 缩合反应,a,脱水反应,b,加水反应,氧化脱羧反应,氧化脱羧反应,底物水平磷酸化,脱氢反应,水化,反应,脱氢,反应,乙酰,CoA,柠檬酸,异柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,顺乌头酸,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,限速酶,顺乌头酸酶,-,酮戊二酸脱氢酶,琥珀酸,CoA,合成酶,琥珀酸脱氢酶,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制, 缩合反应 a 脱水反应 b 加水反应 氧化,柠檬酸的异构问题,14,C,标记乙酰,CoA,进行研究结果，第一周循环中并无,14,C,出现,CO,2,，即,CO,2,的碳原子来自草酰乙酸而不是来自乙酰,CoA,，第二周循环时，才有,14,CO,2,出现。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,HS,-CoA,S-CoA,乙酰,CoA,草酰乙酸,柠檬酸,CO,2,CO,2,琥珀酸,异柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,柠檬酸的异构问题 14C标记乙酰Co,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),中间产物的消耗与补充,三、柠檬酸循环的反应机制,作为中间代谢的中心将分解过程中产生的,4,碳、,5,碳作为燃料分子进入此循环。,为什么一个简单的二碳单位,(,乙酰基,),氧化为,CO,2,如此复杂？,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,厌氧细菌中不完整的三羧酸循环产生的生物合成前体,厌氧微生物,缺乏,-,酮戊二酸脱氢酶,，不能进行完整的三羧酸循环。,-,酮戊二酸,和,琥珀酰,CoA,在生物合成途径中可以作为前体。不是能量来源。,生物合成产物：,氨基酸,核苷酸,血红素等,谷氨酸,-,酮戊二酸,天冬氨酸 草酰乙酸,NADH,产生,消耗,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,厌氧细菌中不完整的三羧酸循环产生的生物合成前体 厌氧微生物缺,TCA,中间产物是某些物质的合成原料（前体）,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,厌氧细菌中不完整的,TCA,TCA中间产物是某些物质的合成原料（前体） 第23章 柠檬酸,三羧酸循环的基本特点,1,、量上来说，循环中一个,2C,化合物被氧化成,CO,2,，但实际上这,2C,化合物不是来自加入的乙酰,CoA,，而来自草酰乙酸。,2,、中间代谢物，包括草酰乙酸在内，在循环中起催化剂作用，本身并无量的变化。,3,、循环中草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。,4,、氨基酸代谢时生成的,-,酮戊二酸、琥珀酸和延胡索酸等二羧酸类不能直接经循环氧化，须经,草酰乙酸、磷酸稀醇型丙酮酸转变成丙酮酸，再以乙酰,CoA,进入循环彻底氧化。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三、柠檬酸循环的反应机制,三羧酸循环的基本特点 1、量上来说，循环中一个2C化合物被,乙酰,CoA + 3NAD,+,+ FAD + GDP + Pi + 2H,2,O,2CO,2,+ 3NADH + 3H,+,+ FADH,2,+ GTP + CoA-SH,TCA,的生理意义,糖的有氧代谢是生物机体获得能量的主要途径；,三羧酸循环是有机物质完全氧化的共同途径；,三羧酸循环是分解代谢和合成代谢途径的枢纽；,三羧酸循环产生的,CO,2,，,其中一部分排出体外，其余部分供机体生物合成需要。,柠檬酸循环总反应式,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),四、柠檬酸循环的化学总计算,乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi,三羧循环酸：,1,个,GTP,3,个,NADH,1,个,FADH,2,2,个,CO,2,Pyruvate,Glucose,2 Pyruvate,糖酵解：,2,个,ATP,2,个,NADH,氧化磷酸化：,1 NADH 2.5 ATP,1 FADH,2, 1.5 ATP,氧化脱羧：,1,个,NADH,1,个,CO,2,葡萄糖完全氧化：,生成,6,分子,CO,2,三羧酸循环中氧化反应所释放的能量被有效地贮存起来,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),四、柠檬酸循环的化学总计算,三羧循环酸：Pyruvate Glucose 2 Pyr,化学反应,ATP,或还原辅酶,ATP,数,1,葡萄糖 葡糖,-6-,磷酸,-1 ATP,-1,1,果糖,-6-,磷酸 果糖,-1,6-,二磷酸,-1 ATP,-1,2,甘油醛,-3-,磷酸 甘油酸,-1,3-,二磷酸,2 NADH,3,或,5,2,甘油酸,-1,3-,二磷酸 甘油酸,-3-,二磷酸,2 ATP,2,2,磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸,2 ATP,2,2,丙酮酸 乙酰辅酶,A,2 NADH,5,2,异柠檬酸 ,-,酮戊二酸,2 NADH,5,2,-,酮戊二酸, 琥珀酰辅酶,A,2 NADH,5,2,琥珀酰辅酶,A ,琥珀酸,2 ATP,2,2,琥珀酸 延胡索酸,2 FADH,2,3,2,苹果酸 草酰乙酸,2 NADH,5,总计,30,或,32,葡萄糖经糖酵解、丙酮酸脱氢反应、,TCA,、氧化磷酸化产生的,ATP,数量,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),四、柠檬酸循环的化学总计算,化学反应ATP或还原辅酶ATP数1 葡萄糖 葡糖-6-磷,1,分子葡萄糖完全氧化分解代谢产生的能量,糖酵解,葡萄糖,2,丙酮酸,丙酮酸 乙酰,CoA,乙酰,CoA CO,2,ATP,(GTP),NADH,FADH,2,2,2,1,2,1,2,3,2,1,2,合计,4,10,2,三羧酸循环,丙酮酸氧化脱羧,4 ATP + (10 2.5) ATP + ( 2 1.5 ) ATP = 32 ATP,32 ATP 30.5 kJ/mol = 976,kJ/mol,能量被贮存,无氧分解,有氧分解,理论上葡萄糖完全氧化释放能量：,976 /2840 = 34%,被贮存,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),四、柠檬酸循环的化学总计算,合计,20,5,7,32,1分子葡萄糖完全氧化分解代谢产生的能量,1,、三个关键酶：,柠檬酸合成酶,异柠檬酸脱氢酶（限速酶）,-,酮戊二酸脱氢酶,2,、,NADH/NAD,+,和,ATP/ADP,比率的调节作用,ADP,与,NAD,+,浓度,：使三羧酸循环,ATP,与,NADH,浓度,：使三羧酸循环,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),五、柠檬酸循环的调控,1、三个关键酶：第23章 柠檬酸循环(The Citric,底物和产物对三羧酸循环的调节,三羧酸循环中最主要的调控物质是底物,乙酰,CoA,和草酰乙酸。,乙酰,CoA,和草酰乙酸在线粒体中的浓度未达到使,柠檬酸合酶饱和,的水平时，随底物浓度的增加而加快反应速度。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),五、柠檬酸循环的调控,Ca,2+,对三羧酸循环的调节,Ca,2+,激活,丙酮酸脱氢酶磷酸酶,，激活丙酮酸脱氢酶复合物，产生乙酰,CoA,；,Ca,2+,还激活与,异柠檬酸脱氢酶和,-,酮戊二酸脱氢酶脱氢酶磷酸酶,。,因此，,Ca,2+,不仅是刺激肌肉收缩的信号，也促进,ATP,的生成。,底物和产物对三羧酸循环的调节 三羧酸循环中最主,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),五、柠檬酸循环的调控,第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cyc,柠檬酸合酶,-,酮戊二酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,限速酶,丙酮酸脱氢酶复合体,丙酮酸脱氢酶复合体催化的乙酰,CoA,的产生通过,别构,和,共价,机制被调节；,三羧酸循环在,3,个放能反应步骤受调节。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),五、柠檬酸循环的调控,柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶 限速酶 丙酮,糖有氧氧化的调节是基于能量的需求,关键酶, 酵解途径：,己糖激酶, 丙酮酸的氧化脱羧：,丙酮酸脱氢酶复合体, 三羧酸循环：,柠檬酸合酶,丙酮酸激酶,6-,磷酸果糖激酶,-1,-,酮戊二酸脱氢酶复合体,异柠檬酸脱氢酶,有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要，有氧氧化过程中酶的活性都受细胞内,ATP/ADP,或,ATP/AMP,比例的影响。,ATP/ADP,或,ATP/AMP,比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。,ATP/AMP,效果更显著。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),五、柠檬酸循环的调控,糖有氧氧化的调节是基于能量的需求 关键酶 酵解途径：己糖,柠檬酸,-,酮戊二酸,琥珀酰,CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,两用性,或,双重性,琥珀酸,异柠檬酸,柠檬酸循环的,两栖途径,Asp,氨基酸、尿素、,嘧啶、核苷酸,碳水化合物,CO,2,丙酮酸,乙酰,CoA,氨基酸,核苷酸,Glu,某些氨基酸,Ile,、,Met,、,Val,奇数脂肪酸,卟啉,胆固醇,脂肪酸,氨基酸,Tyr,、,Phe,、,Asp,脂肪酸,酮体,六、柠檬酸循环的双重作用,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),葡萄糖,柠檬酸 -酮戊二酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 苹果酸,添补反应补充三羧酸循环中间物,三羧酸循环在合成代谢中的作用,红色显示,4,个添补反应，,用以补充消耗的循环中间物。,在正常环境条件下，循环中间物被移出到其他途径的化学反应与那些补充这些中间物的化学反应处于一种动态平衡，因此，三羧酸循环中间物的浓度几乎保持恒定。,卟啉,血红素,嘌呤,嘧啶,PEP,脱羧酶,苹果,酸酶,PEP,羧激酶,丙酮酸,羧化酶,哺乳动物肝肾中最重要的添补反应：,丙酮酸,+,CO,2,草酰乙酸,丙酮酸羧化酶,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),六、柠檬酸循环的双重作用,添补反应补充三羧酸循环中间物 三羧酸循环在合成代谢,三羧酸循环小结,TCA,循环是糖、脂肪和蛋白质等物质分解代谢的共同途径。氧化产生的能量暂存在电子载体,NADH,和,FADH,2,。在氧化磷酸化过程中，电子传递给氧，能量转移给,ATP,。,2. TCA,循环，真核生物发生在线粒体，原核生物发生在细胞质。,3.,经,TCA,氧化一个乙酰,CoA,，获得的能量物质有三分子,NADH,、一分子,FADH,2,和一分子,ATP/GTP,。,4.,除了乙酰,CoA,，所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳中间化合物,(,如氨基酸代谢产物,),都能在这个循环中被氧化。,5. TCA,循环具有两重性，既与分解代谢有关，也与合成代谢有关。循环中间物可以用作生物合成的原料。,6. TCA,循环中的中间产物被消耗，可以通过回补反应进行补充。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三羧酸循环小结 TCA循环是糖、脂肪和蛋白质等物质分解代,1,）有氧氧化,A,、糖酵解（胞液）,B,、丙酮酸氧化脱羧（线粒体膜）,C,、柠檬酸循环（线粒体基质）,D,、氧化磷酸化（线粒体内膜）,2,）磷酸戊糖途径（胞液）,3,）糖转化为脂肪、蛋白质,4,）输出血糖,5,）合成糖原（肝糖原、肌糖原）,肝脏中糖的去路,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),三羧酸循环小结,1）有氧氧化肝脏中糖的去路 第23章 柠檬酸循环(The,1.,在,TCA,循环中，,阶段发生了底物水平磷酸化？,A,、柠檬酸,-,酮戊二酸,B,、琥珀酰,CoA ,琥珀酸,C,、琥珀酸延胡索酸,D,、延胡索酸苹果酸,2.,在三羧酸循环中，由,-,酮戊二酸脱氢酶系所催化的反应需要,。,A,、,NAD,+,B,、,NADP,+,C,、,CoASH D,、,ATP,3.,丙酮酸脱氢酶系需要几种酶和辅酶？,4.,三羧酸循环中的关键酶都有哪些？,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),习题,1. 在TCA循环中， 阶段发生了,乙酰,CoA,进入柠檬酸循环释放,2,分子,CO,2,，是否是乙酰基的两个碳原子氧化产物？,柠檬酸循环中哪几步反应生成,NADH,？哪几步反应生成,FADH,2,？,柠檬酸循环哪步反应是循环中唯一一步底物水平磷酸化反应？,丙二酸是柠檬酸循环中哪个酶的竞争性抑制剂？（琥珀酸脱氢酶，丙二酸和琥珀酸结构类似）,尽管,O,2,没有直接参与柠檬酸循环，但没有氧的存在，柠檬酸循环就不能进行，为什么？（或：尽管,O,2,没有直接参与柠檬酸循环，为什么称柠檬酸循环是有氧代谢？）,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),习题,乙酰CoA进入柠檬酸循环释放2分子CO2，是否是乙酰基的两个,1.,糖酵解生成的丙酮酸在人体有氧条件下进一步转变成,_,。,A.,乙醇,B.,乙酰,CoA C.,脂酰,CoA D.,乳酸,2.,糖酵解过程中的限速酶是,_,。,A.,烯醇化酶,B.,磷酸果糖激酶,C.,醛缩酶,D. 3-,磷酸甘油醛脱氢酶,3.,三羧酸循环的第一步反应产物是,。,A.,柠檬酸,B.,草酰乙酸,C.,乙酰辅酶,A D.CO,2,4.,丙酮酸脱氢酶系催化底物脱下的氢，最终是交给,FAD,生成,FADH,2,。,5.,底物水平磷酸化是指,。,A. ATP,水解为,ADP,和,Pi,；,B.,底物经分子重排后形成高能磷酸键水解后使,ADP,磷酸化为,ATP,分子；,C.,呼吸链上,H,+,传递过程中释放能量使,ADP,磷酸化为,ATP,分子；,D.,使底物分子加上一个磷酸根,.,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),习题,1. 糖酵解生成的丙酮酸在人体有氧条件下进一步转变成_,6. 1,分子丙酮酸完全氧化分解产生,3,CO,2,和,ATP,分子。,7.,在细胞胞液中进行的代谢是,.,A,三羧酸循环,B,脂肪酸氧化,C,电子传递,D,糖酵解,8.,无氧条件下，糖酵解过程的终产物是,。,A,丙酮酸,B,葡萄糖,C,乳酸,D,乙酰,CoA,琥珀酸氧化呼吸链由复合物,I,、,III,和,IV,组成。,三羧酸循环中底物水平磷酸化直接生成的是,GTP,。,糖的有氧氧化的最终产物是,。,A CO,2,+ H,2,O + ATP B,乳酸,C,丙酮酸,D,柠檬酸,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),习题,6. 1分子丙酮酸完全氧化分解产生 3,13.,糖酵解途径中直接进入产能阶段的三碳物质,，而,作为合,成前体转化后进入糖酵解。,14.,糖酵解途径中的底物水平磷酸化反应的物质是,和,。,15.,糖酵解途径中丙酮酸的三个出路？,16. 1,分子葡萄糖经无氧代谢生成,分子乳酸和,分子,ATP,。,17.,葡萄糖的糖酵解反应发生在,，生成的,必须转运到,内进行柠檬酸循环彻底氧化为,CO,2,和,H,2,O,。,18.,柠檬酸循环中释放的大部分能量是以,和,形式被有效地贮存着，有氧代谢细胞中产生的大多数,ATP,都是通过,过程产生的。,19.,乙酰,CoA,进入柠檬酸循环释放的,2,分子,CO,2,是否是乙酰基上的,2,个碳氧化产物？,3-,磷酸甘油醛 磷酸二羟丙酮,1,3-,磷酸甘油酸 磷酸烯醇式丙酮酸,2 2,NADH FADH,2,细胞胞液 丙酮酸 线粒体基质,氧化磷酸化,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),习题,13. 糖酵解途径中直接进入产能阶段的三碳物质,琥珀酸,延胡索酸,20.,柠檬酸循环中琥珀酸脱氢酶的反应，以,1/v,对,1/S,作图，画出反应曲线：,（,1,）没有抑制剂；（,2,）有丙二酸存在,琥珀酸脱氢酶,21.,丙二酸是柠檬酸循环中哪个酶的竞争性抑制剂？,22.,柠檬酸循环中哪几步反应生成,CO,2,？,23.,柠檬酸循环中哪几步反应生成,NADH,？,24.,柠檬酸循环中哪几步反应生成,FADH,2,？,25.,柠檬酸循环中哪步反应是底物水平磷酸化反应？,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),习题,琥珀酸 延胡索酸 20. 柠檬酸循环中琥珀酸脱氢,Pasteur,效应：,糖的有氧氧化对糖酵解的抑制作用称为,Pasteur,效应,。,机理：,有氧时,NADH+H,+,可进入线粒体内氧化，于是丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸-有氧氧化可抑制糖酵解。,缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与,P,i,不能合成ATP，致使ATP / ADP 比值,降低,，而激活糖酵解途径的限速酶，故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),Pasteur效应：机理：第23章 柠檬酸循环(The Ci,Crabtree,效应（亦称反,Pasteur,作用）：,实验现象：,癌细胞中有C,rabtree,现象，后发现某些正常组织细胞,(,如视网膜、睾丸、小肠粘膜、颗粒性白细胞、肾髓质、成熟红细胞等,),亦有此现象。,解释：此类细胞糖酵解酶系较强，而线粒体中某些氧化酶系如细胞色素氧化酶活性较低，争夺氧化磷酸化底物处劣势。,一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否，均呈现很强的酵解反应，而糖的有氧氧化受抑制，这种作用称为,Crabtree,效应。,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),Crabtree效应（亦称反Pasteur作用）：实验现象：,糖代谢相关疾病,第,23,章 柠檬酸循环,(,The Citric Acid Cycle,),糖代谢相关疾病第23章 柠檬酸循环(The Citric A,三羧酸循环的实验依据（,1,）,Krebs,首先证实六碳三羧酸,(,柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸,),和,-,酮戊二酸，以及四碳二羧酸,(,琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸,),都能强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，氧的消耗。,说明这些化合物都是丙酮酸氧化途径中的中间产物,Krebs,还发现在肌肉糜悬浮液加入丙二酸，有抑制丙酮酸氧化的作用，而且在肌肉糜悬浮液有琥珀酸的积累。,说明丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。,三羧酸循环的实验依据（1）Krebs首先证实六碳三羧酸(柠檬,在被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中直接加入六碳三羧酸或,-,酮戊二酸等有机酸，同样有琥珀酸的积累。,说明在丙酮酸氧化途径中，上述物质都可转化成琥珀酸,在被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中直接加入琥珀酸脱氢酶催化反应的产物如延胡索酸、苹果酸、草酰乙酸等有机酸，也可以引起琥珀酸的积累。,说明另有一条途径氧化生成琥珀酸，故,Krebs,提出了环状氧化的概念。,三羧酸循环的实验依据（,2,）,在被丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中直接加入六碳三羧酸或-酮戊二,
展开阅读全文