三羧酸循环.ppt

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1、第二节、三羧酸循环 l三羧酸循环是由四碳原子的草酰乙酸与二碳 原子的乙酰辅酶A(丙酮酸氧化脱羧的产物)缩 合生成具有三个羧基的柠檬酸开始，经过一 系列脱氢和脱羧反应后又以草酰乙酸的再生 成结束，在循环过程中，乙酰CoA被氧化成 H2O 和CO2，并释放出大量能量。 l由于循环中首先生成含有三个羧基的柠檬酸 ，并且循环中有三个三元羧酸（柠檬酸、异 柠檬酸和草酰琥珀酸），故被称为三羧酸循 环或柠檬酸循环，简称TCA循环。 三羧酸循环 v三羧酸循环是德国科学家Hans Krebs于1937 年正式提出 ， 故三羧酸循环也被称为Krebs 循环。 v这一途径在动、植物，微生物细胞中普遍存 在，不仅是糖

2、分解代谢的主要途径，也是脂 肪、蛋白质分解代谢的最终途径，具有重要 的生理意义。 v1953年Krebs获得诺贝尔奖，并被称为ATP循 环之父。 三羧酸循环 1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量 3、 三羧循环的生物学意义 4、 三羧酸循环的调控 5、草酰乙酸的回补反应（一般了解） O CH3-C-SCoA CoASH NADH +CO2 FADH2 H2O NADH +CO2NADH GTP 1.三羧酸 循环途 径 （TCA ） 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸 NAD+ NAD+ FAD NAD+

3、1）乙酰CoA 与草酰乙酸缩合形成柠檬 酸 柠檬酸合成酶 Citrate synthase 调控步骤 柠檬酸合成酶的调控 lATP、 NADH、 琥珀酰CoA等抑制酶活性 ； l草酰乙酸和乙酰CoA激活酶活性 2）柠檬酸异构化生成异柠檬 酸 顺乌头酸 顺乌 头酸 酶 异柠檬酸 3）异柠檬酸氧化脱羧生成酮戊 二酸 三羧酸循环中第一次氧化脱羧作用 异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环的限速酶 异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶的调控 v 异柠檬酸脱氢酶被Mg2+、Mn2+活化，它是一 个别构酶. v正调控物是ADP，ADP可增加酶和底物的亲 和力。NAD+ 、 Mg2+和ADP有协同作用。 vNADH和ATP可

4、以抑制酶活性。 v总之，细胞在具有高能状态时酶活性被抑制; 在低能状态时酶活性被激活. 4）酮戊二酸 氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A 三羧酸循环中第二个氧化脱羧反应， 酮戊二酸脱酮戊二酸脱 氢酶复合体氢酶复合体 -酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与 丙酮 酸氧化脱羧相同，组成类似： 含三个酶及六个辅助因子 -酮戊二酸脱羧酶、 二 氢硫辛转琥珀酰基酶、 二氢硫辛酸还原酶 辅酶A、FAD、NAD+、 镁离子、硫辛酸、TPP 三个酶: 六个辅助因子： 酮戊二酸脱氢酶复合体 v此酶也是一个调节酶，受其产物NADH、琥珀 酰CoA和Ca2+抑制，细胞高能荷时，ATP， GTP也可反馈抑制酶的活性。 5）琥珀酰CoA

5、转化成琥珀酸，并产生 GTP 这是三羧酸循环中唯一的底物水平磷酸化直接 产生高能磷酸键的步骤。 GTP+ ADP GDP +ATP 琥珀酰琥珀酰CoACoA合合 成酶成酶 6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸 l三羧酸循环中第三步氧化还原反应 l 琥珀酸脱氢酶是三羧酸循环中唯一掺入线粒体内膜 的酶，直接与呼吸链联系。 l延胡索酸是反丁烯二酸，而不是顺丁烯二酸(马来酸) ，后者不能参加代谢，对有机体有毒性。 延胡索酸 马来酸 苹果酸 丙二酸、戊二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑 制剂 丙二酸 琥珀酸琥珀酸 7）延胡索酸被水化生成L-苹果酸 延胡索酸酶(fumarase)酶具有立体异构特异 性 延胡索酸 马来酸

6、苹果酸 8）L-苹果酸脱氢生成草酰乙 酸 l三羧酸循环中第4次氧化还原反应 TCA第一阶段：柠檬酸生成 H2O 草酰乙酸 O CH3-C-SCoA CoASH H2O 柠檬酸合成酶 顺乌头 酸酶 TCA第二阶段：氧化脱羧 CO2 GDPPi GTP NAD+ NADH+H+ NAD+ NADH+H+ CoASH 异柠檬酸脱氢酶 CO2 酮戊二酸 脱氢酶 琥珀酸 硫激酶 TCA第三阶段：草酰乙酸再生 FAD FADH2 H2O NAD+ NADH+H+ 草酰乙酸 琥珀酸脱氢酶延胡索酸酶 苹果酸 脱氢酶 三羧酸循 环 草酰乙酸 柠檬酸 异柠檬酸 琥珀酸 辅酶A 琥珀酸 延胡索酸 苹果酸 乙酰辅酶A

7、 三羧酸循环循环一次的产物 三羧酸循环 特点: v 一次底物水平磷酸化 v 二次脱羧 v 三个不可逆反应 v 四次脱氢 v 1 mol乙酰CoA经三羧酸循环彻 底氧化净生成10 molATP。 2、三羧循环的化学计量和能量计量 a、总反应式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP 能量“现金” : 1 GTP 能量“支票”: 3 NADH 1 FADH2 兑换率 1：3 9ATP 兑换率 1：2 2ATP 1ATP 12ATP b、三羧酸循环的能量计量 葡萄糖分解代谢过程中能量的产生 v葡萄糖在分解代谢过程

8、中产生的能量有两种形 式：直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2 ，后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。 v糖酵解：1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，净 生成了2个ATP，同时产生2个NADH。 v丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成 1个NADH。 v三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一 个GTP（即ATP）、3个NADH和1个FADH2。 葡萄糖完全氧化产生的ATP 酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH 1：3 (或2) 2 ATP 2 (3或2 ATP ) 三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH2 2 1 ATP 2 9 ATP 2 2ATP

9、 1：3 1：2 丙酮酸氧化：2 1NADH 1：3 2 3 ATP 总计：368 ATP或36ATP 葡萄糖有氧氧化过程中产生的总能量 l葡萄糖分解代谢总反应式 lC6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi l 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP l按照一个NADH能够产生3个ATP，1个FADH2能 够产生2个ATP计算，1分子葡萄糖在分解代 谢过程中共产生38个ATP： l4 ATP +（10 3）ATP + （2 2）ATP = 38 ATP 强调 l尽管分子氧不直接参与到TCA循环，但

10、TCA循环却严格需要氧，是糖的有氧氧 化途径。 l若在无氧条件，NADH 和 FADH2 不能 进入氧化呼吸链再生，从而使TCA循环 无法进行。 O CH3-C-SCoA CoASH 3 、 三 羧 酸 循 环 的 调 节 柠檬酸 异柠檬酸 顺乌头酸 酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰CoA 延胡索酸 调节位点 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶（限速酶） 酮戊二酸脱氢酶 ADP + NADH ATP- 琥珀酰CoA NADH - 琥珀酰CoA NADH ATP - 苹果酸 草酰乙酸 三羧酸循环的调节酶及其 调节: 酶 的 名 称 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系 变构激活剂 ADP ADP 、

11、Ca2+ Ca2+ 变构抑制剂 ATP、琥珀酰CoA、 柠檬酸 NADH ATP、 NADH ATP、NADH、 琥珀酰CoA 4、三羧循环的生物学意义 v是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 v是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 v形成多种重要的中间产物 v是发酵产物重新氧化的途径 柠檬酸循环中间产物是生物合成的前体 l直接利用柠檬酸循环中间产物的生物合 成途径： l葡萄糖生物合成（糖异生） l脂类的生物合成：脂肪酸和胆固醇 l氨基酸的生物合成 l卟啉类的生物合成：卟啉的主要碳原子 来自琥珀酰CoA 糖与 氨基 酸、 脂肪 代谢 的联 系 返回 5、三羧酸循环的回补反应 l 三羧酸

12、循环由于参与其他代谢途径而 失去的中间产物必须及时补充，才能维 持三羧酸循环的正常进行。 l对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反 应称为三羧酸循环的回补反应。 产生草酰乙酸的3个途径 （1） 丙酮酸在丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)催化下形成草酰乙酸，需要 生物素为辅酶。 丙酮酸羧化酶是一个调节酶，乙酰 CoA是该酶的激活剂。 高水平的乙酰CoA可以作为需要更多 草酰乙酸的信号。 （2） 磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙 酮酸羧化激酶的催化下形成草酰乙酸。 在脑和心脏中存在这个反应。 （3）天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以 形成草酰乙酸和酮戊二酸。 （4）异亮氨酸、缬氨酸和苏

13、氨酸、甲硫 氨酸也会形成琥珀乙酰CoA。 三羧酸循环的回补反应 6、糖无氧酵解和有氧氧化的总 结 糖分解方式有氧氧化无氧酵解 O2参与有无 最终产物H2O 和CO2丙酮酸 能量（ATP) 1mol 葡萄糖 38ATP 2ATP 反应部位酵解：胞液 其它：线粒体 胞液 Pasteur效 应： Pasteur效应： 氧存在下酵解速度降低的现象，即糖的有氧氧化对 糖无氧酵解的抑制作用 机理： 有氧时，NADH + H+ 可进入线粒体内氧化，于是 丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸-有氧氧化可 抑制糖无氧酵解。 缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP ，致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵

14、解途径的限速 酶，故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。 实验现象： 在癌细胞中有Crabtree现象，后发现某些正常组 织细胞(如视网膜、睾丸、小肠粘膜、颗粒性白细胞 、肾髓质、成熟红细胞等)亦有此现象。 解释： 此类细胞糖酵解酶系较强，而线粒体中某些氧 化酶系如细胞色素氧化酶活性较低，争夺氧化磷酸 化底物处劣势。 返回 Crabtree效 应： Crabtree效应（亦称反Pasteur作用）： 一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否 ，均呈现很强的酵解反应，而糖的有氧氧化受抑制， 这种作用称为Crabtree效应。 l下列哪一化合物进入三羧酸循环的目的 是为了进一步的分解代谢(2008年联赛联

15、赛 试题 A) lA乙酰-CoA B酮酸 C苹果 酸 D乙醇 l若NADH(H+)和FADH2分别计2.5和1.5ATP，则1分子丙 酮酸彻底氧化成C02和H20，释放的ATP数是多少? l(2007年联赛联赛 试题 A) l A12.5 l B 14 l C 15 l D11.5 例题 l例2 右图表示大气中氧的含量对 l植物组织内产生CO2的影响， l请据图回答问题。 l（1）A点表示植物组织释放的CO2较多，这些CO2是 的产物。 l（2）AB段CO2的释放量急剧减少，其原因是 。 l（3）BC段CO2释放量又不断增加，主要原因是 。 l（4）为了有利于贮藏蔬莱或水果，贮藏室内的氧气应 调节到图中哪一点所对应的氧浓度？ 。采取这一 措施的理由是 。 解 答 l高等植物呼吸作用的主要方式是有氧呼吸，但仍保 留了无氧呼吸的能力，所以在A点时氧含量接近0， 释放较多CO2，这是无氧呼吸产生酒精和CO2的缘故 。 lAB段随着氧含量增加，无氧呼吸受到抑制，CO2释 放量减少。 lBC段氧含量不断增加，有氧呼吸越来越旺盛，CO2 的释放量达到新高峰。 l贮存蔬菜水果时，要尽量降低呼吸作用，减少有机 物的消耗，应选择B点所对应的氧的含量，这时的有 氧呼吸已明显降低，同时又抑制了无氧呼吸。