第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
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第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环. Chapter 3 The p yruvate oxidization and Citric Acid Cycle. 一、丙酮酸氧化脱羧. 丙酮酸的氧化脱羧的部位: 线粒体. 在有氧条件下,丙酮酸氧化脱羧形成乙酰 CoA, 后者可进入三羧酸循环彻底氧化。. The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactors and three enzymes. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
Chapter 3The pyruvate oxidization and
Citric Acid Cycle
在有氧条件下,丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA,后者可进入三羧酸循环彻底氧化。
一、丙酮酸氧化脱羧
丙酮酸的氧化脱羧的部位:线粒体
The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactors and three enzymes.
一、丙酮酸氧化脱羧
E1 —— 丙 酮 酸 脱 氢 酶 (pyruvate dehydrogenase PDH) 。催化丙酮酸的脱羧及脱氢,形成二碳单位乙酰基。具有辅基 TPP。
E2 —— 二氢硫辛酸转乙酰基酶 (dihydrolipoyl transacetylase TA) 。催化二碳单位乙酰基的转移。具有辅基硫辛酸。
E3 —— 二 氢 硫 辛 酸 脱 氢 酶 (dihydrolipoyl dehydrogenase DLD) 。催化还原型硫辛酸→氧化型。具有辅基 FAD。
催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体,它由催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体,它由 33 种酶有种酶有机地组合在一起:机地组合在一起:
一、丙酮酸氧化脱羧
整个过程涉及到的 6个辅因子: TPP(焦磷酸硫胺素) 、 SSL(硫辛酸 ) 、 FAD、 NAD+ 、 CoA、 Mg2+ 等
。丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形,每个复合体含有:6 个 PDH 、 24 个 TA 、 6 个 DLD
其中 TA为复合物的核心,它的一条硫辛酸臂可以旋转。
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧
三 羧 酸 循 环 (tricarboxylic acid
cycle),又叫做 TCA循环,是由于该循环的第一个产物是柠檬酸,它含有三个羧基,故此得名。
二、三羧酸循环
该循环的提出的主要贡献者是英国生化学家Krebs,所以又称 Krebs循环。
该循环还叫做柠檬酸循环。
1. 化学反应过程
a. 乙酰 CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
a. 乙酰 CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
这步反应由 C4 → C6 。
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink
a. 乙酰 CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
反应的能量由乙酰 CoA的高能硫酯键提供,所以使反应不可逆。此为醇醛缩合反应,先缩合成柠檬酰CoA,然后水解。
这步反应由 C4 → C6 。
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
2. 柠檬酸异构化成异柠檬酸
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitreate (white)Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitreate (white)
3. 异柠檬酸氧化脱羧
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
这阶段放出了 1分子 CO2 ,由 C6 → C5 ;产生 1分子NADH
3. 异柠檬酸氧化脱羧二、三羧酸循环1. 化学反应过程
NADP+(gold); Ca2+(red))
- 酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体非常相似,也包含三种酶、五六种辅因子。
4. - 酮戊二酸氧化脱羧
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
4. - 酮戊二酸氧化脱羧
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
这阶段又放出了 1分子 CO2 ,由 C5 → C4
;又产生 1 分子 NADH ;形成 1个高能硫酯键。
这阶段合成了 1 分子高能磷酸化合物 GTP
5. 由琥珀酰 CoA生成高能磷酸键
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
GDP + Pi GTP
这阶段合成了 1 分子高能磷酸化合物 GTP
5. 由琥珀酰 CoA生成高能磷酸键
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
这一阶段的反应为 C4 的变化;产生 1 分子 FADH2 、 1 分子 NADH 。
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
这一阶段的反应为 C4 的变化;产生 1 分子 FADH2 、 1 分子 NADH 。
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
这一阶段的反应为 C4 的变化;产生 1 分子 FADH2 、 1 分子 NADH 。
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ blue.
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环1. 化学反应过程
2. TCA 循环的总反应 二、三羧酸循环
2. TCA 循环的总反应 二、三羧酸循环
每经历一次 TCA循环 有 2个碳原子通过乙酰 CoA进入循环,以后有2个碳原子通过脱羧反应离开循环。 有 4对氢原子通过脱氢反应离开循环,其中 3对由 NADH携带, 1对由 FADH2 携带。 产生 1分子高能磷酸化合物 GTP,通过它可生成 1分子 ATP 。 消耗 2 分子水,分别用于合成柠檬酸(水解柠檬酰 CoA)和延胡索酸的加水。
二、三羧酸循环2. TCA 循环的总反应
由 TCA循环产生的 NADH 和 FADH2 必须经
呼吸链将电子交给 O2 ,才能回复成氧化态,再去接受 TCA循环脱下的氢。
产物 NADH 和 FADH2 的去路 :
∴ TCA循环需要在有氧的条件下进行。否则 NADH 和 FADH2 携带的 H 无法交给氧,即呼吸链氧化磷酸化无法进行, NAD+ 及 FAD 不能被再生,使 TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进行。
二、三羧酸循环2. TCA 循环的总反应
乙酰 CoA通过 TCA循环脱下的氢由 NADH 及
FADH2 经呼吸链传递给 O2 ,由此而形成大量ATP 。
碳 源 乙酰 CoA → 2CO2
能 量1GTP → 1ATP
共12ATP
3NADH → 3ATP×3 = 9ATP1FADH2 → 2ATP×1 = 2ATP
由乙酰 CoA氧化产生的 ATP中,只有 1/12 来自底物水平的磷酸化,其余都是由氧化磷酸化间接产生。
3. 能量的化学计量
二、三羧酸循环
碳 源丙酮酸 → 乙酰 CoA + CO2 →
3CO2
能 量丙酮酸氧化脱羧: 1NADH →
3ATP 共15ATP
TCA循环: 12ATP
3. 能量的化学计量
二、三羧酸循环
碳 源 葡萄糖 → 2 丙酮酸 → 6CO2
能 量葡萄糖有氧酵解: 2ATP + 2NADH
→ 8 ATP 共38ATP
丙酮酸有氧氧化: 15×2 = 30 ATP
葡萄糖彻底氧化经由的途径:EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、 TCA循环、呼吸链氧化磷酸化。
对于原核生物:
3. 能量的化学计量
二、三羧酸循环
对于原核生物:
由于在 EMP途径中生成的 NADH在线粒体外,其磷氧比为 2,所以 1分子葡萄糖彻底氧化只能合成 36 ATP。
对于真核生物(高等植物、真菌、动物的肌细胞) :
3. 能量的化学计量
二、三羧酸循环
1. 定位:线粒体线粒体
A 柠檬酸合酶 :该酶有负变构剂 ATP,它使酶与底物的亲和力下降,从而 Km 值增大。
B 异柠檬脱氢酶 :该酶有正变构剂 ADP,它使酶与底物的亲和力增加。此外, NAD+、底物异柠檬酸使酶活升高; NADH、 ATP使酶活下降。C - 酮二酸脱氢酶 : ATP、 NADH及产物琥珀酰CoA抑制酶的活性。
2. 不可逆反应与调节:
4. 注意点 二、三羧酸循环
1. 为生物体提供能量,是体内主要产生 ATP的途径 ;
2. 循环中的中间物为生物合成提供原料; 如草酰乙酸、 - 酮戊二酸可转变为氨基酸,琥珀酰 CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。
3. 糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。
5. TCA 循环的生物学意义 二、三羧酸循环
三、 TCA 的回补反应
三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为生物合成提供原料,但这些中间物必须得到补充,以保证 TCA 循环运转。尤其是起始物草酰乙酸,缺乏它乙酰 CoA就不能进入循环。
生物体中存在着及时补充草酰乙酸的反应,称为回补反应。
1. 回补反应含义:
1. 丙酮酸羧化
2. 回补反应的途径:
丙酮酸羧化酶需要生物素作为其辅酶。
这是动物中最重要的回补反应,在线粒体中进行。
三、 TCA 的回补反应
2. PEP 羧化酶(细胞质)
2. 回补反应的途径: 三、 TCA 的回补反应
3. 苹果酸酶(细胞质)
2. 回补反应的途径: 三、 TCA 的回补反应
4. PEP羧激酶(液泡)
2. 回补反应的途径: 三、 TCA 的回补反应
The phosphoenolpyruvate carboxykinase reactionThe phosphoenolpyruvate carboxykinase reaction