柠檬酸循环课件-PPT.pptx

柠檬酸循环课件TCATCA循环循环丙酮酸得有氧氧化丙酮酸得有氧氧化 葡萄糖通过糖酵葡萄糖通过糖酵解产生得丙酮酸解产生得丙酮酸,在有在有氧条件下氧条件下,进行完全氧进行完全氧化化,生成生成H H2 2O O 与与COCO2 2,并并释放出大量能量。释放出大量能量。两个阶段两个阶段柠檬酸循环柠檬酸循环氧化磷酸化氧化磷酸化二、糖得有氧氧化二、糖得有氧氧化(好氧呼吸好氧呼吸):):三个步骤三个步骤 1 1、G G或糖原氧化分解成丙酮酸或糖原氧化分解成丙酮酸(即糖酵解即糖酵解,胞液胞液)2 2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰COA COA(线粒体基质线粒体基质)(丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A A,乙酰乙酰CoACoA)3 3、乙酰、乙酰COA TCA COA TCA(线粒体线粒体)乙酰乙酰CoA CoA H H2 2O+COO+CO2 2,释放能量释放能量)三、三、TCATCA循环循环(一一)准备阶段准备阶段丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧 乙酰乙酰-COA-COA l 真核细胞线粒体基质真核细胞线粒体基质 (原核细胞原核细胞:质膜质膜)进行进行l 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系:非常复杂得多酶体系非常复杂得多酶体系 三种不同得酶三种不同得酶 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶E E1 1 二氢硫辛酸乙酰转移酶二氢硫辛酸乙酰转移酶E E2 2 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶E E3 3 6 6种辅因子种辅因子 TTPTTP、硫辛酸、硫辛酸、FADFAD、NADNAD+、CoACoA、MgMg2+2+糖酵解、三羧酸循环得中间环节糖酵解、三羧酸循环得中间环节E2(dihydrolipoyl E2(dihydrolipoyl transacetylase):transacetylase):consisting the core,consisting the core,24 subunits;24 subunits;E1(pyruvate E1(pyruvate dehydrogenase):dehydrogenase):bound to the E2 core,bound to the E2 core,24 subunits;24 subunits;E3(dihydrolipoyl E3(dihydrolipoyl dehydrogenase):dehydrogenase):bound to the E2 core,bound to the E2 core,12 subunits12 subunits、丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶三种酶6060条肽链形条肽链形成的复合体成的复合体乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA E E E E1 1 1 1E E E E3 3 3 3E E E E2 2 2 2E E E E2 2 2 2形成酶复合体有什么好处呢？形成酶复合体有什么好处呢？C C O O2 2C C H H3 3O OC C O O O OC CT TP PP PC C H H3 3C CH HO O H HT TP PP PS S(C C H H2 2)4 4C C O OS SO OC C H H3 3C CS S(C C H H2 2)4 4C C O OS SH HS SH H(C C H H2 2)4 4C C O OS SH HF FA AD D H H2 2F FA AD DN N A AD DN N A A D D H H+H H+S SC C o oA AC C H H3 3C CS SC C o oA AO OH HH H乙酰二氢硫辛酸乙酰二氢硫辛酸硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸乙酰转移酶硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶丙酮酸丙酮酸乙酰CoA E E E E1 1 1 1E E E E3 3 3 3E E E E2 2 2 2E E E E2 2 2 2多肽链多肽链多肽链多肽链中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心快速准确！快速准确！相当于酶复合体相当于酶复合体由于第一步为不可逆反应由于第一步为不可逆反应,直接决定整个循环反应得速度直接决定整个循环反应得速度,而且就是许而且就是许多其它反应体系得分支点多其它反应体系得分支点,因而该酶复合物受到严密得调节控制因而该酶复合物受到严密得调节控制;提问提问:有哪些物质可以调节该酶复合物得活性？有哪些物质可以调节该酶复合物得活性？答案答案:产物产物(NAD(P)HNAD(P)H、FADHFADH2 2、GTPGTP、ATPATP、乙酰、乙酰CoA CoA)抑制该酶复合物抑制该酶复合物得活性得活性反应物反应物(NAD+NAD+、FADFAD、GDPGDP、ADPADP、丙酮酸、丙酮酸)激活该酶复合物得活激活该酶复合物得活性性Ca2+Ca2+、胰岛素激活、胰岛素激活(二二)TCATCA概貌概貌(9898页页)乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸结与草酰乙酸结合进入循环合进入循环,经一系列反应经一系列反应再回到草酰乙酸得过程。再回到草酰乙酸得过程。在此过程中乙酰在此过程中乙酰CoACoA被被氧化成氧化成H H2 2O O与与COCO2 2并产生大量并产生大量得能量。得能量。大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点可以互相讨论下，但要小声点线粒体膜线粒体膜第三个第三个碳以碳以COCO2 2形式失形式失去去四碳二羧酸四碳二羧酸第二个碳以第二个碳以COCO2 2形式失去形式失去五碳二羧酸五碳二羧酸每个分子具有每个分子具有每个分子具有每个分子具有4 4 4 4个碳的草酰乙个碳的草酰乙个碳的草酰乙个碳的草酰乙酸库（酸库（酸库（酸库（基质基质）丙酮酸丙酮酸每个分子具有每个分子具有每个分子具有每个分子具有3 3 3 3个碳得个碳得个碳得个碳得丙酮酸库丙酮酸库丙酮酸库丙酮酸库(基质基质)六碳三羧酸六碳三羧酸三种羧酸！三种羧酸！草酰乙酸大循环！草酰乙酸大循环！第一个碳以第一个碳以COCO2 2形式失去形式失去重新加入到重新加入到草酰乙酸库草酰乙酸库三羧酸？三羧酸？循环？循环？n(4)(7)(8)(10)C CH H3 3C C O OC C O O O O H HN N A AD D+N N A AD D H H +H H+C C o oA AS SH HC C O O2 2C C H H3 3C C O O S SC C o oA AO O C CC C O O O O H HC CH H2 2C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C(O O H H)C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C H H C C O O O O H HC C H H(O O H H)C C O O O O H HN N A AD D(P P)N N A AD D(P P)H H+H HC C H H2 2C C O O O O H HC C H H C C O O O O H HC C O O C C O O O O H HC C H H2 2C C O O O O H HC C H H2 2C C O O C C O O O O H HN N A AD D H H+H HN N A AD DN N A AD D H H +H H+C C O O S SC C o oA AC C H H2 2C C H H2 2C C O O O O H HG G D D P P+P Pi iG G T TP PC C o oA AS SH HH H2 2 O OC CH H2 2C C O O O O H HC CH H2 2C C O O O O H HF FA AD D H H2 2F FA AD DC CH HC C O O O O H HC CH HC C O O O O H HH H O O C CC C O O O O H HC CH H2 2C C O O O O H HH H+N N A AD D+C C O O2 2+C C o oA AS SH HH H 2 2 O OC C o oA AS SH HC C O O2 2丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰 CoACoA(2)(1)(7)(8)(9)(10)(5)(6)(3)(4)柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰 CoACoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸L-L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸H OH O2 2(1)(1)丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体(2)(2)柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶(3)(3)顺乌头酸酶顺乌头酸酶(4)(5)(4)(5)异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶(6)-(6)-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体(7)(7)琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶(8)(8)琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶(9)(9)延胡索酸酶延胡索酸酶(10)L-(10)L-苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环产能步骤产能步骤2NAD(P)H2NAD(P)H1FADH1FADH2 21GTP1GTP(1)(6)-产能脱碳产能脱碳2NADH +2 CO2NADH +2 CO2 2(5)-脱碳脱碳-1CO-1CO2 2 3 3步不可逆反应步不可逆反应乙酰草酰成柠檬乙酰草酰成柠檬,柠檬又成柠檬又成-酮酮琥酰琥酸延胡索琥酰琥酸延胡索,苹果落在草丛中苹果落在草丛中 (三三)柠檬酸循环得化学途径柠檬酸循环得化学途径(9898页页)1 1、草酰乙酸、草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸 1)1)乙酰乙酰CoA+CoA+草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸反应能量反应能量:乙酰乙酰CoACoA得高能硫酯键提供得高能硫酯键提供反应不可逆反应不可逆醇醛缩合醇醛缩合,先缩合成柠檬酰先缩合成柠檬酰CoACoA,水解水解,C4 C6C4 C6 Citrate synthaseCitrate synthase、Citrate is shown in green and CoA pink Citrate is shown in green and CoA pink2 2)柠檬酸异构化成异柠檬酸柠檬酸异构化成异柠檬酸Iron-sulfur(red),cysteines(yellow)and isocitreate(white)Iron-sulfur(red),cysteines(yellow)and isocitreate(white)3 3)异柠檬酸氧化脱羧异柠檬酸氧化脱羧放出放出1 1分子分子COCO2 2,C C6 6 C C5 5 ;产生产生1 1分子分子NADHNADHNADNAD+(gold);Ca(gold);Ca2+2+(red)(red)2 2、-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoACoA-酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系:3 3种酶种酶辅助因子辅助因子:NADNAD+、CoACoA、TPPTPP、硫辛酰胺、硫辛酰胺、FADFAD与与MgMg2+2+等等Decarboxylated first,then oxidized;the carbon Decarboxylated first,then oxidized;the carbon released as CO2 is not from the acetyl group joined;released as CO2 is not from the acetyl group joined;The a-ketoglutarate dehydrogenase plex The a-ketoglutarate dehydrogenase plex closely resembles the pyruvate dehyrogenase closely resembles the pyruvate dehyrogenase plex in structure and function(the two Eplex in structure and function(the two E1 1s and twos and twoE E2 2s are similar,the two E3s are identical)s are similar,the two E3s are identical)、又放出又放出1 1分子分子COCO2 2,C5 C4 C5 C4;又产生又产生1 1分子分子NADHNADH;形成形成1 1个高能硫酯键个高能硫酯键3 3、琥珀酰、琥珀酰-CoA -CoA 琥珀酸琥珀酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶合成合成1 1分子高能磷酸化合物分子高能磷酸化合物GTPGTPMalonate(Malonate(丙二酸丙二酸)is a strong petitive inhibitor)is a strong petitive inhibitor4 4、琥珀酸、琥珀酸草酰乙酸草酰乙酸 1 1)琥珀酸氧化琥珀酸氧化 延胡索酸延胡索酸C4C4得变化得变化;产生产生1 1分子分子FADHFADH2 2、1 1分子分子NADHNADH三步反应三步反应 脱氢、加水、脱氢脱氢、加水、脱氢脱氢脱氢2 2)延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸加水加水3 3)苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸(再生再生)脱氢脱氢Oxaloacetate is regenerated!Oxaloacetate is regenerated!The active site of malate dehydrogenaseThe active site of malate dehydrogenase、Malate is Malate is shown in red;NADshown in red;NAD+blue blue、TCATCA总反应总反应草酰乙酸草酰乙酸P PCHCH2 2COCOSoA SoA(乙酰辅酶乙酰辅酶A A)苹果酸苹果酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA-酮酮戊二酸戊二酸异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸COCO2 22 2H HCOCO2 22 2H HGTPGTP延胡索酸延胡索酸三羧酸循环总图2H2H2H2H丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA,脱出两个脱出两个H H脱氢脱氢:脱氢酶脱氢酶 NADNAD、NADPNADP、FADFAD、TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸 各辅酶起重要作用。各辅酶起重要作用。脱水脱水(2 2)加水加水(1 1、3 3、9 9)脱羧脱羧(5 5、6 6)脱氢脱氢(4 4、6 6、8 8、1010)丙酮酸丙酮酸 +CoA-SH+NAD+CoA-SH+NAD+乙酰乙酰CoA+NADH+HCoA+NADH+H+CO+CO2 2 乙酰乙酰-CoA+3NAD-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H+FAD+GDP+Pi+2H2 2O O 2CO 2CO2 2+CoA-SH+3NADH+3H+CoA-SH+3NADH+3H+FADH+FADH2 2+GTP+GTP总反应式总反应式净反应净反应:+4NAD(P)4NAD(P)+FAD FAD+GDP GDP+Pi Pi+3H3H2 2O O 3CO 3CO2 2+4NAD(P)H 4NAD(P)H+4H 4H+FADHFADH2 2+GTPGTP4NAD(P)H+4H4NAD(P)H+4H+10ATP 4H 10ATP 4H2 2O OFADHFADH2 2 1 1、5ATP 1H5ATP 1H2 2O O ADP ATP ADP ATP -3H -3H2 2O O GTP GDP 1ATP 1H GTP GDP 1ATP 1H2 2O O 12121212、5 ATP5 ATP5 ATP5 ATP 3H 3H2 2O O氧化磷酸化作用氧化磷酸化作用O2总反应方程式总反应方程式(四四)特点特点:(1)TCATCA循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循环。又有循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循环。又有两个碳原子以两个碳原子以COCO2 2得形式离开循环。但这两个碳原子并不就是刚得形式离开循环。但这两个碳原子并不就是刚刚进入循环得那两个碳原子刚进入循环得那两个碳原子(代谢更新代谢更新)。(2 2)四次氧化脱氢四次氧化脱氢(三次三次NADNAD+为受氢体为受氢体,一次一次FADFAD为受氢体为受氢体)、一次底、一次底物水平磷酸化反应以物水平磷酸化反应以GTPGTP形式产生一个高能键、二次脱羧反应。形式产生一个高能键、二次脱羧反应。糖得有氧氧化过程中能量与糖得有氧氧化过程中能量与COCO2 2主要在主要在TCATCA循环中产生。循环中产生。(3 3)TCATCA循环所产生得循环所产生得3 3个个NADHNADH与一个与一个FADHFADH2 2分子只能通过电子传分子只能通过电子传递链与氧分子递链与氧分子(氧化磷酸化氧化磷酸化)才能够再被氧化才能够再被氧化,释放得能量释放得能量ATPATP形式形式产生。产生。l TCATCA在线粒体中进行在线粒体中进行,整个循环不可逆。整个循环不可逆。一次循环、二次脱羧、三次加水、四次脱氢一次循环、二次脱羧、三次加水、四次脱氢1 1、氧化供能、氧化供能能量计算能量计算:每次循环每次循环:3232、5+115+11、5+1=105+1=10分子分子 ATPATP 丙酮酸开始丙酮酸开始:10+210+2、5=125=12、5 5分子分子ATPATP 葡萄糖开始葡萄糖开始:2+22+2、52+1252+12、52=3252=32分子分子ATPATP 而糖得无氧酵解仅产生而糖得无氧酵解仅产生2 2分子分子ATPATP2 2、三大营养物质分解代谢得最终共同途径、三大营养物质分解代谢得最终共同途径糖代谢得重要途径糖代谢得重要途径也就是甘油、脂肪酸与氨基酸氧化分解得必经途径也就是甘油、脂肪酸与氨基酸氧化分解得必经途径3 3、糖、脂肪与氨基酸代谢联系得枢纽、糖、脂肪与氨基酸代谢联系得枢纽四、糖得有氧氧化及四、糖得有氧氧化及TCATCA循环得意义循环得意义(107107页页)糖酵解糖酵解 +TCA+TCA得效率得效率糖酵解糖酵解 1 G1 G1 G1 G 2ATP+2NADH+2H 2ATP+2NADH+2H+2 2 2 2丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 =2+22=2+22、5=5=7 7 7 7ATPATP三羧酸循环三羧酸循环:2 2 2 2丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 25252525ATP+6COATP+6CO2 2+4H+4H2 2O O 32ATP32ATP32ATP32ATP储能效率储能效率 =32 7=32 7、3/686=3/686=34%34%比世界上任何一部热机得效率都高！比世界上任何一部热机得效率都高！提问提问:其余能量何处去？其余能量何处去？答案答案:以热量形式。一部分维持体温以热量形式。一部分维持体温,一部分散失一部分散失(一一)TCATCA就是各种好氧生物体内就是各种好氧生物体内最主要得产能途径最主要得产能途径！也就是也就是脂类、蛋白质彻底分解得共同途径脂类、蛋白质彻底分解得共同途径！三羧酸循环三羧酸循环焚烧炉焚烧炉(二二)中间酸就是合成其她化合物得碳骨架中间酸就是合成其她化合物得碳骨架百宝库百宝库。例如例如 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸、天冬酰胺等等天冬氨酸、天冬酰胺等等 -酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 其她氨基酸其她氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 血红素血红素既就是既就是“焚烧炉又就是百宝库焚烧炉又就是百宝库”生物意义生物意义五、五、TCATCA循环中碳骨架得不对称反应循环中碳骨架得不对称反应 用同位素标记乙酰用同位素标记乙酰C CO OA A碳原子碳原子,发现乙酰发现乙酰C CO OA A从碳骨架得一从碳骨架得一端掺入端掺入,而从另一端发生脱羧反应而从另一端发生脱羧反应,说明反应不对称说明反应不对称六、六、TCATCA循环得双重作用与回补反应循环得双重作用与回补反应 TCA TCA循环不仅就是产生循环不仅就是产生ATPATP得途径得途径,中间物也就是生物合成中间物也就是生物合成得前体得前体,分解代谢与合成代谢双重性分解代谢与合成代谢双重性(两用性两用性,110110页页)。这些中。这些中间物必需不断补充才能保证间物必需不断补充才能保证TCATCA得正常进行。得正常进行。对柠檬酸循环中间产物有补充作用得反应称为回补反应。对柠檬酸循环中间产物有补充作用得反应称为回补反应。1 1分子葡萄糖转化为分子葡萄糖转化为2 2分子乳酸净生成分子乳酸净生成 2 2 分子分子ATPATP糖酵解过程中有糖酵解过程中有3 3个不可逆得酶促反应个不可逆得酶促反应,催化这催化这3 3步反应得酶步反应得酶分别就是分别就是 葡萄糖激酶葡萄糖激酶 、磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 与与 丙酮酸激酶丙酮酸激酶 。丙酮酸还原为乳酸丙酮酸还原为乳酸,反应中得反应中得NADHNADH来自于来自于3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛得氧化得氧化延胡索酸在延胡索酸在延胡索酸延胡索酸酶作用下可生成苹果酸酶作用下可生成苹果酸,该酶属于该酶属于ECEC分类中分类中得得氧化还原氧化还原酶类酶类糖酵解在细胞得糖酵解在细胞得细胞质细胞质中进行中进行,该途径就是将该途径就是将葡萄糖葡萄糖转转变为变为丙酮酸丙酮酸,同时生成同时生成ATPATP与与NADHNADH得一系列酶促反应得一系列酶促反应