三羧酸循环

河北科技大学教案用纸第1页共6页第22次课2学时注：本页为每次课教案首页上次课复习：1.简要重复上次课内容的重点；2.无氧降解和有氧降解的特点；糖酵解途径的三步不可逆部位；限速酶；ATP生成部位本次课题（或教材章节题目）：第八章糖代谢第一节糖类总述第二节糖的分解代谢（2）教学要求：掌握丙酮酸的去路；了解糖的乙醇发酵和乳酸发酵；掌握三羧酸循环历程和限速酶；了解三羧酸循环的调控；掌握三羧酸循环的生物学意义。掌握磷酸戍糖途径的生物学意义。了解乙醛酸循环重点：三羧酸循环历程和磷酸戍糖途径限速酶；作用部位；三羧酸循环和磷酸戍糖途径的生物学意义。了解糖原分解代谢途径难点：三羧酸循环的调控教学手段及教具：课堂讲授与PowerPoint演示相结合，Flash视频辅助。讲授内容及时间分配：第二节糖的分解代谢（2）※丙酮酸的去路（二）G的无氧降解（10分）1．乙醇发酵2.乳酸发酵（三）G的有氧降解（50分）1．G----.丙酮酸2．柠檬酸循环3．氧化磷酸化（四）磷酸戍糖途径（20分）（五）乙醛酸循环（10）二、多糖和低聚糖的酶促降解课后作业第145页习题：2,4,6,7,8参考资料《生物化学》科学出版社现代生物学精要速览中文版王镜岩等译《生物化学简明教程》高等教育出版社罗纪盛等河北科技大学教案用纸第2页共6页第十章糖代谢(2)Glycometabolism二、柠檬酸循环(TCA，1953年获得诺贝尔奖)EMP：G--------2丙酮酸(在细胞浆中)丙酮酸进线粒体－－乙酰CoATCA：乙酰CoA进入TCA(在线粒体基质中)电子传递水平磷酸化(在线粒体内膜上)1.EMPG--------2丙酮酸净得2ATP得2NADH+H+2.TCA(柠檬酸循环、三羧酸循环第92页)tricarboxylicacidcycle)Krebs循环有氧条件下，将酵解作用产生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA，再经一系列氧化和脱羧，最终生成二氧化碳和水并产生能量。2丙酮酸+2GDP+2Pi+4H2O+2FAD+8NAD--------6CO2+2GTP+2FADH2+8NADH＋H＋化学历程能量计量调控生物学意义三羧酸循环的发现历史AlbertSzentGyorgyi观察用丙酮酸与肌肉组织一起在有氧条件下保温，丙酮酸可以被彻底氧化，生成二氧化碳和水。因此认为葡萄糖或糖原的有氧分解也循着糖酵解途径，有氧分解可以说是无氧分解的继续。H.Krebs通过总结大量的实验结果，认为糖的氧化过程不是直线进行的，而是以循环方式进行。于是他于1937年提出了三羧酸循环假设并用实验证明了三羧酸循环的存在。(1)化学历程TCA循环的准备阶段：丙酮酸--乙酰CoATCA循环阶段：①准备阶段(丙酮酸进入线粒体－－乙酰CoA)丙酮酸+CoA-SH+NAD+→Acetyl-CoA+CO2+NADH+H+丙酮酸脱氢酶复合体系有三种酶组成：三种酶均以二聚体的形式存在。•E1——丙酮酸脱氢酶(24条肽链)•E2——二氢硫辛酸转乙酰基酶(24条肽链)•EE33——二氢硫辛酸脱氢酶(12条肽链)砷化物：可与E2－SH共价结合，使酶失去活性。练习题糖酵解的终产物是丙酮酸糖酵解的脱氢步骤反应是()河北科技大学教案用纸第3页共6页A．1，6-二磷酸果糖→3-磷酸甘油醛十磷酸二羟丙酮B．3-磷酸甘油醛→磷酸二羟丙酮C．3-磷酸甘油醛→1，3-二磷酸甘油酸D．1，3--磷酸甘油酸→3-磷酸甘油酸缺氧情况下，糖酵解途径生成的NADH+H+的去路()A．进入呼吸链氧化供应能量B．合成1，6-双磷酸果糖C．3-磷酸甘油酸还原为3-磷酸甘油醛D.丙酮酸还原为乳酸糖酵解过程中最重要的关键酶是()A．己糖激酶B．6-磷酸果糖激酶IC．丙酮酸激酶D．果糖双磷酸酶丙酮酸脱氢酶复合体中最终接受底物脱下的2H的辅助因子是()A．FADB．硫辛酸C．辅酶AD．NAD+E．TPP糖酵解途径的反应全部在细胞进行。葡萄糖激酶和己糖激酶在各种细胞中对葡萄糖的亲和力都是一样的.常食用糖类，应补充维生素，否则可导致积累。反应过程与调控：96页E2分子上结合着两种特殊的酶-----激酶和磷酸酶E1的磷酸化(无活性)和去磷酸化(有活性)ATP/ADP比值高、酶的磷酸化作用增加②三羧酸循环乙酰CoA－--3NADH+FADH2+2CO2+ATP柠檬酸生成阶段：(1)(2)氧化脱羧阶段：（３）（４）（５）草酰乙酸再生阶段：（６）（７）（８）（1）乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸柠檬酸合成酶（Citroylsynthetase）：此酶是第一个调节酶，限速步骤，此酶为限速酶（2）异柠檬酸的生成顺乌头酸酶：这种酶与底物以特殊方式结合（只选择两种顺反异构或旋光异构中的一种结合方式）进行的反应称为不对称反应。含铁硫中心簇90%柠檬酸、4%顺乌头酸、6%异柠檬酸组成平衡混合物（3）α-酮戊二酸的生成异柠檬酸脱氢酶：这是TCA中第一次氧化作用。此酶是TCA循环中第二个调节酶。需Mg2+（Mn2+）（4）琥珀酰CoA的生成（α-酮戊二酸的氧化脱羧反应）α－酮戊二酸脱氢酶系：该酶与丙酮酸脱氢酶系的结构组成相似，催化脱羧，脱氢。是三个调节酶这是TCA循环中第二个氧化脱羧反应。（5）从琥珀酰辅酶A到琥珀酸琥珀酰CoA合成酶：催化琥珀酰CoA的硫酯键水解，使GDP磷酸化为GTP。GTP的作用：在哺乳动物中[1]在二磷酸核苷激酶作用下，推动ADP生成ATP；[2]用于蛋白质的合成。在高等植物和细菌中，硫酯键水解释放出的自由能，可直接合成ATP。河北科技大学教案用纸第4页共6页该步反应是TCA中唯一底物水平磷酸化产能的反应。（6）琥珀酸被氧化成延胡索酸琥珀酸脱氢酶:是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶。分子量100000（二亚基），酶的辅酶是FAD；酶直接与呼吸链联系，将FADH2交给酶的铁硫中心进入呼吸链。此反应是：TCA循环中第三个氧化还原反应。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，可阻断三羧酸循环。（7）苹果酸的生成延胡索酸酶：催化水化反应，具有立体异构专一性。OH只加入延胡索酸双键的一侧，因此只形成L-型苹果酸。该酶分子量为200000，由4个相同亚基组成，各含3个自由巯基为酶的活性所必需。（8）苹果酸被氧化为草酰乙酸L-苹果酸脱氢酶：NAD是氢的受体。该步反应是第四次氧化还原反应。平衡有利于逆反应，但生理条件下，反应产物草酰乙酸不断合成柠檬酸，其在细胞中浓度极低，少于10-6mol/L，使反应向右进行。(2)TCA生成的能量107页葡萄糖的有氧代谢生成的能量GlucoseATP2ATP22NADH------5(或3)2Pyruvate2NADH-----52AcetylCoA6NADH----152FADH2---------32GTP26CO2+6H2O(3)三羧酸循环的调节108页受本身制约系统的和ATP、ADP和Ca2+的调节；底物(乙酰CoA、草酰乙酸)浓度的推动，产物(NADH)浓度的抑制；调节位点柠檬酸合酶：该酶是TCA中第二个调节酶酶；受ATP、NADH、琥珀酰CoA和长链脂肪酰CoA抑制的限速酶。氟乙酸：氟乙酸---氟乙酰-CoA---氟柠檬酸，氟柠檬酸是顺乌头酸酶的竟争性抑制剂，它与柠檬酸竟争，称致死性合成反应琥珀酰-CoA：是柠檬酸合酶的竟争性抑制剂。与乙酰-CoA竟争。异柠檬酸脱氢酶：该酶是TCA中第二个调节酶；当细胞在高能状态时：即ATP/ADP，NADH/NAD＋比值高，酶活性被抑制；在低能状态时被激活，ADP可活化此酶。α－酮戊二酸脱氢酶系酶的催化活性受其产物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。河北科技大学教案用纸第5页共6页亚砷酸盐抑制Ca2+刺激糖原的降解、启动肌肉收缩对异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶有激活作用。三羧酸循环中的物质变化TCA循环的碳骨架的不对称(4)TCA的生理意义110页糖的有氧代谢是生物机体获得能量的主要途径三羧酸循环是有机物质完全氧化的共同途径三羧酸循环是分解代谢和合成代谢途径的枢纽三羧酸循环产生的CO2，其中一部分排出体外，其余部分供机体生物合成需要(5)三羧酸循环途径的添补反应两种的补充方式（1）由其它非糖类的物质来补充。如Glu、Asp等。（2）由糖质分解代谢过程中的中间产物来补充--------即丙酮酸羧化支路。丙酮酸羧化支路的三种途径由苹果酸酶和苹果酸脱氢酶建立的途径：（主要存在动、植物、微生物中）由丙酮酸羧化酶所催化的反应（主要存在动物、酵母）由磷酸丙酮酸羧化酶催化（主要存在植物、微生物）磷酸烯醇式丙酮酸＋CO2＋H2O草酰乙酸天冬氨酸－草酰乙酸谷氨酸－α－酮戊二酸异亮氨酸.缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸－琥珀酰CoA补充说明TCA循环中有二次脱羧反应，脱去的C原子分别来自于草酰乙酸中的C1和C4。将乙酰CoA的二个C原子用同位素标记后，经一轮TCA循环后，这两个同位素C原子的去向是OAA，二轮循环后这两个同位素C原子的去向是OAA和CO2。TCA第二轮释放：C2或C5（乙酰CoA的羰基碳100%）和草酰乙酸中的1个羧基碳。TCA第三轮后释放：C1或C6（乙酰CoA的甲基碳：CH3C=O-CoA，每循环一轮释放50%）所有中间产物均可循环再生，每一轮循环彻底降解一分子乙酰辅酶A。TCA第一轮循环释放的CO2全来自草酰乙酸部分，乙酰CoA羰基碳在第二轮循环中释放，甲基碳在第三轮循环中释放50%。以后每循环真核生物发生在线粒体，原核生物发生在胞质。柠檬酸转化为草酰乙酸，释放两分子CO2。途径是循环的，中间物不消耗。每消耗一个草酰乙酸分子，就会再产生一个。三羧酸循环中每氧化一个乙酰CoA，获得的能量物质是3分子NADH、1分子FADH2和1分子ATP/GTP。除了乙酰CoA，所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳中间物的化合物(如氨基酸代谢产物)都能在这个循环中被氧化。三羧酸循环的中间产物被调出，可以通过回补途径所补充。河北科技大学教案用纸第6页共6页丙酮酸、乙酰CoA、草酰乙酸的结构注：丙酮酸和乙酰CoA数字表示在葡萄糖分子中碳的序号思考题：丙酮酸乙酰CoA，催化的酶是？参与的辅酶有？TCA中两次脱羧部位？限速酶是？TCA的抑制剂是（丙二酸，氟乙酸等作用机理）？NADH＋H＋？FADH2？TCA生理意义？底物水平磷酸化（GTPATP）？TCA回补途径？TCA调控？乙酰CoA是否进入TCA,草酰乙酸的浓度起重要作用。1葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O，产能ATP多少？分步分析，并写出各阶段总反应式。第90页3,8，9,10,11第112页2,3，4，8,9