三羧酸循環(huán)PPT演示課件.ppt

1、第四節(jié) 三羧酸循環(huán),概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成C2O和H2O并產(chǎn)生能量的過程，稱為檸檬酸循環(huán)，亦稱為三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle), 簡稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。,三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進行。,1,三羧酸循環(huán),一. 由丙酮酸形成乙酰CoA 二. 三羧酸循環(huán)的過程 三. 三羧酸循環(huán)的化學計量 四. 三羧酸循環(huán)的回補反應(yīng) 五. 三羧酸循環(huán)的調(diào)控 六. 三羧酸循環(huán)的生物學意義,2,丙酮酸進入線粒體轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA,這是連接糖酵解

2、和三羧酸循環(huán)的紐帶： 丙酮酸+CoA+NAD+ 乙酰CoA+ C2O+NADH+H+,一、由丙酮酸形成乙酰CoA,反應(yīng)不可逆，分5步進行，由丙酮酸脫氫酶復合體催化。,丙酮酸脫氫酶復合體是一個十分大的多酶復合體，包括丙酮酸脫氫酶E1、二氫硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶E2、二氫硫辛酸脫氫酶E3三種不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，F(xiàn)AD, NAD+,CoA 及Mg2+六種輔助因子組裝而成。,3,大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復合體的內(nèi)容,縮寫 肽鏈數(shù) 輔基 催化反應(yīng) 丙酮酸脫氫（羧）酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脫羧 二氫硫辛酸乙 E2 24 硫辛酸 將乙?；D(zhuǎn)移到CoA 酰轉(zhuǎn)移酶 二氫硫辛酸脫氫酶 E3

3、12 FAD 將還原型硫辛酰胺 轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?4,反應(yīng)步驟（P93）,羥乙基TPP,5,6,丙酮酸氧化脫羧的調(diào)控,由丙酮酸到乙酰CoA是一個重要步驟，處于代謝途徑的分支點，所以此體系受到嚴密的調(diào)節(jié)控制： 1、產(chǎn)物抑制：乙酰CoA抑制乙酰轉(zhuǎn)移酶E2組分，NADH抑制二氫硫辛酸脫氫酶E3組分。抑制效應(yīng)被CoA和NAD+逆轉(zhuǎn)。 2、核苷酸反饋調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1受GTP抑制，被AMP活化。 3、砷化物與E2中的輔基硫辛酰胺形成無催化能力的砷化物。 4、可逆磷酸化作用的調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶E1的磷酸化狀態(tài)無活性，反之有活性。 5、Ca2+激活,7,二 TCA循環(huán)的過程,8,C-CH3,S-COA,O,

4、CH2,COO-,HO-C -COO-,COO-,CH2,檸檬酸合酶,+,+ HS-COA+H+,H2O,COA,1 、乙酰COA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸,單向不可逆 可調(diào)控的限速步驟 氟乙酰CoA導致致死合成 常作為殺蟲藥,三羧酸,9,HO- CH,COO-,CH-COO-,COO-,CH2,2、 檸檬酸異構(gòu)化成異檸檬酸（順烏頭酸酶）,H2O,H2O,順烏頭酸,在pH7.0，25C的平衡態(tài)時，檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90：4：6,檸檬酸,異檸檬酸,10,3 、 由異檸檬酸氧化脫羧生成-酮戊二酸（異檸檬酸脫氫酶）,NAD+,NADH+H+,H+,CO2,TCA中第一次氧化作用、脫羧過程 異

5、檸檬酸脫氫酶為第二個調(diào)節(jié)酶 三羧酸到二羧酸的轉(zhuǎn)變,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,Mg 2+,11,4 、 -酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰COA（ -酮戊二酸脫氫酶復合體）,+COASH+NAD+,+NADH+H+ +CO2,TCA中第二次氧化作用、脫羧過程 -酮戊二酸脫氫酶復合體與丙酮酸脫氫酶復合體相似 -酮戊二酸脫氫酶E1 琥珀酰轉(zhuǎn)移酶E2 二氫硫辛酸脫氫酶E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+,12,5 、琥珀酰COA轉(zhuǎn)化成琥珀酸，并產(chǎn)生GTP（琥珀酰COA 合成酶）,GDP+Pi,GTP+HSCOA,TCA中唯一底物水平磷酸化直接產(chǎn)生高能磷酸化合物的步驟 GTP+ADP GDP

6、+ATP,13,6 、 琥珀酸脫氫生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,TCA中第三次氧化的步驟 丙二酸為該酶的競爭性抑制劑 開始四碳酸之間的轉(zhuǎn)變,琥珀酸脫氫酶,HC,COOH CH2 COOH,嵌入線粒體內(nèi)膜,14,7 、 延胡索酸被水化生成蘋果酸（延胡索酸酶）,+H2O,延胡索酸酶,15,8 、 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸（蘋果酸脫氫酶）,+NAD+,+NADH+H+,TCA中第四次氧化的步驟，最后一步。,16,草酰乙酸,檸檬酸,異檸檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰輔酶A,琥珀酸,延胡索酸,蘋果酸,乙酰輔酶A,三羧酸循環(huán)的過程,TCA經(jīng)四次氧化，二次脫羧，通過一個循環(huán)，可以認為乙酰COA,17,三、

7、三羧酸循環(huán)的化學計量 乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2C2O+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+ 循環(huán)有以下特點： 1、乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸，使兩個C原子進入循環(huán)。在以后的兩步脫羧反應(yīng)中，有兩個C原子以CO2的形式離開循環(huán)，相當于乙酰CoA的2個C原子形成CO2。 2、在循環(huán)中有4對H原子通過4步氧化反應(yīng)脫下，其中3對用以還原NAD+生成3個NADH+H+,1對用以還原FAD,生成1個FADH2。 3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸時，偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成1個GTP, 1GTP 1ATP。 4、循環(huán)中消耗兩分子水。 5、3NADH 7.5 ATP

8、 ， 1FADH2 1.5ATP，再加上1個GTP 6、單向進行 7、整個循環(huán)不需要氧，但離開氧無法進行。 1分子乙酰CoA通過TCA循環(huán)被氧化，可生成10分子ATP。,18,若從丙酮酸開始，加上紐帶 生成的1個NADH，則共產(chǎn)生10+2.5=12.5個ATP。 若從葡萄糖開始，共可產(chǎn)生12.52+7=32個ATP。(二版及其他教材為38個ATP，NADH3ATP，F(xiàn)ADH2 2ATP) 可見由糖酵解和TCA循環(huán)相連構(gòu)成的糖的有氧氧化途徑，是機體利用糖氧化獲得能量的最有效的方式，也是機體產(chǎn)生能量的主要方式。,19,-酮戊二酸 谷氨酸 草酰乙酸 天冬氨酸 琥珀酰CoA 卟啉環(huán) 上述過程均可導致草

9、酰乙酸濃度下降，從而影響三羧酸循環(huán)的運轉(zhuǎn)，因此必須不斷補充才能維持其正常進行，這種補充稱為回補反應(yīng)(anaplerotic reaction)。,四、三羧酸循環(huán)的回補反應(yīng),三羧酸循環(huán)不僅是產(chǎn)生ATP的途徑，它的中間產(chǎn)物也是生物合成的前體，如,20,丙酮酸羧化 PEP的羧化 蘋果酸脫氫 由氨基酸形成,草酰乙酸的回補反應(yīng)主要通過4個途徑：,21,丙酮酸羧化(動物體內(nèi)的主要回補反應(yīng)),草酰乙酸或循環(huán)中任何一種中間產(chǎn)物不足,TCA循環(huán)速度降低,乙酰-CoA濃度增加,高水平的乙酰CoA激活,丙酮酸羧化酶,產(chǎn)生更多的草酰乙酸,生物素Mg2+,在線粒體內(nèi)進行,22,PEP羧化（在植物、酵母、細菌）,反應(yīng)在胞

10、液中進行,23,蘋果酸脫氫,丙酮酸,蘋果酸,24,氨基酸轉(zhuǎn)化,-酮戊二酸,天冬氨酸,谷氨酸,草酰乙酸,25,五、三羧酸循環(huán)的調(diào)控 三羧酸循環(huán)的速度主要取決于細胞對ATP的需求量，另外也受細胞對于中間產(chǎn)物需求的影響。有 3個調(diào)控部位。 1、檸檬酸合成酶（限速酶） ATP、NADH是該酶的變構(gòu)抑制劑，高濃度的ATP 和NADH抑制檸檬酸的合成，即抑制三羧酸循環(huán)地進行。高農(nóng)度的琥珀酰-CoA抑制該酶的活性。 2、異檸檬酸脫氫酶 該酶受ATP和NADH變構(gòu)抑制，受ADP變構(gòu)促進和Ca2+激活。 3、-酮戊二酸脫氫酶 該酶受產(chǎn)物琥珀酰CoA和NADH抑制，也受高能荷抑制。Ca2+激活。,26,六、三羧酸循環(huán)的生物學意義 與糖酵解構(gòu)成糖的有氧代謝途徑，為機體提供大量的能量，一分子葡萄糖經(jīng)EMP、TCA循環(huán)和呼吸鏈氧化共可產(chǎn)生32個ATP。 TCA循環(huán)是糖、脂類、蛋白質(zhì)代謝聯(lián)絡(luò)的樞紐。,TCA循環(huán),中間產(chǎn)物,脂肪酸、氨基酸,合成代謝,分解代謝產(chǎn)物,C2O+H2O+能量,TCA循環(huán)既是物質(zhì)分解代謝的組成部分，亦是物