[精品]三羧酸循环(TCA).ppt

《[精品]三羧酸循环(TCA).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[精品]三羧酸循环(TCA).ppt（75页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第四节 三羧酸循环（TCA）三羧酸循环的概念：1937年德国生物学家Krebs（克雷布斯，1953年因此获诺贝尔奖）阐明：乙酰CoA的继续分解是一个环式反应体系，起点是乙酰CoA与草酰乙酸结合为具有三个羧基的柠檬酸，故称为三羧酸循环（tricarboxylic acid），又叫TCA循环，Krebs循环，由于该循环的第一个产物是柠檬酸，又叫柠檬酸循环。它不仅是糖代谢的主要途径，也是蛋白质、脂肪分解代谢的最终途径。三羧酸循环的细胞定位：线粒体内,一、丙酮酸的氧化脱羧,丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，组成如下：调控酶：丙酮酸脱氢酶PDH、二氢硫辛酸转乙酰基酶DLT、二氢硫辛酸脱氢酶DLDH 辅助因

2、子：硫胺素焦磷酸酯TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD、Mg2、FAD。,丙酮酸氧化脱羧的调控：1、当细胞内ATP、乙酰CoA、NADH含量同时增加时，PDH磷酸化作用加强，阻碍丙酮酸氧化脱羧。反之则反。2、乙酰CoA和NADH可分别抑制DLT和DLDH的活性，阻止氧化脱羧。丙酮酸的氧化脱羧是连接EMP和TCA的纽带，其反应本身并未进入TCA，但是是所有糖进入TCA的必由之路。,二、三羧酸循环概要 TCA循环一轮分10步完成。来自丙酮酸脱氢脱羧后的乙酰基（C2单位）由CoA带着进入TCA，第一步是C2与一个C4化合物（草酰乙酸）结合成C6化合物（柠檬酸），然后经过2次脱羧（生成2个CO2）和4次

3、脱氢（生成3NADH1FADH2），还产生1个GTP（高能化合物），最终回到C4化合物（草酰乙酸），结束一轮循环。1个C2单位被分解为2CO2。,TCA简图,三、生化历程 1、乙酰CoA与草酰乙酸及H2O缩合生成柠檬酸，放出HSCoA。H2O 不可逆,2、柠檬酸脱水生成顺乌头酸+H2O 可逆,3、顺乌头酸与H2O加成，生成异柠檬酸 异构化反应 H2O 可逆,通过23步，将柠檬酸异构化为异柠檬酸。实质是将前者的OH从C2变到了后者的C3，成为仲醇（由叔醇变为仲醇），更易氧化。,45、异柠檬酸氧化脱羧生成酮戊二酸 第一次脱氢脱羧 可逆 消耗1NAD，生成1NADHH，1CO2,该酶是别构酶，激活剂

4、是ADP，抑制剂是NADH、ATP。有两种同工酶：以NAD为电子受体，存在于线粒体中，需Mg2。以NADP为电子受体，存在于胞液中，需Mn2。,6、酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 第二次脱氢脱羧 不可逆 消耗1NAD，生成1NADHH，1CO2,生成一个高能键“”，此步类似于丙酮酸的氧化脱羧。酮戊二酸脱氢酶系包括：酮戊二酸脱氢酶 二氢硫辛酸转琥珀酰基酶 二氢硫辛酸脱氢酶,7、琥珀酸的生成 底物磷酸化 生成1ATP 可逆 是TCA中唯一直接产生ATP的反应，属于底物磷酸化。区别：EMP：高能磷酸基团直接转移给ADP放能 TCA：琥珀酰CoA中的高能键 硫酯键水解放能,8、琥珀酸氧化生成延胡索酸

5、 第三次脱氢（FAD脱氢）可逆 生成1FADH2 该酶结合在线粒体内膜上，丙二酸是竞争性抑制剂,9、延胡索酸水化生成苹果酸 水化作用 可逆 消耗1H2O,10、苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸 第四次脱氢 可逆 消耗1NAD，生成1NADHH,总反应式：乙酰CoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTP HSCoA,四、化学量计算（一）物质量计算 1mol乙酰CoA 2 molCO2+1molCoA（二）能量计算1、计算1mol乙酰CoA彻底氧化分解产生的ATP的数目 1+33+12=12molATP2、计算1molG彻底氧化分解产生的ATP的数目（原核生物）G 丙酮

6、酸 乙酰CoA CO2+H2O EMP TCA,第一阶段：G 2mol丙酮酸 EMP阶段 净生成2molATP，2mol（NADHH）第二阶段：2mol丙酮酸 2mol乙酰CoA 净生成2mol（NADHH），2 molCO2 第三阶段：2mol乙酰CoA经TCA彻底氧化分解 净生成21ATP，23mol（NADHH），21 molFADH2，22 molCO2 由于氧化磷酸化，1mol（NADHH）可生成3molATP,1 molFADH2可生成2molATP。,因此：第一阶段：净生成8molATP 第二阶段：净生成6molATP，2 molCO2 第三阶段：净生成24molATP，4 mo

7、lCO2 共净生成38molATP，6molCO2 真核生物中，共净生成36molATP，6molCO2,TCA的运转必须通过O2条件下才能运转，实际上O2并不直接参加TCA，那么O2在何处参加反应呢？TCA除了产生1个GTP外，另外的能量均潜在3NADH和1FADH2中，为了TCA的运转，NAD和FAD必须再生。NAD和FAD的再生则是通过DADH和FADH2进入电子传递链，将H交给O2，释放潜能生成ATP而实现。所以，TCA的运转必须有O2。,五、生物学意义 1、TCA循环是生物体获能的主要途径，远比无氧分解产生的能量多。2、TCA是生物体各有机物质代谢的枢纽。糖、脂肪、氨基酸的彻底分解都

8、需通过TCA途径，而TCA中的许多中间产物如草酰乙酸、酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成糖、氨基酸等的原料。3、TCA是发酵产物重新氧化进入有氧分解的途径。4、TCA的某些中间产物还是体内积累成分，如柠檬酸、苹果酸是柑桔、苹果等果实的重要成分，在储藏期，酸作为呼吸基质被消耗。果实的糖/酸比是衡量果实品质的一项指标。,六、三羧酸循环的调控 三个调控位点：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、酮戊二酸脱氢酶所催化的三个反应。1、NAD/NADH的比值 高：TCA循环生成的产物不能满足细胞自身的需要，三种酶被激活，酶发挥催化功能，速度加快。低：大量的NADH抑制酶的活性，使TCA循环减速。,2、ATP，琥珀酰

9、CoA抑制柠檬酸合成酶、酮戊二酸脱氢酶的活性，使TCA循环减速。异柠檬脱氢酶受ATP抑制，被ADP激活。3、丙酮酸脱氢酶系的调节见前 细胞中ATP浓度越高时，TCA速度下降；NAD/NADH的比值越高时，TCA速度越快。,七、三羧酸循环的回补效应 产生草酰乙酸的途径主要有：,1、丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸 位于动物肝脏和肾脏的线粒体中 OCCOOH CH3COCOOH+CO2+ATP+H2O CH2COOH+ADP+Pi Mg2+,生物素,2、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化PEP生成草酰乙酸 植物、细菌等，PEP羧化酶催化 CH2CCOOH+H2O+CO2O=CCOOH+Pi|OP C

10、H2COOH,3、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化PEP生成草酰乙酸 心脏、骨骼肌中，PEP羧激酶催化 PEP+CO2+GDPO=CCOOH+GTP CH2COOH,4、由苹果酸酶、苹果酸脱氢酶催化使丙酮酸生成草酰乙酸 原核、真核中广泛存在的苹果酸酶催化 CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+HOCHCOOH+NADP+CH2COOH,再由苹果酸脱氢酶催化：HOCHCOOH+NAD+O=CCOOH CH2COOH+NADH+H+CH2COOH,5、酮戊二酸和Asp 经转氨作用 生成Glu和草酰乙酸,第五节 磷酸戊糖途径（HMP PPP）磷酸戊糖途径的概念：是G分解的另一条途径:在6PG上直接氧

11、化，再分解产生5P核糖。磷酸戊糖途径PPP：Pentose Phosphate Pathway 己糖磷酸途径HMP：Hexose Monophosphate Pathway 磷酸己糖支路HMS：Hexose Monophosphate Shunt G直接氧化途径DOPG：Direct Oxidation Pathway of Glucose,HMP的阐明起始于1931年Warburg对6PG脱氢酶的研究，后人在此基础上加以完善。实验证明：（1）在组织中加入EMP抑制剂碘乙酸或碘乙酰胺（ICH2COOH或ICH2CONH2）后，它抑制3PG脱氢酶的活性（3PG 1，3DPG），但有些微生物仍能将

12、G CO2H2O，说明另有途径。（2）用同位素14C标记C1和C6，如果是EMP、TCA，那么生成的14C1O2和14C6O2 分子数应相等，但实验表明14C1 更容易氧化为CO2，说明另有途径。说明G分解的主要途径是EMP和TCA，但并非唯一途径，HMP也是G分解的途径，只是在6PG上直接氧化。细胞定位：胞液,一、磷酸戊糖途径概要 以6PG为起始物，经过两个阶段共8步反应，最后重新生成6PG的过程。,HMP概要,特点：G直接脱氢或脱羧，不经过三碳糖阶段。HMP属于有氧分解还是无氧分解？O2不参加HMP，但认为HMP是需氧的代谢途径，因为可以肯定的是：HMP是需氧生物的某些组织、器官中较旺盛的

13、代谢途径，而且与EMP、TCA相联系。,二、生化历程（一）不可逆的氧化阶段（1-3）1、6PG 6P葡萄糖酸内酯 可逆,2、6P葡萄糖酸内酯水解生成6P葡萄糖酸 不可逆,3、6P葡萄糖酸脱氢脱羧 生成5P 核酮糖（5PRu）不可逆,13步,（二）可逆的非氧化阶段（48）戊糖互变 4、5P 核酮糖（5PRu）异构化为 5P核糖（5PR）官能团异构,5、5P 核酮糖（5PRu）异构化为 5P木酮糖（5PXu）差向异构,45步,6-8步，基团移位反应 通过转酮酶和转醛酶的催化作用，将一酮糖分子的酮醇基转移给另一醛糖分子上，形成新的醛糖和酮糖。转酮酶专门催化乙酮醇基转移 转醛酶专门催化二羟丙酮基转移

14、通过C5、C4、C7、C3、C6只见的基团转移反应，实现了糖分子之间的转变，最终生成6PF,HMP的两个关键酶,转酮酶或转羟乙醛基酶,转醛酶或转二羟丙酮基酶,6、5PR5PXu 3PG（3P甘油醛）7PS（7P景天庚酮糖）将5PXu的乙酮醇基转移给5PR。,7、3PG7PS 4PE（4P赤藓糖）6PF 将7PS-的二羟丙酮基转移给3PG。,磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二（基团转移）,+,2,4-磷酸赤藓糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,转酮酶,转醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,67步,8、5PXu4PE 3PG 6PF 将5PXu的乙酮醇基转移给

15、4PE。,基团转移（续前）,+,转酮酶,然后：3PG DHAP 3PG+DHAP 1，6FDP 2磷酸果糖酯酶 磷酸己糖异构酶1，6FDP 6PF H2O Pi 6PG,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛缩酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途径的非氧化阶段之三（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）,异构酶,总反应式为：A式：6 6PG12NADP6H2O 4 6PF2 3PG 6CO212（NADPHH）然后：2 3PG 1，6DPGH2O 6PFPi 6PF 6PG 因此得到B式：6PG12NADP7H2O 6CO212（NADPHH）Pi 所以，HMP要循环一轮，必须有6个6PG同时进入循环，但

16、最终只有1个6PG被彻底分解为6CO212（NADPHH）Pi。,磷酸戊糖途径的非氧化分子重排阶,阶段之一,阶段之二,阶段之三,三、化学量计算 1、链式反应：3 6PG6NADP3H2O 2 6PF 3PG 3CO26（NADPHH）2、循环途径为：6 6PG12NADP6H2O 4 6PF2 3PG 6CO212（NADPHH）,四、生物学意义 1、HMP产生大量的NADPH，为细胞的各种物质合成反应提供主要的还原力（主要目的不是供能）。NADPH作为供氢体，为细胞中脂肪酸、固醇、四氢叶酸FH4等的合成，硝酸盐、亚硝酸盐的还原，NH3的同化等所必需。2、HMP的中间产物是许多化合物的合成原料

17、（碳源）。3、HMP与光合作用密切相关，把分解与合成代谢联系在一起。4、HMP与糖的有氧分解、无氧分解密切相关。,五、HMP的调控 HMP与细胞合成代谢相关。NADPH和5PR以及ATP的需要量是决定6PG去向（是HMP还是EMP）的主要因素，从而调节HMP的速率，当然也同时调节了EMP速率。就HMP而言，关键的调控位是：6PG脱氢酶催化的不可逆反应。NADP浓度高，6PG脱氢酶活性强，速率快。,6PG的去向取决于四个方面：1、需要5PRNADPH：6PG EMP 6PF和3PG 逆HMP84步 5PR 2、需要5PRNADPH：6PG HMP14步 5PRNADPH,3、需要NADPH 5PR，不放能，仅需还原力：6 6PG HMP全过程 5 6PG6CO212（NADPHH）4、需要NADPH 5PR，提取还原力和能量：6PG HMP链式18步 6PF3PG EMP 丙酮酸 不仅提供NADPH，而且放能。5、需要ATPNADPH：6PG EMP TCA，不进行HMP。,生物工程教研室 赵玉宏,Thanks!,