生物化学第11章柠檬酸循环.ppt..ppt

琥珀酰CoA合酶催化的反应 （六） 琥珀酸氧化形成延胡索酸 琥珀酸氧化转变成延胡索酸是在琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化下进行的。FAD作为该酶的辅基，共价结合在酶的一个His残基上，在酶促反应中接受底物氧化脱下的电子和氢。这一反应的自由能变化接近﹣6 kJ/mol。 琥珀酸脱氢酶是柠檬酸循环中唯一的线粒体内膜结合蛋白，也是琥珀酸-CoQ氧化还原酶的一部分。琥珀酸的氧化涉及从它中间两个碳原子的相反两侧各除去一个H原子。这一涉及烷氧化成烯的反应，没有足够的能量使NAD＋还原，但却能使FAD还原为FADH2。与此相反，醇、或酮的氧化反应，可以产生足够的能量推动NAD＋的还原。 琥珀酸脱氢酶是一种由分子量为70kD和27kD两个亚基构成的二聚体蛋白。FAD共价地结合到大亚基上。琥珀酸脱氢酶也含有铁-硫簇。该酶催化的反应具有立体专一性，它只能催化琥珀酸从相反位置脱氢转变成延胡索酸(反丁烯二酸)或其逆反应，但不能催化琥珀酸从同一侧脱氢产生顺丁烯二酸或其逆反应。 由于琥珀酸脱氢酶没有区分琥珀酸相同两端的能力，如果用于柠檬酸合成的乙酰基的羰基碳事先用14C标记，那么经上述6步反应生成的琥珀酸的羧基碳均应含有放射性标记，只不过每个羧基碳的放射性强度只保有原初标记的50%，其后每种化合物的羧基碳原子均同样如此。? （七） 延胡索酸的水合反应 延胡索酸在延胡索酸酶(fumarase)催化下，双键水合生成L-苹果酸(L-malate) 。 所以延胡索酸酶也叫做延胡索酸水合酶(fumarate hydratase)。水合反应很可能先形成负碳离子的转换态形式。转换态形成中，首先受到OH－阴离子的攻击，形成负碳离子，接着发生质子(H＋)化反应。 该反应△Go＝- 3.4 kJ/mol。 延胡索酸酶具有很高的立体专一性。它只作用于延胡索酸，从双键的相反方向加OH－和H＋，生成L-苹果酸，或者催化其逆反应，L-苹果酸脱水变成延胡索酸。该酶不能催化顺丁烯二酸加水变成苹果酸，也不能催化D-苹果酸的脱水反应。 延胡羧酸水和反应的过程 （八） 草酰乙酸的生成 苹果酸氧化转变成草酰乙酸是柠檬酸循环的最后一步反应。催化这一反应的酶是L-苹果酸脱氢酶(L-malate dehydrogenase))。该反应△Go‘＝ + 29.7 kJ/mol，在热力学上不利于草酰乙酸的生成，而有利于逆向反应。 因此，草酰乙酸在细胞内的浓度是很低的。但是，在细胞内，不利于草酰乙酸生成的反应可以被柠檬酸循环的第一步反应(由柠檬酸合酶催化)所推动，向有利于草酰乙酸生成的方向进行。因为柠檬酸合酶催化乙酰CoA与草酰乙酸的缩合反应是高能放能的(△Go＝ -31.5 kJ/mol) 。 苹果酸脱氢酶催化氢负离子转移到NAD＋的机制与乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶相似。 X-射线分析表明，这三种酶的NAD＋结合域具有显著的相似性，与NAD＋结合域从一个共同的祖先进化的观点是一致的。 苹果酸脱氢生成草酰乙酸 三. TCA循环总观 （1） 当一分子的乙酰CoA与草酰乙酸缩合而进入TCA循环后，其整个化学反应的净结果是： CH3CO-SCoA + 2H2O + 3NAD＋ + FAD ++ ADP + Pi → 2CO2 + 3NADH + 3H＋ + FADH2 + ATP +CoASH 表明TCA循环每循环一次，只有一分子的乙酰CoA被氧化，所有TCA中间物并不因参加反应而有所增减。 （2）乙酰CoA进入TCA循环后，有二处脱羧反应;四处氧化脱氢反应，共生成3分子的NADH和一分子的FADH2；一次底物水平磷酸化，生成一分子的ATP。氧化反应生成的NADH和FADH2进入电子传递链，发生氧化磷酸化，产生ATP，并使NAD＋ 和 FAD得以再生，以便重新参与TCA循环反应和维持该循环的正常运转，所以TCA循环和氧化磷酸化是协同进行的。 （3）同位素标记实验表明，乙酰CoA的乙酰基的碳并没有从TCA循环的第一循环中除去。 经脱羧反应生成的2分子CO2来自原初的草酰乙酸，而乙酰基上的两个碳参与了草酰乙酸的重新生成。 被标记的乙酰基上的羰基碳可在该循环的第二循环反应的第三步和第四步分别脱去。被标记的乙酰基上的甲基碳在两轮循环后仍被保留。在第一轮中，随机地保留在琥珀酸的中间两个碳原子上；在第二轮中，随机地保留在琥珀酸的所有四个碳原子上。这就意味着，在第三轮循环中的两次，脱羧反应将消去50%的来自最初甲基碳的放射性标记；此后，每轮循环将消去残留标记