生物化学 第11章柠檬酸循环.ppt

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1、第十一章柠檬酸循环柠檬酸(TCA)循环过程中关键的化合物是柠檬酸，因为柠檬酸有三个羧基，所以又称三羧酸循环（tricarboxylicacidcycle，TCA）。柠檬酸循环在细胞的线粒体中进行。柠檬酸循环不仅是糖的有氧分解代谢途径，也是脂肪酸和氨基酸的分解代谢途径，柠檬酸循环的中间物还是许多物质生物合成的前体。在无氧的条件下，葡萄糖经糖酵解反应获取能量，产生的丙酮酸被还原为乳酸(或酒精)：C6H12O6→→→2H3C-CHOH-COO－+2H＋△Go'＝-196kJ/mol但是，在有氧的条件下，葡萄糖则完全氧化成CO2和H2O，并产生

2、细胞活性所需的大量的能量：C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O△Go'＝-2867kJ/mol这表明在糖的无氧分解产物中还蕴藏着极为丰富的能量，乳酸分子中还含有葡萄糖分子93%的可供利用的能量。在有氧的条件下，最终被氧化成CO2和H2O。这样的代谢过程称为呼吸(respiration)或细胞呼吸。因为这一过程消耗氧，释放出CO2。细胞呼吸可分为三个不同的阶段:第一阶段是葡萄糖经糖酵解转变成丙酮酸，丙酮酸再被氧化成乙酰CoA；对于细胞呼吸的其他有机燃料分子脂肪酸以及氨基酸，经相应的代谢途径亦可转变成乙酰CoA。第二阶段是指有机燃料分

3、子氧化产生的乙酰CoA进入一个称为柠檬酸循环的代谢途径，被酶促转变成CO2，同时产生还原性的电子载体NADH和FADH2。第三阶段是指前两个阶段产生的还原性的NADH和FADH2被氧化，重新形成氧化型的辅酶。第一节丙酮酸氧化在有氧的条件下，糖酵解产生的丙酮酸或乳酸氧化产生的丙酮酸或者某些氨基酸分解产生的丙酮酸经特殊的载体蛋白转运到线粒体内，首先经氧化脱羧反应转变成乙酰CoA。一丙酮酸脱氢酶复合物丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA的反应是由丙酮酸脱氢酶复合物催化的。这个酶复合物由丙酮酸脱氢酶(E1)、二氢硫辛酰转乙酰基酶(E2)和二氢硫辛酰脱氢

4、酶(E3)三种酶构成.每一种酶在该复合物中均有多个拷贝。大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合物分子量约4600kD,外形呈球形，其直径约为30nm。该复合物的核心由24个E2构成，24个E1和12个E3环绕E2排列。真核生物丙酮酸脱氢酶复合物比大肠杆菌的酶更为复杂。二丙酮酸脱氢酶复合物催化的反应丙酮酸脱氢酶复合物催化五步顺序反应，其总反应是：CH3-CO-COO－＋CoA-SH＋NAD＋→CH3-CO～CoA＋CO2＋NADH在丙酮酸脱氢酶复合物催化的反应中涉及五种不同的辅酶，它们分别是焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸(lipoicacid)、辅酶A

5、(CoA)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD＋)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。E1:丙酮酸脱氢酶E2:二硫辛酸转乙酰基酶E3:二氢硫辛酸转乙酰基酶丙酮酸脱氢酶系多酶体系，位于线粒体膜上。E.coli的丙酮酸脱氢酶系分子量：4.5×106，直径45nm，比核糖体稍大。酶辅酶亚基数丙酮酸脱氢酶（E1）TPP24二氢硫辛酰转乙酰酶（E2）硫辛酸24二氢硫辛酰脱氢酶（E3）FAD12此外，还需要辅酶A(CoA)、NAD+、Mg2+作为辅因子，辅酶A是重要的酰基载体。E1使丙酮酸脱羧生成羟乙酰－TPPE2从TPP上接受含负碳离子的羟乙酸交给CoA生

6、成乙酰CoAE3辅基FAD从二氢硫辛酸上接受氢，然后转交给NAD+,生成NADH第二节柠檬酸循环柠檬酸循环(citricacidcycle)是乙酰基二碳单位进一步氧化降解产生CO2和还原型辅酶的代谢途径。由于该反应顺序是乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始的，且草酰乙酸经多步反应之后重新生成，构成了一个循环反应途径，因此，该循环反应称为柠檬酸循环。一.柠檬酸循环的研究历史柠檬酸循环处在物质代谢的中心位置，该途径的发现在生物化学发展史上占据着重要的位置。德国科学家HansKrebs在阐明柠檬酸循环中作出特殊贡献，1953年获得诺贝尔医学奖

7、，柠檬酸循环又称Krebs循环。柠檬酸(三羧酸)循环概貌由丙酮酸形成的乙酰CoA或者是其它代谢途径（如脂肪酸或氨基酸的分解代谢途径）产生的乙酰CoA可以通过柠檬酸循环氧化，柠檬酸循环涉及八步酶促反应。二、柠檬酸循环的反应过程（一）柠檬酸的生成柠檬酸合酶(citratesynthase)催化乙酰CoA与草酰乙酸的缩合，生成柠檬酸.这是柠檬酸循环的起始反应。同位素标记实验表明，乙酰基上的甲基碳与草酰乙酸的羰基碳结合。柠檬酸合酶催化的反应遵循有序顺序反应机制。由于乙酰CoA是一种高能化合物，当硫酯键被水解时，可释放出大量的能量(△Go’=-3

8、2.5kJ/mol)，因而在细胞内能推动反应向柠檬酸生成的方向进行。柠檬酸合酶催化的反应是不可逆的，受到多种效应物的调节。柠檬酸合酶反应的机制（二）异柠檬酸的形成柠檬酸在顺乌头酸酶(aconitase)的催