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第三章 糖代谢-2- TCA

第三章 糖代谢-2- TCA. 第三节 柠檬酸循环（三羧酸循环） 有氧条件下丙酮酸的去向. 是丙酮酸（糖）以及脂肪、氨基酸有氧代谢的最终途径和共同途径。代谢枢纽。 柠檬酸循环 = 三羧酸循环 ( tricarboxylic acid cycle, TCA cycle) = TCA 循环 = Krebs 循环. 一 准备阶段：丙酮酸  乙酰 - CoA. TCA 循环在 线粒体 中进行： EMP 途径（细胞质）产生的丙酮酸

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第三章 糖代谢-2- TCA

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  1. 第三章 糖代谢-2-TCA

  2. 第三节 柠檬酸循环（三羧酸循环）有氧条件下丙酮酸的去向 • 是丙酮酸（糖）以及脂肪、氨基酸有氧代谢的最终途径和共同途径。代谢枢纽。 • 柠檬酸循环 = 三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle, TCA cycle) = TCA循环 = Krebs循环

  3. 一 准备阶段：丙酮酸 乙酰 - CoA • TCA循环在线粒体中进行： EMP途径（细胞质）产生的丙酮酸 线粒体 ~ -巯基乙胺-泛酸-ADP-3’-P

  4. E. coli丙酮酸脱氢酶复合体组成 辅酶 催化反应 E1：丙酮酸脱氢酶组分 TPP 丙酮酸氧化脱羧 E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶 硫辛酰胺 转移乙酰基给CoA E3：二氢硫辛酸(酰胺)脱氢酶 FAD 硫辛酰胺的氧化 （一）丙酮酸脱氢酶系(复合体) （pyruvate dehydrogenase complex）： 砷化物

  5. （二）丙酮酸转变为乙酰 –CoA的步骤 S-CH CH2 S-CH CH2- CH2- …… 1 丙酮酸脱羧反应： COO-CO2 O = C+ + TPP-E1羟乙基--TPP乙酰二氢硫辛酰胺·E2 CH3 2 乙酰基与CoA结合形成乙酰 –CoA： 乙酰二氢硫辛酰胺 ·E2 + HSCoA E2 O CoA - S ~ C-CH3 + 二氢硫辛酰胺 ·E2

  6. 3 还原型二氢硫辛酰胺的氧化： FAD FAD E2 SH +E3 S E3 E2 S +E3 SH SH S S SH 4 二氢硫辛酸（酰胺）脱氢酶氧化及NADH合成： FAD FADH2 NAD+ NADH+H+FAD E3 SH E3 S E3 S SH S S 来自葡萄糖的 C3或C4

  7. E. coli丙酮酸脱氢酶复合体反应体系涉及： 3种酶：E1、E2、E3 3种辅基： TPP 、二氢硫辛酸、FAD 2种辅酶：CoASH、NAD+

  8. （三）丙酮酸脱氢酶系(复合体)的调控 1 产物控制：NADH、乙酰辅酶A竞争抑制E3和E2 2 磷酸化和去磷酸化的调控： 激酶：使E1磷酸化  失活 E2上结合磷酸酶：使E1去磷酸化  活化 • 激酶和磷酸酶的活力受能荷、生物合成需要等影响 • 丙酮酸脱氢酶系最重要的调节组分是: 丙酮酸脱氢酶（E1）

  9. 二 柠檬酸循环的反应历程

  10. - 2 His- • 反应机制：醛醇-克莱森酯缩合反应（condensation） • 柠檬酸合酶（二聚体）+草酰乙酸活性中心构象大 幅度的变化诱导出乙酰CoA 结合位 • 柠檬酸合酶是TCA循环的限速酶，受多种物质调控 • 氟乙酸（有毒植物叶）氟乙酰CoA 致死性合成氟柠檬酸 抑制后一步反应的酶 不可逆

  11. 脱水、水合反应（dehydration、hydration） • 乌头酸酶可识别柠檬酸的前手性 • 羟基移位方向：远离新进入的两个乙酰基碳 可逆

  12. 来自草酰乙酸的羧基 • 反应机制：-裂解(氧化脱羧，oxidative decarboxylation) 异柠檬酸脱氢酶以NADP+为辅酶：线粒体、细胞质 以NAD+为辅酶：只存在于线粒体 需要Mg2+、Mn2+激活 • 异柠檬酸脱氢酶是别构调节酶：ADP(+)；ATP、NADH(-) 不可逆

  13. 系 • TCA循环第二次脱羧(羧基碳原子)；产生第二个NADH分子 • -酮戊二酸脱氢酶系：多酶复合体，反应不可逆。 E1：-酮戊二酸脱氢酶 E2：二氢硫辛酰转琥珀酰酶 E3：二氢硫辛酸脱氢酶 不可逆

  14. 反应由琥珀酰-CoA合成酶（硫激酶）催化： 底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation） • 是TCA循环唯一的底物水平磷酸化部位。 • 一分子GTP储存的能量相当于一分子ATP。 • Gº’= - 33.6 kJ/mol = - 8.0 kcal /mol

  15. 氧化（脱氢）反应：产物延胡索酸为反式。 • 丙二酸作为琥珀酸的结构类似物可竞争性抑制反应 • 琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)是唯一镶嵌到线粒体内膜的TCA循环酶，FAD为酶的辅基。

  16. L- • 水合反应（hydration） • 延胡索酸酶（fumarase）具有严格的立体专一性，只作用于反式结构。 • 产物苹果酸只能是L - 型，但羟基的位置是随机的

  17. 氧化反应（oxidation） • 形成TCA循环的第三个NADH L-

  18. 三 柠檬酸循环总结：

  19. 1. 总反应式： 乙酰 - CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP +Pi 2CO2+ 3NADH + 2H+ + FADH2 + GTP + CoASH 2. 生成ATP数量： 1分子乙酰CoA：GTP  ATP 3NADH  3  2. 5 = 7. 5ATP 10ATP FADH2  1  1. 5 = 1. 5ATP 1分子丙酮酸：丙酮酸脱羧产生1个NADH2.5ATP12.5 ATP 1分子葡萄糖EMP 2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH TCA2 12. 5 +2+2  2.5 = 32 ATP

  20. 四 TCA循环的调控 • 催化速度随着底物(+)和产物(-)浓度的变化而受到调节 乙酰-CoA、草酰乙酸NADH • ATP、ADP和Ca2+对TCA循环起调节作用 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶系

  21. 2. 三个调控酶： • 柠檬酸合酶(citrate synthase) ：限速酶。 乙酰-CoA、草酰乙酸(+) ； 琥珀酰-CoA、NADH、柠檬酸(-)； • 异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）： 别构酶：受 ADP别构激活 、Ca2+ (+) ； NADH、ATP (-) • -酮戊二酸脱氢酶系 (-ketoglutarate dehydrogenase complex) ： 受产物NADH、琥珀酰CoA (-)； ATP，GTP (-) ； Ca2+ (+)

  22. 五 三羧酸循环的生物学意义 • 产生大量能量 2 中间产物可供生物合成之用 • 是糖代谢、脂代谢和氨基酸分解代谢共 同必需的重要反应，是代谢的枢纽。 而且具有合成及分解代谢两用性

  23. 六 TCA循环的回补反应： 被乙酰CoA激活 • 回补（填补）反应（anaplerotic reaction）: 对柠檬酸循环中间产物起补充作用的反应。 • 草酰乙酸的回补： （1）丙酮酸+CO2+ATP+H2O 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸+ADP+Pi+2H+ （2）PEP + CO2 + GDP 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 草酰乙酸+GTP （3）Asp 转氨草酰乙酸 • -酮戊二酸的回补： Glu 转氨  -酮戊二酸 • 琥珀酰CoA的回补： Ile、Val、Met等转氨  琥珀酰CoA

  24. 七. 乙醛酸循环（P159）： • 乙醛酸循环（glyoxylate cycle）: 又称TCA循环支路，只存在于植物和微生物中，在动物体内不存在。动物缺少两种酶： 异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶。 • 在乙醛酸循环体(glyoxysome)中进行。 • 在乙醛酸循环体内的总反应式： 2乙酰CoA+ NAD+ + 2H2O 琥珀酸 + 2CoA SH + NADH +H+

  25. 乙醛酸 循环体 TCA 细胞质 乙醛酸循环反应历程：

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