1、第四節(jié) 三羧酸循環(huán)（TCA） 三羧酸循環(huán)的概念： 1937年德國生物學(xué)家Krebs （克雷布斯，1953年因此獲諾貝爾獎(jiǎng)）闡明：乙酰CoA的繼續(xù)分解是一個(gè)環(huán)式反應(yīng)體系，起點(diǎn)是乙酰CoA與草酰乙酸結(jié)合為具有三個(gè)羧基的檸檬酸，故稱為三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid），又叫TCA循環(huán)，Krebs循環(huán)，由于該循環(huán)的第一個(gè)產(chǎn)物是檸檬酸，又叫檸檬酸循環(huán)。 它不僅是糖代謝的主要途徑，也是蛋白質(zhì)、脂肪分解代謝的最終途徑。 三羧酸循環(huán)的細(xì)胞定位：線粒體內(nèi),1,課堂內(nèi)容,2,課堂內(nèi)容,一、丙酮酸的氧化脫羧,3,課堂內(nèi)容,丙酮酸脫氫酶系是一個(gè)多酶復(fù)合體，組成如下： 調(diào)控酶：丙酮酸脫氫酶PDH、二氫硫

2、辛酸轉(zhuǎn)乙?；窪LT、二氫硫辛酸脫氫酶DLDH 輔助因子：硫胺素焦磷酸酯TPP、硫辛酸、HSCoA、NAD、Mg2、FAD。,4,課堂內(nèi)容,丙酮酸氧化脫羧的調(diào)控： 1、當(dāng)細(xì)胞內(nèi)ATP、乙酰CoA、NADH含量同時(shí)增加時(shí)，PDH磷酸化作用加強(qiáng)，阻礙丙酮酸氧化脫羧。反之則反。 2、乙酰CoA和NADH可分別抑制DLT和DLDH的活性，阻止氧化脫羧。 丙酮酸的氧化脫羧是連接EMP和TCA的紐帶，其反應(yīng)本身并未進(jìn)入TCA，但是是所有糖進(jìn)入TCA的必由之路。,5,課堂內(nèi)容,二、三羧酸循環(huán)概要 TCA循環(huán)一輪分10步完成。來自丙酮酸脫氫脫羧后的乙?；–2單位）由CoA帶著進(jìn)入TCA，第一步是C2與一個(gè)C

3、4化合物（草酰乙酸）結(jié)合成C6化合物（檸檬酸），然后經(jīng)過2次脫羧（生成2個(gè)CO2）和4次脫氫（生成3NADH1FADH2），還產(chǎn)生1個(gè)GTP（高能化合物），最終回到C4化合物（草酰乙酸），結(jié)束一輪循環(huán)。 1個(gè)C2單位被分解為2CO2。,6,課堂內(nèi)容,TCA簡圖,7,課堂內(nèi)容,三、生化歷程 1、乙酰CoA與草酰乙酸及H2O縮合生成檸檬酸，放出HSCoA。 H2O 不可逆,8,課堂內(nèi)容,2、檸檬酸脫水生成順烏頭酸 +H2O 可逆,9,課堂內(nèi)容,3、順烏頭酸與H2O加成，生成異檸檬酸 異構(gòu)化反應(yīng) H2O 可逆,10,課堂內(nèi)容,通過23步，將檸檬酸異構(gòu)化為異檸檬酸。實(shí)質(zhì)是將前者的OH從C2變到了后者的

4、C3，成為仲醇（由叔醇變?yōu)橹俅迹?，更易氧化?11,課堂內(nèi)容,45、異檸檬酸氧化脫羧生成酮戊二酸 第一次脫氫脫羧 可逆 消耗1NAD，生成1NADHH，1CO2,12,課堂內(nèi)容,該酶是別構(gòu)酶，激活劑是ADP，抑制劑是NADH、ATP。 有兩種同工酶： 以NAD為電子受體，存在于線粒體中，需Mg2。 以NADP為電子受體，存在于胞液中，需Mn2。,13,課堂內(nèi)容,6、酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA 第二次脫氫脫羧 不可逆 消耗1NAD，生成1NADHH，1CO2,14,課堂內(nèi)容,生成一個(gè)高能鍵“”，此步類似于丙酮酸的氧化脫羧。 酮戊二酸脫氫酶系包括： 酮戊二酸脫氫酶 二氫硫辛酸轉(zhuǎn)琥珀?；?二

5、氫硫辛酸脫氫酶,15,課堂內(nèi)容,7、琥珀酸的生成 底物磷酸化 生成1ATP 可逆 是TCA中唯一直接產(chǎn)生ATP的反應(yīng)，屬于底物磷酸化。 區(qū)別： EMP：高能磷酸基團(tuán)直接轉(zhuǎn)移給ADP放能 TCA：琥珀酰CoA中的高能鍵 硫酯鍵水解放能,16,課堂內(nèi)容,17,課堂內(nèi)容,8、琥珀酸氧化生成延胡索酸 第三次脫氫（FAD脫氫） 可逆 生成1FADH2 該酶結(jié)合在線粒體內(nèi)膜上，丙二酸是競爭性抑制劑,18,課堂內(nèi)容,19,課堂內(nèi)容,20,課堂內(nèi)容,9、延胡索酸水化生成蘋果酸 水化作用 可逆 消耗1H2O,21,課堂內(nèi)容,10、蘋果酸脫氫氧化生成草酰乙酸 第四次脫氫 可逆 消耗1NAD，生成1NADHH,22

6、,課堂內(nèi)容,23,課堂內(nèi)容,總反應(yīng)式： 乙酰CoA3NADFADGDPPi2H2O 2CO23NADH3HFADH2GTP HSCoA,24,課堂內(nèi)容,四、化學(xué)量計(jì)算 （一）物質(zhì)量計(jì)算 1mol乙酰CoA 2 molCO2+1molCoA （二）能量計(jì)算 1、計(jì)算1mol乙酰CoA徹底氧化分解產(chǎn)生的ATP的數(shù)目 1+33+12=12molATP 2、計(jì)算1molG徹底氧化分解產(chǎn)生的ATP的數(shù)目（原核生物） G 丙酮酸 乙酰CoA CO2+ H2O EMP TCA,25,課堂內(nèi)容,第一階段：G 2mol丙酮酸 EMP階段 凈生成2molATP，2mol（NADHH） 第二階段：2mol丙酮酸 2

7、mol乙酰CoA 凈生成2mol（NADHH），2 molCO2 第三階段：2mol乙酰CoA經(jīng)TCA徹底氧化分解 凈生成21ATP，23mol（NADHH），21 molFADH2，22 molCO2 由于氧化磷酸化，1mol（NADHH）可生成3molATP, 1 molFADH2可生成2molATP。,26,課堂內(nèi)容,因此：第一階段：凈生成8molATP 第二階段：凈生成6molATP，2 molCO2 第三階段：凈生成24molATP，4 molCO2 共凈生成38molATP，6molCO2 真核生物中，共凈生成36molATP，6molCO2,27,課堂內(nèi)容,TCA的運(yùn)轉(zhuǎn)必須通過O

8、2條件下才能運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)際上O2并不直接參加TCA，那么O2在何處參加反應(yīng)呢？ TCA除了產(chǎn)生1個(gè)GTP外，另外的能量均潛在3NADH和1FADH2中，為了TCA的運(yùn)轉(zhuǎn)，NAD和FAD必須再生。NAD和FAD的再生則是通過DADH和FADH2進(jìn)入電子傳遞鏈，將H交給O2，釋放潛能生成ATP而實(shí)現(xiàn)。所以，TCA的運(yùn)轉(zhuǎn)必須有O2。,28,課堂內(nèi)容,五、生物學(xué)意義 1、TCA循環(huán)是生物體獲能的主要途徑，遠(yuǎn)比無氧分解產(chǎn)生的能量多。 2、TCA是生物體各有機(jī)物質(zhì)代謝的樞紐。糖、脂肪、氨基酸的徹底分解都需通過TCA途徑，而TCA中的許多中間產(chǎn)物如草酰乙酸、酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成糖、氨基酸等的原料。

9、3、TCA是發(fā)酵產(chǎn)物重新氧化進(jìn)入有氧分解的途徑。 4、TCA的某些中間產(chǎn)物還是體內(nèi)積累成分，如檸檬酸、蘋果酸是柑桔、蘋果等果實(shí)的重要成分，在儲(chǔ)藏期，酸作為呼吸基質(zhì)被消耗。果實(shí)的糖/酸比是衡量果實(shí)品質(zhì)的一項(xiàng)指標(biāo)。,29,課堂內(nèi)容,六、三羧酸循環(huán)的調(diào)控 三個(gè)調(diào)控位點(diǎn)：檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、酮戊二酸脫氫酶所催化的三個(gè)反應(yīng)。 1、NAD/NADH的比值 高：TCA循環(huán)生成的產(chǎn)物不能滿足細(xì)胞自身的需要，三種酶被激活，酶發(fā)揮催化功能，速度加快。 低：大量的NADH抑制酶的活性，使TCA循環(huán)減速。,30,課堂內(nèi)容,2、ATP，琥珀酰CoA抑制檸檬酸合成酶、酮戊二酸脫氫酶的活性，使TCA循環(huán)減速。 異

10、檸檬脫氫酶受ATP抑制，被ADP激活。 3、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)節(jié)見前 細(xì)胞中ATP濃度越高時(shí)，TCA速度下降； NAD/NADH的比值越高時(shí)，TCA速度越快。,31,課堂內(nèi)容,七、三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)效應(yīng) 產(chǎn)生草酰乙酸的途徑主要有：,32,課堂內(nèi)容,1、丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸 位于動(dòng)物肝臟和腎臟的線粒體中 OCCOOH CH3COCOOH+CO2+ATP+H2O CH2COOH +ADP+Pi Mg2+,生物素,33,課堂內(nèi)容,2、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化PEP生成草酰乙酸 植物、細(xì)菌等，PEP羧化酶催化 CH2CCOOH + H2O+ CO2O=CCOOH +Pi | OP C

11、H2COOH,34,課堂內(nèi)容,3、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化PEP生成草酰乙酸 心臟、骨骼肌中，PEP羧激酶催化 PEP+CO2+GDPO=CCOOH +GTP CH2COOH,35,課堂內(nèi)容,4、由蘋果酸酶、蘋果酸脫氫酶催化使 丙酮酸生成草酰乙酸 原核、真核中廣泛存在的蘋果酸酶催化 CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+ HOCHCOOH +NADP+ CH2COOH,再由蘋果酸脫氫酶催化： HOCHCOOH +NAD+ O=CCOOH CH2COOH + NADH+H+ CH2COOH,36,課堂內(nèi)容,5、酮戊二酸和Asp 經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用 生成Glu和草酰乙酸,37,課堂內(nèi)容,第五節(jié) 磷

12、酸戊糖途徑（HMP PPP） 磷酸戊糖途徑的概念：是G分解的另一條途徑: 在6PG上直接氧化，再分解產(chǎn)生5P核糖。 磷酸戊糖途徑PPP：Pentose Phosphate Pathway 己糖磷酸途徑HMP：Hexose Monophosphate Pathway 磷酸己糖支路HMS：Hexose Monophosphate Shunt G直接氧化途徑DOPG：Direct Oxidation Pathway of Glucose,38,課堂內(nèi)容,HMP的闡明起始于1931年Warburg對(duì)6PG脫氫酶的研究，后人在此基礎(chǔ)上加以完善。實(shí)驗(yàn)證明： （1）在組織中加入EMP抑制劑碘乙酸或碘乙酰胺（

13、ICH2COOH或ICH2CONH2）后，它抑制3PG脫氫酶的活性（3PG 1，3DPG），但有些微生物仍能將G CO2H2O，說明另有途徑。 （2）用同位素14C標(biāo)記C1和C6 ，如果是EMP、TCA，那么生成的14C1O2和14C6O2 分子數(shù)應(yīng)相等，但實(shí)驗(yàn)表明14C1 更容易氧化為CO2，說明另有途徑。 說明G分解的主要途徑是EMP和TCA，但并非唯一途徑，HMP也是G分解的途徑，只是在6PG上直接氧化。 細(xì)胞定位：胞液,39,課堂內(nèi)容,一、磷酸戊糖途徑概要 以6PG為起始物，經(jīng)過兩個(gè)階段共8步反應(yīng)，最后重新生成6PG的過程。,40,課堂內(nèi)容,HMP概要,41,課堂內(nèi)容,特點(diǎn)：G直接脫氫

14、或脫羧，不經(jīng)過三碳糖階段。 HMP屬于有氧分解還是無氧分解？ O2不參加HMP，但認(rèn)為HMP是需氧的代謝途徑，因?yàn)榭梢钥隙ǖ氖牵篐MP是需氧生物的某些組織、器官中較旺盛的代謝途徑，而且與EMP、TCA相聯(lián)系。,42,課堂內(nèi)容,二、生化歷程 （一）不可逆的氧化階段（1-3） 1、6PG 6P葡萄糖酸內(nèi)酯 可逆,43,課堂內(nèi)容,44,課堂內(nèi)容,45,課堂內(nèi)容,2、6P葡萄糖酸內(nèi)酯水解生成6P葡萄糖酸 不可逆,46,課堂內(nèi)容,3、6P葡萄糖酸脫氫脫羧 生成5P 核酮糖（5PRu） 不可逆,47,課堂內(nèi)容,13步,48,課堂內(nèi)容,49,課堂內(nèi)容,（二）可逆的非氧化階段 （48） 戊糖互變 4、5P 核

15、酮糖（5PRu）異構(gòu)化為 5P核糖（5PR） 官能團(tuán)異構(gòu),50,課堂內(nèi)容,5、5P 核酮糖（5PRu）異構(gòu)化為 5P木酮糖（5PXu） 差向異構(gòu),51,課堂內(nèi)容,45步,52,課堂內(nèi)容,53,課堂內(nèi)容,6-8步，基團(tuán)移位反應(yīng) 通過轉(zhuǎn)酮酶和轉(zhuǎn)醛酶的催化作用，將一酮糖分子的酮醇基轉(zhuǎn)移給另一醛糖分子上，形成新的醛糖和酮糖。 轉(zhuǎn)酮酶專門催化乙酮醇基轉(zhuǎn)移 轉(zhuǎn)醛酶專門催化二羥丙酮基轉(zhuǎn)移 通過C5、C4、C7、C3、C6只見的基團(tuán)轉(zhuǎn)移反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了糖分子之間的轉(zhuǎn)變，最終生成6PF,54,課堂內(nèi)容,HMP的兩個(gè)關(guān)鍵酶,轉(zhuǎn)酮酶或轉(zhuǎn)羥乙醛基酶,轉(zhuǎn)醛酶或轉(zhuǎn)二羥丙酮基酶,55,課堂內(nèi)容,6、5PR5PXu 3PG（3P

16、甘油醛）7PS（7P景天庚酮糖） 將5PXu的乙酮醇基轉(zhuǎn)移給5PR。,56,課堂內(nèi)容,57,課堂內(nèi)容,7、3PG7PS 4PE（4P赤蘚糖）6PF 將7PS-的二羥丙酮基轉(zhuǎn)移給3PG。,58,課堂內(nèi)容,59,課堂內(nèi)容,磷酸戊糖途徑的 非氧化階段之二（基團(tuán)轉(zhuǎn)移）,+,2,4-磷酸赤蘚糖,+,2,5-磷酸核糖,2,3-磷酸甘油醛,轉(zhuǎn)酮酶,轉(zhuǎn)醛酶,2,6-磷酸果糖,+,7-磷酸景天庚酮糖,2,5-磷酸木酮糖,60,課堂內(nèi)容,67步,61,課堂內(nèi)容,8、5PXu4PE 3PG 6PF 將5PXu的乙酮醇基轉(zhuǎn)移給4PE。,62,課堂內(nèi)容,63,課堂內(nèi)容,基團(tuán)轉(zhuǎn)移（續(xù)前）,+,轉(zhuǎn)酮酶,64,課堂內(nèi)容,然后

17、： 3PG DHAP 3PG+DHAP 1，6FDP 2磷酸果糖酯酶 磷酸己糖異構(gòu)酶 1，6FDP 6PF H2O Pi 6PG,65,課堂內(nèi)容,1,6-二 磷酸果糖,6-磷酸果糖,醛縮酶,二磷酸果糖酯酶,磷酸戊糖途徑的非氧化階段之三 （3-磷酸甘油醛異構(gòu)、縮合與水解）,異構(gòu)酶,66,課堂內(nèi)容,總反應(yīng)式為： A式：6 6PG12NADP6H2O 4 6PF2 3PG 6CO212（NADPHH） 然后：2 3PG 1，6DPGH2O 6PFPi 6PF 6PG 因此得到B式 ： 6PG12NADP7H2O 6CO212（NADPHH）Pi 所以，HMP要循環(huán)一輪，必須有6個(gè)6PG同時(shí)進(jìn)入循環(huán)，

18、但最終只有1個(gè)6PG被徹底分解為6CO212（NADPHH）Pi。,67,課堂內(nèi)容,磷酸戊糖途徑的非氧化分子重排階,階段之一,階段之二,階段之三,68,課堂內(nèi)容,三、化學(xué)量計(jì)算 1、鏈?zhǔn)椒磻?yīng)： 3 6PG6NADP3H2O 2 6PF 3PG 3CO26（NADPHH） 2、循環(huán)途徑為： 6 6PG12NADP6H2O 4 6PF2 3PG 6CO212（NADPHH）,69,課堂內(nèi)容,四、生物學(xué)意義 1、HMP產(chǎn)生大量的NADPH，為細(xì)胞的各種物質(zhì)合成反應(yīng)提供主要的還原力（主要目的不是供能）。NADPH作為供氫體，為細(xì)胞中脂肪酸、固醇、四氫葉酸FH4等的合成，硝酸鹽、亞硝酸鹽的還原，NH3的同化等所必需。 2、HMP的中間產(chǎn)物是許多化合物的合成原料（碳源）。 3、HMP與光合作用密切相關(guān)，把分解與合成代謝聯(lián)系在一起。 4、HMP與糖的有氧分解、無氧分解密切相關(guān)。,70,課堂內(nèi)容,五、HMP的調(diào)控 HMP與細(xì)胞合成代謝相關(guān)。NADPH和5PR以及ATP的需要量是決定6PG去向（是HMP還是EMP）的主要因素，從而調(diào)節(jié)HMP的速率，當(dāng)然也同時(shí)調(diào)節(jié)了EMP速率。 就HMP而言，關(guān)鍵的調(diào)控位是： 6PG脫氫酶催化的不可逆反應(yīng)。 NADP濃度高，6PG脫氫酶活性強(qiáng)，速率快。,71,課堂內(nèi)