求解三羧酸循环以及光合磷酸化

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求解三羧酸循环以及光合磷酸化
下面是我演示文稿的大纲部分,希望能帮到你.抱歉,文字有限,只有三羧酸循环部分,如果还需要光合作用的请Hi我.
第三章 柠檬酸循环
EMP途径并不是高等生物获能的主要途径.首先,EMP途径只净产生了2个ATP,只释放出了葡萄糖分子5%左右的能量；而且,EMP途径的产物丙酮酸任然具有很高的自由能,可以继续氧化继而释放出来.
柠檬酸循环是存在于线粒体（原核生物细胞质）中的一种有机物循环途径,其主要功能是将丙酮酸的三个碳原子逐步裂解掉,最终生成CO2和H2O,生成ATP,并将NAD+或FAD还原,以完成能量的释放和转换.
在了解柠檬酸循环之前,有必要知道这几点.
1.柠檬酸循环可以简单的概括为C4+C2-C2=C4,柠檬酸循环的起始是四碳单位的草酰乙酸,经过一轮循环,草酰乙酸每次循环接受一个二碳单位,释放两次CO2.
2.柠檬酸循环是糖类、脂肪酸、氨基酸等燃料分子氧化的共同途径,因为它们大都是以二碳单位进入柠檬酸循环的.
3.柠檬酸循环虽然将丙酮酸彻底氧化成了CO2和H2O,但是,释放的全部能量只有一部分转化为了ATP,更多的能量将在氧化磷酸化中转化为ATP.
章节概要
第一节 柠檬酸循环概述
第二节 柠檬酸循环的准备阶段
第三节 柠檬酸循环的循环阶段
第四节 柠檬酸循环的综合评价
第五节 柠檬酸循环中产物的讨论
第六节 柠檬酸循环的调控
第一节 柠檬酸循环概述
柠檬酸循环（Citric acid cycle）,也称为三羧酸循环（TriCarboxylic Acid cycle,TCA）,Krebs循环.草酰乙酸接受一个二碳单位（通常是二碳烃基）并将从二碳单位的C-C键处裂解,释放出二氧化碳和水,期间释放出的能量一部分转移给ADP,一部分转移给辅酶.这个过程,就是柠檬酸循环.
柠檬酸循环是生物体内最重要的物质循环,理解柠檬酸循环需要结合脂肪酸、氨基酸的代谢,这里不做详述.
只是要再强调一点,柠檬酸循环得以实现的驱动力是二碳单位的不断进入以及酶、辅酶的不断供给.
此外 ,在糖酵解途径里,我们知道,NAD+作为氢受体,一方面可以产生高能的NADH,另一方面,及时与脱下的氢结合对反应也是有利的.那么,这种高效的偶联在柠檬酸循环中也有良好的继承.
第二节 TCA的准备阶段
我们知道,柠檬酸循环的物质原料是二碳单位,不管是单糖,还是脂肪、蛋白质,它们的基本组成单位都不是二碳单位,而且它们的基础代谢也不是以二碳单位为终产物的.
单糖的基础代谢终产物是丙酮酸,脂肪的基础代谢终产物是脂肪酸,蛋白质基础代谢的终产物是氨基酸.
它们都会通过各自特有的途径形成二碳单位（氨基酸也有其他中间产物）,并以乙酰辅酶A的形式进入到柠檬酸循环里来.
这里,将详细讨论丙酮酸的转化.
（一）认识丙酮酸脱氢酶
丙酮酸的转化主要是在丙酮酸脱氢酶作用下形成乙酰-CoA.
丙酮酸脱氢酶实际上是一个复合酶体系,所以,也叫做丙酮酸脱氢酶系.
（二）反应步骤
反应分两步进行,分别是丙酮酸的脱羧反应和转乙酰基反应.另外,还要将反应中形成的还原型的二氢硫辛酰氧化为氧化型二氢硫辛酰.
丙酮酸脱羧是由丙酮酸脱羧酶组分催化.
转乙酰基反应是由二氢硫辛酰转乙酰基酶催化.
还原型二氢硫辛酰的氧化是由二氢硫辛酰脱氢酶催化.
丙酮酸脱羧
催化此反应的酶是丙酮酸脱氢酶.
辅助因子：硫胺素焦磷酸TPP.
这部分应可以被分成两步来看.
第一步：TPP的负碳离子进攻丙酮酸的羧基碳形成丙酮酸-TPP加成物.紧接着,该加成物脱羧,形成羟乙基-TPP.
第二步：羟乙基氧化形成乙酰基.
羟乙基氧化为乙酰基,同时,乙酰基转移到二氢硫辛酰转乙酰基酶的辅基硫辛酰胺上.
这是为下一步反应做好准备.
这里的转移时打开了硫辛酰胺辅基的S-S键,形成羟乙基-TPP-E1-E2的共价结合物,该结合物再裂解,产生乙酰二氢硫辛酰胺-E2结合物和TPP-E1结合物.
转乙酰基
催化该反应的酶是二氢硫辛酰转乙酰基酶.
辅助因子：辅酶A.
乙酰基从乙酰二氢硫辛酰胺与E2的结合物中转移到乙酰辅酶A上来,生成乙酰辅酶A和二氢硫辛酰胺与E2的复合物.
还原型二氢硫辛酰转乙酰基酶氧化
催化次反应的酶是二轻硫辛酸脱氢酶.
辅助因子：FAD.
前一步的硫辛酰胺辅基里的五元环被破坏,需要及时地将其复原才能有利于下一个丙酮酸脱羧的进行.
还原型的E3再氧化
此反应直接在酶分子上进行,需要NADH充当氢受体.
总结
丙酮酸脱氢酶系是三种酶一起组成的复合体,在结构上虽然可以将三者分开来看,但是在功能上,三者催化的反应相偶联,最终实现丙酮酸的脱羧.
这种酶复合体甚至比核糖体还要大.
砷化物可以与二氢硫辛酰胺结合,使其失去催化能力,故对机体是由剧毒的.
这种复合体的反应受竞争性抑制和磷酸化/去磷酸化的调控.
（三）关于脂肪酸和氨基酸进入TCA的途径
这是有关脂肪酸和氨基酸的代谢,这里简要说明一下.
脂肪酸一般是通过β-氧化,将长链脂肪酸不断切成二碳单位,以乙酰辅酶A的形式进入TCA.
氨基酸一般需要经过脱氨基或转氨基等过程,最后也是以乙酰辅酶A或者TCA中其他中间产物的形式进入TCA的.
第三节 TCA的循环阶段
柠檬酸循环是以碳链为骨架的一类有机分子的大循环,这里,牵涉到氧化、脱羧、异构以及ATP、NADH等的形成.
一方面,柠檬酸循环可以让前期进入的二碳单位彻底裂解形成二氧化碳和NADH.
另一方面,该循环本身也可以为机体提供一定的能量.
更重要的是,这个循环所涉及的许多中间产物也是其他有机大分子的代谢中间产物或者合成的前体物质.
底物：草酰乙酸
中间产物（按顺序）：柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酰-CoA、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸
产物：草酰乙酸
酶（按顺序）：柠檬酸合酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶复合体、琥珀酰辅酶A合成酶、琥珀酸脱氢酶、延胡索酸酶、苹果酸脱氢酶.
（一）草酰乙酸与乙酰-CoA合成柠檬酸
催化此反应的酶是柠檬酸合酶.
草酰乙酸是四碳骨架,柠檬酸是六碳骨架,草酰乙酸接受乙酰-CoA的乙酰基后转变为柠檬酸.
柠檬酸合酶属于调控酶,其活性受ATP、NADH、琥珀酰辅酶A、酯酰辅酶A等的抑制,它是柠檬酸循环的限速酶.
（二）柠檬酸异构化形成异柠檬酸
催化此反应的酶是乌头酸酶.
此反应中间经过一个“顺-乌头酸”的中间物形式,酶也因此得以命名.
（三）异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸
催化此反应的酶是异柠檬酸脱氢酶.
辅助因子：NAD+、Mn2+或Mg2+.
该反应式典型的β-裂解,这个下面将讨论.
这步反应式第二次改变了碳骨架,由六碳骨架变成了五碳骨架,脱下了一个羧基,以CO2的形式释放掉.
反应分两步进行、第一步是脱氢,形成NADH和H+,脱氢发生在β位上；第二步是脱羧,生成CO2.
β-酮酸引起邻近α位上的羧基碳与α碳之间碳碳单键的断裂,这是很有代表性的.解决了两个碳原子之间共价键断裂的难题.
（四）α-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰辅酶A
催化次反应的酶是α-酮戊二酸脱氢酶.
辅助因子：NAD+、FAD、CoA、TPP、Mg2+、硫辛酸.
这一步脱羧反应和前面的丙酮酸的脱羧反应机制是完全一样的,不再赘述了.
该反应的ΔG0’=-33.47kJ/mol.该能量有三方面作用：①驱动NAD+还原,②促使反应向氧化方向进行并大量放能,③相当的能量以琥珀酰辅酶A的高能硫酯键形式保存起来.
（五）琥珀酰-CoA转化成琥珀酸并产生一个高能磷酸键
催化次反应的酶是琥珀酰辅酶A合成酶.
辅助因子：GDP（或者ADP）、Pi.
琥珀酰-CoA的硫酯键是一个高能键,其水解的ΔG0’=-33.6kJ/ml.
到这一步反应为止,之前添加的乙酰基被完全转化为CO2,就是说碳链骨架的转变结束了,接下来要做的就是复原,重新生成草酰乙酸.
（六）琥珀酸脱氢形成延胡索酸
催化该反应的酶是琥珀酸脱氢酶.
辅助因子：FAD.
由于草酰乙酸的C2位上是一个羰基,而琥珀酸C2位上是一个饱和的碳原子,所以,首先需要脱氢形成双键,才能使氧原子加到C2位上去.
（七）延胡索酸水合形成L-苹果酸
催化该反应的酶是延胡索酸酶.
这是一步水解反应,但是,机制还不是很明了.
这是一步可逆反应,而且,该酶只能催化形成L构象的苹果酸,具有立体异构专一性.
（八）L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
催化该步反应的酶是苹果酸脱氢酶.
辅助因子：NAD+.
这是再生成草酰乙酸完成TCA的最后一步,形成的草酰乙酸可以再次进行柠檬酸循环.
第四节 柠檬酸循环的综合评价
柠檬酸循环是糖、脂类和氨基酸代谢的最后共同途径.
每经历一次循环,消耗一分子的乙酰辅酶A（实际上只需要乙酰基）,循环的结果是分别将二碳单位上的碳原子氧化为CO2,这种裂解是通过β-裂解实现的.
下面将详细解释.
反应式
整个反应消耗一分子乙酰辅酶A、3个氧化型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸、一个黄素腺嘌呤二核苷酸、一个GDP和一个无机磷酸.
生成两分子CO2、3个NADH、一个FADH2、一个GTP、2个氢离子和一份子的辅酶A.
乙酰-CoA：与草酰乙酸结合生成柠檬酸,琥珀酰-CoA释放出辅酶A.
NAD+：异柠檬酸脱氢、α-酮戊二酸脱氢、苹果酸脱氢共形成3个NADH.
FAD：琥珀酸脱氢形成一个FADH2.
GDP：琥珀酰辅酶A的硫酯键裂解时释放的能量使得GDP结合一个无机磷酸（Pi）转化成GTP.
关于能量的转化
柠檬酸循环本身只有一次底物水平磷酸化,只产生1个ATP(GTP).
3个NADH传递电子后可形成3*2.5=7.5个ATP分子.
1个FADH2传递电子后可形成1*1.5=1.5个ATP分子.
所以,一共产生1+7.5+1.5=10个ATP分子.
纵观EMP途径和TCA循环,一分子葡萄糖能形成多少个ATP呢?
第五节 柠檬酸循环中产物的讨论
柠檬酸循环一共有九步,共有九种酶催化这一循环.
其实,柠檬酸循环的意义远远不止于氧化乙酰基,提供能量,其更广泛的作用在于将三大有机物质联系起来,起枢纽作用.其中间产物往往也是其他非糖类物质代谢的终产物、合成的前体物质.
下图简要说明.
第六节 柠檬酸循环的调控
在柠檬酸循环中起调控作用的有三种酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶.
可以简单地通过这个图来总结.

有什么问题问吧。

把生化书上的三羧酸循环和光学磷酸化的反应式和过程背下来就理解了。