三羧酸循环课件

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,丙酮酸,乙酰辅酶,A,三羧酸循环,丙酮酸乙酰辅酶A三羧酸循环,1,使糖最终氧化成,CO,2,和,H,2,O,的过程包括三羧酸循环。,在,有氧,的情况下，酵解产生的,丙酮酸氧化脱羧,形成,乙酰,CoA,。乙酰,CoA,在三羧酸循环中经一系列氧化、脱羧，最终生成,CO,2,。,三羧酸循环是呼吸作用的中心氧化途径，使糖，脂肪和蛋白质在需氧生物和组织中彻底分解。,三羧酸循环的讨论集中在可氧化物质的去路，生物氧化的讨论集中在电子传递链和,ATP,合成。如果从呼吸的最终产物（,CO,2,和,H,2,O,）的角度考虑，三羧酸循环强调,CO,2,的产生，生物氧化强调,H,2,O,的产生。,呼吸是指有机分子在体内氧化分解并释放能量的过程。呼吸的最终产物是,CO,2,和,H,2,O,。,使糖最终氧化成CO2和H2O的过程包括三羧酸循环。,2,第一阶段,第二阶段,第三阶段,丙酮酸,脂肪酸,氨基酸,还原的电子载体,NADH/FADH,2,呼 吸 链,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,呼吸的三阶段,三羧酸循环,第一阶段第二阶段第三阶段 丙酮酸 脂肪酸,3,第一阶段：乙酰基的产生，这是个活化的二碳片段，可与辅酶,A,形成乙酰辅酶,A,；,第二阶段：乙酰辅酶,A,在三羧酸循环中的氧化；,第三阶段：在三羧酸循环中产生的还原电子载体在氧化磷酸化中再氧化，并伴随,ATP,的产生。,第一阶段：乙酰基的产生，这是个活化的二碳片段，可与辅酶A形成,4,辅酶,A,是根据它活化酰基,(acyl group),的作用命名的。,辅酶,A,是从,ATP,维生素泛酸,(pantothenic acid),和,巯基乙胺产生。,辅酶,A,的巯基是功能部分。其余部分提供酶结合位点。,在酰化辅酶,A,中，如乙酰辅酶,A,，酰基与巯基相连形成硫酯。,辅酶,A,和碳的活化,辅酶A是根据它活化酰基(acyl group)的作用命名的。,5,自由能，,G,硫酯和一般酯的共振和,G,的关系,硫酯键和一般酯键比较，是富能的。这主要与共振稳定性有关。,电子的重叠使,C-O,键有部分双键特征。由于,S,原子比氧原子大，,C,和,S,之间的,电子不能重叠，,C=S,这种形式基本上不存在。硫酯比一般酯不稳定，水解的,G,0,增高。酰基辅 酶,A,的,C-S,键比一般酯键中的,C-O,键要弱。酰基很容易转移到其他中间代谢物。,自由能，G硫酯和一般酯的共振和G的关系硫酯键和一般酯键比较,6,三羧酸循环的发现,三羧酸循环的基本要点是乙酰辅酶,A,上的两个活化碳与一个,4,碳底物连接，连接产物被其他反应氧化释放两个,CO,2,，并再产生起始的,4,碳底物。这个途径是环状的。,因为末端产物与起始产物之一相同，可以通过与另一分子乙酰辅酶,A,的反应开始另一轮新的循环。,三羧酸循环也称为柠檬酸循环。因为循环途径是由,Krebs1937,年正式提出的，所以又称,Krebs,循环。,Krebs,和,Lipmann,共同获得了诺贝尔奖金。,Lipmann,发现了乙酰,CoA,。,三羧酸循环的发现,7,1,早期工作：,从,1920,到,1935,年，,Thunberg,，,Krebs,和,Szent,发现，在肌肉糜中加入,柠檬酸,和四碳二羧酸如,琥珀酸,，,延胡索酸,，,苹果酸,，,草酰乙酸,可刺激,氧的消耗,。,1937,年,Martins,和,Knoop,阐明了从柠檬酸经,顺乌头酸,，,异柠檬酸,，,酮戊二酸,到琥珀酸的氧化途径。,1早期工作：,8,2,Krebs,在研究鸽胸肌的耗氧中观察到,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）强烈,刺激,肌肉中,丙酮酸氧化,的活性，其他天然存在的有机酸都没有上述几种酸活性强。,2Krebs在研究鸽胸肌的耗氧中观察到六碳三羧酸（柠檬酸，,9,3,Krebs,发现,丙二酸,是,琥珀酸脱氢酶,的竞争性抑制剂，即使在肌肉糜悬浮液中加入活性有机酸，也还有抑制效应，说明此酶催化的反应在丙酮酸氧化途径中起重要作用。,在丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中有,柠檬酸,，,-,酮戊二酸,和,琥珀酸,的,积累,，证明没有丙二酸时，柠檬酸和,-,酮戊二酸转化成琥珀酸。,3Krebs发现丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，即使在,10,4,被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中加入,琥珀酸脱氢酶,催化的反应产物如,延胡索酸,，,苹果酸,或,草酰乙酸,也可引起琥珀酸的进一步,积累,，说明另有一条途径氧化成琥珀酸，因此,Krebs,提出环状氧化途径的概念。,4被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中加入琥珀酸脱氢酶催化的反应产物,11,5,将,草酰乙酸,加入被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中可以,消除对丙酮酸氧化的抑制,，悬浮液中有柠檬酸积累。,Krebs,的解释是丙酮酸氧化需消耗草酰乙酸，合成柠檬酸，若加入丙二酸，由于不能再生成草酰乙酸，所以丙酮酸氧化被抑制。,5将草酰乙酸加入被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中可以消除对丙酮酸,12,6,由于环中每个有机酸的加入都可以使丙酮酸氧化量增加数倍，每个有机酸的最大反应速度都与丙酮酸氧化的最大速度相同，所以环状氧化是丙酮酸氧化的主要途径。,通过总结前人的实验和上述一系列实验，,Krebs,在,1937,年提出了三羧酸循环。后来发现这一途径在动、植物，微生物中普遍存在，,不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪，蛋白质分解代谢的最终途径,，具有重要的生理意义。,6由于环中每个有机酸的加入都可以使丙酮酸氧化量增加数倍，每,13,图,3-3.,三羧酸循环的反应,乙酰辅酶,A,草酰乙酸,柠檬酸,顺 乌 头 酸,水合,脱 氢,异柠檬酸,氧化脱羧,-,酮戊二酸,氧化脱羧,琥珀酰辅酶,A,底物水平磷酸化,脱氢,丁烯二酸,丁二酸,苹果酸,脱 氢,缩合,水合,-,2H,CO,2,2H,CO,2,2H,琥珀酰辅酶,A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,2H,2H,-,酮戊二酸,顺乌头酸,柠檬酸,异柠檬酸,脱水,水合,脱氢,脱氢,氧化脱羧,氧化脱羧,水合,底物水平磷酸化,缩合,GTP,GDP+Pi,乙酰辅酶,A,三羧酸循环要略,图3-3.乙酰辅酶A草酰乙酸柠檬酸顺 乌 头 酸水合脱,14,丙酮酸到乙酰辅酶,A,的总反应,0,总反应是高度放能的，在细胞中是不可逆的。,丙酮酸氧化脱羧形成乙酰,CoA,的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的，这是一个,连接,酵解和三羧酸循环的中心环节。,这个反应由,丙酮酸脱氢酶复合体,催化。丙酮酸脱氢酶复合体包括,3,个不同的酶和,5,种不同的辅酶，包括,焦磷酸硫胺素（,TPP,），硫辛酸，,FAD,，,NAD,+,和,CoA,。,丙酮酸到乙酰辅酶A的总反应0总反应是高度放能的，在细胞中是,15,焦磷酸硫氨,(TPP),硫氨,焦磷酸硫氨,+,+,H,3,C,因为这是第一个鉴定的,B,维生素，又称维生素,B,1,。,焦磷酸硫氨(TPP)硫氨焦磷酸硫氨+H3C因为这是第一个鉴,16,TPP,反应机制,TPP,噻唑环硫和氮之间的酸性碳是活性部位。,1,）这个碳形成碳负离子；,2,）它可以攻击,-,酮酸的羰基,;,3,）当,-,酮酸是底物时，产生的加成化合物进一步非氧化脱羧；,4,）加氢后形成羟乙基,-TPP,（活化乙醛）,这个二碳片断转移到其他辅酶时被氧化成乙醛。,+,_,+,+_+,17,1,2,3,4,5,6,O,硫辛酸,(Lipoic acid),硫辛酸的羧基与酶,2,（二氢硫辛酸乙酰转移酶）赖氨酸的,-,氨基形成酰氨键，产生硫辛酰氨。,活化乙醛部分从,TPP,转移到硫辛酰氨,C,6,的,S,上包括羟乙基的氧化和二硫的还原，这在丙酮酸脱氢酶中产生一个乙酰基，这个乙酰基再转移到辅酶,A,。,123456O硫辛酸(Lipoic acid)硫辛酸的羧基与,18,