《羧酸循環(huán)》PPT課件

細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)細(xì)胞呼吸,獲得電子還原反應(yīng)；失去電子氧化反應(yīng)氧化還原反應(yīng)細(xì)胞中氫及其電子從一個(gè)化合物向另一個(gè)化合物轉(zhuǎn)移氧化還原反應(yīng)是呼吸作用和光合作用等代謝中最基本的反應(yīng),氧化還原反應(yīng),被轉(zhuǎn)移的氫原子所攜帶的能量?jī)?chǔ)藏在新化學(xué)鍵中,氧化還原反應(yīng),XH2(還原型底物)NAD+X(氧化型底物)NADHH+XH2(還原型底物)NADP+X(氧化型底物)NADPHH+XH2(還原型底物)FAD+X(氧化型底物)FADH2,還原態(tài)的NADH、NADPH和FADH2等還可將所接受的電子和氫傳遞給其他傳遞體如細(xì)胞色素、輔酶Q等,細(xì)胞氧化的基本過程,乙酰輔酶A生成:線粒體基質(zhì)或內(nèi)膜上進(jìn)行。,三羧酸循環(huán):在線粒體基質(zhì)內(nèi)進(jìn)行。,電子傳遞和氧化磷酸化:在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。,葡萄糖（C6H12O6）,2C3H4O3+2輔酶A(CoA)+2NAD,2乙酰-CoA+2NADH+2H+CO2,酵解：在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行，反應(yīng)過程不需要氧無氧酵解。,細(xì)胞氧化,2C3H4O3+2ATP+2NADH+2H,糖酵解代謝途徑可將一分子葡萄糖分解為兩分子丙酮酸，凈生成兩分子ATP?？偡磻?yīng)式:C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi2C3H4O3+2NADH+2H+2ATP+2H2O糖酵解代謝途徑有三個(gè)關(guān)鍵酶，即己糖激酶（葡萄糖激酶）、磷酸果糖激酶-1、丙酮酸激酶。,發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中的9步反應(yīng)參與化合物：葡萄糖，ADP和磷酸，NAD+。起始階段還需要消耗2分子ATP來啟動(dòng)，但后期共產(chǎn)出4分子ATP，還形成高能化合物NADH。最終產(chǎn)物是丙酮酸糖酵解將六碳的葡萄糖分解成2個(gè)三碳的丙酮酸，凈產(chǎn)生2個(gè)ATP，生成1分子NADH，糖酵解不需要氧參與,糖酵解,2.三羧酸循環(huán)的特點(diǎn)：循環(huán)反應(yīng)在線粒體(mitochondrion)中進(jìn)行，為不可逆反應(yīng)。每完成一次循環(huán)，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成10分子ATP,故此階段可生成210=20分子ATP。三羧酸循環(huán)中有兩次脫羧反應(yīng)，生成兩分子CO2。循環(huán)中有四次脫氫反應(yīng)，生成三分子NADH和一分子FADH2。,循環(huán)中有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP。三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶系?？偡磻?yīng)式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,細(xì)胞呼吸是由一系列化學(xué)反應(yīng)組成的一個(gè)連續(xù)完整的代謝過程每一步化學(xué)反應(yīng)都需要特定的酶參與才能完成細(xì)胞呼吸的3個(gè)階段,3細(xì)胞呼吸的化學(xué)過程,概述,發(fā)生在線粒體中分解丙酮酸形成2分子CO2、8個(gè)H，3分子NADH和1分子FADH2，及1分子ATPKrebs循環(huán)也是放能反應(yīng)過程,Krebs循環(huán),NADHFMNCoQbc1caa3O2,則？,CoQ在b前,NADHFMNCoQbc1caa3O2,氰化物CO,caa3O2,則aa3O2,氰化物、CO窒息劑（劇毒！）,抗霉素A-分離自霉菌,三、糖的無氧降解及厭氧發(fā)酵,糖酵解途徑(glycolysis)（EmbdenMeyerhofParnasEMP）,（一）定義：在無氧的條件下，葡萄糖或糖原分解成丙酮酸，并釋放少量能量的過程稱為糖的無氧分解。這一過程與酵母菌使糖發(fā)酵的過程相似，又稱為糖酵解，簡(jiǎn)稱EMP途徑。,（二）反應(yīng)部位：細(xì)胞液（胞漿）,細(xì)胞氧化,（三）EMP途徑的生化歷程三個(gè)階段,1、葡萄糖的磷酸化,第一階段：,葡萄糖6-磷酸葡萄糖,ATP,ATP,ATP,ADP,ADP,P,P,己糖激酶是糖酵解途徑的第一個(gè)關(guān)鍵酶,P,3、1,6-二磷酸果糖的生成,磷酸果糖激酶是糖酵解途徑的第二個(gè)關(guān)鍵酶,并且是限速酶,ATP,ATP,ADP,P,7、高能磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移,糖酵解中第一次底物水平磷酸化，1分子葡萄糖產(chǎn)生2分子ATP。,+ADP,+ATP,ATP,10、丙酮酸的生成,糖酵解中第二次底物水平磷酸化，丙酮酸激酶是第三個(gè)關(guān)鍵酶，1分子葡萄糖產(chǎn)生2分子ATP。,ADP,ATP,ATP,糖酵解分為三個(gè)階段,第一階段：葡萄糖的磷酸化葡萄糖,3步,1，6二磷酸果糖,第二階段：糖的裂解階段,1，6二磷酸果糖,兩分子的磷酸丙糖,2步,第三階段：產(chǎn)能階段,兩分子的3磷酸甘油醛,兩分子丙酮酸,5步,（四）糖酵解的反應(yīng)特點(diǎn),1、整個(gè)過程無氧參加；2、三個(gè)關(guān)鍵酶；3、從葡萄糖開始凈生成2分子ATP，從糖原開始凈生成3分子ATP；4、一次脫氫，輔酶為NAD，生成NADHH。,總反應(yīng)式:G+2NAD+2ADP+2Pi2丙酮酸+2NADH+2H+2ATP+2H2O,2.丙酮酸的去路,（有氧）,（無氧）,（一）丙酮酸的無氧還原,（2）酒精發(fā)酵（alcoholicfermation）,酵母菌,焦磷酸硫胺素（TPP）,糖的無氧降解及厭氧發(fā)酵總圖,（二）丙酮酸的氧化脫羧乙酰CoA的生成,基本反應(yīng)：糖酵解生成的丙酮酸可穿過線粒體膜進(jìn)入線粒體基質(zhì)，在丙酮酸脫氫酶系的催化下，生成乙酰輔酶A。,細(xì)胞呼吸最早釋放的CO2,四、葡萄糖的有氧分解代謝,（一）定義：葡萄糖在有氧的條件下徹底氧化生成CO2、H2O和大量ATP的代謝過程，稱為糖的有氧氧化。（二）反應(yīng)部位：線粒體基質(zhì),反應(yīng)從乙酰輔酶A與草酰乙酸縮合成含有三個(gè)羧基的檸檬酸開始，所以稱為檸檬酸循環(huán)，又稱為TCA循環(huán)或Krebs循環(huán)。,CoASH,+CO2,+CO2,三羧酸循環(huán)（TCA）,草酰乙酸再生階段,檸檬酸的生成階段,氧化脫羧階段,檸檬酸,異檸檬酸,順烏頭酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,蘋果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,（三）三羧酸循環(huán)的反應(yīng)過程,（1）縮合反應(yīng)（2）檸檬酸異構(gòu)化生成異檸檬酸（3）異檸檬酸氧化脫羧生成-酮戊二酸（4）-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰CoA（5）琥珀酰CoA生成琥珀酸（6）琥珀酸脫氫生成延胡索酸（7）延胡索酸加水生成蘋果酸（8）草酰乙酸的再生,CH3,CSCoA+,O,O,CCOOH,CH2COOH,檸檬酸合成酶,HO,CCOOH,CH2COOH,CH2COOH,HSCoA,H2O,檸檬酸合成酶,乙酰CoA,草酰乙酸,檸檬酸,（1）縮合反應(yīng),檸檬酸合成酶是三羧酸循環(huán)的第一個(gè)限速酶,H2O,HO,H,（3）異檸檬酸氧化生成-酮戊二酸,CHCOOH,CHCOOH,CH2COOH,CCOOH,CHCOOH,CH2COOH,HO,異檸檬酸,H,O,CH2,CHCOOH,CH2COOH,O,H,COO,NAD+,NADH+H+,異檸檬酸脫氫酶,CO2,CO2,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,這是三羧酸循環(huán)的第一次氧化脫羧反應(yīng)，異檸檬酸脫氫酶是第二個(gè)限速酶。,異檸檬酸脫氫酶,異檸檬酸脫氫酶,（4）-酮戊二酸氧化脫羧反應(yīng),CH2,CCOOH,CH2COOH,O,-酮戊二酸,CH2,CH2,COOH,+,HSCoA,COSCoA,琥珀酰CoA,NAD+,NADH+H+,CO2,-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體,這是三羧酸循環(huán)的第二次氧化脫羧反應(yīng)，-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體是第三個(gè)限速酶。,COO,CO2,H,H,（5）琥珀酸的生成,CH2,CH2,COOH,COSCoA,琥珀酰CoA,GDP+Pi+,GTP,CoASH,CH2COOH,CH2COOH,琥珀酸,琥珀酰CoA合成酶,這是三羧酸循環(huán)的唯一一次底物水平磷酸化。,GTP,TCA第三階段：草酰乙酸再生,草酰乙酸,琥珀酸脫氫酶,延胡索酸酶,蘋果酸脫氫酶,琥珀酰CoA,CO2,三羧酸循環(huán),ATP,三羧酸循環(huán)過程總結(jié)(一次循環(huán))8步反應(yīng)8種酶催化反應(yīng)類型縮合1、脫水1、氧化4、底物水平磷酸化1、水化3生成3分子還原型NADH生成1分子FADH2生成1分子ATP,三羧循環(huán)的化學(xué)計(jì)量和能量計(jì)量,a、總反應(yīng)式:CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+CoASH+3NADH+3H+FADH2+GTP,（四）反應(yīng)特點(diǎn),1、需氧2、不可逆：三個(gè)限速酶3、兩次脫羧、四次脫氫（三次受體是NAD，一次是FAD）、一次底物水平磷酸化4、共產(chǎn)生12molATP,葡萄糖完全氧化產(chǎn)生的ATP,總計(jì)：38ATP或36ATP,4.天冬氨酸及谷氨酸的轉(zhuǎn)氨作用可以形成草酰乙酸和-酮戊二酸。異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸也會(huì)形成琥珀酰CoA。其反應(yīng)將在氨基酸代謝中講述。,三羧酸循環(huán)不僅是各種有機(jī)物質(zhì)氧化分解的共同途徑、釋放能量最多的氧化分解階段，而且架起了三大類物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化、相互聯(lián)系的橋梁。,寫出三羧酸循環(huán)的反應(yīng)過程，標(biāo)出脫羧、脫氫、產(chǎn)能部位，指出限速酶。,小結(jié)：,CoASH,四、三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié),檸檬酸,異檸檬酸,順烏頭酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,調(diào)節(jié)位點(diǎn)檸檬酸合成酶（限速酶）異檸檬酸脫氫酶酮戊二酸脫氫酶,蘋果酸,草酰乙酸,草酰乙酸乙酰CoA,+,3.檸檬酸循環(huán)發(fā)生在線粒體，循環(huán)由8步酶促反應(yīng)組成。檸檬酸合成酶催化乙酰CoA（C2）與草酰乙酸（C4）縮合形成三羧酸檸檬酸（C6）；順烏頭酸酶催化檸檬酸轉(zhuǎn)化為異檸檬酸（C6），然后異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶催化下氧化脫羧形成-酮戊二酸（C6）和釋放出第一個(gè)分子CO2，-酮戊二酸在-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物催化下氧化脫羧形成琥珀酰CoA（C4），同時(shí)生成兩分子NADH和第二個(gè)分子CO2；在琥珀酰CoA合成酶催化下琥珀酰CoA的硫酯鍵被切斷形成琥珀酸（C4）和CoASH，同時(shí)GDP經(jīng)底物水平磷酸化生成GTP；琥珀酸在琥珀酸脫氫酶催化下氧化形成延胡索酸（C4），同時(shí)生成一分子FADH2，然后延胡索酸水化生成蘋果酸（C4），最后蘋果酸在蘋果酸脫氫酶催化下生成草酰乙酸（C4），又生成一分子NADH，完成了一輪檸檬酸循環(huán)。,CoASH,+CO2,+CO2,2、三羧酸循環(huán)（TCA）,草酰乙酸再生階段,檸檬酸生成階段,氧化脫羧階段,檸檬酸,異檸檬酸,順烏頭酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,蘋果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,電子傳遞鏈就是通過一系列的氧化還原反應(yīng)，將高能電子從NADH和FADH2最終傳遞給分子氧，同時(shí)隨著電子能量水平的逐步下降，高能電子所釋放的化學(xué)能就通過磷酸化途徑貯存到ATP分子中,電子傳遞鏈和氧化磷酸化,電子傳遞鏈又稱呼吸鏈，主要成分是線粒體內(nèi)膜上的蛋白復(fù)合物，這些復(fù)合物包含了一系列的電子傳遞體,電子傳遞鏈和氧化磷酸化,呼吸鏈抑制劑,偶聯(lián)磷酸化的關(guān)鍵裝置基粒（ATP酶復(fù)合體）,質(zhì)子的通道,合成ATP,柄部,調(diào)節(jié)質(zhì)子通道,2、P/O比P/O比：指在生物氧化中，每消耗一個(gè)氧原子所生成的ATP分子數(shù)，或每消耗一摩爾原子氧生成的ATP摩爾數(shù)。由1可知：NADH鏈的P/O=3FAD鏈的P/O=2實(shí)質(zhì)上，P/O比相應(yīng)代表了1molNADHH或FADH2經(jīng)ETC氧化后，放能生成ATP的mol數(shù)。所以:1molNADHH經(jīng)電子傳遞鏈氧化并偶聯(lián)生成3molATP1molFADH2經(jīng)電子傳遞鏈氧化并偶聯(lián)生成2molATP,呼吸鏈抑制劑,2、磷酸甘油穿梭動(dòng)物的骨骼肌、腦以及昆蟲的飛翔肌等組織的細(xì)胞中。胞液中的NADHH經(jīng)胞液的3磷酸甘油脫氫酶（輔酶為NAD）催化將磷酸二羥丙酮（DHAP）還原為3磷酸甘油；3磷酸甘油擴(kuò)散至線粒體內(nèi)膜外側(cè)，經(jīng)內(nèi)膜3磷酸甘油脫氫酶（輔酶為FAD）催化，生成磷酸二羥丙酮和FADH2；DHAP返回胞液，線粒體內(nèi)膜外側(cè)FADH2將氫（電子）傳遞給CoQ，最后傳遞給O2生成H2O并形成ATP。因此P/O比=2特點(diǎn)：3磷酸甘油不穿過內(nèi)膜，需胞液和內(nèi)膜的3磷酸甘油脫氫酶。,3、蘋果酸穿梭動(dòng)物的肝、腎、心臟的線粒體內(nèi)胞液中的NADHH經(jīng)胞液的蘋果酸脫氫酶（輔酶為NAD）催化將草酰乙酸還原為蘋果酸；蘋果酸由線粒體內(nèi)膜上的一種載體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)穿過內(nèi)膜到達(dá)基質(zhì)中；基質(zhì)中的蘋果酸在蘋果酸脫氫酶（輔酶為NAD）催化下脫氫生成草酰乙酸和NADHH，草酰乙酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)變?yōu)樘於彼幔於彼嵊蓛?nèi)膜上的另一種載體蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)出線粒體返回胞液；在胞液中，天冬氨酸在經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜釁⑴c下一輪的穿梭?；|(zhì)中的NADHH將氫（電子）傳遞給FMN，最后傳遞給O2生成H2O并形成ATP。因此P/O比=3特點(diǎn)：蘋果酸、天冬氨酸穿過內(nèi)膜，需四種酶和兩種膜載體。,氨基酸與脂肪酸的氧化是先轉(zhuǎn)變?yōu)槟撤N中間產(chǎn)物，然后進(jìn)入糖酵解或三羧酸循環(huán)氨基酸脫氨變成三羧酸循環(huán)中的有機(jī)酸脂肪酸可以與輔酶A結(jié)合后氧化生成乙酰輔酶A而進(jìn)入三羧酸循環(huán)甘油則可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岣视腿┻M(jìn)入糖酵解過程,蛋白質(zhì)和脂肪的氧化,呼吸鏈傳遞鏈,-,2e,-,2e,-,ATP,Cytb,Cytc,Cyta,O,2,CoQ,ATP,2e,ATP,FMN,NADH,高能,低能,FADH2,Cyta3,2H+,H2O,二、氧化磷酸化偶聯(lián)部位及P/O比,1、P/O比：當(dāng)一對(duì)電子經(jīng)呼吸鏈傳給O2的過程中所產(chǎn)生的ATP分子數(shù)。實(shí)質(zhì)是伴隨ADP磷酸化所消耗的無機(jī)磷酸的分子數(shù)與消耗分子氧的氧原子數(shù)之比,稱為P/O比。實(shí)驗(yàn)指明NADH呼吸鏈的P/O值是3，即每消耗一摩爾氧原子就可形成3摩爾ATP，F(xiàn)ADH2呼吸鏈的P/O值是2，即消耗一摩爾氧原子可形成2摩爾ATP。,四、呼吸鏈的電子傳遞抑制劑,1、概念：能夠阻斷呼吸鏈中某部位電子傳遞的物質(zhì)稱為電子傳遞抑制劑。電子傳遞抑制劑的使用是研究呼吸鏈中電子傳遞體順序的有效方法。（阻斷部位物質(zhì)的氧化-還原狀態(tài)可以測(cè)出）,2、常用的幾種電子傳遞抑制劑及其作用部位（1）魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素。其作用是阻斷電子在NADH-Q還原酶內(nèi)的傳遞，所以阻斷了電子由NADH向CoQ的傳遞。（2）抗霉素A：干擾電子在細(xì)胞色素還原酶中細(xì)胞色素b上的傳遞，所以阻斷電子由QH2向cytC1的傳遞。（3）氰化物（CN-）、硫化氫（H2S）、疊氮化物（N3-）、一氧化碳（CO）等：其作用是阻斷電子在細(xì)胞色素氧化酶中傳遞，即阻斷了電子由cytaa3向分子氧的傳遞。,呼吸鏈的電子傳遞抑制劑圖示NADHNADH-Q還原酶魚藤酮、安密妥、殺粉蝶菌素CoQcytb抗霉素Acytc1cytccytaa3氰化物、一氧化碳、硫化氫、疊氮化合物O2,（一）蘋果酸穿梭作用,這類穿梭主要在肝臟和心肌等組織。,（二）磷酸甘油穿梭作用,在某些肌肉組織和大腦里,1.尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）,H,H,返回,呼吸鏈的組成,黃素蛋白的遞氫作用是通過其輔基中的異咯嗪基環(huán)的氧化還原過程進(jìn)行的。,2.