生物化學第11章檸檬酸循環(完整版)

　　

【正文】 ，受到多種效應物的調節。由于該反應順序是 乙酰 CoA與 草酰乙酸 縮合成 檸檬酸 開始的，且草酰乙酸經多步反應之后重新生成，構成了一個循環反應途徑，因此，該循環反應稱為檸檬酸循環。 大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復合物分子量約 4600kD, 外形呈球形，其直徑約為 30nm。 這樣的代謝過程稱為呼吸 (respiration)或細胞呼吸。 第 十 一 章 檸 檬 酸 循 環 檸檬酸 (TCA)循環過程中關鍵的化合物是檸檬酸，因為檸檬酸有三個羧基，所以又稱三羧酸循環 （ tricarboxylic acid cycle， TCA）。 因為這一過程消耗氧，釋放出 CO2。 該復合物的核心由 24個 E2構成，24個 E1和 12個 E3環繞 E2排列。 一 .檸檬酸循環的研究歷史 檸檬酸循環處在物質代謝的中心位置，該途徑的發現在生物化學發展史上占據著重要的位置。 檸檬酸合酶反應的機制 （二）異檸檬酸的形成 檸檬酸在順烏頭酸酶 (aconitase)的催化下，異構化轉變成異檸檬酸 (isocitrate)。 檸檬酸的中心碳連接有四個取代基，其中兩個是相同的 (CH2COO－ )。 在該酶的催化反應中，異檸檬酸的二級醇羥基氧化，轉變成草酰琥珀酸 (oxalosuccinate)， 接著 β 位羧基發生脫羧反應，生成 α 酮戊二酸。 Mn2+使草酰琥珀酸中間物上的羰基極化 （四） α 酮戊二酸氧化脫羧產生琥珀酰 CoA α 酮戊二酸在 α 酮戊二酸脫氫酶復合物 的催化下，氧化脫羧，產生琥珀酰 CoA， 同時釋放出 CO2和 NADH。＝ 33 kJ/mol)，反應產生的琥珀酰 CoA象乙酰 CoA一樣，含有一個高能硫酯鍵。然后，磷酸基轉移到酶活性部位的 His殘基上，形成磷酸組氨酸，并釋放出琥珀酸；隨后磷酸基被轉移到 GDP上，生成 GTP。 琥珀酸脫氫酶是一種由分子量為 70kD和 27kD兩個亞基構成的二聚體蛋白。轉換態形成中，首先受到 OH－ 陰離子的攻擊，形成負碳離子，接著發生質子 (H＋ )化反應。 該反應△ Go‘＝ + kJ/mol， 在熱力學上不利于草酰乙酸的生成，而有利于逆向反應。 （ 2）乙酰 CoA進入 TCA循環后，有二處脫羧反應 。這就意味著，在第三輪循環中的兩次，脫羧反應將消去 50%的來自最初甲基碳的放射性標記；此后，每輪循環將消去殘留標記的 50%. 四 . 檸檬酸循環的生物學意義 （一） 提供能量 一分子的葡萄糖經過糖酵解和檸檬酸循環以及氧化磷酸化，總共可產生 38分子或 36分子的 ATP。氨基酸降解的產物也須經檸檬酸循環被完全氧化。 （三） 檸檬酸循環的雙向功能 檸檬酸循環的中間物不僅起著維持該循環運轉的功能，促進有機燃料分子氧化產生能量，而且一些重要的生物合成途徑利用該循環的中間物作為合成反應的起始材料。 在這種情況下，為確保檸檬酸循環的暢通，必須要有相應補充該循環中間物的途徑，即所謂 回補途徑(anaplerosis)。 丙酮酸羧化酶在糖的異生作用中也是一種很重要的酶。 （三）蘋果酸酶催化丙酮酸羧化為蘋果酸 具有回補功能的另一種反應由蘋果酸酶 (malic enzyme)催化。③ .蘋果酸酶催化丙酮酸羧化為蘋果酸 ① ② ③ 六 乙醛酸途徑 植物 (尤其是尚不能完成光合作用的幼苗 )以及某些細菌和藻類能夠利用乙酸作為它們唯一的碳源去合成它們自身的含碳化合物。 （ 3） 檸檬酸轉變成異檸檬酸。 在胞液蘋果酸脫氫酶的催化下，氧化成草酰乙酸。 乙醛酸循環體 第三節 檸檬酸循環的調節 檸檬酸循環的活性與細胞的需要密切相關。 ATP能抑制丙酮酸脫氫酶的活性；乙酰 CoA能抑制二氫硫辛酰轉乙酰基酶的活性； NADH抑制二氫硫辛酰脫氫酶的活性。在這種情況下， ATP以及乙酰 CoA和 NADH作為 丙酮酸脫氫酶激酶 的激活劑刺激它的活性。促進乙酰 CoA的合成。因此，乙酰 CoA和草酰乙酸的濃度限制著檸檬酸形成的速度。 NADH和琥珀酰 CoA兩者都能抑制該酶的活性。 細胞內的 ATP和 NADH的水平很高時，檸檬酸循環的速度就受到限制。 NAD＋ 和 NADH還作為幾種脫氫酶的效應物；NADH的高水平還意味著細胞含有豐富的 (經呼吸鏈 )合成 ATP的電子源。這種聯鎖效應有利于檸檬酸循環 . ATP可視為檸檬酸循環和氧化磷酸化的末端產物 ,它可以別構抑制檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶的活性，而 ATP則是這兩種酶的別構抑制劑。 檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶以及α 酮戊二酸脫氫酶復合物三種酶催化的反應是高度放能的，也是不可逆的。在大腸桿菌細胞內的該酶不經這種共價修飾調節 。 當細胞需要能量 (即 ATP水平降低 )時，無活性的磷酸化的丙酮酸脫氫酶便在丙酮酸脫氫酶磷酸酶的催化下，脫去磷酸基而恢復其活性。 丙酮酸脫氫酶的活性強烈地取決于線粒體內的[ATP]/[AMP] 、 [乙酰 CoA]/[CoA] 以及[NADH]/[ NAD＋ ]的比值。為了保證中間物和能量的產生與細胞的需要相協調、避免能量和中間物的浪費性過度產生，檸檬酸循環必須有效地受到控制。由于有這兩種酶的存在，因此，萌發的植物種子能將它們貯存在的三酰甘油氧化產生的乙酰 CoA轉變成葡萄糖。 琥珀酸可被轉運到線粒體內，進入檸檬酸循環，重新生成草酰乙酸。這一酶系統稱為乙醛酸途徑或乙醛酸循環。該反應發生在胞液中，生成的蘋果酸可以通過專一性載體進入到線粒體。 它能催化磷酸烯醇式丙酮酸轉變成草酰乙酸，并產生 GTP。這一反應是 丙酮酸羧化酶催化的。 (1) 草酰乙酸以及檸檬酸循環的其他中間物可經糖異生途徑合成葡萄糖，以維持某些組織對葡萄糖的需要。但是，氨基酸在生物體內是能被完全氧化的，問題在于