三羧酸循環(huán)(TCA)課件

第四節(jié)三羧酸循環(huán)（TCA）三羧酸循環(huán)的概念：1937年德國生物學(xué)家Krebs（克雷布斯，1953年因此獲諾貝爾獎）闡明：乙酰CoA的繼續(xù)分解是一個環(huán)式反應(yīng)體系，起點是乙酰CoA與草酰乙酸結(jié)合為具有三個羧基的檸檬酸，故稱為三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacid），又叫TCA循環(huán)，Krebs循環(huán)，由于該循環(huán)的第一個產(chǎn)物是檸檬酸，又叫檸檬酸循環(huán)。它不僅是糖代謝的主要途徑，也是蛋白質(zhì)、脂肪分解代謝的最終途徑。

三羧酸循環(huán)的細(xì)胞定位：線粒體內(nèi)..一、丙酮酸的氧化脫羧.丙酮酸脫氫酶系是一個多酶復(fù)合體，組成如下：

調(diào)控酶：丙酮酸脫氫酶PDH、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；窪LT、二氫硫辛酸脫氫酶DLDH

輔助因子：硫胺素焦磷酸酯TPP、硫辛酸、HS—CoA、NAD＋、Mg2＋、FAD。

.丙酮酸氧化脫羧的調(diào)控：1、當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP、乙酰CoA、NADH含量同時增加時，PDH磷酸化作用加強(qiáng)，阻礙丙酮酸氧化脫羧。反之則反。2、乙酰CoA和NADH可分別抑制DLT和DLDH的活性，阻止氧化脫羧。丙酮酸的氧化脫羧是連接EMP和TCA的紐帶，其反應(yīng)本身并未進(jìn)入TCA，但是是所有糖進(jìn)入TCA的必由之路。

.二、三羧酸循環(huán)概要TCA循環(huán)一輪分10步完成。來自丙酮酸脫氫脫羧后的乙酰基（C2單位）由CoA帶著進(jìn)入TCA，第一步是C2與一個C4化合物（草酰乙酸）結(jié)合成C6化合物（檸檬酸），然后經(jīng)過2次脫羧（生成2個CO2）和4次脫氫（生成3NADH＋1FADH2），還產(chǎn)生1個GTP（高能化合物），最終回到C4化合物（草酰乙酸），結(jié)束一輪循環(huán)。

1個C2單位被分解為2CO2。

.TCA簡圖.

三、生化歷程1、乙酰CoA與草酰乙酸及H2O縮合生成檸檬酸，放出HS—CoA?！狧2O

不可逆

.2、檸檬酸脫水生成順烏頭酸

+H2O

可逆

.

3、順烏頭酸與H2O加成，生成異檸檬酸

異構(gòu)化反應(yīng)—H2O可逆

.通過2——3步，將檸檬酸異構(gòu)化為異檸檬酸。實質(zhì)是將前者的—OH從C2變到了后者的C3，成為仲醇（由叔醇變?yōu)橹俅迹?，更易氧化?/p>

.4—5、異檸檬酸氧化脫羧生成α—酮戊二酸

第一次脫氫脫羧可逆

消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2

.該酶是別構(gòu)酶，激活劑是ADP，抑制劑是NADH、ATP。

有兩種同工酶：以NAD＋為電子受體，存在于線粒體中，需Mg2＋。

以NADP＋為電子受體，存在于胞液中，需Mn2＋。

.6、α—酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA

第二次脫氫脫羧不可逆

消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2.生成一個高能鍵“~”，此步類似于丙酮酸的氧化脫羧。α—酮戊二酸脫氫酶系包括：α—酮戊二酸脫氫酶二氫硫辛酸轉(zhuǎn)琥珀酰基酶二氫硫辛酸脫氫酶.

7、琥珀酸的生成

底物磷酸化生成1ATP可逆是TCA中唯一直接產(chǎn)生ATP的反應(yīng)，屬于底物磷酸化。

區(qū)別：EMP：高能磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移給ADP放能TCA：琥珀酰CoA中的高能鍵硫酯鍵水解放能

..

8、琥珀酸氧化生成延胡索酸

第三次脫氫（FAD脫氫）可逆生成1FADH2該酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，丙二酸是競爭性抑制劑...9、延胡索酸水化生成蘋果酸

水化作用可逆消耗1H2O.

10、蘋果酸脫氫氧化生成草酰乙酸

第四次脫氫可逆消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋

..總反應(yīng)式：

乙酰CoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O

2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP

＋HS—CoA

.

四、化學(xué)量計算（一）物質(zhì)量計算1mol乙酰CoA2molCO2+1molCoA（二）能量計算1、計算1mol乙酰CoA徹底氧化分解產(chǎn)生的ATP的數(shù)目1+3×3+1×2=12molATP2、計算1molG徹底氧化分解產(chǎn)生的ATP的數(shù)目（原核生物）G丙酮酸乙酰CoACO2+H2O

EMPTCA.第一階段：G2mol丙酮酸EMP階段凈生成2molATP，2mol（NADH＋H＋）

第二階段：2mol丙酮酸2mol乙酰CoA凈生成2mol（NADH＋H＋），2molCO2

第三階段：2mol乙酰CoA經(jīng)TCA徹底氧化分解凈生成2×1ATP，2×3mol（NADH＋H＋），2×1molFADH2，2×2molCO2由于氧化磷酸化，1mol（NADH＋H＋）可生成3molATP,1molFADH2可生成2molATP。.因此：第一階段：凈生成8molATP

第二階段：凈生成6molATP，2molCO2

第三階段：凈生成24molATP，4molCO2共凈生成38molATP，6molCO2真核生物中，共凈生成36molATP，6molCO2

.TCA的運轉(zhuǎn)必須通過O2條件下才能運轉(zhuǎn)，實際上O2并不直接參加TCA，那么O2在何處參加反應(yīng)呢？TCA除了產(chǎn)生1個GTP外，另外的能量均潛在3NADH和1FADH2中，為了TCA的運轉(zhuǎn)，NAD＋和FAD必須再生。NAD＋和FAD的再生則是通過DADH和FADH2進(jìn)入電子傳遞鏈，將H交給O2，釋放潛能生成ATP而實現(xiàn)。所以，TCA的運轉(zhuǎn)必須有O2。

.五、生物學(xué)意義

1、TCA循環(huán)是生物體獲能的主要途徑，遠(yuǎn)比無氧分解產(chǎn)生的能量多。2、TCA是生物體各有機(jī)物質(zhì)代謝的樞紐。糖、脂肪、氨基酸的徹底分解都需通過TCA途徑，而TCA中的許多中間產(chǎn)物如草酰乙酸、α—酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成糖、氨基酸等的原料。3、TCA是發(fā)酵產(chǎn)物重新氧化進(jìn)入有氧分解的途徑。4、TCA的某些中間產(chǎn)物還是體內(nèi)積累成分，如檸檬酸、蘋果酸是柑桔、蘋果等果實的重要成分，在儲藏期，酸作為呼吸基質(zhì)被消耗。果實的糖/酸比是衡量果實品質(zhì)的一項指標(biāo)。.六、三羧酸循環(huán)的調(diào)控

三個調(diào)控位點：檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、α—酮戊二酸脫氫酶所催化的三個反應(yīng)。1、NAD＋/NADH的比值高：TCA循環(huán)生成的產(chǎn)物不能滿足細(xì)胞自身的需要，三種酶被激活，酶發(fā)揮催化功能，速度加快。低：大量的NADH抑制酶的活性，使TCA循環(huán)減速。.

2、ATP，琥珀酰CoA抑制檸檬酸合成酶、α—酮戊二酸脫氫酶的活性，使TCA循環(huán)減速。異檸檬脫氫酶受ATP抑制，被ADP激活。3、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)見前細(xì)胞中ATP濃度越高時，TCA速度下降；NAD＋/NADH的比值越高時，TCA速度越快。

.七、三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)效應(yīng)

產(chǎn)生草酰乙酸的途徑主要有：

.1、丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸

位于動物肝臟和腎臟的線粒體中O

CCOOH

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、細(xì)菌等，PEP羧化酶催化

CH2

C

COOH+H2O+CO2

O=CCOOH+Pi

|

O~PCH2COOH.3、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化PEP生成草酰乙酸心臟、骨骼肌中，PEP羧激酶催化

PEP+CO2+GDP

O=CCOOH

+GTPCH2COOH.4、由蘋果酸酶、蘋果酸脫氫酶催化使丙酮酸生成草酰乙酸

原核、真核中廣泛存在的蘋果酸酶催化

CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+

HO—CHCOOH

+NADP+CH2COOH

再由蘋果酸脫氫酶催化：HO—CHCOOH

+NAD+

O=CCOOH

CH2COOH

+NADH+H+CH2COOH.5、α—酮戊二酸和Asp經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用生成Glu和草酰乙酸

.第五節(jié)

磷酸戊糖途徑（HMPPPP）

磷酸戊糖途徑的概念：是G分解的另一條途徑:在6—P—G上直接氧化，再分解產(chǎn)生5—P—核糖。磷酸戊糖途徑PPP：PentosePhosphatePathway

己糖磷酸途徑HMP：HexoseMonophosphatePathway

磷酸己糖支路HMS：HexoseMonophosphateShuntG直接氧化途徑DOPG：DirectOxidationPathwayofGlucose.HMP的闡明起始于1931年Warburg對6—P—G脫氫酶的研究，后人在此基礎(chǔ)上加以完善。實驗證明：（1）在組織中加入EMP抑制劑碘乙酸或碘乙酰胺（ICH2COOH或ICH2CONH2）后，它抑制3—P—G脫氫酶的活性（3—P—G1，3—DPG），但有些微生物仍能將GCO2＋H2O，說明另有途徑。（2）用同位素14C標(biāo)記C1和C6，如果是EMP、TCA，那么生成的14C1O2和14C6O2

分子數(shù)應(yīng)相等，但實驗表明14C1

更容易氧化為CO2，說明另有途徑。說明G分解的主要途徑是EMP和TCA，但并非唯一途徑，HMP也是G分解的途徑，只是在6—P—G上直接氧化。

細(xì)胞定位：胞液

.

一、磷酸戊糖途徑概要

以6—P—G為起始物，經(jīng)過兩個階段共8步反應(yīng)，最后重新生成6—P—G的過程。

.HMP概要.

特點：G直接脫氫或脫羧，不經(jīng)過三碳糖階段。

HMP屬于有氧分解還是無氧分解？

O2不參加HMP，但認(rèn)為HMP是需氧的代謝途徑，因為可以肯定的是：HMP是需氧生物的某些組織、器官中較旺盛的代謝途徑，而且與EMP、TCA相聯(lián)系。

.二、生化歷程（一）不可逆的氧化階段（1-----3）1、6—P—G6—P葡萄糖酸內(nèi)酯

可逆

...2、6—P葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成6—P葡萄糖酸

不可逆

.3、6—P葡萄糖酸脫氫脫羧生成5—P核酮糖（5—P—Ru）

不可逆

.1——3步..（二）可逆的非氧化階段（4——8）戊糖互變4、5—P核酮糖（5—P—Ru）異構(gòu)化為

5—P核糖（5—P—R）

官能團(tuán)異構(gòu)

.5、5—P核酮糖（5—P—Ru）異構(gòu)化為

5—P木酮糖（5—P—Xu）

差向異構(gòu)

.4——5步..6-----8步，基團(tuán)移位反應(yīng)

通過轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶的催化作用，將一酮糖分子的酮醇基轉(zhuǎn)移給另一醛糖分子上，形成新的醛糖和酮糖。轉(zhuǎn)酮酶專門催化乙酮醇基轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)醛酶專門催化二羥丙酮基轉(zhuǎn)移通過C5、C4、C7、C3、C6只見的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，實現(xiàn)了糖分子之間的轉(zhuǎn)變，最終生成6—P—F.HMP的兩個關(guān)鍵酶轉(zhuǎn)酮酶或轉(zhuǎn)羥乙醛基酶轉(zhuǎn)醛酶或轉(zhuǎn)二羥丙酮基酶.

6、5—P—R＋5—P—Xu3—P—G（3—P甘油醛）＋7—P—S（7—P—景天庚酮糖）將5—P—Xu的乙酮醇基轉(zhuǎn)移給5—P—R。

..7、3—P—G＋7—P—S4—P—E（4—P赤蘚糖）＋6—P—F

將7—P—S-的二羥丙酮基轉(zhuǎn)移給3—P—G。

..磷酸戊糖途徑的非氧化階段之二

（基團(tuán)轉(zhuǎn)移）

+24-磷酸赤蘚糖+25-磷酸核糖23-磷酸甘油醛轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)醛酶26-磷酸果糖+7-磷酸景天庚酮糖2H25-磷酸木酮糖.6——7步.8、5—P—Xu＋4—P—E3—P—G＋6—P—F

將5—P—Xu的乙酮醇基轉(zhuǎn)移給4—P—E。

..基團(tuán)轉(zhuǎn)移（續(xù)前）

+24-磷酸赤蘚糖+23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖轉(zhuǎn)酮酶25-磷酸木酮糖.然后：3—P—GDHAP3—P—G+DHAP1，6—FDP2—磷酸果糖酯酶磷酸己糖異構(gòu)酶1，6—FDP6—P—FH2OPi6—P—G.H2OPi1,6-二磷酸果糖23-磷酸甘油醛6-磷酸果糖醛縮酶二磷酸果糖酯酶磷酸戊糖途徑的非氧化階段之三

（3-磷酸甘油醛異構(gòu)、縮合與水解）

異構(gòu)酶.總反應(yīng)式為：A式：66—P—G＋12NADP＋＋6H2O

46—P—F＋23—P—G＋6CO2＋12（NADPH＋H＋）

然后：23—P—G1，6—DPG＋H2O6—P—F＋Pi6—P—F6—P—G

因此得到B式

：6—P—G＋12NADP＋＋7H2O

6CO2＋12（NADPH＋H＋）＋Pi所以，HMP要循環(huán)一輪，必須有6個6—P—G同時進(jìn)入循環(huán)，但最終只有1個6—P—G被徹底分解為6CO2＋12（NADPH＋H＋）＋Pi。

.磷酸戊糖途徑的非氧化分子重排階H2OPi65-磷酸核酮糖25-磷酸核糖25-磷酸木酮糖2

3-磷酸甘油醛27-磷酸景天庚酮糖2

4-磷酸赤蘚丁糖26-磷酸果糖25-磷酸木酮糖23-磷酸甘油醛26-磷酸果糖1，6-二磷酸果糖16-磷酸果糖轉(zhuǎn)醛酶異構(gòu)酶轉(zhuǎn)酮酶轉(zhuǎn)酮酶醛縮酶階段之一階段之二階段之三.

三、化學(xué)量計算1、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)：36—P—G＋6NADP＋＋3H2O

26—P—F＋3—P—G＋3CO2＋6（NADPH＋H＋）

2、循環(huán)途徑為：66—P—G＋12NADP＋＋6H2O

46—P—F＋23—P—G＋6CO2＋12（NADPH＋H＋）

.四、生物學(xué)意義