1、第二十三章 檸檬酸循環(huán)A time-lapse photograph of a Ferris wheel at night. Aerobic cells use a metabolic wheel-the tricarboxylic acid cycle-to generate energy by acetyl-CoA oxidation.揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院糖的有氧氧化 葡萄糖 徹底氧化分解生成CO2和H2O的過程。糖的有氧氧化是指：體內(nèi)組織在有氧條件下， 有氧氧化是糖氧化的主要方式，絕大多數(shù)組織細(xì)胞都通過有氧氧化獲得能量。C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 3

2、0/32 ATP揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院糖有氧氧化概況葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2+H2O+ATP三羧酸循環(huán)糖的有氧氧化乳酸糖酵解線粒體內(nèi)胞漿揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院糖的有氧氧化與糖酵解細(xì)胞胞漿線粒體葡萄糖丙酮酸乳酸葡萄糖丙酮酸CO2+H2O+ATP(糖的有氧氧化）丙酮酸(糖酵解)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院糖有氧氧化的過程第一階段： 丙酮酸的生成（胞漿）第二階段： 丙酮酸氧化脫羧生成乙酰 CoA（線粒體）第三階段： 乙酰CoA進(jìn)入檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化途徑徹底氧化。（線粒體）三 個(gè) 階 段揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院丙酮酸的生成（胞漿）葡萄糖 + NAD+ + 2ADP +2Pi 2（

3、丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ）2丙酮酸進(jìn)入線粒體進(jìn)一步氧化2(NADH+ H+ )2H2O + 3ATP線粒體內(nèi)膜上特異載體穿梭系統(tǒng)氧化呼吸鏈揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院檸檬酸循環(huán)（Citric Acid Cycle)三羧酸循環(huán) （Tricarboxylic Acid Cycle ） Krebs循環(huán)在好氧真核生物線粒體基質(zhì)或好氧原核生物細(xì)胞質(zhì)中，酵解產(chǎn)物丙酮酸脫羧、脫氫，徹底氧化為CO2、H2O并產(chǎn)生ATP的過程。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院原核細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)真核生物線粒體基質(zhì)（線粒體）揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院一、丙酮酸氧化脫羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized t

4、o Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脫氫酶系揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院八聚體揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院多酶復(fù)合體位于線粒體內(nèi)原核細(xì)胞在胞液中三種酶六種輔助因子E1-丙酮酸脫氫羧酶（組分）E2-二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰基酶E3-二氫硫辛酸脫氫酶TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+丙酮酸脫氫酶系揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院丙酮酸脫氫酶復(fù)合體E2E3E1三種酶60條肽鏈形成的復(fù)合體揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院CoA-SHAMP泛酸CoA-SH3OCCH-巰基乙胺222O2CH22OHCH3-2OH-OCOCHCHNHCOCHCCHPOPOCHNHCHS3CHOOOOONNNNNHO

5、POOH揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院硫辛酸：揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院硫辛酰胺輔基硫辛酰賴氨酰臂砷化物共價(jià)結(jié)合-毒害作用揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院V B1TPP的結(jié)構(gòu)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院功能脫羧酶輔酶將底物移入（出）脫羧酶的活性中心。+TPP的作用揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院丙酮酸脫氫酶復(fù)合體催化反應(yīng) 的圖解羥乙基TPP高能鍵揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院CH3CCOOHO+TPPE1分步反應(yīng)羥乙基TPPE1：丙酮酸脫氫酶揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸乙酰硫辛酸E2：轉(zhuǎn)乙酰酶硫辛酸：揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院E2E3E3E3：二氫硫辛酸

6、脫氫酶揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院砷化物對硫辛酸的毒害作用 與E2的硫辛酸上的-SH結(jié)合砷化物可在糖酵解過程中代替磷酸鹽而使氧化與磷酸化解耦聯(lián)。這里砷化物還能抑制丙酮酸生產(chǎn)乙酰輔酶A。微生物中許多酶對有機(jī)砷化物的毒害比人類更敏感，曾用于治療椎蟲病。但是砷化物對病人有嚴(yán)重的毒副作用，常引起濕疹，頭暈，頭痛等。砷化物對白血病的治療。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控：1、產(chǎn)物控制：NADH 、乙酰-CoA2、丙酮酸脫氫酶組分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活） 由E2上結(jié)合的激酶和磷酸酶起作用 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院ATP/AMP NADH/NAD+ 乙酰CoA/CoA(能荷比)(

7、一)： 乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶()： AMP、PDH磷酸酶、Ca2+、胰島素?fù)P州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二、檸檬酸循環(huán)概貌 Citric Acid Cycle揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院TCA概貌揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院TCA概貌揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院TCA概貌揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院三、檸檬酸循環(huán)歷程 Reactions of the Citric Acid Cycle1、草酰乙酸與乙酰CoA縮合成檸檬酸 Formation of Citrate 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院檸檬酸合酶是變構(gòu)酶變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH、 琥珀酰CoA、酯酰CoA AMP可解除抑制FH2

8、C氟乙酰輔酶A ：底物，形成氟檸檬酸，不能往下反應(yīng)，稱致死性合成揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院CH3CO丙酮酰-CoA：競爭性抑制劑揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、經(jīng)順烏頭酸生成異檸檬酸 Formation o f Isocitrate via cis-Aconitate 烏頭酸酶揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院3、異檸檬酸氧化形成酮戊二酸Oxidation of Isocitrate to -Ketoglutarate and CO2 氧化脫羧G0= -20.9 kJ/mol異檸檬酸脫氫酶NAD為輔酶，需Mg2+（線粒體）NADP為輔酶（胞質(zhì)也有）揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院4、酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰

9、-CoA Oxidation of -Ketoglutarate to Succinyl-CoA酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體G0 = -33.5 kJ/mol高能硫酯化物揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院5、琥珀酰-CoA轉(zhuǎn)化為琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate 琥珀酰-CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）哺乳動(dòng)物GTP/ATP植物、微生物ATP（唯一）直接產(chǎn)生高能磷酸鍵底物磷酸化揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院GTP參與蛋白質(zhì)合成G蛋白活化（信號傳導(dǎo)）GTP+ADP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院6、琥珀酸脫氫形成延胡

10、索酸 Oxidation of Succinate to Fumarate FAD與酶共價(jià)連接丙二酸為競爭性抑制劑抑制細(xì)胞呼吸 （Krebs）琥珀酸脫氫酶位于線粒體內(nèi)膜揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院7、延胡索酸水合生成 L-蘋果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院8、 L-蘋果酸脫氫形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸與乙酰CoA縮合（高度放能）反應(yīng)所推動(dòng)揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院四、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量2 丙酮酸 2 acetyl-CoA

11、 2 NADH 5 2 異檸檬酸 2-酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二酸 2 琥珀酰-CoA 2 NADH 52 琥珀酰-CoA 2琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸 2 延胡素酸 2 FADH2 3 2蘋果酸 2 草酰乙酸 2 NADH 5Total 25 ATP底物磷酸化揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院丙酮酸只有4個(gè)氫，但徹底氧化所放出的氫？加水加氫揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院糖酵解+三羧酸循環(huán)的效率糖酵解 1G 2ATP+2NADH+2H+2丙酮酸 7ATP三羧酸循環(huán) 2丙酮酸 25ATP 32ATP儲(chǔ)能效率=32 7.3/686= 34.05 %其余能量以熱量形式：一部分維持體溫，一部分散失

12、。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院總反應(yīng)式揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院CO2來自草酰乙酸而不是乙酰CoA但凈結(jié)果是氧化了1分子乙酰CoA揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院五、檸檬酸循環(huán)的調(diào)控速率受細(xì)胞能量狀態(tài)、生物合成需求調(diào)節(jié)分為兩方面的調(diào)控1. 檸檬酸循環(huán)本身所具有的內(nèi)部相互制約系統(tǒng)的調(diào)節(jié)2. ADP、ATP和Ca2+對檸檬酸循環(huán)的調(diào)節(jié)。總的來說都是對酶的調(diào)控。揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院限速酶：1.檸檬酸合酶 變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH、琥珀酰CoA 競爭性抑制劑：檸檬酸 AMP可解除抑制2.異檸檬酸脫氫酶 變構(gòu)抑制劑：ATP、NADH 變構(gòu)激活劑： ADP3.酮戊二酸脫氫酶系 抑制劑：ATP、 NADH

13、、琥珀酰CoA 激活劑：AMP 、 ADP、Ca2+ 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院乙酰CoA的主要來源和去路糖原G三脂酰甘油FA、甘油蛋白質(zhì)氨基酸三羧酸循環(huán)膽固醇、FA酮體乙酰CoA揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院六、檸檬酸循環(huán)的生物意義（ 1） 是好氧生物體內(nèi)最主要的產(chǎn)能途徑！ （2） 是脂類、蛋白質(zhì)徹底分解的共同途徑！ （3） 提供合成其他化合物的碳骨架如： 草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸 Glu 其他氨基酸 琥珀酰CoA 血紅素兩用性揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院檸檬酸循環(huán)焚燒爐揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院巴斯德效應(yīng)（Pasteur)概念：指有氧氧化抑制生醇發(fā)酵（或糖酵解）的現(xiàn)象。或生物細(xì)胞和組織中的糖發(fā)酵為氧所抑制,這種現(xiàn)象巴斯德(L.Pasteur)在研究酵母的酒精發(fā)酵量和氧分壓之間的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)的,故稱巴斯德效應(yīng)。 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院由于從呼吸(完全氧化)所得的能量,遠(yuǎn)大于等量糖發(fā)酵所得的能量,因此為了獲得對維持生命活動(dòng)所需的能量,在有氧情況下與無氧下相比,只消耗少量的糖即足。生物體根據(jù)氧的有無,來調(diào)節(jié)糖的分解量,而使能量得到節(jié)制 揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院TCA填補(bǔ)反應(yīng)（anaplerotic reaction）1、丙酮酸羧化乙酰CoA激活揚(yáng)州大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院2、PEP羧化（大腦和心臟）3、Asp和Glu脫氨