《羧酸循环》PPT课件.ppt

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1、细胞内氧化还原反应细胞呼吸,获得电子还原反应；失去电子氧化反应氧化还原反应细胞中氢及其电子从一个化合物向另一个化合物转移氧化还原反应是呼吸作用和光合作用等代谢中最基本的反应,氧化还原反应,被转移的氢原子所携带的能量储藏在新化学键中,氧化还原反应,XH2(还原型底物)NAD+X(氧化型底物)NADHH+XH2(还原型底物)NADP+X(氧化型底物)NADPHH+XH2(还原型底物)FAD+X(氧化型底物)FADH2,还原态的NADH、NADPH和FADH2等还可将所接受的电子和氢传递给其他传递体如细胞色素、辅酶Q等,细胞氧化的基本过程,乙酰辅酶A生成:线粒体基质或内膜上进行。,三羧酸循环:在线粒

2、体基质内进行。,电子传递和氧化磷酸化:在线粒体内膜上进行。,葡萄糖（C6H12O6）,2C3H4O3+2辅酶A(CoA)+2NAD,2乙酰-CoA+2NADH+2H+CO2,酵 解：在细胞质内进行，反应过程不需要氧无氧酵解。,细胞氧化,2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H,糖酵解代谢途径可将一分子葡萄糖分解为两分子丙酮酸，净生成两分子ATP。总反应式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O糖酵解代谢途径有三个关键酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶。,发生在细胞质中的9步反应参与化合物：葡萄糖，ADP和磷酸，N

3、AD+。起始阶段还需要消耗2分子ATP 来启动，但后期共产出4分子ATP，还形成高能化合物NADH。最终产物是丙酮酸糖酵解将六碳的葡萄糖分解成2个三碳的丙酮酸，净产生2个ATP，生成1分子NADH，糖酵解不需要氧参与,糖酵解,2.三羧酸循环的特点：循环反应在线粒体(mitochondrion)中进行，为不可逆反应。每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成10分子ATP,故此阶段可生成210=20分子ATP。三羧酸循环中有两次脱羧反应，生成两分子CO2。循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2。,循环中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。三羧酸循环的关键酶是柠檬酸合酶

4、、异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶系。总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,细胞呼吸是由一系列化学反应组成的一个连续完整的代谢过程每一步化学反应都需要特定的酶参与才能完成细胞呼吸的3个阶段,3 细胞呼吸的化学过程,概述,发生在线粒体中分解丙酮酸形成2分子CO2、8个H，3分子NADH和1分子FADH2，及1分子ATPKrebs循环也是放能反应过程,Krebs循环,NADHFMNCoQbc1caa3O2,则？,CoQ在b前,NADHFMNCoQbc1caa3O2,氰化物CO,caa3O2,则aa3O2,

5、氰化物、CO窒息剂（剧毒！）,抗霉素A-分离自霉菌,三、糖的无氧降解及厌氧发酵,糖酵解途径(glycolysis)（Embden Meyerhof Parnas EMP）,（一）定义：在无氧的条件下，葡萄糖或糖原分解成丙酮酸，并释放少量能量的过程称为糖的无氧分解。这一过程与酵母菌使糖发酵的过程相似，又称为糖酵解，简称EMP途径。,（二）反应部位：细胞液（胞浆）,细胞氧化,（三）EMP途径的生化历程三个阶段,1、葡萄糖的磷酸化,第一阶段：,葡萄糖 6-磷酸葡萄糖,ATP,ATP,ATP,ADP,ADP,P,P,己糖激酶是糖酵解途径的第一个关键酶,P,3、1,6-二磷酸果糖的生成,磷酸果糖激酶是糖

6、酵解途径的第二个关键酶,并且是限速酶,ATP,ATP,ADP,P,7、高能磷酸基团的转移,糖酵解中第一次底物水平磷酸化，1分子葡萄糖产生2分子ATP。,+ADP,+ATP,ATP,10、丙酮酸的生成,糖酵解中第二次底物水平磷酸化，丙酮酸激酶是第三个关键酶，1分子葡萄糖产生2分子ATP。,ADP,ATP,ATP,糖酵解分为三个阶段,第一阶段：葡萄糖的磷酸化葡萄糖,3步,1，6二磷酸果糖,第二阶段：糖的裂解阶段,1，6二磷酸果糖,两分子的磷酸丙糖,2步,第三阶段：产能阶段,两分子的3磷酸甘油醛,两分子丙酮酸,5步,（四）糖酵解的反应特点,1、整个过程无氧参加；2、三个关键酶；3、从葡萄糖开始净生成

7、2分子ATP，从糖原开始净生成3分子ATP；4、一次脱氢，辅酶为NAD，生成NADHH。,总反应式:G+2NAD+2ADP+2Pi 2丙酮酸+2NADH+2H+2ATP+2H2O,2.丙酮酸的去路,（有氧）,（无氧）,（一）丙酮酸的无氧还原,（2）酒精发酵（alcoholic fermation）,酵母菌,焦磷酸硫胺素（TPP）,糖的无氧降解及厌氧发酵总图,（二）丙酮酸的氧化脱羧乙酰CoA的生成,基本反应：糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体基质，在丙酮酸脱氢酶系的催化下，生成乙酰辅酶A。,细胞呼吸最早释放的CO2,四、葡萄糖的有氧分解代谢,（一）定义：葡萄糖在有氧的条件下彻底氧化生成C

8、O2、H2O和大量ATP的代谢过程，称为糖的有氧氧化。（二）反应部位：线粒体基质,反应从乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成含有三个羧基的柠檬酸开始，所以称为柠檬酸循环，又称为TCA循环或Krebs循环。,CoASH,+CO2,+CO2,三羧酸循环（TCA）,草酰乙酸 再生阶段,柠檬酸的生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,（三）三羧酸循环的反应过程,（1）缩合反应（2）柠檬酸异构化生成异柠檬酸（3）异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸（4）-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA（5）琥珀酰CoA生成

9、琥珀酸（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸（7）延胡索酸加水生成苹果酸（8）草酰乙酸的再生,CH3,CSCoA+,O,O,CCOOH,CH2COOH,柠檬酸合成酶,HO,CCOOH,CH2COOH,CH2COOH,HSCoA,H2O,柠檬酸合成酶,乙酰CoA,草酰乙酸,柠檬酸,（1）缩 合 反 应,柠檬酸合成酶是三羧酸循环的第一个限速酶,H2O,HO,H,（3）异柠檬酸氧化生成-酮戊二酸,CHCOOH,CHCOOH,CH2COOH,CCOOH,CHCOOH,CH2COOH,HO,异柠檬酸,H,O,CH2,CHCOOH,CH2COOH,O,H,COO,NAD+,NADH+H+,异柠檬酸脱氢酶,CO2,C

10、O2,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,这是三羧酸循环的第一次氧化脱羧反应，异柠檬酸脱氢酶是第二个限速酶。,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,（4）-酮戊二酸氧化脱羧反应,CH2,CCOOH,CH2COOH,O,-酮戊二酸,CH2,CH2,COOH,+,HSCoA,COSCoA,琥珀酰CoA,NAD+,NADH+H+,CO2,-酮戊二酸脱氢酶复合体,-酮戊二酸脱氢酶复合体,这是三羧酸循环的第二次氧化脱羧反应，-酮戊二酸脱氢酶复合体是第三个限速酶。,COO,CO2,H,H,（5）琥珀酸的生成,CH2,CH2,COOH,COSCoA,琥珀酰CoA,GDP+Pi+,GTP,CoASH,CH2COOH,CH2CO

11、OH,琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,这是三羧酸循环的唯一一次底物水平磷酸化。,GTP,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,琥珀酰CoA,CO2,三羧酸循环,ATP,三羧酸循环过程总结(一次循环)8步反应8种酶催化反应类型缩合1、脱水1、氧化4、底物水平磷酸化1、水化3生成3分子还原型NADH生成1分子FADH2生成1分子ATP,三羧循环的化学计量和能量计量,a、总反应式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,（四）反应特点,1、需氧2、不可逆：三个限速酶3、两次脱羧、四

12、次脱氢（三次受体是NAD，一次是FAD）、一次底物水平磷酸化4、共产生12molATP,葡萄糖完全氧化产生的ATP,总计：38 ATP 或 36 ATP,4.天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和-酮戊二酸。异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸也会形成琥珀酰CoA。其反应将在氨基酸代谢中讲述。,三羧酸循环不仅是各种有机物质氧化分解的共同途径、释放能量最多的氧化分解阶段，而且架起了三大类物质相互转化、相互联系的桥梁。,写出三羧酸循环的反应过程，标出脱羧、脱氢、产能部位，指出限速酶。,小结：,CoASH,四、三羧酸循环的调节,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸

13、,调节位点柠檬酸合成酶（限速酶）异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸脱氢酶,苹果酸,草酰乙酸,草酰乙酸乙酰CoA,+,3.柠檬酸循环发生在线粒体，循环由8步酶促反应组成。柠檬酸合成酶催化乙酰CoA（C2）与草酰乙酸（C4）缩合形成三羧酸柠檬酸（C6）；顺乌头酸酶催化柠檬酸转化为异柠檬酸（C6），然后异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶催化下氧化脱羧形成-酮戊二酸（C6）和释放出第一个分子CO2，-酮戊二酸在-酮戊二酸脱氢酶复合物催化下氧化脱羧形成琥珀酰CoA（C4），同时生成两分子NADH和第二个分子CO2；在琥珀酰CoA合成酶催化下琥珀酰CoA的硫酯键被切断形成琥珀酸（C4）和CoASH，同时GDP经底物水平磷酸化

14、生成GTP；琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化下氧化形成延胡索酸（C4），同时生成一分子FADH2，然后延胡索酸水化生成苹果酸（C4），最后苹果酸在苹果酸脱氢酶催化下生成草酰乙酸（C4），又生成一分子NADH，完成了一轮柠檬酸循环。,CoASH,+CO2,+CO2,2、三羧酸循环（TCA）,草酰乙酸 再生阶段,柠檬酸生成阶段,氧化脱 羧阶段,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,电子传递链就是通过一系列的氧化还原反应，将高能电子从NADH 和FADH2最终传递给分子氧，同时随着电子能量水平的逐步下降，高能电子所释放的

15、化学能就通过磷酸化途径贮存到ATP分子中,电子传递链和氧化磷酸化,电子传递链又称呼吸链，主要成分是线粒体内膜上的蛋白复合物，这些复合物包含了一系列的电子传递体,电子传递链和氧化磷酸化,呼吸链抑制剂,偶联磷酸化的关键装置 基粒（ATP酶复合体）,质子的通道,合成ATP,柄部,调节质子通道,2、P/O比 P/O比：指在生物氧化中，每消耗一个氧原子所生成的ATP分子数，或每消耗一摩尔原子氧生成的ATP摩尔数。由1可知：NADH链的P/O=3 FAD链的P/O=2 实质上，P/O比相应代表了1molNADHH或FADH2经ETC氧化后，放能生成ATP的mol数。所以:1molNADHH经电子传递链氧化

16、并偶联生成3molATP 1molFADH2经电子传递链氧化并偶联生成2molATP,呼吸链抑制剂,2、磷酸甘油穿梭 动物的骨骼肌、脑以及昆虫的飞翔肌等组织的细胞中。胞液中的NADHH经胞液的3磷酸甘油脱氢酶（辅酶为NAD）催化将磷酸二羟丙酮（DHAP）还原为3磷酸甘油；3磷酸甘油扩散至线粒体内膜外侧，经内膜3磷酸甘油脱氢酶（辅酶为FAD）催化，生成磷酸二羟丙酮和FADH2；DHAP返回胞液，线粒体内膜外侧FADH2将氢（电子）传递给CoQ，最后传递给O2生成H2O并形成ATP。因此P/O比=2 特点：3磷酸甘油不穿过内膜，需胞液和内膜的3磷酸甘油脱氢酶。,3、苹果酸穿梭 动物的肝、肾、心脏的

17、线粒体内 胞液中的NADHH经胞液的苹果酸脱氢酶（辅酶为NAD）催化将草酰乙酸还原为苹果酸；苹果酸由线粒体内膜上的一种载体蛋白的转运穿过内膜到达基质中；基质中的苹果酸在苹果酸脱氢酶（辅酶为NAD）催化下脱氢生成草酰乙酸和NADHH，草酰乙酸经转氨作用转变为天冬氨酸，天冬氨酸由内膜上的另一种载体蛋白转运出线粒体返回胞液；在胞液中，天冬氨酸在经转氨作用转变为草酰乙酸参与下一轮的穿梭。基质中的NADHH将氢（电子）传递给FMN，最后传递给O2生成H2O并形成ATP。因此P/O比=3特点：苹果酸、天冬氨酸穿过内膜，需四种酶和两种膜载体。,氨基酸与脂肪酸的氧化是先转变为某种中间产物，然后进入糖酵解或三羧

18、酸循环氨基酸脱氨变成三羧酸循环中的有机酸脂肪酸可以与辅酶A结合后氧化生成乙酰辅酶A而进入三羧酸循环甘油则可以转变为磷酸甘油醛进入糖酵解过程,蛋白质和脂肪的氧化,呼吸链传递链,-,2e,-,2e,-,ATP,Cytb,Cytc,Cyta,O,2,CoQ,ATP,2e,ATP,FMN,NADH,高能,低能,FADH2,Cyta3,2H+,H2O,二、氧化磷酸化偶联部位及P/O比,1、P/O比：当一对电子经呼吸链传给O2的过程中所产生的ATP分子数。实质是伴随ADP磷酸化所消耗的无机磷酸的分子数与消耗分子氧的氧原子数之比,称为P/O比。实验指明NADH呼吸链的P/O值是3，即每消耗一摩尔氧原子就可形

19、成3摩尔ATP，FADH2呼吸链的P/O值是2，即消耗一摩尔氧原子可形成2摩尔ATP。,四、呼吸链的电子传递抑制剂,1、概念：能够阻断呼吸链中某部位电子传递的物质称为电子传递抑制剂。电子传递抑制剂的使用是研究呼吸链中电子传递体顺序的有效方法。（阻断部位物质的氧化-还原状态可以测出）,2、常用的几种电子传递抑制剂及其作用部位（1）鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素。其作用是阻断电子在NADH-Q还原酶内的传递，所以阻断了电子由NADH向CoQ的传递。（2）抗霉素A：干扰电子在细胞色素还原酶中细胞色素b上的传递，所以阻断电子由QH2向cytC1的传递。（3）氰化物（CN-）、硫化氢（H2S）、叠氮化物（N

20、3-）、一氧化碳（CO）等：其作用是阻断电子在细胞色素氧化酶中传递，即阻断了电子由cytaa3向分子氧的传递。,呼吸链的电子传递抑制剂图示 NADH NADH-Q还原酶 鱼藤酮、安密妥、杀粉蝶菌素 CoQ cytb 抗霉素A cytc1 cytc cytaa3 氰化物、一氧化碳、硫化氢、叠氮化合物 O2,（一）苹果酸穿梭作用,这类穿梭主要在肝脏和心肌等组织。,（二）磷酸甘油穿梭作用,在某些肌肉组织和大脑里,1.尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）,H,H,返 回,呼吸链的组成,黄素蛋白的递氢作用是通过其辅基中的异咯嗪基环的氧化还原过程进行的。,2.黄素蛋白,黄素蛋白的辅基有两种：FMN：黄素单核

21、苷酸 FAD：黄素腺嘌呤二核苷酸,返 回,呼吸链的组成,CH2OPO32-,CH2OPO32-,H,H,+2H,-2H,FMN醌型或氧化型,FMNH2氢醌型或还原型,黄素蛋白的递氢作用是通过其辅基中的异咯嗪基环的氧化还原过程进行的。,H,H,H,H,返 回,3.CoQ 又称泛醌，可在膜内流动，是线粒体中唯一不与蛋白结合的电子载体。由于分子中苯醌结构能可逆地加氢和脱氢,所以起到传递氢的作用。,返 回,呼吸链的组成,铁硫蛋白的辅基是铁硫簇，其中的铁原子可以接受或失去电子，其功能是将 FMN或FAD的电子传递给泛醌。Fe3+e Fe2+,4.铁硫蛋白,返 回,呼吸链的组成,细胞色素是呼吸链中一类传递

22、电子的色素蛋白，其色素辅基含铁卟啉。细胞色素的递电子作用是通过其辅基铁卟啉中的铁可逆地进行氧化还原实现的。Cyt-Fe3+e Cyt-Fe2+每分子细胞色素每次传递一个电子。电子传递链中的细胞色素传递电子顺序为 bc1caa3,5.细胞色素体系,返 回,呼吸链的组成,CH2OH C=O NADH+H+CH2O-QH2 1/2O2 磷酸二羟丙酮 FAD FeS 2P CH2OHNAD+CHOH Q H2O CH2O-磷酸甘油 胞液 线粒体膜 基质 图7-9-磷酸甘油穿梭,P,P,返 回,图7-10 苹果酸-天冬氨酸穿梭,胞液 内膜 基质,NADH+H+,NAD+,草酰乙酸,苹果酸,苹果酸,载体,-酮戊二酸,-酮戊二酸,NAD+,NADH+H+,草酰乙酸,谷氨酸,天冬氨酸,1/2O2,H2O,载体,天冬氨酸,谷氨酸,返 回,