杨荣武生物化学原理-南京大学-三羧酸循环
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生物化学原理教学(杨荣武)生化-期末复习
考试题型：一、填空；二、是非题；三、选择题；四、名词解释；五、问答题每章简要：一、生物氧化基本概念，与非生物氧化比较呼吸链；概念、组成、类型、传递顺序、抑制剂。
氧化磷酸化; 概念、机制、解偶联剂二、代谢总论基本概念; 代谢、代谢途径、代谢物,分解代谢、合成代谢、代谢组、代谢组学三、糖酵解糖的消化; 淀粉的酶水解糖酵解全部反应、三步限速步骤、特异性抑制剂、两步底物磷酸化反应。
能量产生、生理意义、丙酮酸去向。
四、TCA 循环乙酰CoA 的形成, TCA 循环化学途径、能量产生，功能和调节。
乙醛酸循环五、磷酸戊糖途径发生部位、氧化相反应、功能六、糖异生概念、发生部位、与糖酵解比较、底物、几步重要反应、生理意义七、光合作用概念，总反应式光反应；两大光系统的组成（中心色素，电子受体与供体，功能），光合磷酸化以及与氧化磷酸化的比较。
暗反应；光反应与暗反应的比较, C3 途径重要的反应, 酶和中间物八、糖原代谢糖原降解；相关酶；糖原磷酸化酶………糖原合成；相关酶，糖原合成酶,UDP-Glc, 需要引物, 糖原素……调节九、脂肪酸代谢脂肪酸的分解代谢；β-氧化, α-氧化，ω-氧化酮体脂肪酸的合成代谢十、胆固醇代谢胆固醇合成；前体、部位、重要的中间物、HMG-CoA 还原酶运输; 血浆脂蛋白、LDL 、HDL十一、磷脂和糖脂代谢甘油磷脂的酶水解十二、蛋白质降解及氨基酸代谢胞内蛋白质的降解；依赖于ATP 的降解途径氨基酸的分解代谢；氨基的去除，铵离子的命运，尿素循环生物固氮十三、核苷酸代谢核苷酸的合成；嘌呤核苷酸、嘧啶核苷酸的合成，从头合成和补救途径。
脱氧核苷酸的合成调节核苷酸的分解；嘌呤和嘧啶的分解主要相关疾病第一章：生物氧化一、概念1、生物氧化：糖类、脂肪、蛋白质等有机物质在细胞中进行氧化分解生成CO2和H2O 并释放出能量的过程称为生物氧化。
其实质是需氧细胞在呼吸代谢过程中所进行的一系列氧化还原反应过程。
2、呼吸链：由一系列传递体构成的链状复合体称为电子传递体系（ETS），因为其功能和呼吸作用直接相关，亦称为呼吸链。
生物竞赛讲义-生物化学-20生物氧化-《生物化学原理(第二版)(代谢生物化学)》
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
电子传递体在呼吸链中的位置与其E0'之间的关系
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几种呼吸链抑制剂的作用位点
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
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呼吸链的组分
NAD+及与NAD+偶联的脱氢酶：NAD+是一种流 动的电子传递体。 黄素及与黄素偶联的脱氢酶 辅酶Q：属于一种流动的电子传递体。 铁硫蛋白 细胞色素：细胞色素c是一种流动的电子传递体 氧气
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复合体 IV 即细胞色素c氧化酶
有4个氧还中心 主要成分为细胞色素a和a3 电子来自还原性的细胞色素c，电子的最终 受体为氧气 一对电子可产生2个质子梯度
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电子在复合体IV上的传递
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
氧化磷酸化的偶联机制
˟ ˟ √ 化学偶联假说 构象偶联假说 化学渗透学说：该学说由Peter Mitchell于1961年 提出，其核心内容是电子在沿着呼吸链向下游传 递的时候，释放的自由能转化为跨线粒体内膜 （或跨细菌质膜）的质子梯度，质子梯度中蕴藏 的电化学势能直接用来驱动ATP的合成。驱动 ATP合成的质子梯度通常被称为质子驱动力 （pmf），它由化学势能（质子的浓度差）和电 势能（内负外正）两部分组成。
2019生物竞赛-生物化学-05核苷酸-杨荣武《生物化学原理(一)》(17页)
② ③
④ ⑤ ⑥
⑦
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
嘧啶环和嘌呤环的编号以及各种碱基的化学结构
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
茶碱和咖啡因的化学结构
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碱基的性质
碱基几乎不溶于水，这与其芳香族的杂 环结构有关。 互变异构 酸碱解离 强烈的紫外吸收，其最大吸收值在 260nm。
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常见的核糖核苷酸的化学பைடு நூலகம்构
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AMP、ADP和ATP
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环核苷酸的化学结构
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核苷酸的生物功能
生物竞赛-生物化学原理（结构生物化学）-南京大学杨荣武
嘧啶核苷和嘌呤核苷的化学结构
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几种修饰核苷
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核苷酸
核苷酸是核苷的戊糖羟基的磷酸酯。核糖核苷的 磷酸酯为核糖核苷酸，脱氧核苷的磷酸酯为脱氧 核苷酸。理论上，核苷的5′-OH、3′-OH和2′-OH 均可以被磷酸化而分别形成核苷-5′-磷酸、核苷3′-磷酸和核苷-2′-磷酸。但是，自然界的核苷酸 多为核苷-5′-磷酸。 核苷单磷酸（NMP）是指核苷的单磷酸酯。核 苷单磷酸可以通过一次成酐反应形成核苷二磷酸 （NDP）。核苷二磷酸再通过一次成酐反应生成 核苷三磷酸（NTP）。为了将核苷二磷酸和核苷 三磷酸上不同的磷酸根区分开来，将直接与戊糖 5′-羟基相连的磷酸定为α磷酸根，其余两个磷酸 根从里到外依次被称为β磷酸根和γ磷酸根。
三羧酸循环
三羧酸循环的回补反应
6、糖无氧酵解和有氧氧化的总结
糖分解方式 O2参与 最终产物 能量（ATP) 1mol 葡萄糖 反应部位 有氧氧化 有 H2O 和CO2
38ATP
无氧酵解 无 丙酮酸 2ATP 胞液
酵解： 酵解：胞液 其它： 其它：线粒体
asteur效应： Pasteur效应：
Pasteur效应： Pasteur效应： 效应 氧存在下酵解速度降低的现象， 氧存在下酵解速度降低的现象，即糖的有氧氧化对 糖无氧酵解的抑制作用 机理： 机理： 有氧时， 可进入线粒体内氧化， 有氧时，NADH + H+ 可进入线粒体内氧化，于是 丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸---丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸---有氧氧化可 抑制糖无氧酵解。 抑制糖无氧酵解。 缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP， 不能合成ATP 缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP， 致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途径的限速酶， ADP/ATP比值升高 致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途径的限速酶， 故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。 故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。
第二节、三羧酸循环 第二节、
三羧酸循环是由四碳原子的草酰乙酸与二碳原 子的乙酰辅酶A(丙酮酸氧化脱羧的产物)缩合 丙酮酸氧化脱羧的产物) 丙酮酸氧化脱羧的产物 生成具有三个羧基的柠檬酸开始，经过一系列 脱氢和脱羧反应后又以草酰乙酸的再生成结束， 在循环过程中，乙酰CoA CoA被氧化成 在循环过程中，乙酰CoA被氧化成 H2O 和CO2， 并释放出大量能量。 并释放出大量能量。 由于循环中首先生成含有三个羧基的柠檬酸， 并且循环中有三个三元羧酸（柠檬酸、异柠檬 柠檬酸、 柠檬酸 酸和草酰琥珀酸），故被称为三羧酸循环或柠 柠 酸和草酰琥珀酸 檬酸循环，简称TCA循环。 檬酸循环
杨荣武生物化学原理-南京大学-糖酵解
第十步反应: 烯醇式丙酮酸的底物水平磷酸化
Py
第二步底物水平磷酸化，第三步不可逆反应。 产生两个ATP，可被视为糖酵解途径最后的能量回报。 ΔG为大的负值——受到调控!
EMP pathway
物质变化：
起始物： 终产物： 共 步反应 不可逆反应： 限速步骤是：
能量变化：
净产生 个ATP 和 消耗ATP的步骤： 产生ATP的步骤： 产生NADH的步骤： 底物水平的磷酸化： 个NADH
2、以EMP Pathway为例，总结代谢调控的几种主要方式？
3、试比较电子传递抑制剂、氧化磷酸化抑制剂和解偶联剂的 作用机制和产生的后果？
1、DHAP的C3------甘油醛-3-磷酸的-CHO------Py的羧基碳------无氧 情况下，脱去的CO2上。
2、别构调节：磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶 激素调节：胰岛素、胰高血糖素 同工酶调节：己糖激酶 3、电子传递抑制剂：阻断某一部位的电子传递。例如鱼藤酮。 解偶联剂：电子传递和ATP生成分开。只抑制ATP生成， 电子传递照样进行。例如DNP。 氧化磷酸化抑制剂：电子传递和ATP生成均抑制。例如寡霉素。
糊精、寡糖、少量麦芽糖
麦芽糖、极限糊精
分支酶
糖原磷酸化酶 非还原断逐一切断α－1，4
糖原脱支酶（糖基转移酶） 非还原断逐一转移至α－1，4； 切断α－1，6
二糖的酶水解
蔗糖+H2O
蔗糖酶
葡萄糖+果糖
麦芽糖+H2O
麦芽糖酶
2 葡萄糖
-乳糖 +H 2O
β-半乳糖苷酶
葡萄糖+半乳糖
• 糖的吸收和转运
糖酵解的两阶段反应
糖酵解的全部反应
糖酵解的化学反应途径：共10步
生物化学 - 第09章 三羧酸循环(07级)-文档资料
NAD+ NADH+H+
目录
4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA
在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧 化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)； 该脱氢酶复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢 酶复合体类似。
目录
5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应
琥珀酰CoA合成酶催化，琥珀酰CoA的高能硫酯键水
或三羧酸循环中其他产物；
目录
表面上看来，草酰乙酸在三羧酸循环中是不会 消耗的，但实际上它可被反复利用。 TAC 中的中间代谢物能够转变为其他物质，借 以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 例如： 草酰乙酸 α-酮戊二酸 柠檬酸 琥珀酰CoA 天冬氨酸
谷氨酸
脂肪酸 卟啉
目录
草酰乙酸的来源如下：
柠檬酸 裂解酶
常重要的作用。
目录
五、TCA循环中的多种酶以复合体形式 存在于线粒体
代谢区室（metabolons）
TCA循环中的酶在线粒体中是以多种酶组成的复 合体形式存在，这种酶复合体被称为代谢区室。
作用：具有高效介导中间产物流通的功能，将代谢 中间产物从一种酶传递给另一种酶。
目录
第三节 三羧酸循环的生理意义
柠檬酸→顺乌头酸→异柠檬酸→α-酮戊二酸 丙酮酸 ↑ ↓ 草酰乙酸 ← 苹果酸 ← 延胡羧酸 ← 琥珀酸
后来Zynen证实丙酮酸→乙酰CoA.
目录
TCA循环最初是建立在实验基础上的推理假说。
酶的研究：证实并阐明了该循环的细节。
同位素标记代谢物研究：证实TCA循环， 如：丙酮酸或乙酸酯分子中特定碳原子的13C或
目录
（二）TCA循环中间产物是合成糖、脂肪酸 和氨基酸的前体
目录
4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA
在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧 化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)； 该脱氢酶复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢 酶复合体类似。
目录
5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应
琥珀酰CoA合成酶催化，琥珀酰CoA的高能硫酯键水
或三羧酸循环中其他产物；
目录
表面上看来，草酰乙酸在三羧酸循环中是不会 消耗的，但实际上它可被反复利用。 TAC 中的中间代谢物能够转变为其他物质，借 以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。 例如： 草酰乙酸 α-酮戊二酸 柠檬酸 琥珀酰CoA 天冬氨酸
谷氨酸
脂肪酸 卟啉
目录
草酰乙酸的来源如下：
柠檬酸 裂解酶
常重要的作用。
目录
五、TCA循环中的多种酶以复合体形式 存在于线粒体
代谢区室（metabolons）
TCA循环中的酶在线粒体中是以多种酶组成的复 合体形式存在，这种酶复合体被称为代谢区室。
作用：具有高效介导中间产物流通的功能，将代谢 中间产物从一种酶传递给另一种酶。
目录
第三节 三羧酸循环的生理意义
柠檬酸→顺乌头酸→异柠檬酸→α-酮戊二酸 丙酮酸 ↑ ↓ 草酰乙酸 ← 苹果酸 ← 延胡羧酸 ← 琥珀酸
后来Zynen证实丙酮酸→乙酰CoA.
目录
TCA循环最初是建立在实验基础上的推理假说。
酶的研究：证实并阐明了该循环的细节。
同位素标记代谢物研究：证实TCA循环， 如：丙酮酸或乙酸酯分子中特定碳原子的13C或
目录
（二）TCA循环中间产物是合成糖、脂肪酸 和氨基酸的前体
(杨荣武)生物竞赛讲义-生物化学-30胆固醇代谢-《生物化学原理(第二版)(代谢生物化学)》(33P
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
胆固醇合成的四个阶段反应
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
HMG-CoA 还原酶
内质网膜整合蛋白 催化的是不可逆反应 胆固醇合成的限速酶
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
主要 成分
主要载 脂蛋白
主要功能
脂肪
脂肪
脂肪， 胆固醇
A,B-48, CI,II,III, E
B-100, C-I,II,III, E
B-100, E
运输食物中的脂肪 和胆固醇 运输内源的脂肪
一部分被肝吸收， 一部分转变为LDL
胆固醇 B-100
蛋白质 A, CI,II,III, D, E
将胆固醇转运到外 周组织
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
胆固醇合成的第二个阶段的反应
生物竞赛-生物化学原理（第二版）（代谢生物化学）-南京大学杨荣武
第三阶段：6个异戊二烯单位→鲨烯
此阶段主要包括三步反应，首先在二甲烯丙基 转移酶的催化下，一个二甲烯丙基与一个异戊 二烯焦磷酸头尾缩合成牻牛儿焦磷酸；随后在 牻牛儿转移酶催化下，牻牛儿焦磷酸与另一个 异戊二烯焦磷酸头尾缩合成法尼焦磷酸；最后， 在法尼转移酶或鲨烯合酶催化下，两个法尼焦 磷酸头头缩合并被NADPH还原为含有30个碳 的碳氢化合物——鲨烯。
的激活剂 参与胆固醇的逆向运输 （好胆固醇） 通过受体介导的内吞被肝细胞吸收
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胆固醇代谢的调节
胆固醇合成的限速酶是HMG-CoA还原酶 调节的方式包括
第二十三章 三羧酸循环
第二十三章 三羧酸循环
杨荣武 生物化 学原理 第二版
提纲
一、三羧酸循环概述 二、三羧酸循环的全部反应 三、三羧酸循环小结 四、三羧酸循环的生理功能 五、乙醛酸循环 六、三羧酸循环的回补反应 七、三羧酸循环的调控
1. 柠檬酸合酶的调控 2. 异柠檬酸脱氢酶的调控 3. α-酮戊二酸脱氢酶系的调控 4. 丙酮酸脱氢酶系的调控
TCA 循环总结
TCA循环中C的命运：乙酰CoA的羰基C只有在第2 轮循环转变成CO2 ，乙酰CoA的甲基C能完全留在 两轮循环中，但是以后每一轮循环有一半离开。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生：
的前体——苹果酸
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
三羧酸循环可能的“同化作用”
三羧酸循环的调控
为了适应细胞对能量的需求，细胞内的TCA循 环受到严格的调控。对TCA循环本身的调控集 中在柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二 酸脱氢酶，其中最重要的调控位点是异柠檬酸 脱氢酶，其次是α-酮戊二酸脱氢酶，至于柠檬 酸合酶，对它的调控多见于原核生物。
八、TCA循环的起源和进化
TCA 循环概述
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
发生在有氧生物体内（真核细胞的线粒体基 质，原核细胞的细胞质基质）
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰-CoA）
被降解成CO2 产生一些ATP 产生更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多
杨荣武 生物化 学原理 第二版
提纲
一、三羧酸循环概述 二、三羧酸循环的全部反应 三、三羧酸循环小结 四、三羧酸循环的生理功能 五、乙醛酸循环 六、三羧酸循环的回补反应 七、三羧酸循环的调控
1. 柠檬酸合酶的调控 2. 异柠檬酸脱氢酶的调控 3. α-酮戊二酸脱氢酶系的调控 4. 丙酮酸脱氢酶系的调控
TCA 循环总结
TCA循环中C的命运：乙酰CoA的羰基C只有在第2 轮循环转变成CO2 ，乙酰CoA的甲基C能完全留在 两轮循环中，但是以后每一轮循环有一半离开。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生：
的前体——苹果酸
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
三羧酸循环可能的“同化作用”
三羧酸循环的调控
为了适应细胞对能量的需求，细胞内的TCA循 环受到严格的调控。对TCA循环本身的调控集 中在柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二 酸脱氢酶，其中最重要的调控位点是异柠檬酸 脱氢酶，其次是α-酮戊二酸脱氢酶，至于柠檬 酸合酶，对它的调控多见于原核生物。
八、TCA循环的起源和进化
TCA 循环概述
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
发生在有氧生物体内（真核细胞的线粒体基 质，原核细胞的细胞质基质）
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰-CoA）
被降解成CO2 产生一些ATP 产生更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多
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拉向”正反应。
TCA 循环总结
1个乙酰-CoA：产生2CO2, 1 ATP, 3NADH,1FADH2
2H2O被使用作为底物
绝对需要O2
第三节 TCA循环的生理功能
产生更多的ATP 提供生物合成的原料
是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径
某些代谢中间物作为其它代谢途径的别构效应物 产生CO2
氟代柠檬酸
反应 2：形成异柠檬酸
顺乌头酸酶是铁硫蛋白 产物具有立体专一性 柠檬酸不是氧化的好底物，异柠檬酸却不一样，经过 异构化，易于氧化
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
反应 3：异柠檬酸的氧化脱羧
----不可逆 限速步骤
先是脱氢，然后是β-脱羧 有两种形式的异柠檬酸脱氢酶，分别使用辅酶I和辅酶 II作为氢的受体，TCA循环中主要是I。
反应 4：α-酮戊二酸的氧化脱羧
---不可逆
第二次氧化脱羧反应
酶几乎等同于丙酮酸脱氢酶系——结构、机制
5种辅酶——TPP、CoASH、硫辛酸 、NAD+、FAD 也是亚砷酸的作用对象
反应 5：底物水平的磷酸化
TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应
ATP或GTP被合成
双键的水合
水分子加成反式的双键
反应机制还不清楚
反应 8：草酰乙酸的重新生成
三羧酸循环的最后一步反应，也是三羧酸循环中的第四次氧化还 原反应
Go‘ = +30 kJ/mol，意味着在热力学上极不利于正反应的进行， 但是，在体内反应产物草酰乙酸可以迅速被下一步不可逆反应消
耗，NADH则进入呼吸链被彻底氧化，因此，整个反应被“强行
大肠杆菌中丙酮酸脱氢酶的分子量为4，600，000，是由60条多肽链组成的多面体，直
径约30nm，在电镜下可观察到复合体的存在。 E2位于中心，有24条肽链；E3：24条肽链；E1：12条肽链
催化机制
分四步进行
E1 OX E2
乙酰基-硫辛酰胺＋CoA 还原型硫辛酰胺
① ② ③ ④
Py+TPP 羟乙基-TPP
需氧 糖酵解产生的丙酮酸被降解成CO2 产生一些ATP和更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的ATP。
三羧酸循环: 3步不可逆，5步可逆反应
第一节 乙酰CoA的形成
脂肪酸的β氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化
丙酮酸的氧化脱羧
辅助因子
维生素 前体 B1 硫辛酸 泛酸 B2 PP
辅助因 子类型 辅基 辅基 辅酶 辅基 辅酶
催化的反应
E1 E2
丙酮酸脱氢 酶 二羟硫辛酸 转乙酰酶 二羟硫辛酸 脱氢酶
TPP 硫辛酰胺 CoA FAD NAD+
丙酮酸 氧化脱羧 将乙酰基转 移到CoA 氧化型硫辛 胺的再生
E3
大肠杆菌 丙酮酸脱氢酶系的电镜照片
丙酮酸进入线粒体
丙酮酸脱氢酶系的结构与组成
催化机制
亚砷酸和有机砷的作用对象
丙酮酸跨线粒体内膜的转运
丙酮酸脱氢酶系： 3种酶，6种辅助因子
1）丙酮酸脱氢酶（E1）
2）二羟硫辛酸转乙酰酶（E2） 3）二羟硫辛酸脱氢酶（E3）
非共价键结合,稳定
丙酮酸脱氢酶系的结构和组成
缩写
酶活性
亚基数目 （个数） 大肠杆菌24、酵母60、 哺乳动物20或30 大肠杆菌24、酵母60、 哺乳动物60 大肠杆菌12、酵母12、 哺乳动物6
羟乙基-TPP+CO2 乙酰基-硫辛酰胺
E2
乙酰CoA+硫辛酰胺 氧化型硫辛酰胺
E3
丙酮酸转变成乙酰-CoA的四步反应
丙酮酸脱氢酶的催化机理
亚砷酸（砒霜的主要成分）和有机砷的作用对象
氧化型硫辛酰胺的再生对于丙酮酸脱氢酶系的持续运转十分 重要，砒霜的主要成分亚砷酸能够与还原型的硫辛酰胺形成 共价的复合物而阻止它的再生 。
Ca2+对三羧酸循环的调节
Ca2+在机体内的生物功能是多方面的，除了许多其他生物
功能外，它还在几个位点上调节三羧酸循环，促进ATP的生成 ，以提供能量。 激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶，从而激活丙酮酸脱氢酶复合物， 产生乙酰CoA。 激活异柠檬酸脱氢酶 激活α-酮戊二酸脱氢酶
砒霜的毒性机理
第二节 三羧酸 循环的全部反应
反应1：柠檬酸的合成
------ 不可逆
柠檬酸合酶:由两个相同的亚基组成，酶“诱导契合”学说又
一代表性的例子
柠檬酸合酶的两种构象
两次构象变化：
防止乙酰-CoA的提前释放 降低乙酰-CoA在活性中心被Asp残基水解成乙酸的可能性。
氟代乙酸：乙酸类似物，TCA循环强烈抑制剂
它的催化过程牵涉到一系列高能分子的形成，因此能量的 损失微乎其微
反应机制涉及一个磷酸组氨酸
琥珀酰-CoA合成酶的反应机理
反应 6：琥珀酸的脱氢
富马酸又称延胡索酸
第三次脱氢反应 产生FADH2
此酶实际上是呼吸链复合体II的主要成分
丙二酸（琥珀酸的类似物）是该酶的竞争性抑制剂
反应 7：苹果酸的形成
细胞能量状态决定异柠檬酸裂解酶和异柠檬酸脱氢酶的活性
乙醛酸循环的调节
第五节 三羧酸循环的二酸 琥珀酰CoA 苹果酸
第六节 三羧酸循环的调控
调节位点 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶（最重要） －酮戊二酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶系
三羧酸循环中最主要的调控物质是：乙酰CoA、草酰乙酸 、NADH。乙酰CoA和草酰乙酸在线粒体中的浓度都未达到使柠 檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬酸合酶对底物催化的速度随底 物浓度而变化，并被底物的存在而调控。
TCA 循环
------糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 柠檬酸循环 三羧酸循环 Tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) Krebs循环 1953年 Nobel Prize
Krebs发现的三羧酸循环至今没人能改动一笔！
场所：线粒体(真核生物) 、细胞质（原核生物）
X2
一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP 收支情况
与ATP合成相关的反应 糖酵解（包括氧化磷酸化） 己糖激酶 PFK-1 磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 （NADH） 丙酮酸脱氢酶系 三羧酸循环 异柠檬酸脱氢酶（NADH） α-酮戊二酸脱氢酶系（NADH） 琥珀酰-CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶（FADH2） 苹果酸脱氢酶（NADH） 合成ATP的方式 消耗ATP 消耗ATP 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 合成ATP的量 5或6或7 －1 －1 ＋2 ＋2 ＋3或＋4或＋5（取决于 NADH通过何种途径进入 呼吸链） 2×2.5＝5 20 2.5×2＝5 2.5×2＝5 1×2＝2 1.5×2＝3 2.5×2＝5
氧化磷氧化磷酸化酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化
总ATP量
30或31或32
三羧酸循环中间物的去向
第四节 乙醛酸循环
植物和微生物的三羧酸循环的变化形式
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利用乙酸或其他能转变为乙酰-CoA的物质 在每一轮循环中，有两分子乙酰-CoA进入 只产生NADH，但不产生FADH2 无底物水平磷酸化反应，因此不产生ATP
1分子的葡萄糖彻底的氧化分解：
酵解： 1 Glucose +2 ATP +2 NADH 2 Py
有氧情况下： Py 乙酰CoA
TCA循环：
乙酰CoA CO2+H2O
+ 1 NADH· + H
+ 3 NADH·H+
X2
+ 1 FADH2
+ 1 GTP
总能量变化： 10 NADH·H＋ 2 FADH2 4 ATP
不生成CO2，无碳单位的损失，净合成了糖异生的前体——苹果酸
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
植物细胞内乙醛酸循环的生理意义：利用乙酸合成糖（碳骨架） 苹果酸 进入细胞质 糖异生 草酰乙酸的再生： 琥珀酸 进入线粒体（三羧酸循环） 草酰乙酸 天冬氨酸 回到乙醛酸循环体 草酰乙酸重新生成
TCA 循环总结
1个乙酰-CoA：产生2CO2, 1 ATP, 3NADH,1FADH2
2H2O被使用作为底物
绝对需要O2
第三节 TCA循环的生理功能
产生更多的ATP 提供生物合成的原料
是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径
某些代谢中间物作为其它代谢途径的别构效应物 产生CO2
氟代柠檬酸
反应 2：形成异柠檬酸
顺乌头酸酶是铁硫蛋白 产物具有立体专一性 柠檬酸不是氧化的好底物，异柠檬酸却不一样，经过 异构化，易于氧化
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
反应 3：异柠檬酸的氧化脱羧
----不可逆 限速步骤
先是脱氢，然后是β-脱羧 有两种形式的异柠檬酸脱氢酶，分别使用辅酶I和辅酶 II作为氢的受体，TCA循环中主要是I。
反应 4：α-酮戊二酸的氧化脱羧
---不可逆
第二次氧化脱羧反应
酶几乎等同于丙酮酸脱氢酶系——结构、机制
5种辅酶——TPP、CoASH、硫辛酸 、NAD+、FAD 也是亚砷酸的作用对象
反应 5：底物水平的磷酸化
TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应
ATP或GTP被合成
双键的水合
水分子加成反式的双键
反应机制还不清楚
反应 8：草酰乙酸的重新生成
三羧酸循环的最后一步反应，也是三羧酸循环中的第四次氧化还 原反应
Go‘ = +30 kJ/mol，意味着在热力学上极不利于正反应的进行， 但是，在体内反应产物草酰乙酸可以迅速被下一步不可逆反应消
耗，NADH则进入呼吸链被彻底氧化，因此，整个反应被“强行
大肠杆菌中丙酮酸脱氢酶的分子量为4，600，000，是由60条多肽链组成的多面体，直
径约30nm，在电镜下可观察到复合体的存在。 E2位于中心，有24条肽链；E3：24条肽链；E1：12条肽链
催化机制
分四步进行
E1 OX E2
乙酰基-硫辛酰胺＋CoA 还原型硫辛酰胺
① ② ③ ④
Py+TPP 羟乙基-TPP
需氧 糖酵解产生的丙酮酸被降解成CO2 产生一些ATP和更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的ATP。
三羧酸循环: 3步不可逆，5步可逆反应
第一节 乙酰CoA的形成
脂肪酸的β氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化
丙酮酸的氧化脱羧
辅助因子
维生素 前体 B1 硫辛酸 泛酸 B2 PP
辅助因 子类型 辅基 辅基 辅酶 辅基 辅酶
催化的反应
E1 E2
丙酮酸脱氢 酶 二羟硫辛酸 转乙酰酶 二羟硫辛酸 脱氢酶
TPP 硫辛酰胺 CoA FAD NAD+
丙酮酸 氧化脱羧 将乙酰基转 移到CoA 氧化型硫辛 胺的再生
E3
大肠杆菌 丙酮酸脱氢酶系的电镜照片
丙酮酸进入线粒体
丙酮酸脱氢酶系的结构与组成
催化机制
亚砷酸和有机砷的作用对象
丙酮酸跨线粒体内膜的转运
丙酮酸脱氢酶系： 3种酶，6种辅助因子
1）丙酮酸脱氢酶（E1）
2）二羟硫辛酸转乙酰酶（E2） 3）二羟硫辛酸脱氢酶（E3）
非共价键结合,稳定
丙酮酸脱氢酶系的结构和组成
缩写
酶活性
亚基数目 （个数） 大肠杆菌24、酵母60、 哺乳动物20或30 大肠杆菌24、酵母60、 哺乳动物60 大肠杆菌12、酵母12、 哺乳动物6
羟乙基-TPP+CO2 乙酰基-硫辛酰胺
E2
乙酰CoA+硫辛酰胺 氧化型硫辛酰胺
E3
丙酮酸转变成乙酰-CoA的四步反应
丙酮酸脱氢酶的催化机理
亚砷酸（砒霜的主要成分）和有机砷的作用对象
氧化型硫辛酰胺的再生对于丙酮酸脱氢酶系的持续运转十分 重要，砒霜的主要成分亚砷酸能够与还原型的硫辛酰胺形成 共价的复合物而阻止它的再生 。
Ca2+对三羧酸循环的调节
Ca2+在机体内的生物功能是多方面的，除了许多其他生物
功能外，它还在几个位点上调节三羧酸循环，促进ATP的生成 ，以提供能量。 激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶，从而激活丙酮酸脱氢酶复合物， 产生乙酰CoA。 激活异柠檬酸脱氢酶 激活α-酮戊二酸脱氢酶
砒霜的毒性机理
第二节 三羧酸 循环的全部反应
反应1：柠檬酸的合成
------ 不可逆
柠檬酸合酶:由两个相同的亚基组成，酶“诱导契合”学说又
一代表性的例子
柠檬酸合酶的两种构象
两次构象变化：
防止乙酰-CoA的提前释放 降低乙酰-CoA在活性中心被Asp残基水解成乙酸的可能性。
氟代乙酸：乙酸类似物，TCA循环强烈抑制剂
它的催化过程牵涉到一系列高能分子的形成，因此能量的 损失微乎其微
反应机制涉及一个磷酸组氨酸
琥珀酰-CoA合成酶的反应机理
反应 6：琥珀酸的脱氢
富马酸又称延胡索酸
第三次脱氢反应 产生FADH2
此酶实际上是呼吸链复合体II的主要成分
丙二酸（琥珀酸的类似物）是该酶的竞争性抑制剂
反应 7：苹果酸的形成
细胞能量状态决定异柠檬酸裂解酶和异柠檬酸脱氢酶的活性
乙醛酸循环的调节
第五节 三羧酸循环的二酸 琥珀酰CoA 苹果酸
第六节 三羧酸循环的调控
调节位点 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶（最重要） －酮戊二酸脱氢酶 丙酮酸脱氢酶系
三羧酸循环中最主要的调控物质是：乙酰CoA、草酰乙酸 、NADH。乙酰CoA和草酰乙酸在线粒体中的浓度都未达到使柠 檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬酸合酶对底物催化的速度随底 物浓度而变化，并被底物的存在而调控。
TCA 循环
------糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 柠檬酸循环 三羧酸循环 Tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) Krebs循环 1953年 Nobel Prize
Krebs发现的三羧酸循环至今没人能改动一笔！
场所：线粒体(真核生物) 、细胞质（原核生物）
X2
一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP 收支情况
与ATP合成相关的反应 糖酵解（包括氧化磷酸化） 己糖激酶 PFK-1 磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 （NADH） 丙酮酸脱氢酶系 三羧酸循环 异柠檬酸脱氢酶（NADH） α-酮戊二酸脱氢酶系（NADH） 琥珀酰-CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶（FADH2） 苹果酸脱氢酶（NADH） 合成ATP的方式 消耗ATP 消耗ATP 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 合成ATP的量 5或6或7 －1 －1 ＋2 ＋2 ＋3或＋4或＋5（取决于 NADH通过何种途径进入 呼吸链） 2×2.5＝5 20 2.5×2＝5 2.5×2＝5 1×2＝2 1.5×2＝3 2.5×2＝5
氧化磷氧化磷酸化酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化
总ATP量
30或31或32
三羧酸循环中间物的去向
第四节 乙醛酸循环
植物和微生物的三羧酸循环的变化形式
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利用乙酸或其他能转变为乙酰-CoA的物质 在每一轮循环中，有两分子乙酰-CoA进入 只产生NADH，但不产生FADH2 无底物水平磷酸化反应，因此不产生ATP
1分子的葡萄糖彻底的氧化分解：
酵解： 1 Glucose +2 ATP +2 NADH 2 Py
有氧情况下： Py 乙酰CoA
TCA循环：
乙酰CoA CO2+H2O
+ 1 NADH· + H
+ 3 NADH·H+
X2
+ 1 FADH2
+ 1 GTP
总能量变化： 10 NADH·H＋ 2 FADH2 4 ATP
不生成CO2，无碳单位的损失，净合成了糖异生的前体——苹果酸
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
植物细胞内乙醛酸循环的生理意义：利用乙酸合成糖（碳骨架） 苹果酸 进入细胞质 糖异生 草酰乙酸的再生： 琥珀酸 进入线粒体（三羧酸循环） 草酰乙酸 天冬氨酸 回到乙醛酸循环体 草酰乙酸重新生成