第23章柠檬酸循环

生物化学下-第23章柠檬酸循环

乳酸或乙醇
③
柠檬酸循环 (线粒体基质)
糖酵解
( 胞液 )
有氧氧化 (aerobic oxidation)分四阶段，第一阶段
④
电子传递链氧化磷酸化 (线粒体内膜)
在胞液(同糖酵解)，后三个阶段在线粒体中进行。
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + 能量
H2O + ATP
CO2
第23章柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
第23章柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
三、柠檬酸循环的反应机制
草酰乙酸
乙酰CoA 柠檬酸合酶
⑧ 脱氢反应
苹果酸
苹果酸脱氢酶
① 缩合反应
柠檬酸
②a 脱水反应
顺乌头酸酶
顺乌头酸
⑦ 水化反应
延胡索酸酶
顺乌头酸酶
②b 加水反应
异柠檬酸
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953
for his discovery of the citric acid cycle
for his discovery of co-enzyme A and its importance for intermediary metabolism
氧化形式还原形式乙酰化形式
β-巯基乙醇硫酯
泛酸
乙酰CoA
TPP
3'-磷酸腺苷二磷酸
硫辛酸 (lipoate)
E2(二氢硫辛酸乙酰转移酶) 的多肽链
第23章柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段

chapter23 柠檬酸循环

（苹果酸脱氢酶）苹果酸脱氢酶）
TCA小结小结
1）循环从 4 物与乙酰）循环从C 物与乙酰CoA缩合生成 6 物缩合生成C 缩合生成开始；开始； 2) 每一次循环经历两次脱羧，放出每一次循环经历两次脱羧，放出2CO2; 3）每一循环经历四次脱氢，其中次以）每一循环经历四次脱氢，其中3次以 NAD+为氢受体，1次以为氢受体，次以次以FAD为氢受体；为氢受体；为氢受体 4）每循环一次，底物水平磷酸化一次生）每循环一次，成1GTP(相当于一个相当于一个ATP)；；相当于一个
氧化释放的能量贮存于硫酯键中
α-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体
复合物的组成及作用非常相似，与 Py dHE复合物的组成及作用非常相似，包复合物的组成及作用非常相似括三个酶组分：）酮戊二酸括三个酶组分： 1）α-酮戊二酸 dHE(E1’) 2）琥珀酰转移酶 2’) ）琥珀酰转移酶(E 3）二氢硫辛酸）二氢硫辛酸dHE(E3’) 还有六种辅助因子：还有六种辅助因子：TPP, CoA, FAD, NAD+, 硫辛酸(Lipoamide)及Mg2+。催化反应：催化反应：硫辛酸及 α-Ketoglutarate+CoA+NAD+→ succinyl CoA+CO2+NADH+H+ 酶也是调节酶，受产物NADH, succinyl CoA 酶也是调节酶，受产物抑制；对酶有反馈抑制；和Ca2+抑制；ATP、 GTP对酶有反馈抑制；不、对酶有反馈抑制受磷酸化的共价调节。受磷酸化的共价调节。
（二）柠檬酸异构化生成异柠檬酸
（乌头酸酶）乌头酸酶）

生物化学第23章柠檬酸循环

第23章柠檬酸循环三羧酸循环——糖的最后氧化途径三羧酸循环（tricarboxylic acid circle),又称柠檬酸循环，Krebs循环，简又称柠檬酸循环Krebs循环简写为TCA循环；是在有氧条件下，将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰C A再经系生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA，再经一系列氧化，脱羧，最终生成二氧化碳和水并产生能量的过程。

三羧酸循环•三羧酸循环的发现历史及实验依据1.发现历史2.实验依据•丙酮酸(C3)氧化脱羧生成乙酰CoA(C2)1.场所及酶2.不可逆的关键步骤。

•三羧酸循环的过程1.生成六碳三羧酸阶段(TCA1.mov)2.生成四碳二羧酸阶段(TCA2.mov)3.草酰乙酸的再生阶段(TCA3.mov)•丙酮酸经三羧酸循环化学物质变化的结算•葡萄糖完全氧化时能量变化的结算(TCA4.mov)羧酸循环的意义•三羧酸循环的生理意义三羧酸循环发现的历史(1)Albert Szent Gyorgyi观察用丙酮()酸与肌肉组织一起在有氧条件下保温，丙酮酸可以被彻底氧化，生成二氧化碳和水。

因此认为葡萄糖或糖原的有氧分解也循着糖酵解途径,有氧分解可以说是无氧分解的继续。

(2) H.Krebs通过总结大量的实验结果，认为糖的氧化过程不是直线进行的，而是以认为糖的氧化过程不是直线进行的而是以循环方式进行。

于是他1937年提出了三羧酸循环假设并用实验证明了三羧酸循环的存在。

循环假设并用实验证明了三羧酸循环的存在三羧酸循环的实验依据•1)Krebs首先证实六碳三羧酸(柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸)和α-酮戊二酸，以及四碳二羧酸(琥珀酸、延胡索酸、苹)果酸、草酰乙酸)都能强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，氧的消耗。

说明这些化合物都是丙酮酸氧化途径中的中间产合物是酸氧途中的中间产物。

•2)Krebs还发现在肌肉糜悬浮液加入丙二)酸，有抑制丙酮酸氧化的作用，而且在肌肉糜悬浮液有琥珀酸的积累。

说明丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。

TCA循环

TCA循环阶段
o 哺乳动物体内柠檬酸合成酶以二聚体形式存在。 o 与草酰乙酸的结合使酶发生有利于和乙酰CoA 结合的形变。
柠檬酸合成酶的单聚体形式，绿色原子为柠檬酸，粉色原子为CoA
TCA循环阶段
草酰乙酸与乙酰辅酶A形成柠檬酸，反应的中间产物为柠檬酰辅酶A。
柠檬酸形成机制
• 柠檬酸合酶与乙酰辅酶A的甲基作用，形成负碳离子。 • 负碳离子攻击草酰乙酸的羰基碳，形成柠檬酰辅酶A。
柠檬酸循环是糖、脂肪、蛋白质和氨基酸等氧化所共同经历的途径。此外，柠檬酸循环生成的中间物质也是许多生物合成的前体。因次柠檬酸循环是两用代谢途径。
糖的有氧氧化：葡萄糖或糖原在有氧的条件下，
彻底氧化成CO2和水的过程。
有氧氧化的反应过程
•
• •
第一阶段：葡萄糖→→→丙酮酸（细胞液）
第二阶段：丙酮酸→乙酰CoA （线粒体）
有机砷化物和亚砷酸能与丙酮酸脱氢酶系中的 E2辅基硫辛酰胺共价结合，使还原型的硫辛酰胺形成失去催化能力的砷化物。这类砷化物同样表现在对酮戌二酸脱氢酶系的抑制上。
S
R-As=O + HS HS
R
R’-As S R
+ H2O
TCA概貌
2C
6C柠檬酸 4C草酰乙酸 6C异柠檬酸
4C苹果酸
5C 酮戌二酸
TCA准备阶段
丙酮酸脱氢酶系作用机理（2）
5. E3上的还原型的FADH将 H交给NAD+形成NADH， E3辅基又形成氧化型的 FAD
4. 还原型的E2将二个SH基H 转移到E3的辅酶FAD上形成还原型FADH
TCA准备阶段
丙酮酸脱氢酶系反应图解
E1
E3

第二十三章三羧酸循环

第二十三章三羧酸循环
杨荣武生物化学原理第二版
提纲
一、三羧酸循环概述二、三羧酸循环的全部反应三、三羧酸循环小结四、三羧酸循环的生理功能五、乙醛酸循环六、三羧酸循环的回补反应七、三羧酸循环的调控
1. 柠檬酸合酶的调控 2. 异柠檬酸脱氢酶的调控 3. α-酮戊二酸脱氢酶系的调控 4. 丙酮酸脱氢酶系的调控
TCA 循环总结
TCA循环中C的命运：乙酰CoA的羰基C只有在第2 轮循环转变成CO2 ，乙酰CoA的甲基C能完全留在两轮循环中，但是以后每一轮循环有一半离开。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生：
的前体——苹果酸
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
三羧酸循环可能的“同化作用”
三羧酸循环的调控
为了适应细胞对能量的需求，细胞内的TCA循环受到严格的调控。对TCA循环本身的调控集中在柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶，其中最重要的调控位点是异柠檬酸脱氢酶，其次是α-酮戊二酸脱氢酶，至于柠檬酸合酶，对它的调控多见于原核生物。
八、TCA循环的起源和进化
TCA 循环概述
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
发生在有氧生物体内（真核细胞的线粒体基质，原核细胞的细胞质基质）
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰-CoA）
被降解成CO2 产生一些ATP 产生更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多

生物化学第23章柠檬酸循环

丙酮酸TPP加成化合物
羟乙基-TPP共振形式
（丙酮酸脱羧反应）
E2
E2的硫辛酰胺辅基羟乙基-TPP
丙酮酸的转反变应为步乙骤酰
CoA
乙酰二氢硫辛酰胺
TPP-E1
丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤
（乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰CoA）
乙酰二氢硫辛酰胺
乙酰CoA
二氢硫辛酰胺
1．[ATP]/[ADP]的比值。 [ATP]/[ADP]的比值对柠檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与
二、柠檬酸循环概貌
柠檬酸循环总图
return
三、柠檬酸循环的反应
草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸
1 2 2 柠檬酸合酶 1
①
草酰乙酸乙酰CoA 柠檬酰CoA
2 1
CoA
柠檬酸
柠檬酸异构化形成异柠檬酸
2
乌头酸酶
1
②
柠檬酸
2
乌头酸酶
2
1
1
顺-乌头酸
异柠檬酸
乌头酸酶中的Fe-S聚簇（中心）
在 E2 的外面。 E2 有一个由赖氨酸残基与硫辛酰胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它
具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送
到另一个酶。
丙酮酸脱氢酶复合体
硫辛酰赖氨酰臂
丙酮酸转变为乙酰CoA的总图
砷化物对硫辛酰胺的毒害作用
丙酮酸脱氢酶复合体的调控
丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳动物体内使丙酮酸转变为乙酰 CoA 的唯一途径。乙酰 CoA 既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。 1．产物控制产物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E2。 2．磷酸化和去磷酸化的调控 E2分子上结合着两种特殊的酶，一种是激酶，另一种是磷酸酶，它们分别使 E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是 E1 的活性形式。 Ca2+通过激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。

三羧酸循环柠檬酸循环

4C延胡索酸 4C琥珀酰CoA 4C琥珀酸
TCA循环阶段
1、草酰乙酸与乙酰辅酶A形成柠檬酸
S-CoA
intermediate
—催化此反应的酶为柠檬酸合酶； —反应的中间产物为柠檬酰辅酶A；
—柠檬酸合酶属于调控酶，其活性受ATP、NADH、琥珀酰 CoA、酯酰CoA等的抑制；另一种抑制剂是丙酮酰CoA。
• 顺乌头酸酶催化柠檬酸异构化为柠檬酸，反应分两步进行，经历一个顺乌头酸中间体。 • 反应具有严格的空间特异性。
TCA循环阶段
• 顺乌头酸酶活性位点的铁硫聚簇。
TCA循环阶段
• 氟乙酸到氟柠檬酸的转化
TCA循环阶段
３、异柠檬酸氧化生成－酮戌二酸
-脱羧反应
—催化此反应的酶为异柠檬酸脱氢酶； —反应为TCA二次氧化脱羧中的第一个反应；
TCA循环阶段
苹果酸脱氢酶的结构
TCA循环阶段
乙酰草酰成柠檬，柠檬易成α-酮琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中。
TCA Cycle
TCA能量计算
1、总反应
Acetyl CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H + + CoA
TCA背景知识
2、细胞呼吸（cell respiration）要经历三个阶段：糖酵解阶段、柠檬酸循环阶段、氧化磷酸化阶段。 3、糖酵解的产物丙酮酸进入 TCA之前有一准备过程，即形成乙酰CoA。
TCA准备阶段
丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下氧化脱羧形成乙酰辅酶A。
IRREVERSIBLE

柠檬酸循环1

H2O
CO2
丙酮酸进入线粒体反应概况
C 架变化与递氢
C3
跨线粒体膜
CO2 C2
NADH
进入循环
C6
C6 CO2 NADH
C5
CO2 C4 ….. FADH2 NADH 1次直接产能 ATP NADH 4次脱氢
2种递氢体
一. 柠檬酸循环的准备过程 ——丙酮酸脱羧形成乙酰CoA
1.1 生物转化总反应式
一.柠檬酸循环的准备过程二.柠檬酸循环反应机制三.柠檬酸循环的调控四.柠檬酸循环的生物学意义
柠檬酸循环：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸跨越线粒体膜时氧化脱羧形成乙酰CoA，在线粒体基质中乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程. 因为在循环的一系列反应中,关键的化合物是柠檬酸,所以称为柠檬酸循环,又因为它有三个羧基,所以亦称为三羧酸循环, 简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。葡萄糖有氧氧化总反应：
H CHCOOH 柠檬酸
H2C C
COOH COOH
H2C COOH H C COOH HO CHCOOH 异柠檬酸
HC COOH
顺乌头酸顺乌头酸酶
平衡状态下浓度比：90 : 4 : 6 柠檬酸异柠檬酸
顺-乌头酸酶
铁原子
硫原子
是铁-硫蛋白，催化可逆反应（脱水与水合）形成的中间产物顺-乌头酸与酶的脱离缓慢
C6H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O + 30/32 ATP
糖的有氧氧化代谢途径（三阶段）
• 葡萄糖酵解
G（Gn）胞液丙酮酸

生物化学下-第23章 柠檬酸循环

chapter23 柠檬酸循环

生物化学 第23章 柠檬酸循环

TCA循环

第二十三章 三羧酸循环

生物化学第23章柠檬酸循环

三羧酸循环 柠檬酸循环

柠檬酸循环1

生物化学下-第23章柠檬酸循环

生物化学第23章柠檬酸循环

第二十三章三羧酸循环

三羧酸循环柠檬酸循环