临床上丙酮酸激酶异常,可导致葡萄糖酵解障碍,红细胞破坏岀现溶血 性贫血 、三羧酸循环( tricarboxylic acid cycle) 有氧氧化的反应过程分为三个阶段 第一阶段:葡萄糖分解成丙酮酸,同糖酵解反应; 第二阶段:丙酮酸进入线粒体,氧化脱羧生成乙酰COoA 第三阶段:三羧酸循环。 意糖一一6磷酸葡萄一丙酮酸一一两酸一→乙酰CA→ 线粒体 图:葡萄糖有氧氧化概况 三羧酸循环( tricarboxylic acid cycle简写τλ循环)又称为柠檬酸循环, 因为循环中存在三羧酸中间产物。又因为该循环是由 H.A. Krebs首先提出的, 所以又叫做 Krebs循环(1953年获诺贝尔奖)。 乙酰CoA进入由一连串反应构成的循环体系,被氧化生成H2O和CO 由于这个循环反应开始于乙酰CoA与草酰乙酸( oxaloacetate)缩合生成的含有 三个羧基的柠檬酸,因此称之为三羧酸循环或柠檬酸循环( (citric acid cycle) 这一学说是由 Krebs正式提出,故又称为 Krebs循环 三羧酸循环是有氧代谢的枢纽,糖、脂肪和氨基酸的有氧分解代谢都汇 集在三羧酸循环的反应,同时三羧酸循环的中间代谢物又是许多生物合成途 径的起点。因此三羧酸循环既是分解代谢途径,又是合成代谢途径,可以说 是分解、合成两用途径。 三羧酸循环中的酶分布在原核生物的细胞质和真核生物的线粒体中。细 胞质中通过糖酵解生成的丙酮酸可以进入三羧酸循环,但必须首先转换成乙 酰CoA。在真核生物中,丙酮酸首先要转运到线粒体内,然后才能进行转换 成乙酰CoA的反应。 (一)丙酮酸的氧化脱羧 无论是在原核生物,还是在真核生物中,丙酮酸转化为乙酰CoA和CO2, 都是由一些酶和辅酶构成的一个丙酮酸脱氢酶复合物催化的,总反应为 丙酮酸+NAD+CoA→乙酰CoA+NADH+H+CO2 丙酮酸脱氢酶复合物( pyruvate dehydrogenase complex)是个多酶集合体, 复合物中的酶分子通过非共价键联系在一起,催化一个连续反应,即酶复合 物中一个酶反应中形成的产物立刻被复合物中下一个酶作用。丙酮酸脱氢酶
第五章 糖 代 谢 ·11· 临床上丙酮酸激酶异常，可导致葡萄糖酵解障碍，红细胞破坏出现溶血 性贫血。 二、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle) 有氧氧化的反应过程分为三个阶段。 第一阶段：葡萄糖分解成丙酮酸，同糖酵解反应； 第二阶段：丙酮酸进入线粒体，氧化脱羧生成乙酰 CoA； 第三阶段：三羧酸循环。 图: 葡萄糖有氧氧化概况 三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle 简写 TCA 循环）又称为柠檬酸循环， 因为循环中存在三羧酸中间产物。又因为该循环是由 H.A.Krebs 首先提出的， 所以又叫做 Krebs 循环（1953 年获诺贝尔奖）。 乙酰 CoA 进入由一连串反应构成的循环体系，被氧化生成 H2O 和 CO2。 由于这个循环反应开始于乙酰 CoA 与草酰乙酸(oxaloacetate)缩合生成的含有 三个羧基的柠檬酸，因此称之为三羧酸循环或柠檬酸循环(citric acid cycle)。 这一学说是由 Krebs 正式提出，故又称为 Krebs 循环。 三羧酸循环是有氧代谢的枢纽，糖、脂肪和氨基酸的有氧分解代谢都汇 集在三羧酸循环的反应，同时三羧酸循环的中间代谢物又是许多生物合成途 径的起点。因此三羧酸循环既是分解代谢途径，又是合成代谢途径，可以说 是分解、合成两用途径。 三羧酸循环中的酶分布在原核生物的细胞质和真核生物的线粒体中。细 胞质中通过糖酵解生成的丙酮酸可以进入三羧酸循环，但必须首先转换成乙 酰 CoA。在真核生物中，丙酮酸首先要转运到线粒体内，然后才能进行转换 成乙酰 CoA 的反应。 （－）丙酮酸的氧化脱羧 无论是在原核生物，还是在真核生物中，丙酮酸转化为乙酰 CoA 和 CO2， 都是由一些酶和辅酶构成的一个丙酮酸脱氢酶复合物催化的，总反应为： 丙酮酸+ NAD++CoA→乙酰 CoA+NADH+H++CO2 丙酮酸脱氢酶复合物（pyruvate dehydrogenase complex）是个多酶集合体， 复合物中的酶分子通过非共价键联系在一起，催化一个连续反应，即酶复合 物中一个酶反应中形成的产物立刻被复合物中下一个酶作用。丙酮酸脱氢酶
复合物位于线粒体膜上,是由丙酮酸脱氢酶( pyruvate dehydrogenase)(E1)、 二氢硫辛酰胺乙酰转移酶( dihydrolipoamide transferase)(E2)和二氢硫辛酰 胺脱氢酶( dihydrolipoamide dehydrogenase)(E3)三种酶,以及TPP(焦磷酸 硫胺素)、CoA、硫辛酸、FAD、NAD'和Mg26种辅助因子组成的。 丙酮酸脱氢酶系 Co+HS--CoA+ NAD →C0-SCaA+CO2+NADH+H 丙酮酸辅酶A 乙酰辅酶A △G=-33.4kJ(-8kcal) (CH,).COX FADH: NAD 丙酮酸脱羧酶 氢硫辛酸脱氢 疏辛酸 NADH+ COo CH:).COO 乙酰二氢硫辛酸 二氢硫辛酸 CoASH SCoA 图:丙酮酸脱氢酶系复合体催化的反应(分五步 1.丙酮酸脱羧形成羟乙基- TPP TPP噻唑环上的N与S之间活泼的碳原 子可释放出H,而成为碳离子,与丙酮酸的羧基作用,产生CO2。同时形成 羟乙基-TPP。 2.由二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)催化使羟乙基-TPPE1上的羟乙基被氧 化成乙酰基,同时转移给硫辛酰胺,形成乙酰硫辛酰胺-E2 3.二氢硫辛酰胺转乙酰酶(E2)还催化乙酰硫辛酰胺上的乙酰基转移给 辅酶A生成乙酰CoA后,离开酶复合体,同时氧化过程中的2个电子使硫辛 酰胺上的二硫键还原为2个巯基。 4.二氢硫辛酰胺脱氢酶(E3)使还原的二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛 酰胺,以进行下一轮反应。同时将氢传递给FAD,生成FADH2 5.在二氢硫辛酸胺脱氢酶(E3)催化下,将FADH2上的H转移给NAD 形成NADH+H 在整个反应过程中,中间产物并不离开酶复合体,这就使得上述各步反 应得以迅速完成。而且因没有游离的中间产物,所以不会发生副反应。丙酮
第五章 糖 代 谢 ·12· 复合物位于线粒体膜上，是由丙酮酸脱氢酶（pyruvate dehydrogenase）（E1）、 二氢硫辛酰胺乙酰转移酶（dihydrolipoamide transferase）（E2）和二氢硫辛酰 胺脱氢酶（dihydrolipoamide dehydrogenase）（E3）三种酶，以及 TPP（焦磷酸 硫胺素）、CoA、硫辛酸、FAD 、NAD＋和 Mg2+ 6 种辅助因子组成的。 图:丙酮酸脱氢酶系复合体催化的反应(分五步) 1．丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP TPP 噻唑环上的 N 与 S 之间活泼的碳原 子可释放出 H+，而成为碳离子，与丙酮酸的羧基作用，产生 CO2。同时形成 羟乙基-TPP。 2．由二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）催化使羟乙基-TPP-E1 上的羟乙基被氧 化成乙酰基，同时转移给硫辛酰胺，形成乙酰硫辛酰胺-E2。 3．二氢硫辛酰胺转乙酰酶（E2）还催化乙酰硫辛酰胺上的乙酰基转移给 辅酶 A 生成乙酰 CoA 后，离开酶复合体，同时氧化过程中的 2 个电子使硫辛 酰胺上的二硫键还原为 2 个巯基。 4．二氢硫辛酰胺脱氢酶（E3）使还原的二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛 酰胺，以进行下一轮反应。同时将氢传递给 FAD，生成 FADH2。 5．在二氢硫辛酸胺脱氢酶（E3）催化下，将 FADH2 上的 H 转移给 NAD+， 形成 NADH+H+。 在整个反应过程中，中间产物并不离开酶复合体，这就使得上述各步反 应得以迅速完成。而且因没有游离的中间产物，所以不会发生副反应。丙酮
酸氧化脱羧反应的△Go’=-395kJ/mol,故反应是不可逆的。 (二)三羧酸循环 1.乙酰CoA进入三羧酸循环(TCA循环的起始步骤) 乙酰CoA具有硫酯键,乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型 缩合。首先从CHCO基上除去一个H,生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进 行亲核攻击,生成柠檬酰CoA中间体,然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬 酸,使反应不可逆地向右进行。该反应由柠檬酸合成酶( citrate synthetase,典 型的诱导契合机制)催化,是很强的放能反应。 - SH CHg +O=C-C00 tn→Ho-C-C00 S-COA CH,-C0o CHo-c0O 由草酰乙酸和乙酰CoA合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点,柠檬酸 合成酶是一个变构酶,AIP是柠檬酸合成酶的变构抑制剂,此外,a-酮戊 酸、NADH能变构抑制其活性,长链脂酰CoA也可抑制它的活性,AMP可对 抗ATP的抑制而起激活作用 2.异柠檬酸形成 柠檬酸的叔醇基不易氧化,转变成异柠檬酸而使叔醇变成仲醇,就易于 氧化,此反应由乌头酸酶催化,为一可逆反应(形成柠檬酸和异柠檬酸)。 CHo-coo CHa-coo HO--C-COO L H-C-CoO H-C-co0 aconitase C -cOo HO-C-COO 3.异柠檬酸被氧化、脱羧生成α-酮戊二酸(第一个氧化脱羧反应) 在异柠檬酸脱氢酶作用下,异柠檬酸的仲醇氧化成羰基,生成不稳定的草 酰琥珀酸( oxalosuccinate)中间产物,后者在同一酶表面,快速脱羧生成a-酮戊 二酸(a- ketoglutarate)、NADH和CO2,此反应为B-氧化脱羧,此酶分2种, 种以NAD为辅酶,需要Mn2或Mn2作为激活剂,存在于线粒体中;一种 以NADP为辅酶,存在于线粒体和细胞溶胶中。 CH2-coo -Coo dehydrogenase C-Coo Isocitrate a- Ketoglutarate 此反应是不可逆的,是三羧酸循环中的限速步骤,ADP是异柠檬酸脱氢
第五章 糖 代 谢 ·13· 酸氧化脱羧反应的△Go’＝-39.5kJ/mol，故反应是不可逆的。 （二）三羧酸循环 1. 乙酰 CoA 进入三羧酸循环（TCA 循环的起始步骤） 乙酰 CoA 具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型 缩合。首先从 CH3CO 基上除去一个 H+，生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进 行亲核攻击，生成柠檬酰 CoA 中间体，然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬 酸，使反应不可逆地向右进行。该反应由柠檬酸合成酶(citrate synthetase，典 型的诱导契合机制)催化，是很强的放能反应。 由草酰乙酸和乙酰 CoA 合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点，柠檬酸 合成酶是一个变构酶，ATP 是柠檬酸合成酶的变构抑制剂，此外，α-酮戊二 酸、NADH 能变构抑制其活性，长链脂酰 CoA 也可抑制它的活性，AMP 可对 抗 ATP 的抑制而起激活作用。 2. 异柠檬酸形成 柠檬酸的叔醇基不易氧化，转变成异柠檬酸而使叔醇变成仲醇，就易于 氧化，此反应由乌头酸酶催化，为一可逆反应（形成柠檬酸和异柠檬酸）。 3. 异柠檬酸被氧化、脱羧生成α-酮戊二酸（第一个氧化脱羧反应） 在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸的仲醇氧化成羰基，生成不稳定的草 酰琥珀酸(oxalosuccinate)中间产物，后者在同一酶表面，快速脱羧生成α-酮戊 二酸(α-ketoglutarate)、NADH 和 CO2，此反应为β-氧化脱羧，此酶分 2 种， 一种以 NAD+为辅酶，需要 Mn2+或 Mn2+作为激活剂，存在于线粒体中；一种 以 NADP+为辅酶，存在于线粒体和细胞溶胶中。 此反应是不可逆的，是三羧酸循环中的限速步骤，ADP 是异柠檬酸脱氢