丙酮酸脫羧

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丙酮酸脫羧英語:Pyruvate decarboxylation)是一個將丙酮酸通過脫羧反應而產生乙醯輔酶A並釋放還原等效物還原型煙醯胺腺嘌呤二核苷酸二氧化碳的遠離平衡自動催化生化反應。它之所以被稱為「連結反應」是因為它架起了糖酵解三羧酸循環這兩個重要代謝途徑之間的橋樑。該反應常由作為有氧呼吸一部分的丙酮酸脫氫酶複合體所催化[1]。在真核生物中,丙酮酸脫羧只在粒線體基質中發生;原核生物中的相似反應則是發生在胞漿質膜[2]

目錄

氧化脫羧

反應

丙酮酸脫氫酶複合體反應機理
丙酮酸 丙酮酸脫氫酶複合體 乙醯輔酶A
Pyruvate2 wpmp.png   Acetyl co-A wpmp.png
CoA + NAD+ CO2 + NADH,H+
75px
 
 

該反應在大多數生物中很常見並作為到三羧酸循環連結。不像糖酵解的反應在胞漿中進行,該反應在粒線體中進行。

A.丙酮酸與酶的硫胺素焦磷酸基團(TPP)相結合,硫胺素焦磷酸是維生素B1的活性形式。然後,丙酮酸上的羧基變成CO2被去掉,形成羥乙基硫胺素焦磷酸。這一步催化反應是在複合體中的丙酮酸脫氫酶上進行的。

B.羥乙基轉移到硫辛醯胺這種輔酶上,硫辛醯胺上的二硫鍵可作為氧化劑,於是羥乙基並被其氧化變成乙醯基,這就形成了一個硫酯鍵,而硫胺素焦磷酸變回原樣。

C.在二氫硫辛醯基乙醯基轉基酶的作用下,攜帶著乙醯基的硫辛醯胺將乙醯基轉移到輔酶A上形成乙醯輔酶A。這是一個化學酯交換反應。

D.二氫硫辛酸被二氫硫辛醯基去氫酶催化脫氫,以再次回到氧化,同時氧化型黃素腺嘌呤二核苷酸變為還原型。

E.最後,還原型黃素腺嘌呤二核苷酸被酶催化,將氫轉移給氧化型煙醯胺腺嘌呤二核苷酸,重新生成氧化型回到第四步中。

意義

由丙酮酸脫氫酶複合體所進行的將丙酮酸變為乙醯輔酶A的轉換尤其在肝臟中是一個重要的反應步驟,它切斷了丙酮酸所有進行糖異生葡萄糖以及作為轉氨基底物的後路。這保證了丙酮酸進入三羧酸循環作為氧化磷酸化的底物,或者轉變為檸檬酸以回到胞漿(三羧酸轉運系統)中以作為生物合成脂肪酸和類異戊二烯的底物。

總結:

  1. 丙酮酸被脫羧
  2. 剩下部分接到輔酶A上形成乙醯輔酶A

乙醯輔酶A接下來被用在三羧酸循環中

其他生物

厭氧生物中的丙酮酸氧化脫羧與有氧過程有所不同,其原因是該反應的電子受體鐵硫蛋白而不是NAD+。該轉換是被一種硫胺素依賴的酶所催化,該酶也可以催化輔酶A醯化[3]。該還原等價物在氫化酶的作用下以產生氫氣的方式被氧化。

廣義的脫羧

上面所介紹的脫羧是特指丙酮酸的「氧化脫羧」。其實在廣泛意義上說丙酮酸在體內還有一種脫羧,那就是丙酮酸的「簡單脫羧」。

所謂「簡單脫羧」和「氧化脫羧」,其區別是:簡單脫羧沒有氧化還原反應,而氧化脫羧則需要煙醯胺腺嘌呤二核苷酸、黃素腺嘌呤二核苷酸等氧化還原受體

丙酮酸的簡單脫羧是由丙酮酸脫羧酶所催化的,生成乙醛和二氧化碳;其反應大致可分為四步:①硫胺素焦磷酸的活性碳原子對丙酮酸的羰基碳(中間的那個碳原子)進行親核攻擊,羰基氧與質子結合變成羥基;②羧基從此共價化合物上脫去生成二氧化碳,形成了共振穩定的碳負離子化合物;③碳負離子被氫離子質子化,形成羥乙基硫胺素焦磷酸;④羥基去質子化,硫胺素與羥乙基兩者之間的共價鍵斷開形成乙醛。

乙醛可以繼續在乙醇脫氫酶的作用下生成乙醇。由葡萄糖通過糖酵解生成丙酮酸併產生乙醇的過程被稱為乙醇發酵,俗稱酒精發酵。

參考文獻

  1. Alberts et al. Molecular Biology of the Cell. Garland Science, 2001. ISBN 0-8153-4072-9
  2. Raven et al. Biology, 8th edition. McGraw Hill, 2008. ISBN 978-0-07-110202-5
  3. Eric Chabrière, Xavier Vernède, Bruno Guigliarelli, Marie-Hélène Charon, E. Claude Hatchikian, Juan C. Fontecilla-Camps 「Crystal Structure of the Free Radical Intermediate of Pyruvate:Ferredoxin Oxidoreductase」 Science 2001, Volume 294, page 2559.

外部連結

參考來源

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