Transcript 糖代谢-2-TCA
第三章 糖代谢-2-TCA 第三节 柠檬酸循环（三羧酸循环） 有氧条件下丙酮酸的去向 是丙酮酸（糖）以及脂肪、氨基酸有氧代谢的最 终途径和共同途径。代谢枢纽。 柠檬酸循环 = 三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle, TCA cycle) = TCA循环 = Krebs循环 TCA循环在线粒体中进行： EMP途径（细胞质）产生的丙酮酸 线粒体 一 准备阶段：丙酮酸 乙酰 - CoA ~ -巯基乙胺-泛酸-ADP-3’P （一）丙酮酸脱氢酶系(复合体) （pyruvate dehydrogenase complex）： E. coli丙酮酸脱氢酶复合体组成 辅酶 催化反应 E1：丙酮酸脱氢酶组分 TPP 丙酮酸氧化脱羧 E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶 硫辛酰胺 转移乙酰基给CoA E3：二氢硫辛酸(酰胺)脱氢酶 砷化物 FAD 硫辛酰胺的氧化 （二）丙酮酸转变为乙酰 – CoA的步骤 S-CH 1 丙酮酸脱羧反应： COOO = C+ + TPPCH3 CO2 E1 S-CH CH2 CH2- CH2- …… 羟乙基--TPP乙酰二氢硫辛酰胺· E2 2 乙酰基与CoA结合形成乙酰 – CoA： 乙酰二氢硫辛酰胺 · E2 + HSCoA E2 O CoA - S ~ C-CH3 + 二氢硫辛酰胺 · E2 3 还原型二氢硫辛酰胺的氧化： FAD E3 SH S S E2 + E3 E2 SH S S FAD SH SH + E3 4 二氢硫辛酸（酰胺）脱氢酶氧化及NADH合成： FAD E3 SH SH FADH2 NAD+ S E3 S NADH+H+ FAD 来自葡萄糖 S E 的 C3或C4 3 S E. coli丙酮酸脱氢酶复合体反应体系涉及： 3种酶：E1、E2、E3 3种辅基： TPP 、二氢硫辛酸、FAD 2种辅酶：CoASH、NAD+ （三）丙酮酸脱氢酶系(复合体)的调控 1 产物控制：NADH、乙酰辅酶A竞争抑制E3和E2 2 磷酸化和去磷酸化的调控： E2上结合 激酶：使E1磷酸化 失活 磷酸酶：使E1去磷酸化 活化 激酶和磷酸酶的活力受能荷、生物合成需要等影响 丙酮酸脱氢酶系最重要的调节组分是: 丙酮酸脱氢酶（E1） 二 柠 檬 酸 循 环 的 反 应 历 程 His- -2 不可逆 反应机制：醛醇-克莱森酯缩合反应（condensation） 柠檬酸合酶（二聚体）+草酰乙酸活性中心构象大 幅 度的变化诱导出乙酰CoA 结合位 柠檬酸合酶是TCA循环的限速酶，受多种物质调控 氟乙酸（有毒植物叶）氟乙酰CoA 致死性合成氟 柠檬酸 抑制后一步反应的酶 可逆 脱水、水合反应（dehydration、hydration） 乌头酸酶可识别柠檬酸的前手性 羟基移位方向：远离新进入的两个乙酰基碳 来自草酰乙 酸的羧基 不可逆 反应机制：-裂解(氧化脱羧，oxidative decarboxylation) 以NADP+为辅酶：线粒体、细胞质 异柠檬酸脱氢酶 以NAD+为辅酶：只存在于线粒体 需要Mg2+、Mn2+激活 异柠檬酸脱氢酶是别构调节酶：ADP(+)；ATP、NADH(-) 系 不可逆 TCA循环第二次脱羧(羧基碳原子)；产生第二个NADH分子 -酮戊二酸脱氢酶系：多酶复合体，反应不可逆。 E1：-酮戊二酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰转琥珀酰酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶 反应由琥珀酰-CoA合成酶（硫激酶）催化： 底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation） 是TCA循环唯一的底物水平磷酸化部位。 一分子GTP储存的能量相当于一分子ATP。 Gº’= - 33.6 kJ/mol = - 8.0 kcal /mol 氧化（脱氢）反应：产物延胡索酸为反式。 丙二酸作为琥珀酸的结构类似物可竞争性抑制反应 琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)是唯一 镶嵌到线粒体内膜的TCA循环酶，FAD为酶的辅基。 L- • 水合反应（hydration） • 延胡索酸酶（fumarase）具有严格的立体专一性， 只作用于反式结构。 • 产物苹果酸只能是L - 型，但羟基的位置是随机的 L- 氧化反应（oxidation） 形成TCA循环的第三个NADH 三 柠 檬 酸 循 环 总 结 ： 1. 总反应式： 乙酰 - CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP +Pi 2CO2+ 3NADH + 2H+ + FADH2 + GTP + CoASH 2. 生成ATP数量： 1分子乙酰CoA：GTP ATP 3NADH 3 2. 5 = 7. 5 ATP FADH2 1 1. 5 = 1. 5 ATP 10ATP 1分子丙酮酸：丙酮酸脱羧产生1个NADH2.5ATP12.5 ATP 1分子葡萄糖 EMP TCA 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH 2 12. 5 + 2 +2 2.5 = 32 ATP 四 TCA循环的调控 催化速度随 着底物(+) 和产物(-) 浓度的变化 而受到调节 乙酰-CoA、 草酰乙酸 NADH ATP、ADP 和Ca2+对 TCA循环起 调节作用 柠檬酸合酶 异柠檬酸 脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系 2. 三个调控酶： 柠檬酸合酶(citrate synthase) ：限速酶。 乙酰-CoA、草酰乙酸(+) ； 琥珀酰-CoA、NADH、柠檬酸(-)； 异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）： 别构酶：受 ADP别构激活 、Ca2+ (+) ； NADH、ATP (-) -酮戊二酸脱氢酶系 (-ketoglutarate dehydrogenase complex ) ： 受产物NADH、琥珀酰CoA (-)； ATP，GTP (-) ； Ca2+ (+) 五 三羧酸循环的生物学意义 1 产生大量能量 2 中间产物可供生物合成之用 3 是糖代谢、脂代谢和氨基酸分解代谢共 同必需的重要反应，是代谢的枢纽。 而且具有合成及分解代谢两用性 六 TCA循环的回补反应： 回补（填补）反应（anaplerotic reaction）: 对柠檬酸循环中间产物起补充作用的反应。 被乙酰CoA 草酰乙酸的回补： 激活 （1）丙酮酸+CO2+ATP+H2O 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸+ADP+Pi+2H+ （2）PEP + CO2 + GDP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 草酰乙酸+GTP （3）Asp 转氨草酰乙酸 -酮戊二酸的回补： Glu 转氨 -酮戊二酸 琥珀酰CoA的回补： Ile、Val、Met等转氨 琥珀酰CoA 七. 乙醛酸循环（P159）： 乙醛酸循环（glyoxylate cycle）: 又称TCA循环支路，只存在于植物和微生 物中，在动物体内不存在。动物缺少两种酶： 异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶。 在乙醛酸循环体(glyoxysome)中进行。 在乙醛酸循环体内的总反应式： 2乙酰CoA+ NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoA SH + NADH +H+ 乙醛 酸 循环 体 乙 醛 酸 循 环 反 应 历 程： 细胞质 TCA