生物化學(xué)第11章檸檬酸循環(huán)(留存版)

　　

【正文】 一樣，含有一個高能硫酯鍵。 在該酶的催化反應(yīng)中，異檸檬酸的二級醇羥基氧化，轉(zhuǎn)變成草酰琥珀酸 (oxalosuccinate)， 接著 β 位羧基發(fā)生脫羧反應(yīng)，生成 α 酮戊二酸。 檸檬酸合酶反應(yīng)的機(jī)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(gòu)化轉(zhuǎn)變成異檸檬酸 (isocitrate)。 該復(fù)合物的核心由 24個 E2構(gòu)成，24個 E1和 12個 E3環(huán)繞 E2排列。 第 十 一 章 檸 檬 酸 循 環(huán) 檸檬酸 (TCA)循環(huán)過程中關(guān)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(huán) （ tricarboxylic acid cycle， TCA）。 大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復(fù)合物分子量約 4600kD, 外形呈球形，其直徑約為 30nm。檸檬酸合酶催化的反應(yīng)是不可逆的，受到多種效應(yīng)物的調(diào)節(jié)。 注意，這里脫去的 CO2來自原初的草酰乙酸部分 ， 而不是乙酰 CoA的乙酰基部分。 α 酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化的是一個高度放能的反應(yīng) (△ Go39。 與此相反，醇、或酮的氧化反應(yīng)，可以產(chǎn)生足夠的能量推動 NAD＋ 的還原。催化這一反應(yīng)的酶是 L蘋果酸脫氫酶 (Lmalate dehydrogenase))。在第一輪中，隨機(jī)地保留在琥珀酸的中間兩個碳原子上；在第二輪中，隨機(jī)地保留在琥珀酸的所有四個碳原子上。 注意：草酰乙酸取道磷酸烯醇式丙酮酸并不意味著一定會被氧化，因為丙酮酸可以轉(zhuǎn)變成丙氨酸，或者沿糖異生途徑轉(zhuǎn)變成糖 (見后續(xù)有關(guān)章節(jié) )。當(dāng)乙酰 CoA豐富時，丙酮酸羧化酶就被激活，從而使丙酮酸羧化成草酰乙酸，使其濃度升高，于是允許檸檬酸循環(huán)的有效地進(jìn)行。② .磷酸烯醇式丙酮酸轉(zhuǎn)變成草酰乙酸 。 （ 6） 蘋果酸從乙醛酸循環(huán)體中轉(zhuǎn)運(yùn)出來，進(jìn)入到胞液。 （一）別構(gòu)調(diào)節(jié) 丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的活性強(qiáng)烈受到高水平的 ATP以及該酶復(fù)合物的產(chǎn)物乙酰 CoA和 NADH的抑制。當(dāng)血糖濃度升高時，胰島素的分泌受到刺激，胰島素亦能激活丙酮酸脫氫酶磷酸酶的活性。該酶的另一個產(chǎn)物是琥珀酰 CoA。因此， [NADH]/[NAD＋ ]濃度比例變化可能是檸檬酸循環(huán)速度的更為重要的控制因素。因此，這三種酶催化檸檬酸循環(huán)的限速反應(yīng)步驟 順烏頭酸酶催化的反應(yīng)接近平衡，因此，檸檬酸消耗的速度取決于異檸檬酸脫氫酶的活性。這個磷酸酶的活性受 Ca2＋ 濃度調(diào)節(jié)。 丙酮酸的碳架進(jìn)入檸檬酸循環(huán)被氧化的調(diào)節(jié)主要發(fā)生在兩個環(huán)節(jié)上： 即丙酮酸轉(zhuǎn)變成乙酰 CoA的控制和檸檬酸循環(huán)本身的活性控制。從而完成一次循環(huán)。在線粒體內(nèi)的需 NAD＋的蘋果酸脫氫酶催化下生成草酰乙酸。這個酶是一種線粒體酶。 在骨骼肌中，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PEPCK)、丙酮酸激酶 (PK)和丙酮酸脫氫酶復(fù)合物 (PDH)可以催化草酰乙酸到乙酰 CoA的轉(zhuǎn)變，這就允許檸檬酸循環(huán)中的過量中間物(包括由氨基酸轉(zhuǎn)變而來的產(chǎn)物 )被完全氧化。 （ 3）同位素標(biāo)記實驗表明，乙酰 CoA的乙酰基的碳并沒有從 TCA循環(huán)的第一循環(huán)中除去。 延胡索酸酶具有很高的立體專一性。這一反應(yīng)的自由能變化接近 ﹣6 kJ/mol。這證實了順烏頭酸酶具有選擇性。 當(dāng)檸檬酸與順烏頭酸酶的活性中心結(jié)合時，酶活性中心的微環(huán)境能區(qū)別在空間取向上不同的兩個相同的基團(tuán)，使得兩個相同的基團(tuán)中只有一個被酶作用，而另一個則不能被酶催化 。 二、 檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)過程 （一）檸檬酸的生成 檸檬酸合酶 (citrate synthase)催化乙酰 CoA與草酰乙酸的縮合，生成檸檬酸 . 這是檸檬酸循環(huán)的起始反應(yīng)。 第三階段 是指前兩個階段產(chǎn)生的 還原性的 NADH和 FADH2被氧化 ，重新形成氧化型的輔酶。＝ 196 kJ/mol 但是，在有氧的條件下，葡萄糖則完全氧化成 CO2和H2O， 并產(chǎn)生細(xì)胞活性所需的大量的能量： C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O △ Go39。 分子量： 106，直徑 45nm，比核糖體稍大 。因此，在平衡時，異檸檬酸大約只占 10%。 草酰琥珀酸是異檸檬酸脫氫酶催化反應(yīng)的中間物，它只是瞬間存在。這是檸檬酸循環(huán)中唯一直接產(chǎn)生高能磷酸化合物的反應(yīng)，是底物水平磷酸化的又一個例子 。 由于琥珀酸脫氫酶沒有區(qū)分琥珀酸相同兩端的能力， 如果用于檸檬酸合成的乙酰基的羰基碳事先用 14C標(biāo)記，那么經(jīng)上述 6步反應(yīng)生成的琥珀酸的羧基碳均應(yīng)含有放射性標(biāo)記，只不過每個羧基碳的放射性強(qiáng)度只保有原初標(biāo)記的 50%，其后每種化合物的羧基碳原子均同樣如此。＝ kJ/mol) 。 在真核生物中，酵解反應(yīng)發(fā)生在胞液中，而完整的線粒體對 NADH和 NAD＋ 是不可滲透的，那么 NADH怎樣才能被呼吸鏈氧化呢 ? NADH是在甘油醛 3磷酸被氧化時產(chǎn)生的 ,而 NADH必須被氧化重新產(chǎn)生 NAD＋ ， 酵解才能繼續(xù)進(jìn)行。胞液乙酰 CoA產(chǎn)生于檸檬酸的裂解。 在植物和細(xì)菌中，有一種磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，這個酶在動物體內(nèi)不存在。 后者是特化的過氧化物酶體(peroxisome)。 乙醛酸途徑導(dǎo)致乙酰 CoA凈轉(zhuǎn)變成乙醛酸，而不是象檸檬酸循環(huán)那樣將乙酰 CoA轉(zhuǎn)變成兩分子的 CO2。當(dāng)細(xì)胞需要能量時，其代謝信號是 [AMP]/[ATP] 以及[ NAD＋ ]/[NADH] 的水平升高，該酶復(fù)合物被激活，導(dǎo)致丙酮酸進(jìn)入檸檬酸循環(huán)的速度升高。 二 . 檸檬酸循環(huán)的活性控制 檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶以及 α 酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化的反應(yīng)遠(yuǎn)未達(dá)到平衡，即這三種酶催化的反應(yīng)是高度放能的，也是不可逆的。 Ca2＋ 可以作為一種效應(yīng)物激活異檸檬酸脫氫酶和 α 酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的活性。當(dāng)大腸桿菌的這個酶的活性部位 (而不是別構(gòu)部位 )的 Ser殘基被磷酸化時，該酶則失去活性，而當(dāng)去磷酸化時則恢復(fù)活性。 檸檬酸循環(huán)的第一步反應(yīng)是由檸檬酸合酶催化，對檸檬酸合酶活性的控制是檸檬酸循環(huán)最關(guān)鍵的控制部位