高中生物奧賽輔導生化三羧酸循環(huán)

高中生物奧賽輔導生化三羧酸循環(huán)丙酮酸脫羧，乙酰輔酶A的氧化均發(fā)生在線粒體的基質。ATP的合成在線粒體的內(nèi)膜上進行的第2頁,共46頁，2024年2月25日，星期天三羧酸循環(huán)（Tricarboxylicacidcycle)

TCACycleKreb’s循環(huán)（Kreb’scycle)檸檬酸循環(huán)（Citriccycle)3.1Asurveyofintroduction概述第3頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

GlucosePyruvate

Acetal-CoA

TCACycleNAD+NADH+H+CoA-SHCO2CO2+H2OⅠⅢⅡGlycolysisYieldingofacetyl-CoAacetyl-CoAisoxidized

3.1.1葡萄糖的有氧分解包括三個部分第4頁,共46頁，2024年2月25日，星期天TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1953"forhisdiscoveryofthecitricacidcycle"3.1.2三羧酸循環(huán)的研究簡史第5頁,共46頁，2024年2月25日，星期天PyruvateisoxidizedandacetateistransferredtoCoA.AcetylCoAenterstheTCAcycle.AcetateisoxidizedtoCO2.

第6頁,共46頁，2024年2月25日，星期天PyruvateisoxidizedandacetateistransferredtoCoA.AcetylCoAenterstheTCAcycle.AcetateisoxidizedtoCO2.

第7頁,共46頁，2024年2月25日，星期天PyruvateisoxidizedandacetateistransferredtoCoA.AcetylCoAenterstheTCAcycle.AcetateisoxidizedtoCO2.

第8頁,共46頁，2024年2月25日，星期天Pyruvateistransportedintomitochondria（線粒體）

thenoxidizedtoacetyl-CoA(releasingCO2)beforeenteringthecitricacidcycle3.2Pyruvateisoxidizedtoacetyl-CoA丙酮酸脫氫酶系第9頁,共46頁，2024年2月25日，星期天Regulationofpyruvatedehydrogenasecomplex

砷化物對機體的毒害不僅限于糖酵解，它與丙酮酸脫氫酶復合物中E2輔基硫辛酰胺的巰基發(fā)生共價結合，使還原型硫辛酰胺形成失去催化能力的砷化物。第10頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.3.1Reactionprocessoftricarboxylicacidcycle(三羧酸循環(huán),檸檬酸循環(huán))3.3TricarboxylicAcidCycle乙酰CoA檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸a-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸蘋果酸延胡索酸草酰乙酸第11頁,共46頁，2024年2月25日，星期天乙酰CoA檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸a-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸蘋果酸延胡索酸草酰乙酸第12頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.3.1.1Thecyclebeginswiththecondensationofacetyle-CoAandoxaloacetatetoformcitrate草酰乙酸檸檬酸檸檬酸合酶Thehydrolysisthehighenergythioester(硫酯)drivesthereaction.第13頁,共46頁，2024年2月25日，星期天合酶(synthase)：催化加合反應，促使合成合成酶(synthetase)：催化連接反應，一般需要NTP合酶與合成酶第14頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

G0’=8.4kJ/mol

G0’=-2.1kJ/mol90%4%6%Fluoridecitrate（氟檸檬酸）isthespecialinhbitorofaconitase******3.3.1.2Citrateisomerizestoisocitrate(異檸檬酸)

viacis-aconitate(順烏頭酸)Aconitase(烏頭酸酶)第15頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.3.1.2Citrateisomerizestoisocitrate

viacis-aconitate

酶活性中心的只能結合底物的一部分,底物的部分具有手性,分子局部的手性，即分子的前手性.第16頁,共46頁，2024年2月25日，星期天前手性、潛手性（pro-chiral)第17頁,共46頁，2024年2月25日，星期天Reaction4and5****3.3.1.3Isocitrateundergoesoxidativedecarboxylation

(氧化脫羧)toforma-ketoglutarate(a-酮戊二酸)Isocitrateisoxidized(第一次脫氫)anddecarboxylated.(第一次脫羧)異檸檬酸脫氫酶第18頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第二次脫氫,第二次脫羧.E1酶不受磷酸共價調節(jié).ReactionrequiresTPPandlipoateetc(6種輔酶).****3.3.1.4

-ketoglutarateundergoesoxidative

decarboyxlationtoformsuccinyl-CoA(琥珀酰CoA)a-酮戊二酸脫氫酶系第19頁,共46頁，2024年2月25日，星期天**琥珀酰CoA合成酶（也稱琥珀酸硫激酶）3.3.1.5Cleavageofthethioesterbond(硫酯鍵)insuccinyl-CoAiscoupledtoGTP(orATP)formationThethirdexampleofsubstrate-levelphosphorylation.琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酸是對稱分子,沒有了手性.第20頁,共46頁，2024年2月25日，星期天琥珀酸延胡索酸3.3.1.6Succinateisoxidizedtofumarate(延胡索酸)琥珀酸脫氫酶ThefreeenergychangeofthisreactionisinsufficienttoreduceNAD+.SuccinateDehydrogenaseisdirectlylinkedwiththeelectrontransportchain.立體異構體馬來酸第21頁,共46頁，2024年2月25日，星期天丙二酸琥珀酸（丁二酸）3.3.1.6Succinateisoxidizedtofumarate(延胡索酸)1.Theenzymecatalyzesstereospecificdehydrogenation2.Malonate(丙二酸)istheinhibitorofthereaction第22頁,共46頁，2024年2月25日，星期天延胡索酸蘋果酸3.3.1.7FumarateishydratedtoL-malate(蘋果酸)延胡索酸酶Hydration(水合)第23頁,共46頁，2024年2月25日，星期天****or3.3.1.8Oxaloacetate(草酰乙酸)isregeneratedbytheoxidationofL-malate(蘋果酸)Thestandardfreeenergyofthisreactionisverypositive.Theoxidationofmalateisdrivenbytheefficientremovaloftheproducts.蘋果酸脫氫酶第24頁,共46頁，2024年2月25日，星期天ThelastthreereactionsoftheoftheTCAcyclearesimilartofattyaciddegradationandsynthesis,andsomeaminoaciddegradations.

oxidation–hydration–oxidation.Amethylenegroup(CH2)isconvertedtoacarbonylgroup(C=O).ThelastthreereactionsoftheoftheTCAcycle第25頁,共46頁，2024年2月25日，星期天Detailsworkedoutbystudyinghighlypurifiedenzymesofthecycleinvitro;

使用高度提純的酶在體外實驗證明了這一代謝途徑Alsobyisotopetracerexperimentsinvivo;

通過體內(nèi)同位素示蹤法也證明了這一代謝途徑Thecitricacidcyclewasconfirmedtobeuniversalincells

TCA循環(huán)被證明在細胞中是廣泛存在的第26頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共46頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1.總反應式:CH3-C-SCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi

2CO2+3NADH?H++1FADH2+1GTP+CoA-SH2.Therearetwocarbonatomsintheformofacetyl-SCoAenterseverycycle;andtherearetwodecarboxylationstakeplaceineachcycle;

乙酰輔酶A中的二碳乙?；M入TCA循環(huán)；在循環(huán)中發(fā)生兩次脫羧反應.Notice:the2carbonatomsenteringthecyclearenotthesameasthoseleavingthecycleO3.3.2SurveyofTCAcycle第29頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.Therearefourdehydrogenationreactionstakeplaceineachcycle;

在循環(huán)中發(fā)生四次脫氫反應(3NADH,1FADH2)4.Thereisasubstratelevelphosphoralation;

循環(huán)中發(fā)生一次底物水平磷酸化3.3.2SurveyofTCAcycle第30頁,共46頁，2024年2月25日，星期天5.Thereactionscatalyzedbyaconitaseandfumaraseisasymmetryreactions;

順烏頭酸酶和延胡索酸酶等催化非對稱反應6.Alloftheintermediarymetabolismsarenotsynthesisanddecompositionnet.

所有中間代謝產(chǎn)物在代謝中沒有凈合成或凈降解.3.3.2SurveyofTCAcycle第31頁,共46頁，2024年2月25日，星期天1.Acetylinacetyl-S-CoAwasoxydized:

化學氧化釋放的自由能：874.9kJ/mol

生物氧化釋放的自由能：520.9kJ/mol

用于ATP合成的自由能：354kJ/mol3.4Theenergeticoftheaerobic

decompositionofglucose

葡萄糖有氧分解途徑的能量計算第32頁,共46頁，2024年2月25日，星期天2.HydrationsinTCA-cycle:ThethirdH2OenteredinTCAcycle:Citryl-CoA+H20succinyl-CoA+H2OFumarate+H20Citrate+CoA-SHSuccidate+CoA-SHMatalteH2OH2O3.4TheenergeticoftheaerobicdecompositionofglucoseH2O第33頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.Dehydrogenationsinoxydationofglucose:

InEMP:C6H12O62×pyruvate+4HInTCAcycle:2×acetyl-CoA+2×3H2O16H+4CO2

2×CoA-SHSo: C6H12O6+6H2O24H+6CO2

6O2

12H2O

C6H12O6+6O26H2O+6CO2Informationofacetyl-CoA:

2×pyruvate2×CoA-SH2×acetyl-CoA+4H+2CO23.4Theenergeticoftheaerobicdecompositionofglucose第34頁,共46頁，2024年2月25日，星期天4.CaculationofenergyInEMP:ATP4-2NumbersofATP2NADH?H+2×2.5Informationofacetyl-CoA:2NADH?H+2×2.5InTCAcycle:3NADH?H+×23×2.5×2FADH2×21×1.5×2GTP×2

1×1×2Summery:32(→FADH2)(2×1.5)(30)3.4Theenergeticoftheaerobicdecompositionofglucose第35頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

1.AllorganicchemicalscanbecompletelyoxidizedtoCO2andH2Oviaacycledpathway;

所有的有機化合物都可以通過TCA環(huán)徹底降解為CO2

和H2O;2.Plentyenergycanbeprovidedaccompanythecycledpathway;

伴隨著這一循環(huán)途徑，大量的自由能被轉換;3.5TCA環(huán)的生理意義第36頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.Theintermediatesinthecycleareimportantsourcesforbiosyntheticprecursors;

TCA環(huán)中的中間代謝產(chǎn)物是重要的生物合成的前體4.Thecycleisanamphibolicpathway,andisametabolichingeofallbiochemicals

TCA環(huán)是一個分解合成無定向途徑，是所有生物化合物的代謝樞紐。分解產(chǎn)能,合成前體.3.5TCA環(huán)的生理意義第37頁,共46頁，2024年2月25日，星期天Theylackthea-keto—glutaratedehydrogenase;

厭氧菌缺乏a-酮戊二酸脫氫酶Precursorsareprovidedforthesynthesisofaminoacids,nucleotides,hemeetc.

合成代謝的前體通過正向或逆向反應合成Useanincompletecitricacidcycleasasource,notofenergy,butofbiosyntheticprecursors.厭氧細菌（anaerobicbacteria）中TCA環(huán)是中斷的第38頁,共46頁，2024年2月25日，星期天TCA循環(huán)在合成代謝中的作用合成其他物質的前體,必然導致草酰乙酸等濃度的降低,這使得乙酰CoA的受體大大減少,從而使TCA循環(huán)效率降低.卟啉第39頁,共46頁，2024年2月25日，星期天3.6Reactionsthatreplenishcitricacidcycleintermediates

–anapleroticreactions(TCA環(huán)的回補)增加草酰乙酸及蘋果酸的數(shù)量第40頁,共46頁，2024年2月25日，星期天PEP

Pyruvate

acetyl-CoAoxaloacetateCO2+ATPADP+PiCO2GDPGTP