生物化學第11章檸檬酸循環(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 能力， 如果用于檸檬酸合成的乙酰基的羰基碳事先用 14C標記，那么經上述 6步反應生成的琥珀酸的羧基碳均應含有放射性標記，只不過每個羧基碳的放射性強度只保有原初標記的 50%，其后每種化合物的羧基碳原子均同樣如此。 （七） 延胡索酸的水合反應 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) 。 所以延胡索酸酶也叫做延胡索酸水合酶 (fumarate hydratase)。 水合反應很可能先形成負碳離子的轉換態形式。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△ Go39。＝ kJ/mol。 延胡索酸酶具有很高的立體專一性。它只作用于延胡索酸，從雙鍵的相反方向加 OH－和 H＋，生成 L蘋果酸，或者催化其逆反應， L蘋果酸脫水變成延胡索酸。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 。 延胡羧酸水和反應的過程 （八） 草酰乙酸的生成 蘋果酸氧化轉變成草酰乙酸是檸檬酸循環的最后一步反應。催化這一反應的酶是 L蘋果酸脫氫酶 (Lmalate dehydrogenase))。 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。 因此，草酰乙酸在細胞內的濃度是很低的。但是，在細胞內，不利于草酰乙酸生成的反應可以被檸檬酸循環的第一步反應 (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行。因為檸檬酸合酶催化乙酰 CoA與草酰乙酸的縮合反應是高能放能的 (△ Go39。＝ kJ/mol) 。 蘋果酸脫氫酶催化氫負離子轉移到NAD＋ 的機制與乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶相似。 X射線分析表明，這三種酶的 NAD＋ 結合域具有顯著的相似性，與 NAD＋ 結合域從一個共同的祖先進化的觀點是一致的。 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸 三 . TCA循環總觀 （ 1） 當一分子的乙酰 CoA與草酰乙酸縮合而進入 TCA循環后，其整個化學反應的凈結果是： CH3COSCoA + 2H2O + 3NAD＋ + FAD ++ ADP + Pi → 2CO2 + 3NADH + 3H＋ + FADH2 + ATP +CoASH 表明 TCA循環每循環一次，只有一分子的乙酰 CoA被氧化，所有 TCA中間物并不因參加反應而有所增減。 （ 2）乙酰 CoA進入 TCA循環后，有二處脫羧反應 。四處氧化脫氫反應，共生成 3分子的NADH和一分子的 FADH2；一次底物水平磷酸化，生成一分子的 ATP。氧化反應生成的NADH和 FADH2進入電子傳遞鏈，發生氧化磷酸化，產生 ATP，并使 NAD＋ 和 FAD得以再生，以便重新參與 TCA循環反應和維持該循環的正常運轉，所以 TCA循環和氧化磷酸化是協同進行的。 （ 3）同位素標記實驗表明，乙酰 CoA的乙酰基的碳并沒有從 TCA循環的第一循環中除去。 經脫羧反應生成的 2分子 CO2來自原初的草酰乙酸，而乙酰基上的兩個碳參與了草酰乙酸的重新生成。 被標記的乙酰基上的羰基碳可在該循環的第二循環反應的第三步和第四步分別脫去。 被標記的乙酰基上的甲基碳在兩輪循環后仍被保留。在第一輪中，隨機地保留在琥珀酸的中間兩個碳原子上；在第二輪中，隨機地保留在琥珀酸的所有四個碳原子上。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。 1摩爾的葡萄糖完全氧化可產生－ 2867kJ的能量，若按每摩爾的 ADP磷酸化需要 ，那么 1摩爾的葡萄糖產生的 38摩爾 ATP共利用能量 38＝ 1159kJ,能量的利用率達 40%。肝臟中 一分子的葡萄糖完全氧化產生 ATP的總反應是 葡萄糖＋ 6O2＋ 8ADP＋ 38Pi → 6CO 2＋ 44H2O＋ 38ATP △ Go39。＝ kJ/mol 。 在真核生物中，酵解反應發生在胞液中，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磷酸被氧化時產生的 ,而 NADH必須被氧化重新產生 NAD＋ ， 酵解才能繼續進行。 有兩種解決的途徑， 一種是蘋果酸 天冬氨酸穿梭系統 (malateaspartate shuttle system)， 另一種是磷酸甘油穿梭系統 (glycerol phosphate shuttle system)。 （二） 檸檬酸循環也是其他有機物完全氧化的一條主要途徑 脂肪酸經 β 氧化產生的乙酰 CoA， 可進入檸檬酸循環被徹底氧化，同時產生能量。甘油也可經酵解途徑轉變成丙酮酸，再氧化成乙酰 CoA進入檸檬酸循環。氨基酸降解的產物也須經檸檬酸循環被完全氧化。 谷氨酸、谷氨酰胺等氨基酸轉變成 α 酮戊二酸后，并不導致 α 酮戊二酸的自身凈氧化，只會導致該循環中間物的濃度升高。但是，氨基酸在生物體內是能被完全氧化的，問題在于如何達到這個目的。 在骨骼肌中，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PEPCK)、丙酮酸激酶 (PK)和丙酮酸脫氫酶復合物 (PDH)可以催化草酰乙酸到乙酰 CoA的轉變，這就允許檸檬酸循環中的過量中間物(包括由氨基酸轉變而來的產物 )被完全氧化。例如谷氨酸等氨基酸轉變成 α 酮戊二酸后，可通過這個途徑轉變成乙酰 CoA而被徹底氧化。 總的化學計量是： α 酮戊二酸 → 5CO2。此途徑包括五步脫羧反應，在檸檬酸循環中三次，在該循環外兩次。 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，因為丙酮酸可以轉變成丙氨酸，或者沿糖異生途徑轉變成糖 (見后續有關章節 )。 （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。即是說