15第十五章柠檬酸循环课件.ppt

1、第第1页页第一阶段：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CoACoA H 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。第第2页页第第3页页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

2、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)补反应补反应第第4页页丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系第第5页页n丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循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环的中间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。质中进行。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

3、E3 3）6 6种辅因子：种辅因子：TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD+、CoACoA和和MgMg2+2+。第第6页页第第7页页第第8页页第第9页页第第10页页 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)二氢硫辛酸转乙酰酶催化羟乙基氧化二氢硫辛酸转乙酰酶催化羟乙基氧化为乙酰基，并转移给硫辛酰胺形成乙酰为乙酰基，并转移给硫辛酰胺形成乙酰硫辛酰胺；硫辛酰胺；3)3)二氢硫辛酸转乙酰酶催化乙酰硫辛酰二氢硫辛酸转乙酰酶催化乙酰硫辛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)二氢硫辛酸脱氢酶催化还原的硫辛酸

4、二氢硫辛酸脱氢酶催化还原的硫辛酸再氧化，并将氢交给再氧化，并将氢交给FADFAD生成生成FADHFADH2 2-E-E；5)FADH5)FADH2 2使使NADNAD+还原。还原。第第11页页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第第12页页第第13页页nCitric AcidCycleCitric AcidCycle（tricarboxylictricarboxylic Acid Cycle(TCA)Acid Cycle(TCA)），），TCATCA循环循环n概念概念：乙酰：乙酰CoACoA与草酰乙酸缩合生成与草酰乙酸缩合生成柠檬酸，

5、再经一系列的氧化、脱羧柠檬酸，再经一系列的氧化、脱羧，最终生成，最终生成COCO2 2和和H H2 2O O，并产生能量的，并产生能量的过程。过程。n途径如下：途径如下：第第14页页催化催化TCATCA的第一步反应，反应先生成柠檬酰的第一步反应，反应先生成柠檬酰CoACoA，再水解为柠檬酸，再水解为柠檬酸，是放能反应，不是放能反应，不可逆可逆。是是TCATCA的一个调节酶的一个调节酶。氟乙酸是一种杀虫剂或灭鼠药的有效成分氟乙酸是一种杀虫剂或灭鼠药的有效成分。其被生物摄入后转变为氟乙酰。其被生物摄入后转变为氟乙酰CoACoA，它它在酶的作用下与草酰乙酸生成氟柠檬酸在酶的作用下与草酰乙酸生成氟柠檬

6、酸，顺乌头酸酶只识别柠檬酸，对氟柠檬，顺乌头酸酶只识别柠檬酸，对氟柠檬酸没有作用，致使酸没有作用，致使TCATCA中断，这种合成为中断，这种合成为致死合成致死合成(lethal synthesis)(lethal synthesis)。第第15页页第第16页页第第17页页第第18页页第第19页页 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+为氢为氢受体受体；另一种以；另一种以NADPNADP+为氢受体（胞质及线粒体中都有为氢受体（胞质及线粒体中都

7、有存在），前者为存在），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，正调控物是物是ADPADP，缺乏，缺乏ADPADP时没有活力，时没有活力，ATPATP及及NADHNADH对酶有抑制对酶有抑制作用。作用。-裂解，断裂乙酰基的裂解，断裂乙酰基的C-C共价键。共价键。第第20页页第第21页页高能化合物高能化合物第第22页页 与与Py dHEPy dHE复合物的组成及作用非常相似，包括三个复合物的组成及作用非常相似，包括三个酶组分：酶组分：1 1）-酮戊二酸酮戊二酸 脱氢酶脱氢酶(E1,(E1,不受磷酸化调不受磷酸化调控控)2 2）琥珀酰转移酶琥珀酰转移酶(

8、E2)(E2)3 3）二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶(E3)E3)还有六种辅助因子：还有六种辅助因子：TPP,CoATPP,CoA,FAD,NAD+,FAD,NAD+,硫辛酸硫辛酸及及Mg2+Mg2+。催化反应：。催化反应：-Ketoglutarate+CoA+NAD-Ketoglutarate+CoA+NAD+succinyl succinyl CoA+CO CoA+CO2 2+NADH+H+NADH+H+酶也是酶也是调节酶调节酶，受产物，受产物NADH,succinyl CoANADH,succinyl CoA和和CaCa2+2+抑制；抑制；ATPATP、GTPGTP对酶有反馈抑制；不受

9、磷酸化的共价对酶有反馈抑制；不受磷酸化的共价调节。调节。第第23页页由琥珀酰由琥珀酰CoACoA合成酶合成酶n底物水平的磷酸化底物水平的磷酸化第第24页页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。第第25页页第第26页页苹果酸脱氢酶第第27页页第第28页页第第29页页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

10、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：CHCH3 3COCoA+2HCOCoA+2H2 2O+3NADO+3NAD+FAD+GDP+Pi+

11、FAD+GDP+Pi 2CO2CO2 2+3(NADH+H+3(NADH+H+)+FADH)+FADH2 2+GTP+CoASH+GTP+CoASH 第第30页页 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）2Py2Py（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 FAD

12、H2 2+GTP+GTP 氧化磷酸化，氧化磷酸化，30 or 32ATP30 or 32ATP第第31页页第第32页页第第33页页第第34页页第第35页页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糖、脂、蛋白质三大物质转化的枢纽纽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在植物体内为某些器官特定时期的积累物质积累物质第第36页页n目前生物体内三羧酸循环的调节位点并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未彻底搞清楚，普遍认为有三个调控位点：点：H柠檬酸合酶柠檬酸合酶H异柠

13、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必经之路，关于此代谢的调控一并在此讲述。讲述。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第第38页页v产物抑制产物抑制:乙酰乙酰CoACoA和和NADHNADH都抑制丙酮酸脱氢酶都抑制丙酮酸脱氢酶系，抑制作用为相应的反应物系，抑制作用为相应的反应物CoACoA及及NADNAD+所逆转所逆转。机制可能是竞争性抑制（也有的认为是别构。机制可能是竞争性抑制（也有的认为是别构调节）。调节）。v共价调节：共价调节：丙酮

14、酸脱氢酶分子上的丙酮酸脱氢酶分子上的Ser-OHSer-OH被磷被磷酸激酶催化，酸激酶催化，磷酸化而没有活性磷酸化而没有活性，一旦磷酸基，一旦磷酸基团被磷酸酯酶催化水解（团被磷酸酯酶催化水解（去磷酸化）可恢复活去磷酸化）可恢复活性性H细胞内细胞内ATP/ADP,ATP/ADP,乙酰乙酰CoA/CoA,NADH/NADCoA/CoA,NADH/NAD+比值比值高时，磷酸化作用加强；高时，磷酸化作用加强；HCaCa2+2+促进去磷酸化作用，胰岛素（促进去磷酸化作用，胰岛素（insulininsulin）也可刺激去磷酸化作用。也可刺激去磷酸化作用。第第39页页柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：主要受底物和产物

15、浓度的调节主要受底物和产物浓度的调节琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA，NADHNADH抑制酶的活性；抑制酶的活性；OAAOAA和乙酰和乙酰CoACoA促进酶的活性，其中琥珀酰促进酶的活性，其中琥珀酰-CoA-CoA为为OAAOAA竞争竞争性抑制剂，性抑制剂，异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶：ATPATP、NADHNADH是该酶的抑制剂，是该酶的抑制剂，而而ADPADP是酶的是酶的别构激活剂。别构激活剂。-酮戊二酸脱氢酶：琥珀酰酮戊二酸脱氢酶：琥珀酰-CoA-CoA，NADHNADH是抑制是抑制剂。剂。第第40页页通过通过ADPADP对异柠檬酸脱氢酶的别构激活，三对异柠檬酸脱氢酶的别构激活，三羧酸循环流

16、量与细胞的能量状态相适应。羧酸循环流量与细胞的能量状态相适应。通过线粒体内通过线粒体内NADHNADH对酶活性的抑制作用，对酶活性的抑制作用，使三羧酸循环流量与细胞的氧化还原状态相使三羧酸循环流量与细胞的氧化还原状态相适应（适应（NADH/NADNADH/NAD）。）。通过乙酰辅酶通过乙酰辅酶A A和琥珀酰辅酶和琥珀酰辅酶A A对有关酶的对有关酶的抑制，三羧酸循环流量与细胞内可利用富能抑制，三羧酸循环流量与细胞内可利用富能化合物化合物(energy-rich compounds)(energy-rich compounds)的量相适的量相适应。应。第第41页页第第42页页第第43页页回补反应是

17、补充用于生物合成的三羧酸循回补反应是补充用于生物合成的三羧酸循环中间物。环中间物。(1)(1)动物肝脏和肾脏的线粒体中，丙酮酸动物肝脏和肾脏的线粒体中，丙酮酸羧化酶催化羧化酶催化 第第44页页第第45页页第第46页页第第47页页第第48页页n乙醛酸循环：乙醛酸循环：是某些植物、微生物中柠檬酸循是某些植物、微生物中柠檬酸循环的修改形式，通过该循环可以由乙酰环的修改形式，通过该循环可以由乙酰CoACoA经经草酰乙酸净生成葡萄糖。乙醛酸循环绕过了柠草酰乙酸净生成葡萄糖。乙醛酸循环绕过了柠檬酸循环中生成两个檬酸循环中生成两个COCO2 2的步骤，由于在代谢的步骤，由于在代谢过程中产生了乙醛酸，故称为过程中产生了乙醛酸，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使微生物可以在以乙酸为唯一碳源的培养基使微生物可以在以乙酸为唯一碳源的培养基中生长。中生长。第第49页页部位部位