生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)

第23章檸檬酸循環(huán)(Citricacidcycle)一、丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段

——形成乙酰CoA二、檸檬酸循環(huán)概貌三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用七、檸檬酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)歷史生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)

檸檬酸循環(huán)（citricacidcycle）也叫三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle，TCA循環(huán)），

因?yàn)榈聡?guó)科學(xué)家HansKrebs在闡明檸檬酸循環(huán)中作出了突出貢獻(xiàn)，又將此途徑稱(chēng)為Krebs循環(huán)。

在有氧條件下，糖酵解途徑產(chǎn)生的丙酮酸進(jìn)入線(xiàn)粒體，先轉(zhuǎn)變成乙酰CoA，乙酰CoA再進(jìn)入檸檬酸循環(huán)徹底氧化成CO2。在真核細(xì)胞中，檸檬酸循環(huán)是在線(xiàn)粒體中進(jìn)行的。生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)一、丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的準(zhǔn)備階段——形成乙酰CoA

生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸到乙酰CoA的總反應(yīng)式OCH3CCOO－

+HS－CoA+NAD+

——————————→OCH3C－SCoA+CO2+NADH

丙酮酸脫氫酶復(fù)合體生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的組成組分縮寫(xiě)肽鏈數(shù)輔基催化的反應(yīng)丙酮酸脫氫酶組分E124TPP丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；窫224硫辛酰胺將乙?；D(zhuǎn)移到CoA二氫硫辛酸脫氫酶E312FAD將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸蜕锘瘜W(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反應(yīng)步驟

（丙酮酸脫羧反應(yīng)）E1

丙酮酸TPP丙酮酸TPP加成化合物丙酮酸TPP加成化合物羥乙基-TPP共振形式生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反應(yīng)步驟（丙酮酸脫羧反應(yīng)）E2的硫辛酰胺輔基羥乙基-TPP乙酰二氫硫辛酰胺TPP-E1E2生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反應(yīng)步驟乙酰二氫硫辛酰胺乙酰CoA二氫硫辛酰胺（乙?；D(zhuǎn)移到CoA分子上形成乙酰CoA）生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的反應(yīng)步驟（還原型E2被氧化反應(yīng)）

氧化型E3還原型E2還原型E3

氧化型E2

還原型E3還原型E3氧化型E3E3生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體結(jié)構(gòu)

丙酮酸脫氫酶復(fù)合體由60條肽鏈組成，總分子量為50,000kD，直徑約30nm，在電子顯微鏡下可以看到。E2是復(fù)合體的核心，E1及E3結(jié)合在E2的外面。E2有一個(gè)由賴(lài)氨酸殘基與硫辛酰胺相連的長(zhǎng)鏈，這個(gè)長(zhǎng)臂伸長(zhǎng)后可達(dá)1.4nm，它具有極大的轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性，可將底物從一個(gè)酶轉(zhuǎn)送到另一個(gè)酶。生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)硫辛酰賴(lài)氨酰臂生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的總圖生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)砷化物對(duì)硫辛酰胺的毒害作用生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控

丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化的這個(gè)反應(yīng)是哺乳動(dòng)物體內(nèi)使丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA的唯一途徑。乙酰CoA既是檸檬酸循環(huán)的入口，又是脂類(lèi)生物合成的起始物質(zhì)。1．產(chǎn)物控制

產(chǎn)物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E2。2．磷酸化和去磷酸化的調(diào)控

E2分子上結(jié)合著兩種特殊的酶，一種是激酶，另一種是磷酸酶，它們分別使E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。Ca2+通過(guò)激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)二、檸檬酸循環(huán)概貌生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)總圖return生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)三、檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)草酰乙酸與乙酰CoA縮合形成檸檬酸

草酰乙酸乙酰CoA

檸檬酰CoA

檸檬酸CoA檸檬酸合酶①112212生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)檸檬酸異構(gòu)化形成異檸檬酸

檸檬酸順-烏頭酸異檸檬酸烏頭酸酶烏頭酸酶②222111生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)烏頭酸酶中的Fe-S聚簇（中心）含有這類(lèi)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)稱(chēng)為鐵硫蛋白生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)異檸檬酸氧化形成α∣酮戊二酸異檸檬酸脫氫酶

異檸檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸③1212生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)從異檸檬酸的分支途徑異檸檬酸異檸檬酸裂解酶琥珀酸

乙醛酸（植物和有些細(xì)菌中發(fā)生）生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)α－酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰CoA

α－酮戊二酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體

④1122生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)琥珀酰CoA轉(zhuǎn)化成琥珀酸

烯醇化酶

琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰CoA合成酶⑤1122生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)琥珀酸脫氫形成延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸

延胡索酸⑥（反丁烯二酸）生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)FAD與琥珀酸脫氫酶的共價(jià)結(jié)合生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)線(xiàn)粒體結(jié)構(gòu)示意圖琥珀酸脫氫酶嵌合在線(xiàn)粒體的內(nèi)膜上。

生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)延胡索酸水合形成L-蘋(píng)果酸延胡索酸酶

延胡索酸

L-蘋(píng)果酸⑦生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)L-蘋(píng)果酸脫氫形成草酰乙酸蘋(píng)果酸脫氫酶

L-蘋(píng)果酸草酰乙酸⑧生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoA檸檬酸循環(huán)的總反應(yīng)式生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)ATP的產(chǎn)量

從丙酮酸開(kāi)始，檸檬酸循環(huán)中循環(huán)一圈，共產(chǎn)生4個(gè)NADH，1個(gè)FADH2，1個(gè)GTP（ATP），按每個(gè)NADH可以產(chǎn)生2.5個(gè)ATP、每個(gè)FADH2可以產(chǎn)生1.5個(gè)ATP計(jì)算，共產(chǎn)生2.5×4（NADH）+1.5×1（FADH2）+1（GTP）

=12.5

個(gè)ATP

每個(gè)葡萄糖分子（2個(gè)丙酮酸）在進(jìn)入檸檬酸循環(huán)后可以產(chǎn)生25個(gè)ATP。

每個(gè)葡萄糖分子在糖酵解中可以產(chǎn)生2個(gè)ATP和2個(gè)NADH，共產(chǎn)生

2（ATP）+2.5×2（NADH）=7個(gè)ATP

每個(gè)葡萄糖分子徹底氧化后共產(chǎn)生32個(gè)ATP。生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控

在檸檬酸循環(huán)中，雖然有8種酶參加反應(yīng)，但在調(diào)節(jié)循環(huán)速度中起關(guān)鍵作用的是3種酶：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α－酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體。其調(diào)控可以分為兩個(gè)方面：①檸檬酸循環(huán)本身各種物質(zhì)對(duì)酶活性的調(diào)控；②ADP、ATP和Ca2+的調(diào)控。生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)本身制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié)1．乙酰CoA和草酰乙酸的供應(yīng)情況。乙酰CoA來(lái)源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復(fù)合體活性的控制；草酰乙酸的供應(yīng)取決于循環(huán)是否運(yùn)行暢通，以及中間產(chǎn)物離開(kāi)循環(huán)的速率和補(bǔ)充的速率。2．[NADH]/[NAD+]的比值。檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶都受到NADH的抑制，但異檸檬酸脫氫酶對(duì)NADH更為敏感。α－酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體也受NADH的抑制。3．產(chǎn)物的反饋抑制。檸檬酸合酶受高濃度檸檬酸的抑制；α－酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體受琥珀酰CoA的抑制。go生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)ATP、ADP和Ca2+對(duì)檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)1．[ATP]/[ADP]的比值。

[ATP]/[ADP]的比值對(duì)檸檬酸循環(huán)中的酶有調(diào)節(jié)作用，ADP是異檸檬酸脫氫酶的別構(gòu)促進(jìn)劑，可降低該酶的Km值，促進(jìn)酶與底物的結(jié)合；而ATP抑制該酶。2．Ca2+濃度。

Ca2+可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸酶，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酰CoA的供應(yīng)。同時(shí)Ca2+也能激活異檸檬酸脫氫酶和α－酮戊二酸脫氫酶。生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)乙酰CoA形成和檸檬酸循環(huán)中的激活和抑制部位示意圖激活×抑制

反饋抑制·生物化學(xué)第23章檸檬酸循環(huán)六、檸檬酸循環(huán)的雙重作用

許多合成代