98三羧酸循环

三羧酸循环By刘心连概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle),简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。三羧酸循环在线粒体基质中进行。目录一.由丙酮酸形成乙酰CoA四.三羧酸循环的回补反应三.三羧酸循环的化学计量二.三羧酸循环的过程五.三羧酸循环的调控六.三羧酸循环的生物学意义丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA,这是连接糖酵解和三羧酸循环的纽带：丙酮酸+CoA+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH+H+一、由丙酮酸形成乙酰CoA反应不可逆，分5步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的多酶复合体，包括丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酰胺转乙酰酶E2、二氢硫辛酰胺脱氢酶E3三种不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，FAD,NAD+,CoA及Mg2+六种辅助因子组装而成。缩写肽链数辅基催化反应丙酮酸脱氢（羧）酶E124TPP(焦磷酸硫胺素)丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰胺转乙酰酶E224硫辛酸将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酰胺脱氢酶E312FAD将还原型硫辛酰胺转变为氧化型丙酮酸脱氢酶复合体的内容反应步骤（P118）丙酮酸氧化脱羧的调控由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制：1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。2、核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化。3、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。4、可逆磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。5、Ca2+激活二TCA循环的过程C=OCOO-CH2COO-C-CH3S-COAOCH2C-SCOAHO-C-COO-COO-CH2OCH2COO-HO-C-COO-COO-CH2柠檬酸合酶++HS-COA+H+H2OCOA1、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸单向不可逆可调控的限速步骤三羧酸CH2COO-HO-C-COO-COO-CH2CHCOO-C-COO-COO-CH2HO-CHCOO-CH-COO-COO-CH22、柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）H2OH2O顺乌头酸在pH7.0，25C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6柠檬酸异柠檬酸HO-CHCOOHCH-COOHCOOHCH23、由异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）COCOOHCH-COOHCOOHCH2COCOOHCH2COOHCH2NAD+NADH+H+H+CO2TCA中第一次氧化作用、脱羧过程异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶三羧酸到二羧酸的转变草酰琥珀酸α-酮戊二酸Mg2+4、α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（α-酮戊二酸脱氢酶复合体）COCOOHCH2COOHCH2+COASH+NAD+COSCOACH2COOHCH2+NADH+H++CO2TCA中第二次氧化作用、脱羧过程α-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似α-酮戊二酸脱氢酶E1琥珀酰转移酶E2二氢硫辛酸脱氢酶E3TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+5、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰COA合成酶）COSCOACH2COOHCH2COOHCH2COOHCH2GDP+PiGTP+HSCOATCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤GTP+ADPGDP+ATP6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOH+FAD+FADH2TCA中第三次氧化的步骤丙二酸为该酶的竞争性抑制剂开始四碳酸之间的转变琥珀酸脱氢酶HCCOOHCH2COOH嵌入线粒体内膜COOHCHCOOHCH7、延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）COOHHO-CHCOOHH-C-H+H2O延胡索酸酶COOHHO-CHCOOHH-C-H8、苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）+NAD+COOHC=OCOOHCH2+NADH+H+TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰辅酶A三羧酸循环的过程TCA经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰COA2CO2三、三羧酸循环的化学计量乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+循环有以下特点：1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP,1GTP1ATP。4、循环中消耗两分子水。5、3NADH7.5ATP，1FADH21.5ATP，再加上1个GTP6、单向进行7、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。若从丙酮酸开始，加上纽带生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。若从葡萄糖开始，共可产生12.5×2+7=32个ATP。可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。草酰乙酸天冬氨酸α-酮戊二酸谷氨酸琥珀酰CoA卟啉环上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应(anapleroticreaction)。四、三羧酸循环的回补反应三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如丙酮酸羧化PEP的羧化苹果酸脱氢由氨基酸形成草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应)草酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足TCA循环速度降低乙酰-CoA浓度增加高水平的乙酰CoA激活丙酮酸羧化酶产生更多的草酰乙酸生物素Mg2+在线粒体内进行PEP羧化（在植物、酵母、细菌）反应在胞液中进行苹果酸脱氢丙酮酸苹果酸氨基酸转化α-酮戊二酸天冬氨酸谷氨酸草酰乙酸五、三羧酸循环的调控三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产物需求的影响。有3个调控部位。1、柠檬酸合成酶（限速酶）ATP、NADH是该酶的变构抑制剂，高浓度的ATP和NADH抑制柠檬酸的合成，即抑制三羧酸循环地进行。高农度的琥珀酰-CoA抑制该酶的活性。2、异柠檬酸脱氢酶该酶受ATP和NADH变构抑制，受ADP变构促进和Ca2+激活。3、α-酮戊二酸脱氢酶该酶受产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也受高能荷抑制。Ca2+激活。六、三羧酸循环的生物学意义与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的能量，一分子葡萄糖经糖酵解、TCA循环和呼吸链氧化共可产生32个ATP。TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。TCA循环中间产物脂肪酸、氨基酸合成代谢分解代谢产物CO2+H2O+能量TCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步骤，为其他生物合成提供原料。草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰辅酶A三羧酸循环的过程及其调控2CO21ATP、NADH琥珀酰-CoA抑制2ATP、NADH抑制ADP、Ca2+激活3ATP、NADH琥珀酰-CoA抑制ADP、Ca2+激活