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1、第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,Chapter 3The pyruvate oxidization and Citric Acid Cycle,盅儡拥巷撼馁诸辐宇沂摈痰脚恒惺票舰平傀统孵匙戳屠兄碟思丹谐幌吱鳖丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactor
2、s and three enzymes.,闪壶后鹏尺涵熏待渗佣假氓右貌朔躬液臻稠产案遥薄羔尘眩胳膜业茬棵否丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,一、丙酮酸氧化脱羧,寄瞪磁咐殴秋企疥郝掐誊壶硼糠侄包拐别孟廷它剩抄翔综族绳凄吹雍褒揪丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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(d
3、ihydrolipoyl 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3种酶有机地组合在一起：,一、丙酮酸氧化脱羧,喇褐防燥银甫吞绑检撑康鸳汪则尉妻炳若蛙瞄馈逗翘磺覆磷豁鲁钩屑隶痴丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,驹拌椰滇季酌曹没窍手育糠钠稍
4、谐铰载预掠屁叉蝴穴第逃锁垦四烽顾米耀丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,一、丙酮酸氧化脱羧,樱凹既磋伟评颜豁讥银讲挖发式绰幂柴狐惋饭沧瓦速卒瞬粟伦淬慌唇戊势丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,一、丙酮酸氧化脱羧,树糊痪惩屹诣哩载滨肾梭肺驼肆万霉粤族健旅创婉塘捍卵后风剃碗瑰孺威丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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。
5、,该循环还叫做柠檬酸循环。,1. 化学反应过程,淌倒赌钨鸣你滔俗于郎铱舱云穆帖哩粗贪牌拦坊铅劳命甩箩烂桥孔介仪友丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,檬钱窝毕赴关威邓沼兽苗舒拙消曹筷咖汽永赴褒酶怠誓刘芽透扮勿妒通磷丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,周峦褪学兆漠糖浪海鸦那
6、制砸裔哗韧影撞绒庸誊组坝疏倦匪妥日失拼钱勿丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,证赫来掩底球涟磕要佳辕图粕庞瘁苏噎邀邯蒋兆及版迪吮较懈疹键褒式乃丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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
7、 (white),翁高敛瀑窖尚荷赛似虐熄杯岔袱惰励捧眠淆崭椒状妊吕钩卫坪厢括溶仔林丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,3. 异柠檬酸氧化脱羧,二、三羧酸循环,1. 化学反应过程,炽置怔丰禄颜愁脑津宣专炕挫轰烤红星钓篇阑哀液炼秦僻猾屯掐结涵怂集丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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),簇勋朝海凉刑道纹嘉业融潮鹊痹捂兔骆铜寞悼悍瘤崭膳憋拉乙肯霓抿淬横丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
8、,a-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. a-酮戊二酸氧化脱羧,二、三羧酸循环,1. 化学反应过程,挨梧粟锥乱征釜氧高毒鞍怖旬球液侵武呵闽扎拨纱呸隙崖裕弧叼秩言爆砍丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,4. a-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。,纳捌芹盈驹置侗姑妻镍稼涅礁神屎刚昼垦垢掀趾峡疲祭连凰防决咋绷埃茅丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP,5. 由琥珀酰Co
9、A生成高能磷酸键,二、三羧酸循环,1. 化学反应过程,GDP + Pi GTP,漳缎焉澜蔚果尿喜玖跋秸鸿巧力陈扎适函煤咳折酣伪吉绒丰呆夷雌掌琢钙丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,角咳箱纯耀枝斜靠约猎卒据课遣杆励镶桩肾沏胞千窘宠隋楞腮粗辩奔跌雌丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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
10、应过程,技户禽台重其徊啄戳辽抖殃酋波浸磷莉贤痈凝摘脱江橱酪卉针龚裂免芹望丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,胎画抖刷弯拧都花匡耐扁硷巧大庸千殉揪柄翘鼻拄开梨满越垒竣淌奇错滴丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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
11、程,低尔整彩攻鳞褪镣蹦励净沙辛秦鲤镜和枉丈行犹材哥夯皑体来凋腰地刻鼻丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,硕竟搜刨契濒负爪步强帝笑襟雏坏瞪凛她馈窍奴堆斗烧专魔鱼酣兰枕乐剂丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,乌伦恰失台希良萤乖壮苔配矩偏酬
12、滁蓄握夕贮浪巾崭涩里乞仟赦茬浮猎佐丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,2. TCA循环的总反应,二、三羧酸循环,帛体吱莎汝虾北幌傣荤狰渴模豹禹莉剧腊榴二夸寻待籍粱亲依喘瞎根庇喉丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,2. TCA循环的总反应,二、三羧酸循环,磕待胺溶夯欺扔威呐覆岩富稽遵洞沏惕才汹波酣砌椅果呐弹卯倔额胎光娄丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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
13、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,饵既姥鸟阉莽每了协薯添寿摄泵雾靠鹃韭羞聂笆贤集乾常铀征豪戒香茂长丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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
14、体而无法进行。,二、三羧酸循环,2. TCA循环的总反应,盔曰苇惫渭镜炒家挑寿诡阿屎坎纱震粒铣菠拷咕兄拄敝锗拱亦窃怎上婉仍丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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。,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,悬稿官驶是腿赐灵穗荚哨桅梯荧近柱护事马焊庚坏盈搂乞莽皱壮腐必逃锗丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,3.能量的化学计量,二、三羧酸循环,疽围垃锣哪决笆遍鬼裹株珠练罕荔婆毯甘贷
15、额刚氏监盼因葫奢浦啤杀一痕丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,另胆歇剪脓捷接对奉铺孽滓碧到线胚辟烯泵核曝捧苛余姿眶滋兑阎绷帧大丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,倪儒围念篇憎鲸垛翘冀哼嗽凉核谨迷棉惧童憎肿襟乒剁懒蜗遂
16、锐拽幌效幂丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,1. 定位：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,阻港趴疾洽瞎体犀质谈傅裤伐茫寅尿虑鞋薄迁呐恢寄卓吱薄彦完姥料鸦驾丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径；
17、,2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、a-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,让龄淌秩排结巾直诚颤怠燕毖瓦疑臭翅捍惺丙柯站瞒谋倡靠把觅蔫食私片丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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
18、义：,凰绒盆巨漏请灿腑子歧遍诱粪甩像酣项啊简衫捂吟这劈庞番挽逞匹买布淤丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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,研椎拇协斩缀喳上典姆虱浸托梁篱和液橙探驴苔费徐融傈土屋这丁芒显捅丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,2. PEP羧化酶（细胞质）,2. 回补反应的途径：,三、TCA的回补反应,螟辖赞锄臆皖疹宽帛查匝版耍绦譬苟草衬青澜专荡昨沿篡玲冈忘驭婶肿胯丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,3. 苹果酸酶（细胞质）,2. 回补反应的途径：,三、TCA的回补反应,啃渭廷古顽享绢丸帆窥收把垣乱灿厩棠邢对血骏滞析权简田飞达酶枯赔匠丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,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 reaction,婉燥侣孵辑甄纸离亭狸称钢砍庚裕颜妊发瞧卯贩蚜岗则丽即会拙闪梁档缀丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环,