生物化学：第十五章 三羧酸循环
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• 活性部位有组氨酸残 基
• 变构酶,活性受ATP,NADH,琥珀酰CoA,酯 酰CoA抑制,该途径中第一个调控,限速步 骤
2011-09-18
海洋生命学院
6
wk.baidu.com 该步反应特点
• 参与反应的酶为柠檬酸合酶 • 放能的不可逆反应,柠檬酸循环
中第一个调控限速步骤 • 氟乙酸产生致死性合成反应
2011-09-18
• 循环过程中产生的还 原型NADH和FADH2进一 步氧化分解产生ATP
• 循环过程中的中间产 物在许多生物合成中 充当前体原料
乙酰CoA可用来合成脂类物质
琥珀酰CoA可用来合成卟啉环,进而合成血红素
草酰乙酸可用来合成丙酮酸,通过糖异生途径生成葡萄糖
草酰乙酸,α-酮戊二酸等可用来合成氨基酸
2011-09-18
异柠檬酸脱氢酶： 抑制：ATP 激活：ADP Ca2+
α-酮戊二酸脱氢酶复合体： 抑制： 琥珀酰CoA NADH 激活： ADP Ca2+
海洋生命学院
28
七、乙醛酸循环——三羧酸循环支路
海洋生命学院
25
五 柠檬酸循环的回补反应
丙酮酸羧化形成草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸羧化形成草酰乙酸 氨基酸脱氨基过程中产生草酰乙酸,α-酮戊二酸 奇数脂肪酸的氧化,缬氨酸,Met分解可产生琥珀酰-CoA
酵母，细菌和高等植物胞质
动物细胞 线粒体
动植物细胞胞质或线粒体
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NAD+
⑧
①柠檬酸合酶 ②顺乌头酸酶
③异柠檬酸脱氢酶
GTP
GDP
核苷二磷酸激酶
⑦
④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 ⑤琥珀酰CoA合成酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 ⑦延胡索酸酶
NAD+
NADH+H+
③
ADPH2O
⑧苹果酸脱氢酶
FADHA2 TP
NAD+
⑥ FAD
GDP+Pi
CO2
GTP
NADH+H+
④
⑤
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第十五章 柠檬酸循环
2011-09-18
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1
• 三羧酸循环是由德国科学家 Hans Krebs于１９３７年提出， 生物化学领域的重大成就（当 时还没有同位素示踪法）。 Krebs于１９５３年获得诺贝 尔奖。
• 三羧酸循环
• 柠檬酸循环
• Tricarboxylic acid cycle(TCA cycle)
异柠檬酸脱氢酶
• NAD+为辅酶： 线粒体，Mg2+或Mn2+ NADP+为辅酶：线粒体和细胞溶胶
• 变构调节酶，活性受能荷和NAD+/NADH (NADP+/NADPH)调节
• 细菌中异柠檬酸脱氢酶受磷酸化和去磷酸 化的共价修饰调节
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4、α-酮戊二酸生成琥珀酰-CoA
Krebs 循环,为纪念Hans Krebs
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第三个 碳以CO2 形式失 去
3
一、柠檬酸循环概貌
2011-09-18
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4
二、柠檬酸循环的反应机制
(一) 第一阶段：柠檬酸生成阶段 1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸
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• 两个亚基构成的二聚 体,每个亚基的两个 结构域形成一个裂缝
• Krebs循环
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线粒体膜
一、柠檬酸循环概貌 三羧酸 丙酮酸
每个分子具有3个碳 的丙酮酸库（基质
循环？
中）
第一个碳以
每个分子具有4
CO2形式失去
个碳的草酰乙
酸库（基质中）
六碳三羧酸
第二个碳以
CO2形式失去
重新加入到 草酰乙酸库
三种羧酸（TCA）！
五碳二羧酸 四碳二羧酸
CoASH
CO2 CoASH
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三、柠檬酸循环总结
• 经历八步反应涉及八种酶
• 每一循环过程中两个碳原子以乙酰 CoA形式进入,两次脱羧反应脱掉两 分子CO2
• 共有四次氧化反应
• 产生一分子ATP和三分子NADH,一 分子FADH2
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四. 柠檬酸循环的生理意义
α-酮戊二酸 脱氢酶系
α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化此反应 第二次氧化脱羧反应 柠檬酸循环中第三个调节步骤
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α-酮戊二酸脱氢酶系
• α-酮戊二酸脱氢酶(E1) • 二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2) • 二氢硫辛酰脱氢酶(E3) • 需要六种辅助因子:硫辛酸
TPP,CoA,FAD,NAD+和Mg2+ • 受反应产物和能荷抑制调节,但E1无
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7、延胡索酸水合形成L-苹果酸
延胡索酸酶
四个亚基 活性中心-SH 具有立体专一性,产生L-苹果酸
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8、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
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H2O
H2O
①
②
H2O
NADH+H+
CoASH
②
六. 柠檬酸循环的调控
• 柠檬酸循 环本身制 约系统的 调节
• 能荷调节 • Ca2+调节
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丙酮酸脱氢酶复合体： 抑制：ATP 乙酰 CoA NADH 脂肪酸 激活：AMP CoA NAD+ Ca2+
柠檬酸合酶： 抑制：ATP 琥珀酰CoA NADH 柠檬酸 激活：ADP
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2、柠檬酸异构化形成异柠檬酸
顺-乌头酸酶
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活催 性化 中可 心逆 有反
应
聚 簇
Fe-S
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（二）氧化脱羧阶段 3、异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸
NAD+
异柠檬酸 脱氢酶
异柠檬酸 Ca2+
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（三）草酰乙酸再生阶段
6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸
琥珀酸脱氢酶
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琥珀酸脱氢酶
• 辅基是FAD, • 辅基与酶以共价键结合 • 酶含有铁硫聚簇组分
• 催•琥化珀反酸应脱具氢有立酶体催专化一,是性柠檬酸循环中唯 • 嵌一入渗到入线线粒粒体体内内膜膜,线的粒酶体内,氢膜受组体成为成F分AD • 丙•第二三酸次是氧其化该酶还的原竞反争应性抑制剂
修饰调节
催化反应机理与丙酮酸脱氢酶系相一致
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5、琥珀酰- CoA转化成琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
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催四 化聚 反体 应 可 逆
• 该反应特点 • 琥珀酸CoA合成酶(或琥珀酸硫激酶)催化 • 唯一底物磷酸化反应,产生1摩尔ATP
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• 变构酶,活性受ATP,NADH,琥珀酰CoA,酯 酰CoA抑制,该途径中第一个调控,限速步 骤
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wk.baidu.com 该步反应特点
• 参与反应的酶为柠檬酸合酶 • 放能的不可逆反应,柠檬酸循环
中第一个调控限速步骤 • 氟乙酸产生致死性合成反应
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• 循环过程中产生的还 原型NADH和FADH2进一 步氧化分解产生ATP
• 循环过程中的中间产 物在许多生物合成中 充当前体原料
乙酰CoA可用来合成脂类物质
琥珀酰CoA可用来合成卟啉环,进而合成血红素
草酰乙酸可用来合成丙酮酸,通过糖异生途径生成葡萄糖
草酰乙酸,α-酮戊二酸等可用来合成氨基酸
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异柠檬酸脱氢酶： 抑制：ATP 激活：ADP Ca2+
α-酮戊二酸脱氢酶复合体： 抑制： 琥珀酰CoA NADH 激活： ADP Ca2+
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七、乙醛酸循环——三羧酸循环支路
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五 柠檬酸循环的回补反应
丙酮酸羧化形成草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸羧化形成草酰乙酸 氨基酸脱氨基过程中产生草酰乙酸,α-酮戊二酸 奇数脂肪酸的氧化,缬氨酸,Met分解可产生琥珀酰-CoA
酵母，细菌和高等植物胞质
动物细胞 线粒体
动植物细胞胞质或线粒体
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NAD+
⑧
①柠檬酸合酶 ②顺乌头酸酶
③异柠檬酸脱氢酶
GTP
GDP
核苷二磷酸激酶
⑦
④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 ⑤琥珀酰CoA合成酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 ⑦延胡索酸酶
NAD+
NADH+H+
③
ADPH2O
⑧苹果酸脱氢酶
FADHA2 TP
NAD+
⑥ FAD
GDP+Pi
CO2
GTP
NADH+H+
④
⑤
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第十五章 柠檬酸循环
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• 三羧酸循环是由德国科学家 Hans Krebs于１９３７年提出， 生物化学领域的重大成就（当 时还没有同位素示踪法）。 Krebs于１９５３年获得诺贝 尔奖。
• 三羧酸循环
• 柠檬酸循环
• Tricarboxylic acid cycle(TCA cycle)
异柠檬酸脱氢酶
• NAD+为辅酶： 线粒体，Mg2+或Mn2+ NADP+为辅酶：线粒体和细胞溶胶
• 变构调节酶，活性受能荷和NAD+/NADH (NADP+/NADPH)调节
• 细菌中异柠檬酸脱氢酶受磷酸化和去磷酸 化的共价修饰调节
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4、α-酮戊二酸生成琥珀酰-CoA
Krebs 循环,为纪念Hans Krebs
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第三个 碳以CO2 形式失 去
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一、柠檬酸循环概貌
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二、柠檬酸循环的反应机制
(一) 第一阶段：柠檬酸生成阶段 1、草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸
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• 两个亚基构成的二聚 体,每个亚基的两个 结构域形成一个裂缝
• Krebs循环
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一、柠檬酸循环概貌 三羧酸 丙酮酸
每个分子具有3个碳 的丙酮酸库（基质
循环？
中）
第一个碳以
每个分子具有4
CO2形式失去
个碳的草酰乙
酸库（基质中）
六碳三羧酸
第二个碳以
CO2形式失去
重新加入到 草酰乙酸库
三种羧酸（TCA）！
五碳二羧酸 四碳二羧酸
CoASH
CO2 CoASH
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三、柠檬酸循环总结
• 经历八步反应涉及八种酶
• 每一循环过程中两个碳原子以乙酰 CoA形式进入,两次脱羧反应脱掉两 分子CO2
• 共有四次氧化反应
• 产生一分子ATP和三分子NADH,一 分子FADH2
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四. 柠檬酸循环的生理意义
α-酮戊二酸 脱氢酶系
α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化此反应 第二次氧化脱羧反应 柠檬酸循环中第三个调节步骤
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α-酮戊二酸脱氢酶系
• α-酮戊二酸脱氢酶(E1) • 二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2) • 二氢硫辛酰脱氢酶(E3) • 需要六种辅助因子:硫辛酸
TPP,CoA,FAD,NAD+和Mg2+ • 受反应产物和能荷抑制调节,但E1无
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7、延胡索酸水合形成L-苹果酸
延胡索酸酶
四个亚基 活性中心-SH 具有立体专一性,产生L-苹果酸
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8、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
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H2O
H2O
①
②
H2O
NADH+H+
CoASH
②
六. 柠檬酸循环的调控
• 柠檬酸循 环本身制 约系统的 调节
• 能荷调节 • Ca2+调节
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丙酮酸脱氢酶复合体： 抑制：ATP 乙酰 CoA NADH 脂肪酸 激活：AMP CoA NAD+ Ca2+
柠檬酸合酶： 抑制：ATP 琥珀酰CoA NADH 柠檬酸 激活：ADP
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2、柠檬酸异构化形成异柠檬酸
顺-乌头酸酶
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活催 性化 中可 心逆 有反
应
聚 簇
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（二）氧化脱羧阶段 3、异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸
NAD+
异柠檬酸 脱氢酶
异柠檬酸 Ca2+
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（三）草酰乙酸再生阶段
6、琥珀酸脱氢形成延胡索酸
琥珀酸脱氢酶
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琥珀酸脱氢酶
• 辅基是FAD, • 辅基与酶以共价键结合 • 酶含有铁硫聚簇组分
• 催•琥化珀反酸应脱具氢有立酶体催专化一,是性柠檬酸循环中唯 • 嵌一入渗到入线线粒粒体体内内膜膜,线的粒酶体内,氢膜受组体成为成F分AD • 丙•第二三酸次是氧其化该酶还的原竞反争应性抑制剂
修饰调节
催化反应机理与丙酮酸脱氢酶系相一致
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5、琥珀酰- CoA转化成琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
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催四 化聚 反体 应 可 逆
• 该反应特点 • 琥珀酸CoA合成酶(或琥珀酸硫激酶)催化 • 唯一底物磷酸化反应,产生1摩尔ATP
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