生物化学思维导图——23.柠檬酸循环

快下载收藏！第3版王镜岩生物化学思维导图所有章节已完结，均为本人考研时所做，适用于生物、食品等方向考研生，同适用于各位生化期末考生！

柠檬酸循环/三羧酸循环

• 柠檬酸循环
  • 反应场所：线粒体基质中
  • 无氧条件下葡萄糖经过分解代谢形成丙酮酸，后或无氧发酵形成乳酸或乙醇（22章）；或在有氧条件下进行有氧分解提供能量，最后形成水和CO2（柠檬酸循环）
  • 柠檬酸循环不只是丙酮酸的氧化途径，也是脂肪酸、氨基酸等各种燃料分子氧化分解所经历的共同途径
  • 柠檬酸循环中间体还可以作为许多生物合成的前体
  • 两用代谢途径
• 丙酮酸进入柠檬酸循环前准备阶段——形成乙酰—CoA
  • 丙酮酸 + CoA-SH + NAD+ ————> 乙酰-CoA + CO2 + NADH
  • 哺乳动物将丙酮酸转变为乙酰-CoA的唯一途径
  • 5种辅助因子
    • CoA-SH，NAD+，硫胺素焦磷酸TPP，硫辛酰胺，FAD
  • 丙酮酸脱氢酶复合体
    • 丙酮酸脱氢酶组分E1
      • TPP
        • 丙酮酸氧化脱羧
    • 二氢硫辛酰转乙酰基酶E2
      • 硫辛酰胺
        • 将乙酰基转移到CoA
    • 二氢硫辛酸脱氢酶E3
      • FAD
        • 将还原型硫辛酰胺转换为氧化型
  • 反应步骤
    • 丙酮酸脱羧反应
      • 丙酮酸+TPP——丙酮酸-TPP·E1——[脱羧]——羟乙基-TPP-E1——[氧化]——乙酰二氢硫辛酰胺·E2（E1恢复原状）
        • 产物：CO2
    • 乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰-CoA
      • 乙酰二氢硫辛酰胺·E2 + CoA-SH——乙酰-CoA（E2成为还原性的E2）
        • 产物：乙酰-CoA
    • 还原型E2氧化形成氧化型E2
      • 还原型二氢硫辛酰胺·E2 + 氧化型FAD·E3+NAD+ ——>氧化型二氢硫辛酰胺·E2+还原型FAD·E3
    • 还原型E3再氧化
      • 产物：NADH+H+
  • 砷化物对硫辛酰胺的毒害作用
    • 不仅限于对糖酵解的抑制作用（砷酸盐破坏1，3-二磷酸甘油酸的形成）亚砷酸盐、有机砷化物会与硫辛酰胺发生共价结合使还原型硫辛酰胺失去催化作用
  • 丙酮酸脱氢酶复合体的调控
    • 丙酮酸是否走提供能量的途径关键在于对丙酮酸脱氢酶对复合体的调控
    • 两方面
      • 产物控制
        • 乙酰-CoA抑制E2，NADH抑制E3
      • 磷酸化和去磷酸化控制
        • E2分子上连接着激酶和磷酸酶，磷酸酶使其活化
        • Ca2+通过激活磷酸酶也使丙酮酸脱氢酶活化
• 4个氧化还原步骤2个氧化脱羧，2个脱氢
• 柠檬酸循环8个步骤
  • （缩合）柠檬酸
    • 柠檬酸合酶（限速酶）、乙酰-CoA、草酰乙酸
    • 乙酰-CoA 与草酰乙酸形成柠檬酰-CoA，结合水形成柠檬酸、CoA-SH、H+
      • —H2O、+CoA-SH
    • 不可逆
    • （调控）酶活性的调节
      • 抑制
        • ATP、NADH、琥珀酰-CoA、酯酰-CoA
        • 氟乙酰-CoA
          • 氟乙酰-CoA会被柠檬酸合酶形成氟柠檬酸，后结合在顺-乌头酸酶的活性部位上抑制下一步反应
          • 氟乙酸
            • 用于制造杀虫剂或灭鼠药
        • 丙酮酸-CoA
          • 同上（代替乙酰-CoA与柠檬酸合酶结合）
  • 顺-乌头酸（中间产物）
  • （异构化）异柠檬酸
    • 乌头酸酶（含有Fe-S聚簇，与其结合的蛋白称为铁-硫蛋白/非血红素蛋白）
    • 可逆
    • 柠檬酸脱水形成顺-乌头酸（不可氧化的叔醇），顺乌头酸结合水形成异柠檬酸（可氧化的仲醇）
    • 平衡状态时，柠檬酸：顺-乌头酸：异柠檬酸=90:4:6
      • 由于异柠檬酸在下一步反应中迅速地被氧化，从而推动反应向异柠檬酸方向进行
  • 草酰琥珀酸（中间产物）
  • （氧化脱羧）α-酮戊二酸
    • 异柠檬酸脱氢酶
      • 以NAD+为辅酶
        • 存在于线粒体，需要Mg2+/Mn2+的激活
      • 以NADP+为辅酶
        • 存在于线粒体与细胞溶胶
    • 不可逆
    • 柠檬酸被NAD+氧化形成草酰琥珀酸，草酰琥珀酸脱羧（ß-裂解）形成α-酮戊二酸
      • +NADH、+CO2
    • （别构）酶活性的调节
      • 激活
        • ADP、异柠檬酸、Mg2+、NAD+
      • 抑制
        • ATP、NADH
      • 细菌中异柠檬酸脱氢酶受磷酸化抑制
    • （植物/细菌）异柠檬酸转变途径有二
      • 需要能量时，氧化脱羧形成α-酮戊二酸
      • 能量充足时，裂解成琥珀酸和乙醛酸（见25章乙醛酸途径）
  • （氧化脱羧）琥珀酰-CoA
    • α-酮戊二酸脱氢酶、NAD+、CoA-SH
      • +NADH、+CO2
    • 不可逆
    • 6种辅助因子
      • TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、FAD
    • α-酮戊二酸酶系每一步反应机制和丙酮酸脱氢酶系相一致，唯一不同的是丙酮酸脱氢酶复合体中E1磷酸化失活，α-酮戊二酸脱氢酶不受影响
  • 琥珀酸
    • 琥珀酰-CoA合成酶（逆反应命名）、GDP、CoA-SH
    • 可逆
      • 底物水平磷酸化
    • 柠檬酸循环中，唯一产生高能磷酸键的步骤
      • +GTP
    • 在哺乳动物中利用GDP形成GTP，在植物和微生物中利用ADP形成ATP
      • GTP在核苷二磷酸激酶的催化下形成ATP
  • （脱氢）延胡索酸/反式丁烯二酸
    • 琥珀酸脱氢酶（含铁硫聚簇）、FAD（以共价键相连）FAD极少以共价键与酶相连，这是个特例
      • +FADH2
    • 不可逆
    • 琥珀酸脱氢酶是唯一嵌入到线粒体内膜的酶，它也是呼吸链的成员之一（见24章）
    • 酶活性的调节
      • 抑制
        • 丙二酸（强抑制剂）
    • C-C键氧化形成C=C键的自由能不足以是电子转移到NAD+上
  • （水合）L-苹果酸
    • 延胡索酸酶
      • —H2O
    • 可逆
  • （脱氢）草酰乙酸
    • 苹果酸脱氢酶、NAD+
      • +NADH
• 柠檬酸循环的调控p109 图23-13
  • 柠檬酸循环本身制约系统的调节
  • ADP、ATP、Ca2+对柠檬酸循环的调节
• 柠檬酸循环的双重作用p110 图23-14