第23章三羧酸循环讲义教材
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第二十三章 三羧酸循环
柠檬酸合酶在催化过程中先后发生的两次构象变化既防 止了乙酰-CoA的提前释放，也大大降低了乙酰-CoA在活 性中心被Asp残基水解成乙酸的可能性。
柠檬酸的合成
柠檬酸合酶的两种构象
氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响
反应2：柠檬酸的异构化
柠檬酸异构化成异柠檬酸
由顺乌头酸酶催化 柠檬酸不是氧化的好底物，但异柠檬酸却不
一样，经过异构化，三级羟基变成了易氧化 的二级羟基 在形成的异柠檬酸分子中，羟基只会与来源 于草酰乙酸的β-碳原子而绝对不会与来源 于乙酰-CoA的β-碳原子相连! 顺乌头酸酶使用铁硫蛋白为辅助因子
柠檬酸的异构化
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
顺乌头酸酶催化反应中产物的立体专一性
反应3：异柠檬酸的脱氢
脂肪酸的β氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化
反应1：柠檬酸的合成
这是一步不可逆反应
由柠檬酸合酶催化
柠檬酸合酶由两个相同的亚基组成，它被视为酶“诱导 契合”学说又一代表性的例子
在无底物结合时，酶两个亚基的构象呈开放型；当结合 底物以后，则被诱导为紧密型。在反应中，OAA首先与 酶活性中心结合，这种结合迅速诱导活性中心的构象发 生变化，从而创造出乙酰-CoA的结合位点。随后，乙酰CoA结合到酶活性中心，并与OAA形成柠檬酰-CoA。这 时，酶的构象再次发生变化，远离活性中心的一个关键 的Asp残基被拉入到柠檬酰-CoA上的硫酯键，很快硫酯键 被切开，终产物辅酶A和柠檬酸被依次释放。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
柠檬酸的合成
柠檬酸合酶的两种构象
氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响
反应2：柠檬酸的异构化
柠檬酸异构化成异柠檬酸
由顺乌头酸酶催化 柠檬酸不是氧化的好底物，但异柠檬酸却不
一样，经过异构化，三级羟基变成了易氧化 的二级羟基 在形成的异柠檬酸分子中，羟基只会与来源 于草酰乙酸的β-碳原子而绝对不会与来源 于乙酰-CoA的β-碳原子相连! 顺乌头酸酶使用铁硫蛋白为辅助因子
柠檬酸的异构化
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
顺乌头酸酶催化反应中产物的立体专一性
反应3：异柠檬酸的脱氢
脂肪酸的β氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化
反应1：柠檬酸的合成
这是一步不可逆反应
由柠檬酸合酶催化
柠檬酸合酶由两个相同的亚基组成，它被视为酶“诱导 契合”学说又一代表性的例子
在无底物结合时，酶两个亚基的构象呈开放型；当结合 底物以后，则被诱导为紧密型。在反应中，OAA首先与 酶活性中心结合，这种结合迅速诱导活性中心的构象发 生变化，从而创造出乙酰-CoA的结合位点。随后，乙酰CoA结合到酶活性中心，并与OAA形成柠檬酰-CoA。这 时，酶的构象再次发生变化，远离活性中心的一个关键 的Asp残基被拉入到柠檬酰-CoA上的硫酯键，很快硫酯键 被切开，终产物辅酶A和柠檬酸被依次释放。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
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++
三羧酸循环及其生理意义
3
1、三羧酸循环的关键步骤、关键 酶及其作用。
2、三羧酸循环的特点。 3、三羧酸循环的生理意义。
4
三羧酸循环又称为柠檬酸循环， 是物质代谢和能量代谢的关键环节。循 环由草酰乙酸与乙酰COA缩合成含有3个 羧基的柠檬酸开始，经过一系列的脱氢 和脱羧反应后，又以草酰乙酸的再生成 结束。每次循环相当于一乙个酰基 被氧 化。
E、采用多媒体课件教学有助于突出重点内容和关
键步骤，而且更加生动形象，起到化难为易的作
用。
20
4、点到为止，留有余味。“三羧酸循环” 是多种物质代谢和能量代谢的中心环节，在 氨基酸和脂代谢没讲之前，需留有余味，点 到为止。
5、物质的分子结构对医学生不要求掌握，只 要求对个别重要物质的分子结构有一些了解 及印象，以便对一些重要的反应步骤及其生 理意义有更进一步的认识和理解。这样可以 使学生集中精力学习和理解在医学和临床实 践中更加有用的知识，因此没作更多的要求。
脂肪
氨基酸 α -酮戊二酸
12
又如：
三羧酸循环中的琥珀酸、延胡索酸、 草酰乙酸等都有象α-酮戊二酸这样的联 系和沟通作用。
（这在第八章的第四节中还将作详 细介绍。）
13
上面就是我们这堂课学习的全部内容。 现在让我们简要回顾一下我们这堂课的重点 内容：
1、三羧酸循环的关键反应及关键酶有：
柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶
15
请思考： 三羧酸循环障碍常发生在哪些 环节？对物质和能量代谢会产生什么样的 影响？
引导、提示:
从以下几个方面考虑：
关键步骤（或关键酶）、能量代谢、某些 代谢物（中间产物）堆积、引起哪些疾病等。
16
17
1、生物化学是医学基础课中比较难学的一门重要 课程。而“三羧酸循环”是物质代谢和能量代 谢的核心，是《生物化学》的重中之重，同时 也是生物化学中学生感到很难学的内容（即难 中之难）。因此，讲好这一重点，突破这一难 点，是讲好这门课程的关键。有助于学生认识 和理解物质代谢和能量代谢的关键所在，理顺 物质
1、三羧酸循环的关键步骤、关键 酶及其作用。
2、三羧酸循环的特点。 3、三羧酸循环的生理意义。
4
三羧酸循环又称为柠檬酸循环， 是物质代谢和能量代谢的关键环节。循 环由草酰乙酸与乙酰COA缩合成含有3个 羧基的柠檬酸开始，经过一系列的脱氢 和脱羧反应后，又以草酰乙酸的再生成 结束。每次循环相当于一乙个酰基 被氧 化。
E、采用多媒体课件教学有助于突出重点内容和关
键步骤，而且更加生动形象，起到化难为易的作
用。
20
4、点到为止，留有余味。“三羧酸循环” 是多种物质代谢和能量代谢的中心环节，在 氨基酸和脂代谢没讲之前，需留有余味，点 到为止。
5、物质的分子结构对医学生不要求掌握，只 要求对个别重要物质的分子结构有一些了解 及印象，以便对一些重要的反应步骤及其生 理意义有更进一步的认识和理解。这样可以 使学生集中精力学习和理解在医学和临床实 践中更加有用的知识，因此没作更多的要求。
脂肪
氨基酸 α -酮戊二酸
12
又如：
三羧酸循环中的琥珀酸、延胡索酸、 草酰乙酸等都有象α-酮戊二酸这样的联 系和沟通作用。
（这在第八章的第四节中还将作详 细介绍。）
13
上面就是我们这堂课学习的全部内容。 现在让我们简要回顾一下我们这堂课的重点 内容：
1、三羧酸循环的关键反应及关键酶有：
柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶
15
请思考： 三羧酸循环障碍常发生在哪些 环节？对物质和能量代谢会产生什么样的 影响？
引导、提示:
从以下几个方面考虑：
关键步骤（或关键酶）、能量代谢、某些 代谢物（中间产物）堆积、引起哪些疾病等。
16
17
1、生物化学是医学基础课中比较难学的一门重要 课程。而“三羧酸循环”是物质代谢和能量代 谢的核心，是《生物化学》的重中之重，同时 也是生物化学中学生感到很难学的内容（即难 中之难）。因此，讲好这一重点，突破这一难 点，是讲好这门课程的关键。有助于学生认识 和理解物质代谢和能量代谢的关键所在，理顺 物质
三羧酸循环
第四节
磷酸戊糖途径
PPP途径；(磷酸)己糖支路； 磷酸葡萄糖酸途径；HMP途径。
一、反应历程 二、生理意义 三、调控位点
第八章 糖类代谢
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 生物体内的糖类 糖 酵 解 柠 檬 酸 循 环 磷酸戊糖途径 糖异生作用 双糖和多糖的 降解与合成
第三节 柠檬酸循环
一. 丙酮酸氧化脱羧 二. 柠檬酸循环的历程 三. 柠檬酸循环中ATP的形成 四.柠檬酸循环的生理意义 五.柠檬酸循环的调控 六. 柠檬酸循环的回补反应
草酰乙酸
六.柠檬酸循环的回补反应
1.丙酮酸 草酰乙酸 丙酮酸 + CO2 + ATP 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸 + ADP + Pi 2.磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 3.丙酮酸 苹果酸 草酰乙酸 4.谷氨酸、天冬氨酸转氨作用
二、生理意义：
1、生成大量的还原力 (NADPH)从而驱动还 原性的生物合成。
2、产生大量的各种 碳骨架用于合成代 谢同时成为各种代 谢底物的转化桥梁。
3、通过3-磷酸甘油醛 和6-磷酸果糖连接糖 酵解和TCA循环从 而适应环境的不同 变化。
4. PPP 途径与植 物的光合作用密 切相关。
三、调控位点： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶
丙酮酸
乙酰辅酶A 草酰乙酸
柠檬酸循环
苹果酸
延胡索酸
异柠檬酸
a-酮戊二酸
琥珀酸 辅酶A
↓
↙
催 化 式 循 环
第三节 柠檬酸循环
一. 丙酮酸氧化脱羧 二. 柠檬酸循环的历程 三. 柠檬酸循环中ATP的形成 四.柠檬酸循环的生理意义 五.柠檬酸循环的调控 六. 柠檬酸循环的回补反应
三.柠檬酸循环中 ATP 的形成
第23章柠檬酸循环下册P92
第23章、柠檬酸循环（下册P92）这一章也是代谢中的重中之重。
学生通过学习要全面掌握本章的所有内容，特别是：1、TCA循环的部位，2、TCA循环的生物学意义，3、丙酮酸脱氢酶系，4、TCA循环重的调节步骤，调节酶，5、三羧酸循环和糖酵介、乳酸循环、氧化磷酸化、脂肪酸氧化、合成、氨基酸代谢等途径的关系，6、TCA中的底物磷酸化等。
本章的主要内容：酵解产生的丙酮酸在有氧条件下，继续进行有氧分解最后形成CO2和水，并产生ATP，经历途径分为两个阶段，分别为柠檬酸循环和氧化磷酸化。
柠檬酸循环又称三羧酸循环（TCA），又称Krebs循环，在细胞线粒体中进行。
TCA是糖、脂类和氨基酸代谢的最后共同途径，其中间体可作为许多生物合成的前体。
丙酮酸通过TCA进行脱羧和脱氢反应，羧基形成CO2，氢原子则随载体（NAD+、FAD）进入电子传递链，经过氧化磷酸化作用形成水分子，并将释放的能量用于合成ATP。
（一）准备阶段：丙酮酸形成乙酰CoA酶丙酮酸+ CoASH + NAD+乙酰CoA + CO2 + NADH + H+酶为丙酮酸脱氢酶复合体，进行氧化还原和脱羧反应。
该酶系实际为三种酶：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰转乙酰基酶和二氢硫辛酸脱氢酶，催化4步反应，有5个辅助因子：CoA，NAD+，TPP，硫辛酰胺和FAD。
（二）柠檬酸循环概貌：见P97 图23-2（三）柠檬酸循环的8个步骤：见P99~P106（1）草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸。
柠檬酸合成酶草酰乙酸+ 乙酰CoA + H2O 柠檬酸+ HSCoA + H+为酯缩合反应，酶为调控酶，受A TP，NADH，琥珀酰CoA等抑制，此步为TCA中限速步骤。
氟乙酰胺、氟乙酸可形成氟柠檬酸，为致死性合成反应。
（2）柠檬酸异构化形成异柠檬酸。
―H2O +H2O柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸酶为乌头酸酶，反应可逆。
（3）异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸。
异柠檬酸脱氢酶―CO2异柠檬酸+ NAD+草酰琥珀酸α-酮戊二酸（NADP+）异柠檬酸脱氢酶为变构调节酶，有两种，分别以NAD+或NADP+为辅酶。
三羧酸循环讲课文档
作用。
(3). 异柠檬酸的转变有两条途径：一是当需要能量时，进行氧化
脱羧形成-酮戊二酸；二是在能量充足时，经异柠檬酸裂解
酶作用，生成琥珀酸和乙醛酸。
第二十七页，共48页。
4. α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰-CoA
4.1 反应方程式
第二十八页，共48页。
4.2 反应机制
α-酮戊二酸脱氢酶系催化的每步机制和丙酮酸脱 氢酶复合体相一致，需要TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2 +6种辅助因子。
还原型乙酰 硫辛酰胺
乙酰辅酶A
还原型 硫辛酰胺
羟乙基-TPP
氧化型硫辛酰胺
第二步反应, 在二氢硫辛酰转乙酰基酶分子E2上结合着的乙酰基,由E2催化,将乙酰基转移 到CoA-SH分子上,形成游离的乙酰-CoA分子,从而使二氢硫辛酰转乙酰基酶E2由氧化型变成 还原型。
第十二页，共48页。
2.2.1 反应机制
氧化型硫辛酰胺
这一步反应是使氧化型硫辛酰胺再生的反应。
第十四页，共48页。
2.3.1反应机制
这一步反应使氧化型硫辛酰胺再生,在此反应中，催化此反应的酶为二 氢硫辛酸脱氢酶E3（其辅基为FAD），使二氢硫辛酰胺再氧化,从而使其完
成整个反应过程，重新形成氧化型二氢硫辛酰转乙酰基酶。
活泼
互換反应
氧化型二氢硫辛酸 还原型二氢硫辛酰
丙酮酸-TPP加成物脱羧,形成羟乙基-TPP，由于TPP环上带正电荷 的氮原子起电子“陷井”作用,使脱羧后形成的羟乙基上产生较稳定的
负碳离子。
起电子“陷井”作用
丙酮酸-TPP加成物‧E1
较稳定的负碳离子
羟乙基-TPP-E1 (暂时稳定的共振形式)
第十页，共48页。
(3). 异柠檬酸的转变有两条途径：一是当需要能量时，进行氧化
脱羧形成-酮戊二酸；二是在能量充足时，经异柠檬酸裂解
酶作用，生成琥珀酸和乙醛酸。
第二十七页，共48页。
4. α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰-CoA
4.1 反应方程式
第二十八页，共48页。
4.2 反应机制
α-酮戊二酸脱氢酶系催化的每步机制和丙酮酸脱 氢酶复合体相一致，需要TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2 +6种辅助因子。
还原型乙酰 硫辛酰胺
乙酰辅酶A
还原型 硫辛酰胺
羟乙基-TPP
氧化型硫辛酰胺
第二步反应, 在二氢硫辛酰转乙酰基酶分子E2上结合着的乙酰基,由E2催化,将乙酰基转移 到CoA-SH分子上,形成游离的乙酰-CoA分子,从而使二氢硫辛酰转乙酰基酶E2由氧化型变成 还原型。
第十二页，共48页。
2.2.1 反应机制
氧化型硫辛酰胺
这一步反应是使氧化型硫辛酰胺再生的反应。
第十四页，共48页。
2.3.1反应机制
这一步反应使氧化型硫辛酰胺再生,在此反应中，催化此反应的酶为二 氢硫辛酸脱氢酶E3（其辅基为FAD），使二氢硫辛酰胺再氧化,从而使其完
成整个反应过程，重新形成氧化型二氢硫辛酰转乙酰基酶。
活泼
互換反应
氧化型二氢硫辛酸 还原型二氢硫辛酰
丙酮酸-TPP加成物脱羧,形成羟乙基-TPP，由于TPP环上带正电荷 的氮原子起电子“陷井”作用,使脱羧后形成的羟乙基上产生较稳定的
负碳离子。
起电子“陷井”作用
丙酮酸-TPP加成物‧E1
较稳定的负碳离子
羟乙基-TPP-E1 (暂时稳定的共振形式)
第十页，共48页。
第23章三羧酸循环-PPT课件
1．早期工作： 从1920到1935年，Thunberg，Krebs和Szent发现，在肌肉糜
中加入柠檬酸和四碳二羧酸如琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，
草酰乙酸可刺激氧的消耗。 1937年Martins和Knoop阐明了从柠檬酸经顺乌头酸，异柠檬 酸，α酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。
2．Krebs在研究鸽胸肌的耗氧中观察到六碳三羧酸（柠檬酸，顺 乌头酸，异柠檬酸）和酮戊二酸，以及四碳二羧酸（琥珀酸，延 胡索酸，苹果酸，草酰乙酸）强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，
酸化中再氧化，并伴随ATP的产生。
辅酶A和碳的活化
辅酶A是根据它活化酰基(acyl group)的作用命名的。 辅酶 A 是从 ATP, 维生素泛酸 (pantothenic acid), 和β巯基乙胺 产生。 辅酶A的巯基是功能部分。其余部分提供酶结合位点。 在酰化辅酶A中，如乙酰辅酶A，酰基与巯基相连形成硫酯。
●
三羧酸循环的讨论集中在可氧化物质的去路，生物氧化的讨 论集中在电子传递链和ATP合成。如果从呼吸的最终产物（CO2 和H2O）的角度考虑，三羧酸循环强调CO2的产生，生物氧化强 调H2O的产生。 呼吸是指有机分子在体内氧化分解并释放能量的过程。呼吸 的最终产物是CO2和H2O。
●
第 一 阶 段
氨基酸
氧化脱羧 脱氢 脱氢 丁二酸 琥珀酸
GTP CO2, [2H]
氧化脱羧
GDP+Pi CO2, [2H]
2H
α- 酮戊二酸 α-酮戊二酸 琥珀酰辅酶A 琥珀酰辅酶A 氧化脱羧 氧化脱羧
底物水平磷酸化
底物水平磷酸化
图3-3. 三羧酸循环的反应
丙酮酸到乙酰辅酶A的总反应
0’
总反应是高度放能的，在细胞中是不可逆的。 丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的， 这是一个连接酵解和三羧酸循环的中心环节。 这个反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化。丙酮酸脱氢酶复合体包括3个不同的 酶和 5 种不同的辅酶，包括焦磷酸硫胺素（ TPP ），硫辛酸， FAD ， NAD+ 和 CoA。
三羧酸循环
三羧酸循环
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
三羧酸循环历 程（TCA）
顺乌头酸
NADH
NAD+
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
NADH +CO2
H2O
延胡索酸 －酮戊二酸
1：3 1：3
2 ATP 2 (3 ATP )
1：3
2 3 ATP
2 1 ATP 2 9 ATP 2 2ATP
1：2
总计:一分子葡萄糖经过三羧酸循环可以产生38 ATP
葡萄糖有氧氧化过程中产生的总能量
葡萄糖分解代谢总反应式
C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi
第二十章 三羧酸循环
三羧酸循环是由四碳原子的草酰乙酸与二碳原子的乙 酰辅酶A(丙酮酸氧化脱羧的产物)缩合生成具有三个羧 基的柠檬酸开始，经过一系列脱氢和脱羧反应后又以 草酰乙酸的再生成结束，在循环过程中，乙酰CoA被 氧化成 H2O 和CO2，并释放出大量能量。此反应是几 乎所有需氧生物产生能量的主要途径。 由于循环中首先生成含有三个羧基的柠檬酸，并且循 环中有三个三元羧酸（柠檬酸、异柠檬酸和草酰琥珀 酸），故被称为三羧酸循环或柠檬酸循环，简称TCA 循环(Tricarboxylic acid cycle)。
6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP
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焦磷酸硫氨(TPP)
+
+
Hale Waihona Puke H3C硫氨焦磷酸硫氨
因为这是第一个鉴定的B维生素，又称维生素B1。
_
+
+
TPP反应机制 TPP噻唑环硫和氮之间的酸性碳是活性部位。 1）这个碳形成碳负离子； 2）它可以攻击α-酮酸的羰基; 3）当α-酮酸是底物时，产生的加成化合物进一步非氧化脱羧； 4）加氢后形成羟乙基-TPP（活化乙醛）,这个二碳片断转移到其他辅酶时被氧化成乙醛。
硫辛酸(Lipoic acid)
6
5
4
3
2
1
O
硫辛酸的羧基与酶2（二氢硫辛酸乙酰转移酶）赖氨酸的ε-氨基形成酰氨键，产 生硫辛酰氨。 活化乙醛部分从TPP转移到硫辛酰氨C6的S上包括羟乙基的氧化和二硫的还原，这 在丙酮酸脱氢酶中产生一个乙酰基，这个乙酰基再转移到辅酶A。
三羧酸循环的讨论集中在可氧化物质的去路，生物氧化的讨 论集中在电子传递链和ATP合成。如果从呼吸的最终产物（CO2 和H2O）的角度考虑，三羧酸循环强调CO2的产生，生物氧化强 调H2O的产生。
●呼吸是指有机分子在体内氧化分解并释放能量的过程。呼吸 的最终产物是CO2和H2O。
第
氨基酸
一
阶
段
e-
e-
三羧酸循环要略
[2H]
脱脱氢氢
缩合
缩合
草草酰酰乙乙酸酸
乙乙酰酰辅辅酶酶AA
-
柠柠檬檬酸酸
脱氢
脱水
苹果酸
水合
水合
苹果酸
顺乌头酸 顺乌头酸
水合
水合
丁烯二酸
[2H]
延胡索酸
脱脱氢氢
丁二酸 琥珀酸
GTP
底物水平磷酸化 底物水平磷酸化
GDP+Pi
异柠檬酸 异柠檬酸
氧化脱羧 氧化脱羧
CO2, [2H]
2H
CO2, [2H]
α- 酮戊二酸
琥珀酰辅酶A 琥珀酰辅酶A
氧化脱羧
α-酮戊二酸 图3-3.
氧化脱羧
三羧酸循环的反应
丙酮酸到乙酰辅酶A的总反应
0’
总反应是高度放能的，在细胞中是不可逆的。 丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的， 这是一个连接酵解和三羧酸循环的中心环节。 这个反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化。丙酮酸脱氢酶复合体包括3个不同的 酶和5种不同的辅酶，包括焦磷酸硫胺素（TPP），硫辛酸，FAD，NAD+和 CoA。
胡索酸，苹果酸，草酰乙酸）强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性， 其他天然存在的有机酸都没有上述几种酸活性强。
3．Krebs发现丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，即使在肌肉糜悬浮液 中加入活性有机酸，也还有抑制效应，说明此酶催化的反应在丙酮酸氧化途 径中起重要作用。
在丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中有柠檬酸，α-酮戊二酸和琥珀酸的积累，证
明没有丙二酸时，柠檬酸和α-酮戊二酸转化成琥珀酸。
4．被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中加入琥珀酸脱氢酶催化的反
应产物如延胡索酸，苹果酸或草酰乙酸也可引起琥珀酸的进
一步积累，说明另有一条途径氧化成琥珀酸，因此Krebs提出 环状氧化途径的概念。
5．将草酰乙酸加入被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中可以消除 对丙酮酸氧化的抑制，悬浮液中有柠檬酸积累。Krebs的解 释是丙酮酸氧化需消耗草酰乙酸，合成柠檬酸，若加入丙二 酸，由于不能再生成草酰乙酸，所以丙酮酸氧化被抑制。
第
二
阶
段
e-
第 三 阶 段
呼吸的三阶段
丙酮酸 e-
三羧酸循环
还原的电子载体 NADH/FADH2 呼吸 链
脂肪酸 e-
ee-
➢ 辅酶A和碳的活化
辅酶A是根据它活化酰基(acyl group)的作用命名的。 辅酶A是从ATP,维生素泛酸(pantothenic acid),和β巯基乙胺 产生。 辅酶A的巯基是功能部分。其余部分提供酶结合位点。 在酰化辅酶A中，如乙酰辅酶A，酰基与巯基相连形成硫酯。
1．早期工作： 从1920到1935年，Thunberg，Krebs和Szent发现，在肌肉糜 中加入柠檬酸和四碳二羧酸如琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，
草酰乙酸可刺激氧的消耗。
1937年Martins和Knoop阐明了从柠檬酸经顺乌头酸，异柠檬 酸，α酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。
2．Krebs在研究鸽胸肌的耗氧中观察到六碳三羧酸（柠檬酸，顺 乌头酸，异柠檬酸）和酮戊二酸，以及四碳二羧酸（琥珀酸，延
6．由于环中每个有机酸的加入都可以使丙酮酸氧化量增加 数倍，每个有机酸的最大反应速度都与丙酮酸氧化的最大速 度相同，所以环状氧化是丙酮酸氧化的主要途径。 通过总结前人的实验和上述一系列实验，Krebs在1937年提 出了三羧酸循环。后来发现这一途径在动、植物，微生物中 普遍存在，不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪，蛋白 质分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义。
自由能，G
硫酯和一般酯的共振和△G的关系
硫酯键和一般酯键比较，是富能的。这主要与共振稳定性有关。
π电子的重叠使C-O键有部分双键特征。 由于S原子比氧原子大，C和S之间的π电子不能 重叠，C = S这种形式基本上不存在。硫酯比一般酯不稳定，水解的△G0’增高。酰基辅
酶A的C-S键比一般酯键中的C-O键要弱。酰基很容易转移到其他中间代谢物。
三羧酸循环的发现 三羧酸循环的基本要点是乙酰辅酶A上的两个活化碳与一个4 碳底物连接，连接产物被其他反应氧化释放两个CO2，并再产 生起始的4碳底物。这个途径是环状的。 因为末端产物与起始产物之一相同，可以通过与另一分子乙 酰辅酶A的反应开始另一轮新的循环。
三羧酸循环也称为柠檬酸循环。因为循环途径是由 Krebs1937年正式提出的，所以又称Krebs循环。 Krebs和Lipmann共同获得了诺贝尔奖金。Lipmann发现了乙 酰CoA。
第23章、三羧酸循环
三羧酸循环
丙酮酸 乙酰辅酶A
使糖最终氧化成CO2和H2O的过程包括三羧酸循环。
在有氧的情况下，酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。
乙酰CoA在三羧酸循环中经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2 。
●三羧酸循环是呼吸作用的中心氧化途径，使糖，脂肪和蛋白 质在需氧生物和组织中彻底分解。