第二十章 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
柠檬酸循环名词解释
柠檬酸循环名词解释
柠檬酸循环也称为三羧酸循环或Krebs循环，是生物体内氧化代谢过程中的重要循环。
其主要功能是将有机物质转化为能量，同时产生二氧化碳和水。
以下是柠檬酸循环中常用到的名词解释：
1. 氧化磷酸化：将ADP转化为ATP的过程，同时释放出能量。
2. 丙酮酸脱羧酶：将丙酮酸转化为乙酰辅酶A的酶。
3. 谷氨酸：一种氨基酸，柠檬酸循环中必需的一种物质。
4. α-酮戊二酸：柠檬酸循环的中间产物，可被转化为其他有机酸。
5. 细胞色素C氧化酶：一种细胞色素，柠檬酸循环中的最后一个酶。
6. 三羧酸：柠檬酸、异柠檬酸和丙酮酸这三种有机酸的统称，柠檬酸循环中的重要物质。
7. 丙酮酸：一种有机酸，是柠檬酸循环中的中间产物之一。
8. 乙酰辅酶A：一种重要的代谢物，柠檬酸循环中的前体物质。
通过理解这些名词的含义，可以更好地理解柠檬酸循环的过程和作用。
- 1 -。
第20章-柠檬酸循环
⑤线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶，一种以NAD+ 为电子受体，另一种以NADP+为受体。前者只 在线粒体中，后者在线粒体和胞质中都有。
①由α-酮戊二酸脱氢酶系（a-ketoglutarate dehydrogenase complex）催化，不可逆。
②α-酮戊二酸脱氢酶系为多酶复合体，与丙酮酸脱氢酶系 相似（先脱羧，后脱氢）：包括a-酮戊二酸脱氢酶（aketoglutarate dehydrogenase）（E1，含有TPP），二氢 硫辛酰胺琥珀酰转移酶（dihydrolipoamide succinyl transferase）（E2，含有硫辛酰胺），和二氢硫辛酰胺 脱氢酶（dihydrolipoamide dehydrogenase）（E3.，含 有黄素蛋白）及六种辅因子。
2、一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应， 三个调节位点，四次脱氢反应。
3个NADH、1个FADH2进入呼吸链 3、三羧酸循环中碳骨架的不对称反应
同位素标记表明，乙酰CoA上的两个C原子 在第一轮TCA上并没有被氧化。
被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。
在第三轮TCA中，两次脱羧，可除去最初 甲基碳的50%，以后每循环一次，脱去余下 甲基碳的50%。
第二个调节点是异柠檬酸转变为α -酮戊二酸的反应
异柠檬酸脱氢酶，ADP能增强异柠檬酸脱氢酶同异柠檬酸之间的亲和力。但 NADH及琥珀酰CoA都对异柠檬酸脱氢酶有抑制作用
2×3/2.5
C 异柠檬酸脱氢酶
NADH
2×3/2.5
A α-酮戊二酸脱氢酶复 NADH 合物
2×3/2.5
琥珀酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶
FADH2 NADH
2×2/1.5 2×3/2.5
柠檬酸循环
1．糖的有氧氧化.：指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O ，并释放出能量的过程。
是机体主要供能方式。
反应部位：胞浆及线粒体糖的有氧氧化过程第一阶段：酵解途径第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环第四阶段：氧化磷酸化2．糖的有氧氧化第一阶段：葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸此阶段与无氧分解的过程相似，不同的是3-磷酸甘油醛脱氢生成NADH+H+的去向不同。
无氧的情况下，NADH+H+在细胞浆中将丙酮酸还原生成乳酸；在有氧的情况下，NADH+H+经穿梭作用进入线粒体，氧化成水和能量（3 or 5 ATP）。
第二阶段：丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA此阶段1分子Glu生成2分子NADH+H+ , 5分子ATP。
TPP丙酮酸————————→乙酰CoA丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系包括三种酶和六种辅助因子：三种酶——E1-丙酮酸脱氢酶组分；E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶；E3-二氢硫辛酸脱氢酶六种辅助因子——TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+多酶复合体位于线粒体内；原核细胞在胞液中TPP的作用：脱羧酶辅酶，将底物移入（出）脱羧酶的活性中心。
此阶段反应特点：_ 反应速度快并且为不可逆反应。
_ 反应中生成的NADH+H+直接进入电子传递链进行氧化磷酸化生成水，产生2.5 ATP。
_ 生成的乙酰辅酶A进入三羧酸循环，CO2可由肺呼出或参与机体内代谢。
分步反应：① O E1CH3-C-COOH + TPP——→羟乙基TPP + CO2② E2羟乙基TPP + 硫辛酸——→乙酰硫辛酸+ TPP③ E2乙酰硫辛酸+ HS～CoA ——→乙酰-CoA + HS-L-HS④ E3HS-L-HS + FAD ——→硫辛酸 + FADH 2⑤ E3FADH2 + NAD+ ——→FAD + NADH+H+砷化物对硫辛酸的毒害作用，砷化物抑制丙酮酸脱氢酶复合体的机制也表现在对α-酮戊二酸脱氢酶复合体的抑制上。
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
生物化学柠檬酸循环
⑧L-苹果酸生成草酰乙酸
第四个氧化还原反应
柠檬酸循环
柠檬酸合酶
三羧酸循环
NAD+
NADH+ H+
N
A
D
H
H
G
D
P
+
P
i
GTP
F
A
D
H
2
F
A
D
+
N
A
D
CO2
H 2 O
CO2
乙酰-CoA
(1)
(5)
(6)
(7)
(8)
(3)
(4)
(2)
柠檬酸
异柠檬酸
顺乌头酸
α-酮戊二酸
琥珀酰-CoA
柠檬酸循环
01.
柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，TCA循环，Krebs循环）
在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水，同时释放能量。 由英国生化学家Hans Krebs发现
一、柠檬酸循环简介
柠檬酸循环的全貌
b.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶
线粒体基质
由8种酶催化完成。
由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草酰乙酸而完成一个循环。 每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶A氧化生成CO2和水。
三、柠檬酸循环的各个反应步骤
柠檬酸合酶
柠檬酸合酶
柠檬酸的合成 反应不可逆,第一个调节酶。
2
三大营养物质的最终代谢通路。
3
是CO2的重要来源之一。 两用代谢途径
4
六、柠檬酸循环的双重作用
柠檬酸循环
在无氧条件下，葡萄糖经分解代谢形成丙酮酸，丙酮酸继续 形成乳酸或乙醇。在有氧条件下，丙酮酸可继续进行有氧分 解，最后完全氧化，形成CO2和水。此途径分为柠檬酸循环和 氧化磷酸化两个阶段。 柠檬酸循环的概念：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。
CH(OH)COOH + NAD(P)
CHCOOH
1 、乙酰-COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
O C-SCOA CH2 柠檬酸合酶 HO-C-COO CH2 COOH2O
COOC=O CH2 + COO-
O C-CH3 S-COA
单向不可逆 可调控的限速步骤
氟乙酰CoA导致致死合成
常作为杀虫药
OH -O-As OH 亚砷酸
HS +
S
-O-As
R 二氢硫辛酰胺 2O
R
S
R-As R S + R H2 O
R-As=O 有机砷化物
+
HS
丙酮酸脱氢酶复合体的调控
由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径 的分支点，所以此体系受到严密的调节控制： 1、产物抑制：受乙酰CoA和NADH的控制。乙酰CoA抑制 转乙酰基酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酰脱氢酶E3组 分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。 2、磷酸化和去磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶组分 E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。其磷酸化受E2 上结合的激酶和磷酸酶作用。Ca2+通过激活磷酸酶， 使丙酮酸脱氢酶组分活化。 E2
23柠檬酸循环
4.四步脱氢反应
异柠檬酸＋NAD＋
-酮戊二酸＋CO2＋NADH＋H＋
-酮戊二酸＋ COA-SH ＋NAD＋ ＋H＋＋CO2
琥珀酰COA＋NADH
琥珀酸＋FAD
延胡索酸＋FADH2
L－苹果酸＋NAD＋ 草酰乙酸＋NADH＋H＋
三.三羧酸循环所生的ATP
乙酰COA进入三羧酸循环，每一次循环通 过GTP产生一分子ATP。反应中共有4个脱 氢步骤，其中三对电子经NADH转递给线粒 体的膜嵴上的电子传递链，最后递给氧，每 对电子产生2.5分子ATP，3对电子共7.5分子 ATP，有一对电子经FADH2转递至电子传递 链，可产生1.5分子ATP。因此每一次循环共 产生10分子ATP。若从丙酮酸脱氢开始计算， 共产生12.5分ATP。
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。
•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：
2.柠檬酸异构化生成异柠檬酸
柠檬酸
顺乌头酸酶
异柠檬酸
3.异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸
线粒体内含有二种异柠檬酸脱氢酶，一种是以NAD＋为电子 受体，另一种以NADP＋为受体。前者仅在线粒体内，后者也在 细胞质中存在。需NAD＋异柠檬酸脱氢酶被Mg2+、Mn2+活化， 它是一个别构酶，正调控物是ADP，ADP可增加酶和底物的亲 和力。当缺乏ADP时就失去活性。NAD＋、Mg2+和ADP有协同 作用。NADH和ATP可以抑制酶活性。总之，细胞在具有高能状 态时酶活性被抑制。在低能状态时被激活。
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第二十章柠檬酸循环
一、是非判断题
1、柠檬酸循环是分解与合成的两用途径。
（）
2、联系糖原异生作用与三羧酸循环的酶是丙酮酸羧化酶。
（）
3、TCA中底物水平磷酸化直接生成的是ATP。
（）
4、三羧酸循环的中间产物可以形成谷氨酸。
（）
答案
1、对。
2、对。
3、错。
4、对。
二、填空题
1、调节三羧酸循环最主要的酶是____________、__________ _、______________。
2、延胡索酸在________________酶作用下，可生成苹果酸，该酶属于EC分类中的_________
酶类。
3、TCA循环中有两次脱羧反应，分别是由__ _____和________催化。
4、参与α-酮戊二酸氧化脱羧反应的辅酶为___________，_______________，
_______________，_______________和_______________。
5、α–酮戊二酸脱氢酶系包括3种酶，它们是__________，____________，_____________。
答案
1、柠檬酸合成酶；异柠檬酸脱氢酶；α–酮戊二酸脱氢酶
2、延胡索酸酶；氧化还原酶
3、异柠檬酸脱氢酶；α- 酮戊二酸脱氢酶
4、TPP；NAD+；FAD；CoA；硫辛酸；M g
5、α-酮戊二酸脱氢酶；琥珀酰转移酶；二氢硫辛酸脱氢酶
三、选择题
1、糖的有氧氧化的最终产物是：
A．CO2+H2O+ATP B．乳酸
C．丙酮酸 D．乙酰CoA
2、在原核生物中，一摩尔葡萄糖经糖有氧氧化可产生ATP摩尔数：
A．12 B．24 C．36 D．38
3、关于三羧酸循环那个是错误的
A．是糖、脂肪及蛋白质分解的最终途径
B．受ATP/ADP比值的调节
C．NADH可抑制柠檬酸合酶
D．NADH氧经需要线粒体穿梭系统。
4、三羧酸循环中哪一个化合物前后各放出一个分子CO2：
A．柠檬酸B．乙酰CoA C．琥珀酸D．α-酮戊二酸
5、TCA循环中发生底物水平磷酸化的化合物是？
A．α-酮戊二酸B．琥珀酰
C．琥珀酸CoA D．苹果酸
6、丙酮酸脱氢酶系催化的反应不涉及下述哪种物质？
A．乙酰CoA B．硫辛酸
C．TPP D．生物素E．NAD+
7、三羧酸循环的限速酶是：
A．丙酮酸脱氢酶B．顺乌头酸酶
C．琥珀酸脱氢酶D．延胡索酸酶E．异柠檬酸脱氢酶
8、生物素是哪个酶的辅酶：
A．丙酮酸脱氢酶B．丙酮酸羧化酶
C．烯醇化酶D．醛缩酶E．磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
9、三羧酸循环中催化琥珀酸形成延胡索酸的酶是琥珀酸脱氢酶，此酶的辅因子是
A．NAD+ B．CoASH
C．FAD D．TPP E．NADP+
10、原核生物中，有氧条件下，利用1摩尔葡萄糖生成的净ATP摩尔数与在无氧条件下利
用1摩尔生成的净ATP摩尔数的最近比值是：
A．2：1 B．9：1 C．18：1 D．19：1 E．25：1
11、在有氧条件下，线粒体内下述反应中能产生FADH2步骤是：
A．琥珀酸→延胡索酸B．异柠檬酸→α-酮戊二酸
（C）α-戊二酸→琥珀酰CoA （D）苹果酸→草酰乙酸
12、丙二酸能阻断糖的有氧氧化，因为它：
（A）抑制柠檬酸合成酶（B）抑制琥珀酸脱氢酶
（C）阻断电子传递（D）抑制丙酮酸脱氢酶
答案
1、A。
2、D。
3、D。
4、D。
5、C。
6、D。
7、E。
8、B。
9、C。
10、D。
11、C。
12、B。