羧酸循环医学知识专家讲座

,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,*,三羧酸循环,一.由丙酮酸形成乙酰,CoA,二.,三羧酸,循环过程,三.三羧酸循环化学计量,四.三羧酸循环回补反应,五.三羧酸循环调控,六.三羧酸循环生物学意义,羧酸循环医学知识专家讲座,第1页,丙酮酸进入线粒体转变为乙酰,CoA,这是连接糖酵解和三羧酸循环纽带：,丙酮酸+,CoA+NAD,+,乙酰,CoA+C,2,O+NADH+H,+,一、由丙酮酸形成乙酰,CoA,反应不可逆，分5步进行，由,丙酮酸脱氢酶复合体,催化。,丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大多酶复合体，包含,丙酮酸脱氢酶,E1、,二氢硫辛酸乙酰转移酶,E2、,二氢硫辛酸脱氢酶,E3,三种不一样酶及焦磷酸硫胺素(,TPP)、,硫辛酸，,FAD,NAD+,CoA,及,Mg2+,六种辅助因子组装而成。,羧酸循环医学知识专家讲座,第2页,大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体内容,缩写 肽链数 辅基 催化反应,丙酮酸脱氢（羧）酶,E,1,24 TPP,丙酮酸氧化脱羧,二氢硫辛酸乙,E,2,24,硫辛酸 将乙酰基转移到,CoA,酰转移酶,二氢硫辛酸脱氢酶,E,3,12 FAD,将还原型硫辛酰胺,转变为氧化型,羧酸循环医学知识专家讲座,第3页,反应步骤（,P93）,羟乙基,TPP,羧酸循环医学知识专家讲座,第4页,羧酸循环医学知识专家讲座,第5页,丙酮酸氧化脱羧调控,由,丙酮酸到,乙酰,CoA,是一个主要步骤，处于代谢路径分支点，所以此体系受到严密调整控制：,1、产物抑制：,乙酰,CoA,抑制乙酰转移酶,E2,组分，,NADH,抑制二氢硫辛酸脱氢酶,E3,组分。抑制效应被,CoA,和,NAD+,逆转。,2、核苷酸反馈调整：,丙酮酸,脱氢酶,E1,受,GTP,抑制，被,AMP,活化。,3、砷化物与,E2,中辅基硫辛酰胺形成无催化能力砷化物。,4、可逆磷酸化作用调整：,丙酮酸,脱氢酶,E1,磷酸化状态无活性，反之有活性。,5、,Ca,2+,激活,羧酸循环医学知识专家讲座,第6页,二,TCA,循环过程,羧酸循环医学知识专家讲座,第7页,C=O,COO,-,CH,2,COO,-,C-CH3,S-COA,O,CH,2,C,-,SCOA,HO-C-COO,-,COO,-,CH,2,O,CH,2,COO-,HO-C,-COO,-,COO,-,CH,2,柠檬酸合酶,+,+,HS-COA+H,+,H2O,COA,1、乙酰,COA,与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,单向不可逆,可调控限速步骤,氟乙酰,CoA,造成致死合成,常作为杀虫药,三羧酸,羧酸循环医学知识专家讲座,第8页,CH,2,COO-,HO-C,-COO,-,COO,-,CH,2,CH,COO-,C,-COO,-,COO,-,CH,2,HO-CH,COO-,CH-COO,-,COO,-,CH,2,2、柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）,H2O,H2O,顺乌头酸,在,pH7.0，25,C,平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：,异,柠檬酸=,90：4：6,柠檬酸,异柠檬酸,羧酸循环医学知识专家讲座,第9页,HO-CH,COOH,C,H-COOH,COOH,CH,2,3、由异柠檬酸氧化脱羧生成,-,酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）,CO,COOH,C,H-,COOH,COOH,CH,2,CO,COOH,CH2,COOH,CH,2,NAD,+,NADH+H,+,H,+,CO2,TCA,中第一次氧化作用、脱羧过程,异柠檬酸脱氢酶为第二个调整酶,三羧酸到二羧酸转变,草酰琥珀酸,-,酮戊二酸,Mg,2+,羧酸循环医学知识专家讲座,第10页,4、,-,酮戊二酸氧化脱羧成为,琥珀酰,COA（-,酮戊二酸脱氢酶复合体）,CO,COOH,CH2,COOH,CH,2,+,COASH+NAD,+,CO,SCOA,CH2,COOH,CH,2,+,NADH+H,+,+,CO,2,TCA,中第二次氧化作用、脱羧过程,-,酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相同,-,酮戊二酸脱氢酶,E1,琥珀酰转移酶,E2,二氢硫辛酸脱氢酶,E3 TPP、,硫辛酸、,COA、FAD、NAD,+,、Mg2+,羧酸循环医学知识专家讲座,第11页,5 、琥珀酰,COA,转化成琥珀酸，并产生,GTP（,琥珀酰,COA,合成酶）,CO,S COA,CH2,COOH,CH,2,COOH,CH2,COOH,CH,2,GDP+Pi,GTP+HSCOA,TCA,中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物步骤,GTP+ADP GDP+ATP,羧酸循环医学知识专家讲座,第12页,6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸,COOH,CH2,COOH,CH,2,COOH,CH,COOH,+,FAD,+,FADH,2,TCA,中第三次氧化步骤,丙二酸为该酶竞争性抑制剂,开始四碳酸之间转变,琥珀酸脱氢酶,HC,COOH,CH,2,COOH,嵌入线粒体内膜,羧酸循环医学知识专家讲座,第13页,COOH,CH,COOH,CH,7、延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）,COOH,HO-CH,COOH,H-C-H,+,H2O,延胡索酸酶,羧酸循环医学知识专家讲座,第14页,COOH,HO-CH,COOH,H-C-H,8、苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）,+,NAD,+,COOH,C=O,COOH,CH2,+,NADH+H,+,TCA,中第四次氧化步骤，最终一步。,羧酸循环医学知识专家讲座,第15页,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-,酮戊二酸,琥珀酰辅酶,A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶,A,三羧酸循环过程,TCA,经四次氧化，二次脱羧，经过一个循环，能够认为乙酰,COA,2,CO,2,羧酸循环医学知识专家讲座,第16页,三、三羧酸循环化学计量,乙酰,CoA+3NAD,+,+FAD+GDP+Pi+2H,2,O,2C,2,O+3NADH+FADH,2,+GTP+CoA+3H,+,循环有以下特点：,1、,乙酰,CoA,与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个,C,原子进入循环。在以后两步脱羧反应中，有两个,C,原子以,CO,2,形式离开循环，相当于乙酰,CoA,2个,C,原子形成,CO,2,。,2、,在循环中有4对,H,原子经过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原,NAD,+,生成3个,NADH+H,+,1,对用以还原,FAD,生成1个,FADH,2,。,3、,由琥珀酰,CoA,形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个,GTP,1GTP 1ATP。,4、,循环中消耗两分子水。,5,、3,NADH 7.5 ATP ，,1FADH,2,1.5ATP，,再加上1个,GTP,6、,单向进行,7、,整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。,1分子乙酰,CoA,经过,TCA,循环被氧化，可生成10分子,ATP。,羧酸循环医学知识专家讲座,第17页,若从丙酮酸开始，加上纽带 生成1个,NADH，,则共产生10+2.5=12.5个,ATP。,若从葡萄糖开始，共可产生12.5,2+7=32个,ATP。,(,二版及其它教材为38个,ATP，NADH,3ATP，FADH,2,2ATP,),可见由糖酵解和,TCA,循环相连组成糖有氧氧化路径，是机体利用糖氧化取得能量最有效方式，也是机体产生能量主要方式。,羧酸循环医学知识专家讲座,第18页,-,酮戊二酸 谷氨酸,草酰乙酸 天冬氨酸,琥珀酰,CoA,卟啉环,上述过程均可造成草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环运转，所以必须不停补充才能维持其正常进行，这种补充称为,回补反应(,anaplerotic reaction),。,四、三羧酸循环回补反应,三羧酸循环不但是产生,ATP,路径，它中间产物也是生物合成前体，如,羧酸循环医学知识专家讲座,第19页,丙酮酸羧化,PEP,羧化,苹果酸脱氢,由氨基酸形成,草酰乙酸回补反应主要经过4个路径：,羧酸循环医学知识专家讲座,第20页,丙酮酸羧化,(动物体内主要回补反应),草酰乙酸或循环中任何一个中间产物不足,TCA,循环速度降低,乙酰-,CoA,浓度增加,高水平乙酰,CoA,激活,丙酮酸羧化酶,产生更多草酰乙酸,生物素,Mg2+,在线粒体内进行,羧酸循环医学知识专家讲座,第21页,PEP,羧化,（在植物、酵母、细菌）,反应在胞液中进行,羧酸循环医学知识专家讲座,第22页,苹果酸脱氢,丙酮酸,苹果酸,羧酸循环医学知识专家讲座,第23页,氨基酸转化,-,酮戊二酸,天冬氨酸,谷氨酸,草酰乙酸,羧酸循环医学知识专家讲座,第24页,五、三羧酸循环调控,三羧酸循环速度主要取决于细胞对,ATP,需求量，另外也受细胞对于中间产物需求影响。有 3个调控部位。,1、柠檬酸合成酶,（限速酶）,ATP、NADH,是该酶变构抑制剂，高浓度,ATP,和,NADH,抑制柠檬酸合成，即抑制三羧酸循环地进行。高农度琥珀酰-,CoA,抑制该酶活性。,2、异柠檬酸脱氢酶,该酶受,ATP,和,NADH,变构抑制，受,ADP,变构促进和,Ca,2+,激活。,3、,-,酮戊二酸脱氢酶,该酶受产物琥珀酰,CoA,和,NADH,抑制，也受高能荷抑制。,Ca,2+,激活。,羧酸循环医学知识专家讲座,第25页,六、三羧酸循环生物学意义,与糖酵解组成糖有氧代谢路径，为机体提供大量能量，一分子葡萄糖经,EMP、TCA,循环和呼吸链氧化共可产生32个,ATP,。,TCA,循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络枢纽。,TCA,循环,中间产物,脂肪酸、氨基酸,合成代谢,分解代谢产物,C,2,O+H,2,O+,能量,TCA,循环既是物质分解代谢组成部分，亦是物质合成主要步 骤，为其它生物合成提供原料。,羧酸循环医学知识专家讲座,第26页,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-,酮戊二酸,琥珀酰辅酶,A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶,A,三羧酸循环过程及其调控,2,CO,2,1,ATP、NADH,琥珀酰-,CoA,抑制,2,ATP、NADH,抑制,ADP、Ca2+,激活,3,ATP、NADH,琥珀酰-,CoA,抑制,ADP、Ca2+,激活,羧酸循环医学知识专家讲座,第27页,