生物化學(xué)第11章檸檬酸循環(huán)(更新版)

　　

【正文】 如何達(dá)到這個目的。肝臟中 一分子的葡萄糖完全氧化產(chǎn)生 ATP的總反應(yīng)是 葡萄糖＋ 6O2＋ 8ADP＋ 38Pi → 6CO 2＋ 44H2O＋ 38ATP △ Go39。氧化反應(yīng)生成的NADH和 FADH2進(jìn)入電子傳遞鏈，發(fā)生氧化磷酸化，產(chǎn)生 ATP，并使 NAD＋ 和 FAD得以再生，以便重新參與 TCA循環(huán)反應(yīng)和維持該循環(huán)的正常運轉(zhuǎn)，所以 TCA循環(huán)和氧化磷酸化是協(xié)同進(jìn)行的。但是，在細(xì)胞內(nèi)，不利于草酰乙酸生成的反應(yīng)可以被檸檬酸循環(huán)的第一步反應(yīng) (由檸檬酸合酶催化 )所推動，向有利于草酰乙酸生成的方向進(jìn)行。＝ kJ/mol。琥珀酸脫氫酶也含有鐵 硫簇。 FAD作為該酶的輔基，共價結(jié)合在酶的一個 His殘基上， 在酶促反應(yīng)中接受底物氧化脫下的電子和氫。該反應(yīng)的△ Go39。 如果說，順烏頭酸酶對檸檬酸的兩個相同的基團(tuán)沒有選擇性， α 酮戊二酸脫羧反應(yīng)釋放出 CO2應(yīng)有一半含有放射性標(biāo)記，但是，實際結(jié)果沒有。 這一反應(yīng)的△ Go39。 順烏頭酸酶的這種作用特性就解釋了為什么后續(xù)的脫羧反應(yīng)只發(fā)生在與乙酰基參入部位相對的碳位上，而不發(fā)生在乙酰基參入部位這一端。該步反應(yīng)是可逆的，△ Go39。 檸檬酸 (三羧酸 )循環(huán)概貌 由丙酮酸形成的乙酰 CoA或者是其它代謝途徑（如脂肪酸或氨基酸的分解代謝途徑）產(chǎn)生的乙酰 CoA可以通過檸檬酸循環(huán)氧化，檸檬酸循環(huán) 涉及八步酶促反應(yīng)。 二 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的反應(yīng) 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化五步順序反應(yīng)，其總反應(yīng)是： CH3COCOO－ ＋ CoASH ＋ NAD＋ → CH3CO～ CoA ＋ CO2 ＋ NADH 在丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的反應(yīng)中涉及五種不同的輔酶，它們分別是焦磷酸硫胺素 (TPP)、 硫辛酸(lipoic acid)、 輔酶 A(CoA)、 煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD＋ )和黃素腺嘌呤二核苷酸 (FAD)。 第二階段 是指有機燃料分子氧化產(chǎn)生的 乙酰 CoA進(jìn)入一個稱為 檸檬酸循環(huán) 的代謝途徑，被酶促轉(zhuǎn)變成 CO2， 同時產(chǎn)生還原性的電子載體 NADH和 FADH2。檸檬酸循環(huán)不僅是糖的有氧分解代謝途徑，也是脂肪酸和氨基酸的分解代謝途徑，檸檬酸循環(huán)的中間物還是許多物質(zhì)生物合成的前體。＝ 2867 kJ/mol 這表明在糖的無氧分解產(chǎn)物中還蘊藏著極為豐富的能量，乳酸分子中還含有葡萄糖分子 93%的可供利用的能量。 一 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物 丙酮酸氧化脫羧形成乙酰 CoA的反應(yīng)是由丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化的。 酶 輔酶 亞基數(shù) 丙酮酸脫氫酶（ E1） TPP 24 二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙酰酶（ E2） 硫辛酸 24 二氫硫辛酰脫氫酶（ E3） FAD 12 此外，還需要輔酶 A(CoA)、 NAD+ 、 Mg2+作為輔因子，輔酶 A是重要的酰基載體。檸檬酸合酶催化的反應(yīng)遵循有序順序反應(yīng)機制。 ]順烏頭酸酶 順烏頭酸酶 檸檬酸是一種前手性分子，然而順烏頭酸酶卻能對 檸檬酸兩端的兩個相同的基團(tuán) (CH2COO－ )具有選擇性。 這是檸檬酸循環(huán)的第一步脫羧反應(yīng)。但是酶活性部位的殘基 (Tyr160和 Lys230)如發(fā)生突變，則使該酶的活性降低 (即產(chǎn)生動力學(xué) “ 瓶頸 ” )，造成反應(yīng)中間物的積累而證實它的存在。這個酶復(fù)合物也是由三種酶組成： α 酮戊二酸脫氫酶 (E1)、 二氫硫辛酰轉(zhuǎn)琥珀酰基酶 (E2) 二氫硫辛酰脫氫酶 (E3)。 由于其逆反應(yīng)能形成硫酯鍵，因此， 該酶亦稱之為琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)。 琥珀酸的氧化涉及從它中間兩個碳原子的相反兩側(cè)各除去一個 H原子。 （七） 延胡索酸的水合反應(yīng) 延胡索酸在 延胡索酸酶 (fumarase)催化下，雙鍵水合生成 L蘋果酸 (Lmalate) 。該酶不能催化順丁烯二酸加水變成蘋果酸，也不能催化 D蘋果酸的脫水反應(yīng) 。 蘋果酸脫氫酶催化氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移到NAD＋ 的機制與乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶相似。 被標(biāo)記的乙酰基上的羰基碳可在該循環(huán)的第二循環(huán)反應(yīng)的第三步和第四步分別脫去。 有兩種解決的途徑， 一種是蘋果酸 天冬氨酸穿梭系統(tǒng) (malateaspartate shuttle system)， 另一種是磷酸甘油穿梭系統(tǒng) (glycerol phosphate shuttle system)。 總的化學(xué)計量是： α 酮戊二酸 → 5CO2。當(dāng)檸檬酸在線粒體內(nèi)合成之后，跨膜轉(zhuǎn)移至胞液中。 乙酰 CoA是丙酮酸羧化酶最重要的別構(gòu)激活劑 。該酶能催化磷酸烯醇式丙酮酸羧化成草酰乙酸。 NADPH是許多生物合成反應(yīng) (例如脂肪酸合成 )的還原劑。 乙醛酸途徑的酶大多數(shù)與檸檬酸循環(huán)中的酶相同。 （ 5） 乙醛酸循環(huán)體還含有另一種特有的酶 蘋果酸合酶 (malate synthase)。 植物和某些細(xì)菌和藻類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。因此，丙酮酸脫氫酶復(fù)合物活性的控制對于糖的有氧分解起著關(guān)鍵的作用。 pi H2O E1OPO32 E1OH 無活性 有活性 丙酮酸脫氫酶磷酸酶 ATP ADP 丙酮酸脫氫酶激酶 （二）共價修飾調(diào)節(jié) 在脊椎動物中，丙酮酸脫氫酶復(fù)合物共價修飾調(diào)節(jié)是對該酶復(fù)合物別構(gòu)調(diào)節(jié)的重要補充。而游離的 Ca2＋ 濃度的變化取決于細(xì)胞對 ATP的需要，當(dāng)細(xì)胞需要產(chǎn)生 ATP時， Ca2＋ 濃度也就隨之升高。因此，這三種酶催化檸檬酸循環(huán)的限速反應(yīng)步驟。檸檬酸合酶的活性亦可被 NADH所抑制，但不象異檸檬酸脫氫酶對 NADH濃度變化那樣敏感。 大腸桿菌異檸檬酸脫氫酶可被共價修飾調(diào)節(jié)。