chapter23柠檬酸循环讲解
生物化学-23章 柠檬酸循环
兑换率 1：2.5
总计：32ATP
三 羧 酸 循 环 的 调 节
柠檬酸合成酶
O
CoASH
CH3-C-SCoA
草酰乙酸
柠檬酸
琥珀酰CoA
顺乌头酸
NADH ATP
苹果酸
NADH ATP
异柠檬酸
-
+
ADP
调节位点
延胡索酸 －酮戊二酸
（限速酶） 异柠檬酸脱氢酶 －酮戊二酸脱氢酶
琥珀酸 琥珀酰CoA
琥珀酰CoA
NADH
三羧酸循环的生物学意义
是有机体获得生命活动所需能量的主要途径
是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物
• 催化酶： 这一多酶复合体位于线粒体内膜 上，原核细胞则在胞液中。
E1-丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶） E2-二氢硫辛酸乙酰基转移酶 E3-二氢硫锌酰胺脱氢酶。 焦磷酸硫胺素（TPP)、硫辛酸、 COASH、FAD、NAD+、Mg2+
三种酶 丙酮酸脱氢酶系 六种辅助因子
三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TCA
循环） 1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能 量计量
3、 三羧循环的生物学意义
4、 三羧酸循环的调控
O
CoASH
CH3-C-SCoA
柠檬酸 草酰乙酸
三羧酸循环 （TCA）
NADH
NAD+
柠檬酸的 生成阶段
顺乌头酸
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
NADH +CO2
H2O
草酰乙酸 再生阶段
第23章 柠檬酸循环
丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解
第23章 三羧酸循环
本章要点
丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA的反应过程及酶系 三羧酸循环的反应机制 三羧酸循环的调节 三羧酸循环的脱氢部位及产能部位 三羧酸循环的能量结算 三羧酸循环的填补反应 说明生物体内H2O，CO2，ATP都是怎样生成的？
23 章完
三种酶：
E1 丙酮酸脱氢酶 (pyruvate dehydrogenase component) E2 二氢硫辛酸转乙酰基酶 (dihydrolipoyl transacetylase) E3 二氢硫辛酸脱氢酶 (dihydrolipoyl dehydrogenase) 六种辅助因子： TPP FAD 硫辛酸 NAD CoA Mg++
COOCH2 CH2 C S O CoA COO-
GDP + Pi
GTP
CH2 CH2
CoASH
COO-
琥珀酰—CoA
琥珀酸
The reactional mechanism of TCA
6）琥珀酸 +FAD→ 延胡索酸+FADH2
COOCH2 CH2 COOCOO-
FAD
FADH2
CH HC COO-
The reactional mechanism of TCA
The reactional mechanism of TCA
柠檬酸合酶(Citrate synthase)
调控酶：ATP 、NADH、琥珀酸—CoA、酯酰— CoA等抑制其活性 是柠檬酸循环中的限速酶
The reactional mechanism of TCA
α--酮戊二酸脱氢酶复合体：
三种酶：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) 六因子：TPP 硫辛酸 CoA FAD NAD Mg++
柠檬酸循环
柠檬酸循环—焚烧炉 CoASH 柠檬酸
精氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 脯氨酸
丙酮酸
乙 酰 CoA 草酰乙酸
乙 酰 乙 酰 CoA
天冬酰胺
谷氨酸
异柠檬酸
异亮氨酸 甲硫氨酸
α -酮 戊 二 酸 缬 氨 酸
苯丙氨酸
谷氨酰胺
酪氨酸 亮氨酸 赖氨酸 色氨酸
苹果酸 三羧酸循环
琥 珀 酰 CoA
延胡索酸
苯丙氨酸 酪氨酸
二、柠檬酸循环概貌
Citric Acid Cycle
C 2乙 酰 ---C oA
NADH C 4草 酰 乙 酸
C 6柠 檬 酸
C 4苹 果 酸
C 6顺 乌 头 酸
C 4延 胡 索 酸
FADH2
C 6异 柠 檬 酸
NADH
C 4琥 珀 酸
GTP
C 4琥 珀 酰 -C oA
C 6草 酰 琥 珀 酸
CO2
加水加氢
糖酵解+三羧酸循环的效 率
糖酵解
1G → 2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸
→ 7ATP
三羧酸循环 2丙酮酸 → 25ATP
———————————————————————
32ATP
• 储能效率=32 ×7.3/686= 34.05 %
其余能量以热量形式： 一部分维持体温，一部分散失。
总反应式
7、延胡索酸水合生成 L-苹果酸 Hydration of Fumarate to Produce Malate
8、 L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate
被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动
第23章 柠檬酸循环
丙丙丙
(-)NADH, 草 草 CoA
（－）NADH、乙酰CoA
丙丙丙丙丙丙 复碳碳
（＋） CoA SH、NADH、Ca2+ (+)CoASH,NAD (-)琥珀酰－CoA，NADH、 ATP、柠檬酸
CoASH
草 草 CoA
草草草丙
苹苹丙
柠柠丙
延延延丙 异柠柠丙
(-)NADH
(-)NADH、ATP、柠檬酸
在柠檬酸循环的总反应中，对于进入循环的每个乙酰CoA 都可以产生3分子NADH、1分子FADH2和1分子的GTP或 ATP。 通过位于线粒体内膜的电子传递链，NADH和FADH2被氧 NADH FADH2 化，伴随着氧化过程可以进行氧化磷酸化生成ATP。每一 分子的NADH被氧化为NAD＋时可以生成2.5分子ATP；而 一分子FADH2被氧化为FAD时可以产生1.5分子ATP，因 此一分子乙酰CoA通过柠檬酸循环和氧化磷酸化可以产生 10分子ATP。 一分子葡萄糖降解，它产生的总的ATP数量是32个
O
丙酮酸脱氢酶系（复合物）位于线粒体膜上。 组成：丙酮酸脱氢酶（E1）、 二氢硫辛酰乙酰转移酶（E2） 二氢硫辛酸脱氢酶（E3） TPP（焦磷酸硫胺素）、CoASH、 硫辛酸、FAD 、NAD＋和Mg2+
草 草 CoA
o
o
3
O H3C C COO
丙丙丙
酮丙二二丙 转草草氨丙
H
H TPP
丙丙丙 丙丙丙
草酰乙酸 ＋ADP ＋Pi
CO 2
丙丙丙
氨氨丙、尿尿 嘧嘧嘧嘧丙
Asp
草 草 CoA
碳碳碳碳碳
柠 檬 酸 循 环 的 双 重 作 用
草草草丙
苹苹丙
第二十三章 柠檬酸循环
≤课前回顾≥提问：1. 糖酵解的关键酶及其调控？2. 糖酵解的能量计算？≤教学目的≥1. 掌握柠檬酸循环中的关键酶和关键产物，发生场所2. 掌握循环过程中 ATP 的生成3. 了解柠檬酸循环的意义≤重点难点≥柠檬酸循环的关键酶和 ATP 的生成，柠檬酸循环的调节≤教学内容≥一 . 概述：葡萄糖通过糖酵解产生的丙酮酸，在有氧条件下，将进入三羧酸循环进行完全氧化，生成 H2O 和CO 2，并释放出大量能量。
由于分子氧是此系列反应的最终受氢体，所以又称为有氧分解。
绝大多数组织细胞通过糖的有氧氧化途径获得能量。
此代谢过程在细胞胞液和线粒体内进行，一分子葡萄糖彻底氧化分解可产生 36/38 分子 ATP 。
二．糖的有氧氧化代谢途径㈠可分为三个阶段：葡萄糖→ 丙酮酸→ 乙酰 COA → H 2 O 和 CO 2第一阶段：糖酵解葡萄糖→ 丙酮酸第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸→ 乙酰辅酶 A ，简写为乙酰 CoA ）第三阶段：三羧酸循环（乙酰 CoA → H2O 和 CO2，释放出能量）1 ．葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮酸：此阶段在细胞胞液中进行，与糖的无氧酵解途径相同，涉及的关键酶也相同。
一分子葡萄糖分解后生成两分子丙酮酸，两分子（ NADH+H+ ）并净生成 2 分子 ATP 。
NADH 在有氧条件下可进入线粒体产能，共可得到2×2 或2×3 分子 ATP 。
故第一阶段可净生成 6/8 分子 ATP 。
2 丙酮酸的氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中间环节。
此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。
丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下，脱羧形成乙酰 CoA 。
丙酮酸脱氢酶系是一个非常复杂的多酶体系，主要包括：三种不同的酶（丙酮酸脱羧酶（ E1 ）、二氢硫辛酸乙酰转移酶（ E2 ）和二氢硫辛酸脱氢酶（ E3 ）），和 6 种辅因子（ TTP 、硫辛酸、 FAD 、 NAD+ 、 CoA 和 Mg2+ ）。
柠檬酸循环_百替生物
柠檬酸循环_百替生物第23章柠檬酸循环23.1本章主要内容1）柠檬酸循环的概念和意义2）柠檬酸循环的化学历程3）柠檬酸循环的能量变化总量和部位23.2教学目的和要求：通过本章学习，使学生掌握柠檬酸循环的概念、化学历程以及能量变化，了解柠檬酸循环代谢的障碍症。
23.3重点难点1.柠檬酸循环的化学历程2.柠檬酸循环的能量变化23.4教学方法与手段讲授与交流互动相结合，采用多媒体教学。
23.5授课内容一、三羧酸循环的化学历程在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。
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，称为柠檬酸循环，由于柠檬酸含三个羧基，所以亦称为三羧酸循环。
(tricarboxylic acid cycle),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。
1.TCA第一阶段：柠檬酸生成2.TCA第二阶段：氧化脱羧3.TCA第三阶段：草酰乙酸再生二、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量1．总反应式:CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O?2CO2+CoA-SH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP2．三羧酸循环的能量计量能量“现金”:1GTP生成1ATP能量“支票”:3NADH生成9ATP1FADH2生成2ATP3．葡萄糖完全氧化产生的ATP酵解阶段：2ATP消耗2ATP2×1NADH生成6ATP或生成4ATP丙酮酸氧化：2×1NADH生成6ATP三羧酸循环：2×1G TP生成2ATP2×3NADH生成18ATP2×1FADH2生成6ATP总计：38ATP或36ATP三、三羧循环的生物学意义1有机体获得生命活动所需能量的主要途径2糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽3形成多种重要的中间产物4发酵产物重新氧化的途径四、三羧酸循环的调控1三羧酸循环的调控位点及相应调节物调控位点激活剂抑制剂a柠檬酸合成酶NAD+ATP（限速酶）NADH琥珀酰CoA脂酰CoAb异柠檬酸ADP ATP脱氢酶NAD+NADHcα-酮戊二酸ADP NADH脱氢酶NAD+琥珀酰CoA2关键因素：[NADH]/[NAD+][ATP]/[ADP]23.6教学建议理论联系实际，让学生从日常生活中饮食出发，了解糖类物质在体内的有氧降解途径与能量变化，激发学习兴趣，为学生学习其他物质的代谢奠定基础。
23柠檬酸循环
丙酮氧化脱羧的总反应式：
O
丙酮酸脱氢酶系 O
CH3CCOOH + HS-CoA+ NAD+
CH3C SCoA＋ CO2 ＋NADH
4.2－氟乙酸是在部分南部非洲植物中被发现的一种动 物毒素，可被用作饵捕杀野兔，（此毒素被称为1080）。 食入该毒素后，它被转化为2－氟乙酰－COA， 2－氟 乙酰－COA在柠檬酸循环中有何去路？其毒性机制是什 么？
二.三羧酸循环
1.乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
柠檬酸合成酶
柠檬酸合成酶是一个调控酶，体外实验表明：酶的活性受 ATP、NADH、琥珀酰COA和长链脂肪酰COA抑制。 氟乙酰COA可与柠檬酸合成酶反应形成氟柠檬酸，因为它 可抑制下一步反应的酶，因此这反应称为称为致死合成， 可以利用这一特性合成杀虫剂或灭鼠药。
第三节 柠檬酸循环
大多数动物、植物和微生物，葡萄糖通过糖酵解产 生的丙酮酸，在有氧条件下，氧化脱羧形成乙酰辅 酶A。乙酰辅酶A经过一系列氧化、脱羧，最终生 成H2O 和CO2，并释放出大量能量的过程称为三羧 酸循环（tricarboxylic acid cycle)又柠檬酸循环， 简写为TCA循环，因为它是由H.A.Krebs正式提出， 所以又称Krebs循环。
丙酮酸的有氧氧化包括两个阶段：
第一 阶段：丙酮酸的氧化脱羧（丙酮酸 乙酰辅酶A，简写为乙酰CoA）
第二阶段：柠檬酸循环（乙酰CoA H2O 和CO2，释放出能量）
一.丙酮酸的氧化脱羧
• 丙酮酸氧化脱羧反应是连接糖酵解和三羧酸循环的中 间环节。此反应在真核细胞的线粒体基质中进行。
生物化学课件-柠檬酸循环
酶複合物的活性 Ca2+、胰島素啟動
Chapter23 檸檬酸迴圈
三、TCA迴圈
（二）檸檬酸迴圈概貌（98頁）
是乙醯CoA與草醯 乙酸結合進入迴圈經 一系列反應再回到草 醯乙酸的過程。在這 個過程中乙醯CoA被 氧化成H2O和CO2並 產生大量的能。其反 應途徑可表示如圖
Chapter23 檸檬酸迴圈
Tricarboxylic acid cycle
Chapter23 檸檬酸迴圈
三羧酸迴圈(tricarboxylic acid cycle, TCA 迴圈or Krebs迴圈)
一、TCA迴圈的發現
●德國科學家Hans Krebs 1937年提出，1953年獲得諾 貝爾獎，並被稱為ATP迴圈 （檸檬酸迴圈）之父。
NAD+
CoASH
+ NADH + H
(1)
CO 2
草醯乙酸
CH3CO~SCoA 乙醯 CoA
(4)(7)(8)(10)
• 產能步驟 • 2NAD(P)H • 1FADH2
OC COOH
(10) C COOH
H
H2
L-蘋果酸HOC COOH NADH+H+
(2)
C COOH
H2O
H 2O (9) H2
NADH CO 2
+
+ H
NAD+
CH2COOH COCOOH
CH 2
(5) 草醯琥珀酸
COCOOH CO2
(6)
CoASH α-酮戊二酸
(7) 琥珀醯CoA合成酶 (8) 琥珀酸脫氫酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L-蘋果酸脫氫酶
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三、柠檬酸(三羧酸)循环反应机制
乙酰 CoA 经一系列的氧化、脱羧， 最终生成CO2和H2O，并产生能量的过程， 即乙酰 CoA 与草酰乙酸缩合生成柠檬酸， 再经一系列的氧化、脱羧，循环后再生 草 酰 乙 酸 ， 其 中 生 成 2CO2 ， 3 （ NADH+H+ ）， 1GTP(ATP) ， 1FADH2 。
习题 • 4 、在生物细胞内， 1 摩尔 3– 磷酸甘油酸彻底氧化为 CO2和H2O，可生成多少ATP？ • 5 、用 14C 标记葡萄糖的第 3 号碳原子，将这种 14C 标记 的葡萄糖在无氧条件下与肝匀浆保温，那么，所产生 的乳酸分子中哪个碳原子将是含14C标记的？如果将此 肝匀浆通以氧气，则乳酸将继续被氧化，所含标记碳 原子在哪一步反应中脱下的CO2含14C？ • 6、有那些辅酶（或辅基）参加糖的有氧分解？这些辅 酶（或辅基）若含维生素和核苷酸，请分别写出。
五、柠檬酸循环的调控
• • • • （一）柠檬酸本身制约系统的调节 1、底物：乙酰辅酶A，草酰乙酸 2、产物：NADH 3、酶的别构调节：柠檬酸合酶，异柠檬 酸脱氢酶，-酮戊二酸脱氢酶
TCA
循 环 的 调 节
习题 • 影响柠檬酸循环中酶活性的因素是 • A、每个细胞中线粒体数目 • B、细胞内[ADP]/[ATP]的比值 • C、细胞内核糖体的数目 • D、细胞内[cAMP]/[cGMP]的比值 • * 以FAD为辅基的脱氢酶是： • A 3－磷酸甘油醛脱氢酶 B 丙酮酸脱氢酶系 • C 异柠檬酸脱氢酶 D 琥珀酸脱氢酶 • E 苹果酸脱氢酶 F 6－磷酸葡萄糖脱氢酶 • 1、试计算在三羧酸循环中，由异柠檬酸转变为琥珀酸 过程中的P/O比值。 • 2、计算在三羧酸循环中，由琥珀酸转变为草酰乙酸过 程中的P/O比值。 • 3、试计算1摩尔乳酸经三羧酸循环等途径彻底氧化成 CO2和H2O时共可生成多少ATP?
TCA 简 图
柠檬酸酸循环过程
乙酰辅酶A
草酰乙酸 柠檬酸
苹果酸
异柠檬酸
延胡索酸
a-酮戊二酸
琥珀酸
琥珀酸 辅酶A
柠 檬 酸 ห้องสมุดไป่ตู้ 环 过 程
（柠檬酸合酶）
草酰乙酸
柠檬酸合酶抑制剂：氟乙酰-CoA,
丙酮酰- CoA
（ 酶一 ） 缩草 合酰 形乙 成酸 柠与 檬乙 酸酰 辅
A
（二）柠檬酸异构化生成异柠檬酸
（五）琥珀酰-CoA转化生成琥珀 酸并产生一个高能磷酸键
（琥珀酰-CoA合成酶）
（六）琥珀酸脱氢生成延胡索酸
（琥珀酸脱氢酶）
（七）延胡索酸水合形成L-苹果酸
H2O
（延胡索酸酶）
（八）苹果酸氧化再生草酰乙酸
（苹果酸脱氢酶）
TCA小结
1 ）循环从 C4 物与乙酰 CoA 缩合生成 C6 物 开始； 2) 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 3 次以 NAD+为氢受体，1次以FAD为氢受体； 4 ）每循环一次，底物水平磷酸化一次生 成1GTP(ATP)；
TCA小结（续）
5 ）循环一次结束以 C4 物（草酰乙酸）重新 生成为标志； 6） 总反应： 乙酰-CoA+2H2O+3NAD++FAD+GDP +Pi 2CO2+3(NADH+H+)+FADH2+GTP+CoASH
TCA 循 环 小 结 总 图
四、柠檬酸循环的化学总结算
Glucose（胞液） -2ATP ATP生成 +) （需经 +4ATP, +2(NADH+H 统计：P142 穿梭系统进入线粒体） 丙酮酸（线粒体） +2(NADH+H+)+2CO2 TCA +2[2CO2+3(NADH+H+) +FADH2+GTP] 氧化磷酸化，总：34ATP 净：32ATP
葡萄糖丙酮酸（若无氧）乳酸或乙
醇
丙酮酸 （有氧） CO2+H2O
乙酰辅酶A 草酰乙酸 苹果酸 异柠檬酸 柠檬酸
第 23 章 柠 檬 酸 循 环
延胡索酸 a-酮戊二酸 琥珀酸
琥珀酸 辅酶A
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的 准备阶段——形成乙酰- CoA
lipoamide
丙酮酸脱氢酶复合体的组成
• 1、酶：E1 丙酮酸脱氢酶，E2 二氢硫辛 酰转乙酰基酶，E3 二氢硫辛酸脱氢酶 • 2、辅助因子：辅酶A，NAD+，TPP， FAD，硫辛酰胺
• *砷化物对硫辛酰胺具有毒害作用
丙酮酸脱氢酶系催化的反应
二、柠檬酸循环概述
• • • • • 1、三种名称： （1）柠檬酸循环 （2）三羧酸循环(TCA循环） （3） Krebs循环 2、过程实质：1分子乙酰辅酶A通过和草酰乙酸结合 进入循环，形成的一系列中间物质通过脱羧释放CO2， 通过脱氢产生NADH，FADH2和ATP，进一步供能， 并生成H2O。 3、循环的作用： （1）供能 （2）提供新陈代谢的中间产物 （3）是糖，脂肪酸，氨基酸等氧化分解的共同途径
（乌头酸酶）
（三）异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸
（异柠檬酸脱氢酶）
（四）-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA
（-酮戊二酸脱氢酶系）
氧化释放的能量贮存于硫酯键 中
-酮戊二酸脱氢酶复合体
与 Py dHE 复合物的组成及作用非常相似，包 括三个酶组分： 1）-酮戊二酸 dHE(E1’) 2） 琥珀酰转移酶(E2’) 3） 二氢硫辛酸dHE(E3’) 还有六种辅助因子：TPP, CoA, FAD, NAD+, 硫辛酸(Lipoamide)及Mg2+。催化反应： -Ketoglutarate+CoA+NAD+ succinyl CoA+CO2+NADH+H+ 酶也是调节酶，受产物NADH, succinyl CoA 和Ca2+抑制；ATP、 GTP对酶有反馈抑制；不 受磷酸化的共价调节。