清华大学生物化学,三羧酸循环
生物化学复习笔记-三羧酸循环

三羧酸循环三羧酸循环, 也称柠檬酸循环(CAC). 发生在线粒体基质中.柠檬酸循环的基本步骤1.由糖酵解来的乙酰CoA将碳单位转移到草酰乙酸上, 该步由柠檬酸合酶催化, 生成柠檬酸. 这是一步不可逆反应, 看来是一步高能降低能的反应i.不可逆反应总是调控位点. 对柠檬酸合酶的调控主要是别构调节. 细胞高能的指示剂如ATP, NADH, 琥珀酰CoA都可以做别构抑制剂. 而ADP作为别构激活剂. 柠檬酸本身也可以反馈抑制.2.柠檬酸异构为异柠檬酸, 由顺乌头酸酶催化, 该步可逆, 但由于下一步很快. 所以这一步也经常按正方向进行. 该步是必不可少的, 将底物变的更易氧化.(羟基从中间移至一侧)3.上述羟基被氧化, 异柠檬酸被氧化脱羧, 形成α-酮戊二酸, 由异柠檬酸脱氢酶催化. 该反应强烈放能, 也是不可逆反应.涉及氧化还原的反应往往有NAD+的参与. NAD+把异柠檬酸氧化.自己生成NADHi.植物对于它的调控有共价修饰. 动物中则多为别构调节. ATP是异柠檬酸脱氢酶的负别构效应物, 而ADP和钙离子是正别构效应物, 可能是因为钙离子代表了肌肉收缩的信号. NADH作为产物也可以竞争性反馈抑制.4.α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA, 由α-酮戊二酸脱氢酶系催化. 之后都不能再掉碳了. 同样涉及NAD+变为NADH, 这也是不可逆反应i.该酶系的调控是CAC的重要调控点,与丙酮酸脱氢酶系相似, 但少了共价修饰的调节. 它主要有别构调节和产物的竞争性反馈抑制. 钙离子和ADP可以别构激活, α酮戊二酸脱氢酶, 琥珀酰CoA和NADH分别作为产物竞争反馈抑制后两个酶.5.唯一一步底物水平磷酸化, 琥珀酰CoA推动GTP形成, 生成琥珀酸, 由琥珀酰CoA合酶催化. 该步可逆.6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸, 由琥珀酸脱氢酶催化, 该酶在电子传递链中存在重要作用, 其就是复合体Ⅱ的主要成分(见电子传递链). 该步脱氢是用FAD做的.生成FADH27.延胡索酸生成苹果酸,由延胡索酸酶催化.8.苹果酸被氧化成草酰乙酸, 由苹果酸脱氢酶催化, 这个过程与苹果酸-天冬氨酸穿梭系统是一致的. NAD+变为NADH(见糖酵解)总的来说柠檬酸循环生成了3个线粒体的NADH, 1个FADH2, 1个GTP, 等同于10个ATP, 当然, 这只考虑了一个乙酰CoA, 而一个葡萄糖最后能形成两个乙酰CoA, 也就是等同于20个ATP.柠檬酸循环进来一个二碳单位, 同时途中掉过两次碳. 但这两个碳并不是进来的那个. CAC必须要有氧, 否则变化的NAD+, FAD无法再生.柠檬酸循环的回补反应CAC中的多种代谢产物可能被其他代谢通路用掉, 因此需要回补.1.草酰乙酸的回补.这是回补中最主要的途径, 由PEP被PEP羧化酶和生物素作用生成草酰乙酸, 或者由丙酮酸消耗1分子ATP被丙酮酸羧化酶和生物素反应, 生成草酰乙酸. 或者绕一圈, 由丙酮酸消耗NADPH, 变成苹果酸, 再生成一分子NADH 变成草酰乙酸. 这一步反应在后来的脂肪酸代谢也有重要的作用(见脂肪酸代谢)2.α-酮戊二酸的回补.谷丙转氨酶可以把谷氨酸转化成α-酮戊二酸.。
写出三羧酸循环的过程及意义

写出三羧酸循环的过程及意义三羧酸循环(也称为柠檬酸循环或Krebs循环)是细胞内生物化学过程中的一个重要步骤。
它是有氧呼吸中产生能量的关键步骤之一,同时也是许多生物合成过程的前体供应者。
本文将详细介绍三羧酸循环的过程及其在细胞代谢中的重要意义。
三羧酸循环发生在细胞质内的线粒体中,它是细胞中产生能量的最后一步骤。
循环的起点是柠檬酸(citrate),由乙酰辅酶A (acetyl-CoA)和草酰乙酸(oxaloacetate)通过柠檬酸合成酶(citrate synthase)催化反应生成。
随后,柠檬酸经过一系列的酶催化反应逐渐转化为草酰琥珀酸(succinyl-CoA),最后再经过几个步骤合成草酰乙酸。
在三羧酸循环中,每一转化步骤都由特定的酶催化。
例如,柠檬酸转化为异柠檬酸(isocitrate)是由柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase)催化的。
异柠檬酸再经过α-酮戊二酸脱氢酶(α-ketoglutarate dehydrogenase)催化转化为α-酮戊二酸(α-ketoglutarate)。
接着,α-酮戊二酸被琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化转化为琥珀酸。
草酰琥珀酸再经过琥珀酸辅酶A合成酶(succinyl-CoA synthetase)催化转化为草酰乙酸。
三羧酸循环的整个过程中,每一步转化过程都伴随着电子的转移和能量的释放。
具体来说,柠檬酸脱氢酶、α-酮戊二酸脱氢酶和琥珀酸脱氢酶这三个酶催化的反应是产生还原型辅酶NADH和FADH2的关键步骤。
这些还原型辅酶将在细胞色素系统中参与电子传递链反应,最终促使细胞合成大量三磷酸腺苷(ATP)。
除了产生能量外,三羧酸循环还是细胞代谢中多个生物合成过程的前体供应者。
其中,草酰乙酸可以通过一系列反应转化为丙氨酸,进而合成蛋白质。
琥珀酸则可以转化为琥珀醇(succinate)、丙氨酸和甘氨酸等,参与核酸和氨基酸的合成。
三羧酸循环 名词解释

三羧酸循环名词解释三羧酸循环是一种重要的生物化学过程,也被称为柠檬酸循环或Krebs循环。
它是细胞内供能的主要路径之一,通过将有机物质在细胞的线粒体中氧化分解,产生能量和二氧化碳。
三羧酸循环是一系列化学反应的循环过程,将碳源转化为能量形式(ATP)和电子供体NADH和FADH2。
三羧酸循环的过程可以分为八个主要反应,每个反应都由特定的酶催化,并产生特定的中间产物。
以下是对三羧酸循环主要反应的简要解释:1. 乙酰辅酶A与草酰乙酸的反应:乙酰辅酶A(由脂肪酸或糖类代谢生成)与草酰乙酸结合,释放出辅酶A,形成柠檬酸。
2. 柠檬酸的异构化:柠檬酸脱水酶催化柠檬酸的异构化,生成庚二酸。
3. 庚二酸的氧化:庚二酸经庚二酸脱氢酶氧化为苹果酸。
4. 苹果酸的脱羧:苹果酸脱羧酶催化苹果酸的脱羧反应,生成酮戊二酸。
5. 酮戊二酸的脱羧:酮戊二酸脱羧酶催化酮戊二酸的脱羧反应,生成亚戊酸。
6. 亚戊酸的还原:亚戊酸经亚戊酸脱氢酶的反应还原为乙酰辅酶A。
通过以上六个反应,三羧酸循环已将一个乙酰辅酶A转化为产生三个分子的二氧化碳和同时得到一个分子的GTP(能量)、三个分子的NADH(电子供体)和一个分子的FADH2(电子供体)。
这些中间产物随后可以进入细胞呼吸链中的氧化磷酸化反应,最终产生更多的ATP和水。
三羧酸循环在维持细胞能量平衡、产生ATP的还具有其他重要的生理功能。
柠檬酸从三羧酸循环中分子构造的角度来看,可以作为生物合成的前体,参与合成脂肪酸、胆固醇等重要有机物质;还可以参与尿素循环代谢途径的产生,对于氨基酸代谢和解毒过程十分重要。
三羧酸循环是一种复杂而重要的生物化学代谢过程,通过将有机物质氧化分解,产生能量和二氧化碳。
它在维持细胞能量平衡和参与许多生理功能方面起着关键作用。
进一步了解三羧酸循环的机制和生理特性,有助于我们对生物体能量代谢和相关疾病的理解,以及为药物和治疗方法的研发提供基础。
一、三羧酸循环的重要性三羧酸循环是细胞内最重要的代谢途径之一,它对于维持细胞能量平衡和生命活动至关重要。
三羧酸循环的过程

三羧酸循环的过程三羧酸循环,又称为克布斯循环或TCA循环(Tricarboxylic Acid Cycle),是生物体中发生的一种重要的生化过程。
三羧酸循环起源于糖酵解过程,在线粒子中进行。
该循环将糖类、脂肪和蛋白质代谢产物氧化为二氧化碳和能量,同时产生还原能力为进一步氧化合成ATP提供电子供体。
三羧酸循环的过程可以分为四个主要步骤:AcCoA与OAA结合形成柠檬酸;柠檬酸脱羧生成异柠檬酸;异柠檬酸再次脱羧生成橙酮戊二酸;橙酮戊二酸脱羧生成果酸,同时再生成OAA。
整个循环过程通过一系列的氧化还原反应和酶催化反应完成。
首先,醋酸辅酶A(AcCoA)与草酰乙酸(OAA)结合,经催化酶柠檬酸合酶反应生成柠檬酸。
这个反应是循环的起点,也是整个循环过程中唯一的偶一酸和四羧酸物质。
然后,柠檬酸发生脱羧反应,生成具有五个碳原子的异柠檬酸。
此过程通过酶催化,产生一分子的ATP和一分子的NADH。
异柠檬酸的产生是该循环中的重要步骤。
接下来,异柠檬酸在橙酮戊二酸合成酶的作用下,再次发生脱羧反应,生成橙酮戊二酸。
在该反应中,一分子的ATP和一个NADH被产生。
最后,橙酮戊二酸发生最后一次脱羧反应,生成果酸。
同时,该反应产生一个分子的ATP和一个分子的FADH2。
果酸和OAA重新结合,循环即可继续进行。
整个反应过程中总共产生三个分子的NADH和一个分子的FADH2,这些还原能力是在线粒子内进一步氧化合成ATP所需。
在三羧酸循环中,还必须考虑到由于氧化过程生成的高能电子(NADH和FADH2)的转运。
这些电子从三羧酸循环的反应产物中生产,随后通过无氧糖酵解和有氧呼吸链传递至电子接受体。
最终,作为能量的一部分,该电子将被动态地用于生物体内细胞呼吸的化学反应。
总结起来,三羧酸循环是一个重要的生物化学过程,它在细胞内发挥着能量转化和代谢物的合成的关键作用。
该循环通过有序的氧化还原反应和酶催化反应将有机物氧化为能量,并产生还原能力为进一步氧化合成ATP提供电子供体。
生物化学三羧酸循环教学阐述

生物化学三羧酸循环教学阐述生物技术的专业基础课是生物化学,是讲述生命的化学的一门课程,主要研究内容为:生物体的基本物质组成、结构特点、性质和生物学功能以及这些物质在体内的合成、降解和相互转化等的代谢途径及其调控规律,但是学生认为这是一门抽象、难懂、结构复杂、内容多、难以记忆的学科。
其中,四大营养物质代谢和调节是难点之一,这部分内容由于知识点分散庞杂,化学反应式繁多,代谢通路长,循环多,受到各种酶的精细调节等特点,同时还存在着有限的教学课时等问题,因此,一直出现了学生难学,教师难教等现象。
生物化学双语课的开展不仅要通过丰富的多媒体教学手段,还要求教师具有广泛的知识水平,较强的讲解能力。
据笔者根据多年的生物化学的双语教学实践,以“糖代谢”一章中“三羧酸”一节为例进行说课设计。
1 教材分析(1)教学内容。
教材选用的是《Principle of biochemistry(4thEdition)》,作者为Robert A Horton等人。
“糖代谢”一章主要讲述糖类物质在体内的转化过程,涉及一系列的生化反应。
根据我院《生物化学教学大纲》的要求,本章的理论教学共安排24学时,本次课“三羧酸循环”共4课时(180min)。
教学内容包括三羧酸循环的定义、发生的部位、丙酮酸进入三羧酸循环的准备阶段、循环反应过程、循环的生理意义和循环的调控等。
(2)教学目标。
为了培养学生独立思考和主动学习的习惯,应在教学中,要求学生掌握糖代谢中三羧酸循环的反应过程;掌握三羧酸循环的特点和意义;了解三羧酸循环的调控和了解三羧酸循环的发现历史。
(3)教学重点和难点。
教学重点:丙酮酸进入三羧酸循环的准备阶段;三羧酸循环代谢过程,其中哪些步骤是关键步骤,哪些步骤是产能步骤。
教学难点:三羧酸循环代谢步骤之间额逻辑联系。
2 教学方法和手段(1)总体构思。
首先复习上节课内容,接着引出本次课内容,对章节中的难点和重点内容给以框架式勾勒,然后逐步细致讲解,在讲解过程中提出问题启发学生,最后总结提高,是学生清楚明白三羧酸循环的整体内容。
三羧酸循环 名词解释

三羧酸循环名词解释
三羧酸循环是一种在细胞呼吸过程中产生能量的代谢途径。
也称为柠檬酸循环、Krebs循环或三酸循环。
在有氧条件下,三羧酸循环在线粒体的基质中进行。
三羧酸循环是将食物中的营养分子(如葡萄糖、脂肪和蛋白质)分解为二氧化
碳和水,并产生能量的过程。
它是细胞代谢中最重要的循环之一。
三羧酸循环通过一系列化学反应将醋酸(乙酸)转化为柠檬酸,再逐步分解为
琥珀酸、丙酮酸等化合物,最终循环回到起始物质醋酸。
在这个过程中,每转化一次三羧酸分子,就会释放出多个高能电子。
这些电子会被载体分子捕获,并在线粒体的电子传递链中产生靠谱三磷酸(ATP)和其他重要的能量分子。
三羧酸循环不仅与能量产生密切相关,还在许多其他生物化学代谢通路中发挥
着重要作用。
它产生的中间产物可以用于合成许多重要分子,如脂肪酸、胆固醇和氨基酸。
总之,三羧酸循环是一个复杂的细胞代谢过程,负责将食物中的能量转化为细
胞所需的高能分子,并参与合成其他重要分子。
这一循环在维持细胞正常功能和生命活动中起着不可或缺的作用。
三羧酸循环

关于柠檬酸(三羧酸)循环1.简介机体的生存需要能量,机体内主要提供能量的物质是ATP。
ATP的形成主要通过两条途径,一条是由葡萄糖彻底氧化为CO2和水,从中释放大量的自由能形成大量的ATP,另一条是在没有氧分子的参加的条件下,即无氧条件下,由葡萄糖降解为丙酮酸,并在此过程中产生2分子ATP。
而主要的产能途径还是有氧分解,在有氧的条件下,葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸之后会继续分解形成CO2和水,这一过程分为两个阶段,分别是柠檬酸循环和氧化磷酸化。
柠檬酸循环是在细胞的线粒体中进行的,之所以成为柠檬酸循环是因为在循环的一系列反应中,关键的化合物是柠檬酸,又因为它有三个羧基,所以又称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle),简称TCA循环。
柠檬酸循环途径的发现是生物化学领域的一项重大成就,1953年该项成就获得了诺贝尔奖,这项成就是生物化学宝库的一项经典。
柠檬酸循环不只是丙酮酸氧化所经历的途径,也是脂肪酸、氨基酸等各种燃料分子氧化分解所经历的共同途径。
2.过程柠檬酸循环的化学方程式表示如下:乙酰-CoA + 3NAD+ + FAD + ADP + Pi —→ 2CO2+ 3NADH + FADH2+ ATP + 2H++ CoASH(1)乙酰-CoA进入三羧酸循环葡萄糖在无氧条件下转变为丙酮酸后,在进入柠檬酸循环之前,先进行氧化脱羧转变为乙酰-CoA。
反应式如下:丙酮酸辅酶A 乙酰辅酶A该反应不可逆,由丙酮酸脱氢酶复合体催化。
乙酰-CoA是柠檬酸循环氧化二碳片段的碳源。
乙酰-CoA与草酰乙酸反应生成6碳三羧酸—柠檬酸,由此开始柠檬酸循环。
(2)异柠檬酸形成柠檬酸的叔醇基不易氧化,转变成异柠檬酸而使叔醇变成仲醇,就易于氧化,此反应由顺乌头酸酶催化,为一可逆反应。
(3)第一次氧化脱羧在异柠檬酸脱氢酶作用下,快速脱羧生成α-酮戊二酸、NADH和CO2,此反应是不可逆的,是三羧酸循环中的限速步骤,ADP是异柠檬酸脱氢酶的激活剂,而ATP,NADH是此酶的抑制剂。
生物化学6第六章 三羧酸循环

氨基酸
TCA中间产物
草酰乙酸
异生为葡萄糖
循环中间产物可为胞液中脂酸合成提供原料
柠檬酸-丙酮酸循环
乙酰CoA
合成脂酸
TCA循环中间产物可为非必需氨基酸合成提供碳架
谷氨酸脱氢酶
α-酮戊二酸 + NH4+
谷氨酸
NADH + H+
NAD+
3 添补反应补充TCA循环中间产物
参与其他代谢途径而消耗的TCA循环中间产 物必须及时补充,才能保持TCA循环顺利 进行。这类反应被称为添补反应 (anaplerotic reaction)。
共价修饰调节
二、TCA循环受底物、产物和调节酶活性调节 TCA循环的速度和流量主要受3种因素的调控:
底物的供应量 催化循环最初反应的酶的产物反馈别构抑制 产物堆积的抑制作用
1 TCA循环中有3个调节酶 TCA循环中催化3个不可逆反应的酶:
•柠檬酸合酶 •异柠檬酸脱氢酶 •α-酮戊二酸脱氢酶
乙酰CoA
此外,可由别的途径生成一些中间产物,如:
奇数碳链脂肪酸 某些氨基酸
琥珀酰CoA
α-酮戊二酸、 草酰乙酸
第四节 三羧酸循环的调控
一、丙酮酸脱氢酶复合体的活性变化可 影响乙酰CoA的生成
丙酮酸脱氢酶复合体的调节 别构调节
别构抑制剂:乙酰CoA、NADH、ATP 别构激活剂:AMP、 ADP、NAD+
2 不可能通过TCA直接从乙酰CoA合成草酰乙酸 或其他中间产物;同样,这些中间产物也不 可能直接在TCA循环中被氧化生成CO2和H2O。
3 TCA循环中的草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接 羧化,也可通过苹果酸脱氢产生。无论何种 来源,其最终来源是葡萄糖。
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E2 consists of three types of domains linked by short polypeptide linkers
Oxidative decarboxylation of pyruvate to acetyl-CoA by the PDH complex
• Substrates of the five reactions catalyzed by the pyruvate dehydrogenase complex are efficiently channeled---substrate channeling
Irreversible
Reactions of the citric acid cycle
The citric acid cycle
• Krebs was awarded the Nobel Prize in medicine in 1953 for revealing the citric acid cycle (thus also called the Krebs cycle).
4. The acetyl group (carried by
• Occurs in eight steps in mitochondria • Energy efficiently conserved • A hub in metabolism, serving in both catabolic
and anabolic processes
1. The cellular respiration
• The 8 electrons released are collected by three NAD+ and one FAD.
• One molecule of ATP (or GTP) is produced per cycle by substrate-level phosphorylation.
• The long lipoyllysine arm of E2 swings from the active site of E1 to E2 to E3, tethering the intermediates to the enzyme complex to allow substrate channeling.
• Pyruvate is converted to acetyl-CoA and CO2 by oxidative decarboxylation.
• The pyruvate dehydrogenase (PDH) complex is a huge multimeric assembly of three kinds of enzymes, having 60 subunits in bacteria and more in mammals.
CoA) is completely oxidized to CO2 via the citric acid cycle
• The 4-carbon oxaloacetate (草酰乙酸) acts as the “carrier” for the oxidation.
• The two carbons released as 2 CO2 in the first cycle of oxidation are not from the acetyl-CoA just joined.
Production of acetyl-CoA
Oxidative decarboxylation
Critical to its role as an acyl carrier in a number of metabolic reactions
(thioester)
Lipoate can act as a carrier of both hydrogen and an acetyl group
for biosynthetic reactions
Fates of pyruvate
Citric Acid Cycle (三羧酸循环)
• Also called the tricarboxylic acid cycle (TCA) or the Krebs cycle
• Pyruvate completely oxidized to CO2 and H2O in the presence of O2---cellular respiration
(complete oxidation of fuels) can be
divided into three stages
• Stage I All the fuel molecules are oxidized to generate a common two-carbon unit, acetyl-CoA.
Reactions of the citric acid cycle
Step 1: condensation
Structure of citrate synthase
Citrate synthase ---induced fit
Step 2: dehydration & hydration
• Stage II Acetyl-CoA is completely oxidized to CO2, with electrons collected by NAD and FAD via the citric acid cycle.
• Stage III Electrons of NADH and FADH2 are transferred to O2 via a series of carriers, producing H2O and a H+ gradient, which will promote ATP formation.
2. Pyruvateby the pyruvate
dehydrogenase complex
• Pyruvate is first transported into mitochondria via a specific transporter on the inner membrane.
Production of acetyl-CoA
Oxidative decarboxylation
Thiamine pyrophosphate (TPP, 硫胺焦磷酸, derived from vitamin B1) acts as the coenzyme of the decarboxylase.
• Hans Krebs proposed the “citric acid cycle” for the complete oxidation of pyruvate in animal tissues in 1937.
• The citric acid cycle was confirmed to be universal in cells by in vitro studies with purified enzymes and in vivo studies with radio isotopes (“radio isotope tracer experiments”).
Step 8 dehydrogenation
Reactions of the citric acid cycle
Products of one turn of the citric acid cycle
Products of one turn of the citric acid cycle
Pyruvate Dehydrogenase Complex (PDH)
Three-enzyme complex
E1: pyruvate dehydrogenase (TPP) E2: dihydrolipoyl transacetylase (lipoate)--core E3: dihydrolipoyl dehydrogenase (FAD)
Step 3 oxidative decarboxylation
Two isozymes
Step 4 oxidative decarboxylation
?
Similar to pyruvate dehydrogenase complex
Step 5 substrate-level phosphorylation
(Two isozymes, one for GDP, the other for ADP)
Step 6 dehydrogenation
(Membrane-bound)
Competitive Inhibitor
Step 7 hydration
Stereospecific
(trans)
(cis)
3. The complete oxidation of pyruvate in
animal tissues was proposed to undergo
via a cyclic pathway
• O2 consumption and pyruvate oxidation in minced muscle tissues were found to be stimulated by some four-carbon dicarboxylic acids (fumarate, succinate, malate and oxaloacetate), five-carbon dicarboxylic acid (aketoglutarate ), or six-carbon tricarboxylic acids (citrate, isocitrate, cis-aconitate).
Plus 2 regulatory proteins (a protein kinase and a phosphoprotein phosphatase)