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1、7.3 柠檬酸循环 （三羧酸循环）,细胞呼吸,一、丙酮酸氧化为乙酰CoA,丙酮酸脱氢酶复合物（PDC）（E1+E2+E3）,丙酮酸,乙酰CoA,硫辛酸,丙酮酸 + CoA + NAD+ 乙酰CoA + CO2 + NADH + H+,丙酮酸氧化,TPP(焦磷酸硫胺素) 硫辛酸 辅酶A（CoA） NAD+(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸) FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）,五种辅酶,丙酮酸脱氢酶复合物,三种酶,丙酮酸脱氢酶（E1） 二氢硫辛酰转乙酰基酶（E2） 二氢硫辛酰脱氢酶（E3）,噻唑环,与E1结合，使丙酮酸脱羧，产生羟乙基-TPP,羟乙基,丙酮酸脱羧酶,丙酮酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶,转酮醇酶,乙酰乳
2、酸合成酶,乙醇发酵,乙酰CoA的合成,TCA,光合作用C的固定,缬氨酸、亮氨酸的生物合成,Coenzyme A (CoA),酶E2的底物，从硫辛酰胺上接受乙酰基,泛酸,2-巯基乙胺,硫辛酰胺是硫辛酸与酶蛋白的一个Lys残基的-氨基共价连接,硫辛酸,还原性 二氢硫辛酰胺-E2,乙酰型 乙酰-二氢硫辛酰胺-E2,(c) E2 consists of three types of domains linked by short polypeptide linkers: a catalytic acyltransferase domain; a binding domain, involved in
3、the binding of E2 to E1 and E3; and one or more (depending on the species) lipoyl domains.,E1 丙酮酸脱氢酶 E2 二氢硫辛酰转乙酰基酶 E3 二氢硫辛酰脱氢酶,丙酮酸脱氢酶系,乙酰-二氢硫辛酰胺,丙酮酸,羟乙基-TPP,乙酰CoA,硫辛酰胺,二氢硫辛酰脱氢酶,丙酮酸脱氢酶,二氢硫辛酰转乙酰基酶,二氢硫辛酰胺,丙酮酸脱氢酶复合物催化的反应,E1,E2,E3,(c) The mechanistic details of the first three steps of the pyruvate dehyd
4、rogenase complex reaction. A Deeper Look Steric Preferences in NAD+-Dependent Dehydrogenases, the enzymes that require nicotinamide coenzymes are stereospecific and transfer hydride to either the pro-R or the pro-S positions selectively. The table (facing page) lists the preferences of several dehyd
5、rogenases.,丙酮酸氧化脱羧反应过程的调控p320,共价调节,别构调节,ATP抑制E1(丙酮酸脱氢酶) 乙酰CoA抑制E2(二氢硫辛酰转乙酰基酶) NADH抑制E3(二氢硫辛酰脱氢酶),丙酮酸脱氢酶激酶,丙酮酸脱氢酶磷酸酶,二、柠檬酸循环 （TCA循环、三羧酸循环、Krebs循环）,柠檬酸,-酮戊二酸,草酰乙酸,乙酰CoA,异柠檬酸,琥珀酰-CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,柠檬酸循环是乙酰基二碳单位进一步氧化降解产生CO2和还原型辅酶的代谢途径。,C4+C2C6 C6 C6 C6 C5 C4 C4 C4 C4,1. 乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸,柠檬酸,草酰乙酸,乙酰CoA,柠檬
6、酸合成酶 限速酶,柠檬酸合成酶单体,柠檬酸,乙酰CoA,柠檬酸合成酶结构（二聚体） Structure of citrate synthase,open form of the enzyme alone,closed form with bound oxaloacetate (yellow) and a stable analog of acetyl- CoA(carboxymethyl-CoA; red),柠檬酸合成酶作用机制,硫酯,烯醇化物,酸催化,共轭碱,柠檬酸合成酶作用机制,烯醇化物,羰基碳,草酰乙酸,酸催化,柠檬酸合成酶作用机制,柠檬酰-CoA,柠檬酸合成酶作用机制,硫酯,2. 柠檬
7、酸异构化生成异柠檬酸,异柠檬酸 6,顺乌头酸 4,柠檬酸 90,pro-S arm,pro-R arm,R,S,顺乌头酸酶,顺乌头酸酶 （含4Fe4S的铁硫蛋白）,异柠檬酸 isocitrate,铁硫簇 iron-sulfur cluster,半胱氨酸 cysteines,顺乌头酸酶的活性中心 The active site of aconitase.,铁硫中心的作用是底物结合和催化作用,顺乌头酸酶是一种含4Fe-4S的铁硫蛋白，Fe-S聚簇与柠檬酸结合，并参与底物的脱水和再水合。 铁硫蛋白：与Fe-S聚簇结合着的蛋白质称为铁硫蛋白，或非血红素铁蛋白。,柠檬酸：分子结构对称，反应不对称 Cit
8、rate: A Symmetrical Molecule That Reacts Asymmetrically,途径2实际并不出现,-酮戊二酸,易受影响的键,柠檬酸：分子结构对称，反应不对称 Citrate: A Symmetrical Molecule That Reacts Asymmetrically,3. 异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸,-酮戊二酸,异柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,Mg2+、Mn2,脱去的CO2来自最初的草酰乙酸 哺乳动物中也存在依赖NADP+的异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸,NADP+,Ca2+,异柠檬酸脱氢酶的活性中心 The active site of isocitrate
9、 dehydrogenase,4. -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA,琥珀酰辅酶A,-酮戊二酸,-酮戊二酸脱氢酶系,脱去的CO2来自最初的草酰乙酸,高能硫酯键,5. 琥珀酸的生成,琥珀酸,琥珀酰CoA,琥珀酸硫激酶 (琥珀酰CoA合成酶),底物水平磷酸化,核苷二 磷酸激酶,磷酸基转移到GDP，生成GTP,CoA被磷酸基取代,磷酸基转移到酶活性部位His残基上,释放琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶反应机制,大肠杆菌琥珀酰CoA合成酶 Succinyl-CoA synthetase of E. coli,活性部位包括： (蓝色)亚基 (褐色)亚基,Coenzyme A,磷酸,6. 延胡索酸的生成,延胡
10、索酸,琥珀酸,琥珀酸脱氢酶,琥珀酸脱氢酶是TCA中唯一的线粒体内膜结合蛋白，也是琥珀酸-CoQ氧化还原酶的一部分，没有区别琥珀酸相同两端的能力。,FAD作为该酶的辅基，共价结合在酶的一个His残基上.(FAD的C-8酶的N-3),The Fe2S2 cluster of succinate dehydrogenase,7. 苹果酸的生成,苹果酸,延胡索酸,延胡索酸酶 （延胡索酸水合酶）,延胡索酸酶催化反应可能的两种机制 Two possible mechanisms for the fumarase reaction,碳负离子,8. 草酰乙酸的再生,苹果酸,草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,热力学上不利
11、于草酰乙酸的生成,三、柠檬酸循环的总结,1、总反应,2、乙酰CoA碳原子去向,TCA中乙酰CoA中C原子的命运,羰基碳在循环的第二轮的第3、4步分别脱去,甲基碳在第1轮随机保留在琥珀酸的中间两个C上，第2轮随机保留在琥珀酸的4个C上，此后每轮循环消去50,TCA中乙酰CoA中C原子的命运,异柠檬酸,-酮戊二酸,柠檬酸,琥珀酸,琥珀酰-CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,乙酰CoA,3、柠檬酸循环中生成的产物（NADH、FADH2、CO2、GTP/ATP）,Products of one turn of the citric acid cycle,四、柠檬酸循环的生物学意义,1、提供能量,葡萄糖
12、的有氧代谢 The aerobic metabolism of glucose,糖酵解,2乙酰CoA,2、TCA是绝大多数生物体主要的分解代谢途径,3、双向（合成和分解）功能,三羧酸循环是糖、脂和蛋白质等物质代谢和转化的枢纽,TCA在合成代谢中的作用,柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰-CoA,草酰乙酸,乙酰CoA,丙酮酸,谷氨酸,嘌呤,卟啉，亚铁血红素，三氯硝基甲烷,天冬氨酸,其他氨基酸 嘌呤，嘧啶,脂肪酸、 固醇,其他氨基酸,五、TCA中间物的回补,PEP羧激酶,丙酮酸羧化酶,苹果酸酶,苹果酸,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,天冬氨酸和谷氨酸的转氨作用,PEP羧激酶更适合催化PEP的生成,PEP羧化酶,柠檬酸合成酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶系,丙酮酸脱氢酶系,六、柠檬酸循环的调控关系,AMP,NADH,The glyoxylate cycle,七、乙醛酸途径,乙醛酸,电子显微镜下发芽的黄瓜种子,乙醛酸循环体,线粒体,Relationship between the glyoxylate and citric acid cycles,Coordinated regulation of glyoxylate and citric acid cycles,TCA、糖酵解中间产物 AMP，ADP,异柠檬酸裂解酶,异柠檬酸脱氢酶,