三羧酸循环的营养学意义.ppt
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1、三羧酸循环,讲课目的:三羧酸循环在营养中的重要意义,1、三羧酸循环是糖,脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径,三羧酸循环的起始物乙酰-CoA,不但是糖氧化分解产物,它也可来自脂肪的甘油、脂肪酸和来自蛋白质的某些氨基酸代谢,因此三羧酸循环实际上是三种主要有机物在体内氧化供能的共同通路。 2、只有了解三羧酸循环,才能很容易理解“抗生酮作用、节约蛋白质作用、糖异生、酮症酸中毒、糖转化为脂肪、热氮比、白蛋白滥用、全合一、食物多样化”等在营养学中的重要作用,才能更好地与医生、病人沟通,才能把营养学问专业化,让老百姓相信营养师的水平。,3、营养师不能单纯地告诉病人能吃什么,什么不能吃,还
2、得认真学习更多基础知识,把基础理论和实践相结合起来。否则,没有医学基础的人,学习1个月的公共营养师就能代替专业营养师。所以,不要忽视基础理论的学习。,何为三羧酸循环,主要内容: 三羧酸循环的概念 三羧酸循环基本介绍 三羧酸循环化学反应 三羧酸循环循环过程 三羧酸循环循环总结 三羧酸循环生理意义 三羧酸循环调节功能,三羧酸循环的概念,三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)是需氧生物体内普遍存在的代谢途径,因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的柠檬酸,所以叫做三羧酸循环,又称为柠檬酸循环;三羧酸循环是三大营养素(糖类、脂类、氨基酸)的最终代谢通路,又是糖类、脂
3、类、氨基酸代谢联系的枢纽。,由乙酰CoA和草酰乙酸缩合成有三个羧基的柠檬酸,柠檬酸经一系列反应,一再氧化脱羧,经酮戊二酸、琥珀酸,再降解成草酰乙酸。而参与这一循环的丙酮酸的三个碳原子,每循环一次,仅用去一分子乙酰基中的二碳单位,最后生成两分子的CO2,并释放出大量的能量。,三羧酸循环基本介绍,柠檬酸循环(tricarboxylicacidcycle):也称为三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle,TCA),Krebs循环。是用于乙酰CoA中的乙酰基氧化成CO2的酶促反应的循环系统,该循环的第一步是由乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸。,在三羧酸循环中,反应物葡萄糖或者脂肪酸会
4、变成乙酰辅酶A(Acetyl-CoA)。这种“活化醋酸“(一分子辅酶和一个乙酰基相连),会在循环中分解生成最终产物二氧化碳并脱氢,质子将传递给辅酶-烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 和黄素腺嘌呤(FAD),使之成为NADH + H+和FADH2。 NADH + H+ 和 FADH2 会继续在呼吸链中被氧化成NAD+ 和FAD,并生成水。这种受调节的“燃烧“会生成ATP,提供能量。,真核生物的线粒体和原核生物的细胞质是三羧酸循环的场所。它是呼吸作用过程中的一步,但在需氧型生物中,它先于呼吸链发生。厌氧型生物则首先遵循同样的途径分解高能有机化合物,例如糖酵解,但之后并不进行三羧酸循环,而是进行不需
5、要氧气参与的发酵过程。,三羧酸循环化学反应,乙酰辅酶A在循环中出现:柠檬酸(I)是循环中第一个产物,它是通过草酰乙酸(X)和乙酰辅酶A(XI)的乙酰基间的缩合反应生成的。如上所述,乙酰辅酶A是早先进行的糖酵解,蛋白质代谢或脂肪酸代谢的一个产物。,三羧酸循环循环过程,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(oxaloaceticacid)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(citratecycle)。在三羧酸循环中,柠檬酸合成酶催化的反应是关键步骤,草酰乙酸的供应有利于循环顺利进行。其详细过程
6、如下:,1、乙酰-CoA进入三羧酸循环,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。首先柠檬酸合酶的组氨酸残基作为碱基与乙酰-CoA作用,使乙酰-CoA的甲基上失去一个h+,生成的碳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(citratesynthase)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,-酮戊二酸、NADH能变构抑制其活性,长链脂酰-CoA也可抑制
7、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,此反应由顺乌头酸酶催化,为一可逆反应。,3、第一次氧化脱酸 在异柠檬酸脱氢酶作用下,异柠檬酸的仲醇氧化成羰基,生成草酰琥珀酸(oxalosuccinicacid)的中间产物,后者在同一酶表面,快速脱羧生成-酮戊二酸(ketoglutarate)、NADH和co2,此反应为-氧化脱羧,此酶需要Mg2+作为激活剂。此反应是不可逆的,是三羧酸循环中的限速步骤,ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂,而ATP,NADH是此酶的抑制剂。,4、第二次氧化脱羧 在-酮戊二酸脱氢酶系
8、作用下,-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰-CoA、NADHH+和co2,反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧,属于氧化脱羧,氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰coa的高能硫酯键中。-酮戊二酸脱氢酶系也由三个酶(-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(tpp、硫辛酸、hscoa、NAD+、FAD)组成。此反应也是不可逆的。-酮戊二酸脱氢酶复合体受ATP、GTP、NADH和琥珀酰-CoA抑制,但其不受磷酸化/去磷酸化的调控。,5、底物磷酸化生成ATP 在琥珀酸硫激酶(succinatethiokinase)的作用下,琥珀酰-CoA的硫酯键水解,释放的自由能用于合
9、成gtp,在细菌和高等生物可直接生成ATP,在哺乳动物中,先生成GTP,再生成ATP,此时,琥珀酰-CoA生成琥珀酸和辅酶A。,6、琥珀酸脱氢 琥珀酸脱氢酶(succinatedehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。该酶结合在线粒体内膜上,而其他三羧酸循环的酶则都是存在线粒体基质中的,这酶含有铁硫中心和共价结合的fad,来自琥珀酸的电子通过fad和铁硫中心,然后进入电子传递链到O2,丙二酸是琥珀酸的类似物,是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物,所以可以阻断三羧酸循环。,7、延胡索酸的水化 延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用,而对顺丁烯二酸(马来酸)则无催化作用,因而是高度立体
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