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1、糖的有氧分解,第一階段:葡萄糖 丙酮酸(細(xì)胞質(zhì)) 第二階段:丙酮酸 乙酰輔酶A (簡(jiǎn)寫為乙酰CoA) 第三階段:三羧酸循環(huán) 乙酰CoA H2O 和CO2,釋放出能量 二、三階段在線粒體中,檸檬酸循環(huán)是燃料物質(zhì)氧化分解的中心途徑,第十五章 檸檬酸循環(huán),15.1 丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段 15.2 檸檬酸 (三羧酸)循環(huán)的途徑 15.3 檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義 15.4 檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié) 15.5 檸檬酸循環(huán)的雙重作用 15.6 回(添)補(bǔ)反應(yīng),15.1 丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段(丙酮酸生成乙酰CoA,丙酮酸脫氫酶系,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的組成,丙酮酸氧化脫羧反應(yīng)是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)

2、的中間環(huán)節(jié)。此反應(yīng)在真核細(xì)胞的線粒體基質(zhì)中進(jìn)行。 丙酮酸脫氫酶系是一個(gè)多酶體系,主要包括: 丙酮酸脫羧酶(E1) 三種酶 二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶(E2) 二氫硫辛酸脫氫酶(E3) 6種輔因子:TPP、硫辛酸、FAD、 NAD+、CoA和Mg2,輔酶A(CoA,硫辛酸以酰胺鍵與二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶的Lys殘基相連,TPP,丙酮酸脫氫酶系催化5步反應(yīng),1) 丙酮酸脫羧生成羥乙基-TPP; 2) 二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶催化羥乙基氧化為乙酰基,并轉(zhuǎn)移給硫辛酰胺形成乙酰硫辛酰胺; 3) 二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙酰酶催化乙酰硫辛酰胺上的乙?;D(zhuǎn)移給CoA生成乙酰CoA; 4) 二氫硫辛酸脫氫酶催化還原的硫辛酸再氧化,并將氫

3、交給FAD生成FADH2-E; 5) FADH2使NAD+還原,丙酮酸脫氫酶系催化的反應(yīng),丙酮酸脫羧酶,二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶,二氫硫辛酸脫氫酶,15.2 檸檬酸 (三羧酸 )循環(huán)的途徑,Citric AcidCycle(tricarboxylic Acid Cycle(TCA)),TCA循環(huán) 概念:乙酰CoA與草酰乙酸縮合生成檸檬酸,再經(jīng)一系列的氧化、脫羧,最終生成CO2和H2O,并產(chǎn)生能量的過程。 途徑如下,1、檸檬酸合酶 (Citric acid synthetase,催化TCA的第一步反應(yīng),反應(yīng)先生成檸檬酰CoA,再水解為檸檬酸,是放能反應(yīng),不可逆。是TCA的一個(gè)調(diào)節(jié)酶。 氟乙酸是一種殺

4、蟲劑或滅鼠藥的有效成分。其被生物攝入后轉(zhuǎn)變?yōu)榉阴oA,它在酶的作用下與草酰乙酸生成氟檸檬酸,順烏頭酸酶只識(shí)別檸檬酸,對(duì)氟檸檬酸沒有作用,致使TCA中斷,這種合成為致死合成(lethal synthesis,檸檬酸合酶催化的反應(yīng),檸檬酸形成反應(yīng)機(jī)制,2、烏頭酸酶作用于檸檬酸生成異檸檬酸,3、異檸檬酸脫氫酶,TCA的第一次氧化脫羧,催化異檸檬酸生成-酮戊二酸。細(xì)胞內(nèi)有兩種異檸檬酸dHE,線粒體中只以NAD+為氫受體;另一種以NADP+為氫受體(胞質(zhì)及線粒體中都有存在),前者為Mg2+及Mn2+所活化,是別構(gòu)酶,正調(diào)控物是ADP,缺乏ADP時(shí)沒有活力,ATP及NADH對(duì)酶有抑制作用。-裂解,斷裂

5、乙酰基的C-C共價(jià)鍵,異檸檬酸脫氫酶催化反應(yīng)機(jī)制,4、-酮戊二酸脫氫酶系,高能化合物,4、-酮戊二酸脫氫酶系,與Py dHE復(fù)合物的組成及作用非常相似,包括三個(gè)酶組分: 1)-酮戊二酸 脫氫酶(E1,不受磷酸化調(diào)控) 2) 琥珀酰轉(zhuǎn)移酶(E2) 3) 二氫硫辛酸脫氫酶( E3) 還有六種輔助因子:TPP, CoA, FAD, NAD+, 硫辛酸及Mg2+。催化反應(yīng): -Ketoglutarate+CoA+NAD+ succinyl CoA+CO2+NADH+H+ 酶也是調(diào)節(jié)酶,受產(chǎn)物NADH, succinyl CoA和Ca2+抑制;ATP、 GTP對(duì)酶有反饋抑制;不受磷酸化的共價(jià)調(diào)節(jié),5、琥

6、珀酰CoA合成酶,由琥珀酰CoA合成酶,底物水平的磷酸化,6、琥珀酸脫氫酶,琥珀酸脫氫酶是TCA中唯一一個(gè)摻入線粒體內(nèi)膜的酶(真核生物)(原核生物參入質(zhì)膜),直接與呼吸鏈相連。丙二酸(malonate)是酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑,7、延胡索酸酶,8、蘋果酸脫氫酶,蘋果酸脫氫酶,TCA循環(huán)過程,TCA簡(jiǎn)圖,TCA小結(jié),1)循環(huán)從C4物與乙酰CoA縮合生成C6物開始; 2)每一次循環(huán)經(jīng)歷兩次脫羧,放出2CO2; 3)每一循環(huán)經(jīng)歷四次脫氫,其中3次以NAD+為氫受體, 1次以FAD為氫受體; 4)每循環(huán)一次,底物水平磷酸化一次生成1GTP(ATP); 5)循環(huán)一次結(jié)束以C4物(草酰乙酸)重新生成為標(biāo)志; 6

7、)總反應(yīng): CH3COCoA+2H2O+3NAD+FAD+GDP+Pi 2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+GTP+CoASH,葡萄糖有氧分解的能量代謝,Glucose(胞液) -2ATP +4ATP, 5或7 +2(NADH+H+)(需經(jīng)穿梭系統(tǒng)進(jìn)入線粒體) 2Py(線粒體) 5 +2(NADH+H+)+2CO2 2CH3COSCoA TCA 20 3(NADH+H+) FADH2+GTP 氧化磷酸化,30 or 32ATP,甘油3磷酸穿梭途徑,甘油磷酸穿梭,蘋果酸天冬氨酸穿梭,15.3 三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義,生物體內(nèi)供能的最有效的方式 糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)轉(zhuǎn)化的樞紐 為多種化合

8、物的合成提供碳的骨架 在植物體內(nèi)為某些器官特定時(shí)期的積累物質(zhì),15.4 三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié),目前生物體內(nèi)三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)位點(diǎn)并未徹底搞清楚,普遍認(rèn)為有三個(gè)調(diào)控位點(diǎn): 檸檬酸合酶 異檸檬酸脫氫酶 -酮戊二酸脫氫酶 由于從丙酮酸到乙酰CoA是三羧酸循環(huán)的必經(jīng)之路,關(guān)于此代謝的調(diào)控一并在此講述,三羧酸循環(huán)的控制 三羧酸循環(huán)的主要調(diào)控步驟和調(diào)節(jié)因子,丙酮酸脫氫酶系活性的調(diào)節(jié),產(chǎn)物抑制: 乙酰CoA和NADH都抑制丙酮酸脫氫酶系,抑制作用為相應(yīng)的反應(yīng)物CoA及NAD+所逆轉(zhuǎn)。機(jī)制可能是競(jìng)爭(zhēng)性抑制(也有的認(rèn)為是別構(gòu)調(diào)節(jié))。 共價(jià)調(diào)節(jié):丙酮酸脫氫酶分子上的Ser-OH被磷酸激酶催化,磷酸化而沒有活性,一旦磷酸

9、基團(tuán)被磷酸酯酶催化水解(去磷酸化)可恢復(fù)活性 細(xì)胞內(nèi)ATP/ADP,乙酰CoA/CoA,NADH/NAD+比值高時(shí),磷酸化作用加強(qiáng); Ca2+促進(jìn)去磷酸化作用,胰島素(insulin)也可刺激去磷酸化作用,三羧酸循環(huán)調(diào)節(jié),檸檬酸合酶: 主要受底物和產(chǎn)物濃度的調(diào)節(jié) 琥珀酰-CoA,NADH抑制酶的活性;OAA和乙酰CoA促進(jìn)酶的活性,其中琥珀酰-CoA為OAA競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑, 異檸檬酸脫氫酶:ATP、NADH是該酶的抑制劑,而ADP是酶的別構(gòu)激活劑。 -酮戊二酸脫氫酶:琥珀酰-CoA,NADH是抑制劑,三羧酸循環(huán)調(diào)節(jié)小節(jié),通過ADP對(duì)異檸檬酸脫氫酶的別構(gòu)激活,三羧酸循環(huán)流量與細(xì)胞的能量狀態(tài)相適應(yīng)。

10、 通過線粒體內(nèi)NADH對(duì)酶活性的抑制作用,使三羧酸循環(huán)流量與細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)相適應(yīng)(NADH/NAD)。 通過乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A對(duì)有關(guān)酶的抑制,三羧酸循環(huán)流量與細(xì)胞內(nèi)可利用富能化合物(energy-rich compounds)的量相適應(yīng),15.5檸檬酸循環(huán)的雙重作用,15.6 回(添)補(bǔ)反應(yīng),回補(bǔ)反應(yīng)是補(bǔ)充用于生物合成的三羧酸循環(huán)中間物。 (1)動(dòng)物肝臟和腎臟的線粒體中,丙酮酸羧化酶催化,2)植物、細(xì)菌等,PEP羧化酶催化,3)心臟、骨骼肌中,PEP羧激酶催化,4)原核、真核中廣泛存在的蘋果酸酶催化,5)Asp和Glu轉(zhuǎn)氨形成草酰乙酸和-酮戊二酸;Ile,Val,Thr及Met形成琥珀酰CoA,實(shí)現(xiàn)添補(bǔ),乙醛酸循環(huán)(Glyoxylate Cycle,乙醛酸循環(huán):

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