大学精品课件：第10章 三羧酸循环
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三羧酸循环的发展历程ppt课件
在这种情况下,克雷布斯把柠檬酸循环改 名为三羧酸循环,因为不管是异柠檬酸还是 顺乌头酸都是有三个羧基的有机酸。
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14
1948年,立体化学家奥格斯坦通过精辟的理 论分析认为,在不对称酶的“攻击”下,对称 的柠檬酸也可能表现出不对称性,从而又为 柠檬酸循环“恢复了名誉”。这就是柠檬 酸循环和三羧酸循环两个名称的来历。
休。
1958年受封为骑士，1979年获剑桥大学荣 誉博士学位。1981年逝世于牛津。
精选ppt
4
总论
克雷布斯教授的研究主要涉及的中间代谢 的各个方面。他研究的对象之一是在肝脏 合成尿素，尿酸和鸟嘌呤的合成，食品的 氧化的中间阶段，对电解质的主动运输机 制和细胞呼吸和磷酸腺苷的生成之间的关 系。
他的许多著作中是生物能量转换的显著的 调查。另外，他与H. L.科恩伯格合作讨论 了复杂的化学过程，提供生物体与高能磷 酸通过所谓的克雷布斯或柠檬酸循环。
精选ppt
6
三羧酸循环的发现历程
人们早在十八世纪就已注意到食物在生物 体内要经过一个缓慢“燃烧”的过程—氧化。
但直到二十世纪三十年代,生物氧化还是一 个 “剪不断、理还乱”的谜团。1932年后,经过众 多科学家的努力,特别是德国科学家迈耶霍夫 (OrorMeyerhof,1884一1951)等人的杰出贡献, 搞清了生物发酵—无氧氧化的具体步骤,称为 糖酵解途径(EMP)
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13
但是在草酰乙酸和丙酮酸合成产物上却和
克雷布斯有根本分歧,根据他们的分析,柠檬 酸是对称性分子,由它所得到的两种。α一酮 戊二酸中所标记的碳原子也应是对称分布 的,但实验结果相反,被标记的分子只在一种 α一酮戊二酸中分布。因此他们认为草酰乙 酸和丙酮酸的合成产物不是对称性的柠檬 酸,而是非对称的顺乌头酸或异柠檬酸。
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14
1948年,立体化学家奥格斯坦通过精辟的理 论分析认为,在不对称酶的“攻击”下,对称 的柠檬酸也可能表现出不对称性,从而又为 柠檬酸循环“恢复了名誉”。这就是柠檬 酸循环和三羧酸循环两个名称的来历。
休。
1958年受封为骑士，1979年获剑桥大学荣 誉博士学位。1981年逝世于牛津。
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4
总论
克雷布斯教授的研究主要涉及的中间代谢 的各个方面。他研究的对象之一是在肝脏 合成尿素，尿酸和鸟嘌呤的合成，食品的 氧化的中间阶段，对电解质的主动运输机 制和细胞呼吸和磷酸腺苷的生成之间的关 系。
他的许多著作中是生物能量转换的显著的 调查。另外，他与H. L.科恩伯格合作讨论 了复杂的化学过程，提供生物体与高能磷 酸通过所谓的克雷布斯或柠檬酸循环。
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6
三羧酸循环的发现历程
人们早在十八世纪就已注意到食物在生物 体内要经过一个缓慢“燃烧”的过程—氧化。
但直到二十世纪三十年代,生物氧化还是一 个 “剪不断、理还乱”的谜团。1932年后,经过众 多科学家的努力,特别是德国科学家迈耶霍夫 (OrorMeyerhof,1884一1951)等人的杰出贡献, 搞清了生物发酵—无氧氧化的具体步骤,称为 糖酵解途径(EMP)
精选ppt
13
但是在草酰乙酸和丙酮酸合成产物上却和
克雷布斯有根本分歧,根据他们的分析,柠檬 酸是对称性分子,由它所得到的两种。α一酮 戊二酸中所标记的碳原子也应是对称分布 的,但实验结果相反,被标记的分子只在一种 α一酮戊二酸中分布。因此他们认为草酰乙 酸和丙酮酸的合成产物不是对称性的柠檬 酸,而是非对称的顺乌头酸或异柠檬酸。
三羧酸循环-PPT
6、α—酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
第二次脱氢脱羧 不可逆 消耗1NAD＋,生成1NADH＋H＋,1CO2
生成一个高能键“~”,此步类 似于丙酮酸得氧化脱羧。
α—酮戊二酸脱氢酶系包括: α—酮戊二酸脱氢酶 二氢硫辛酸转琥珀酰基酶 二氢硫辛酸脱氢酶
7、琥珀酸得生成
底物磷酸化 生成1ATP 可逆
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
12
4—5、异柠檬酸氧化脱羧生成α—酮戊二酸
第一次脱氢脱羧 可逆
消耗1NAD＋,生成1NADH＋H＋,1CO2
该酶是别构酶,激活剂是ADP,抑制 剂是NADH、ATP。
有两种同工酶:
以NAD＋为电子受体,存在于线粒体 中,需Mg2＋。
以NADP＋为电子受体,存在于胞液 中,需Mn2＋。
7 、 3 — P—G＋7—P—S E(4—P赤藓糖)＋6—P—F
4—P—
将7—P—S-得二羟丙酮基转移给3—P—G。
2
+2
磷酸戊糖途径得 非氧化阶段之二
(基团转移)
5-磷酸木酮糖
5-磷酸核糖
转酮酶
H
2
+2
转醛酶
2
+2
3-磷酸甘油醛
7-磷酸景天庚酮糖
6-磷酸果糖
4-磷酸赤藓糖
6——7步
8、5—P—Xu＋4—P—E
2、乙酰CoA和NADH可分别抑制DLT和DLDH得 活性,阻止氧化脱羧。
丙酮酸得氧化脱羧是连接EMP和TCA 得纽带,其反应本身并未进入TCA,但是是所 有糖进入TCA得必由之路。
二、三羧酸循环概要
TCA循环一轮分10步完成。来自丙酮酸 脱氢脱羧后得乙酰基(C2单位)由CoA带着进 入TCA,第一步是C2与一个C4化合物(草酰乙 酸)结合成C6化合物(柠檬酸),然后经过2次 脱羧(生成2个CO2)和4次脱氢(生成3NADH ＋1FADH2),还产生1个GTP(高能化合物), 最终回到C4化合物(草酰乙酸),结束一轮循 环。
第10章三羧酸循环
异柠檬酸
顺乌头酸酶催化 C3上的羟基转移到C2上 中间产物顺乌头酸与酶结合在一起以复合物形式存在
2.2 第一次氧化脱羧
异柠檬酸脱氢酶
异柠檬酸
-酮戊二酸
不可逆反应，三羧酸循环的调节点
第一次氧化脱羧反应特点：
（1） 由异柠檬酸脱氢酶催化，此酶是三羧酸循 环的限速酶，三羧酸循环的调节点 （2）异柠檬酸脱氢酶有两种：
4. 整个循环反应为不可逆反应
5. 产能
总反应： G Pyr 乙酰CoA CO2+H2O
同酵解 2ATP+2NADH+H+
5 or 7
Pyr脱氢 NADH+H+
2*2.5=5
TCA 3NADH+H++FADH2+GTP 2*10=20 30 or 32
6. 三羧酸循环的生理意义
1.为呼吸链提供H+ + e； H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同
谷氨酸转变成CO2和水的主要代谢过程
谷氨酸→a-酮戊二酸+NADH+H++NH3 (Mit) a-酮戊二酸→草酰乙酸
+CO2+FADH2+2NADH+H++GTP 草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸→乙酰辅酶
A →三羧酸循环
天冬氨酸转变成葡萄糖的代谢途径
天冬氨酸+ a-酮戊二酸→草酰乙酸+谷氨酸 草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→糖异生
Links between the urea cycle and citric acid cycle.The interconnected cycles have been called the “Krebs bicycle.”
顺乌头酸酶催化 C3上的羟基转移到C2上 中间产物顺乌头酸与酶结合在一起以复合物形式存在
2.2 第一次氧化脱羧
异柠檬酸脱氢酶
异柠檬酸
-酮戊二酸
不可逆反应，三羧酸循环的调节点
第一次氧化脱羧反应特点：
（1） 由异柠檬酸脱氢酶催化，此酶是三羧酸循 环的限速酶，三羧酸循环的调节点 （2）异柠檬酸脱氢酶有两种：
4. 整个循环反应为不可逆反应
5. 产能
总反应： G Pyr 乙酰CoA CO2+H2O
同酵解 2ATP+2NADH+H+
5 or 7
Pyr脱氢 NADH+H+
2*2.5=5
TCA 3NADH+H++FADH2+GTP 2*10=20 30 or 32
6. 三羧酸循环的生理意义
1.为呼吸链提供H+ + e； H+ + e 进入呼吸链彻底氧化生成H2O 的同
谷氨酸转变成CO2和水的主要代谢过程
谷氨酸→a-酮戊二酸+NADH+H++NH3 (Mit) a-酮戊二酸→草酰乙酸
+CO2+FADH2+2NADH+H++GTP 草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→丙酮酸→乙酰辅酶
A →三羧酸循环
天冬氨酸转变成葡萄糖的代谢途径
天冬氨酸+ a-酮戊二酸→草酰乙酸+谷氨酸 草酰乙酸→磷酸烯醇式丙酮酸→糖异生
Links between the urea cycle and citric acid cycle.The interconnected cycles have been called the “Krebs bicycle.”
【通用】有氧呼吸及三羧酸循环.ppt
第三节
糖的有氧氧化
Aerobic Oxidation of Glucose
演示课件
• 葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和 CO2的反应过程称为有氧氧化。这是糖 氧化的主要方式。
演示课件
一、有氧氧化的反应过程
分为三个阶段：
胞液
第一阶段
G
丙酮酸
（同酵解）
线粒体
第二阶段
丙酮酸
乙酰CoA三羧酸循环 第三来自段 氧化磷酸化演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
三羧酸循环的特点
①在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化 磷酸化可产生ATP，是产生ATP的主要途径。
②不可逆。 ③中间产物的回补： • 主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸； • 其次为丙酮酸还原成苹果酸,再生成草酰乙
• FADH2
•
O2 ADP ATP
1.5ATP 1H2O - 3H2O
•
GTP
GDP
1ATP 1H2O
• —————————————————————————
•
12.5ATP 2H2O
演示课件
Ⅲ.糖酵解+三羧酸循环的效率
• 糖酵解
1G → 2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸
•
=2+2×2.5=7ATP
FADH2 succinate dehydrogenase
NADH+H+
CO2
FAD CH2 COO
succinyl CoA syntetase
CH2 COO CH2
NADH+H+
糖的有氧氧化
Aerobic Oxidation of Glucose
演示课件
• 葡萄糖在有氧条件下，彻底氧化成水和 CO2的反应过程称为有氧氧化。这是糖 氧化的主要方式。
演示课件
一、有氧氧化的反应过程
分为三个阶段：
胞液
第一阶段
G
丙酮酸
（同酵解）
线粒体
第二阶段
丙酮酸
乙酰CoA三羧酸循环 第三来自段 氧化磷酸化演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
演示课件
三羧酸循环的特点
①在有氧条件下进行，产生的还原当量经氧化 磷酸化可产生ATP，是产生ATP的主要途径。
②不可逆。 ③中间产物的回补： • 主要是丙酮酸羧化成草酰乙酸； • 其次为丙酮酸还原成苹果酸,再生成草酰乙
• FADH2
•
O2 ADP ATP
1.5ATP 1H2O - 3H2O
•
GTP
GDP
1ATP 1H2O
• —————————————————————————
•
12.5ATP 2H2O
演示课件
Ⅲ.糖酵解+三羧酸循环的效率
• 糖酵解
1G → 2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸
•
=2+2×2.5=7ATP
FADH2 succinate dehydrogenase
NADH+H+
CO2
FAD CH2 COO
succinyl CoA syntetase
CH2 COO CH2
NADH+H+
三羧酸循环(TCA)(课堂PPT)
医学应用
进一步探索三羧酸循环在疾 病诊断和治疗中的潜力,如代 谢性疾病和肿瘤等。
三羧酸循环相关的实验技术
色谱技术
利用液相色谱和气相色谱检 测三羧酸循环中的中间体和 相关代谢产物。可定量分析 各种酶促反应的变化。
光谱分析
采用紫外-可见分光光度法和 核磁共振波谱法测定三羧酸 代谢物的浓度和结构。能更 精确地监测循环中各步反应 。
三羧酸循环的研究发展历程
1937年
汉斯·克雷布斯发现并描述了三羧酸循环的化学过程,为生物化学领域带来 了重大突破。
1970年代
电子传递链的发现推动了三羧酸循环与细胞呼吸的联系,为能量代谢的理解 奠定了基础。
1
2
3
1940年代
研究人员通过同位素示踪实验进一步证实了三羧酸循环的反应机理,并揭示 了其在代谢过程中的中心地位。
图示分析
通过生动形象的图示,帮助学生 直观地理解三羧酸循环的复杂 过程。
互动讨论
鼓励学生积极参与讨论,分享见 解,加深对三羧酸循环的理解。
实际应用
解释三羧酸循环在生物医学、 工业生产等领域的广泛应用,增 强学生的兴趣。
结语及问答环节
通过对三羧酸循环的深入探讨,我们对这一重要代谢过程有了更全面的认知。 让我们总结一下关键要点,并开放现场提问,以加深对这一主题的理解。
三羧酸循环中的关键中间体
柠檬酸
异柠檬酸
作为三羧酸循环的第一个中间体,它为 它在三羧酸循环中起到了关键的催化
后续反应提供了重要的碳骨架。
作用,调节了整个循环的速率。
α-酮戊二酸
这一中间体在三羧酸循环中起核心作 用,是其他氨基酸合成的前体。
琥珀酰-CoA
这一重要的中间体连接了三羧酸循环 与电子传递链,产生ATP。
课件
2
三羧酸循环的反应过程
三羧酸循环由8步反应组成，包括 1次底物水平磷酸化、2次脱羧、3个 关键酶、 4次脱氢。产生10个ATP。
3
（1）乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸
高能硫酯键
缩合反应，柠 檬酸合酶催化
4
（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸
顺乌头酸酶
5
（3）异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸
第一次脱氢脱羧反应， 由异柠檬酸脱氢酶催 化
9
（7）延胡索酸加水生成苹果酸
延胡索酸酶催化的 可逆反应
10
（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
第四次脱氢再次生成草 酰乙酸，由苹果酸脱氢
酶催化
11
乙酰CoA
草酰乙酸
N AD H
H2O HSCoA
①柠檬酸合酶
②顺乌头酸酶
柠檬酸 ②
H 2O
顺乌头酸
H2O
苹果酸
③异柠檬酸脱氢酶
异柠檬酸
④α-酮戊二酸脱氢酶复合体
⑤琥珀酰CoA合成酶
N AD H
H2O
⑥琥珀酸脱氢酶
延胡索酸
FA D H 2
⑦延胡索酸酶 ⑧苹果酸脱氢酶
G TP
CO 2ห้องสมุดไป่ตู้
α-酮戊二酸
N AD H +H + CO2
琥珀酸
琥珀酰CoA H SC oA
H SC oA
6
（4）α-酮戊二酸脱羧生成琥珀酰CoA
第二次脱氢脱羧反应，
由α-酮戊二酸脱氢
酶复合体催化
7
（5）琥珀酰CoA转变为琥珀酸
三羧酸循环中唯一的一 次底物水平磷酸化，由 琥珀酸脱氢酶催化
8
（6）琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸
三羧酸循环的反应过程
三羧酸循环由8步反应组成，包括 1次底物水平磷酸化、2次脱羧、3个 关键酶、 4次脱氢。产生10个ATP。
3
（1）乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠檬酸
高能硫酯键
缩合反应，柠 檬酸合酶催化
4
（2）柠檬酸异构化为异柠檬酸
顺乌头酸酶
5
（3）异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸
第一次脱氢脱羧反应， 由异柠檬酸脱氢酶催 化
9
（7）延胡索酸加水生成苹果酸
延胡索酸酶催化的 可逆反应
10
（8）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
第四次脱氢再次生成草 酰乙酸，由苹果酸脱氢
酶催化
11
乙酰CoA
草酰乙酸
N AD H
H2O HSCoA
①柠檬酸合酶
②顺乌头酸酶
柠檬酸 ②
H 2O
顺乌头酸
H2O
苹果酸
③异柠檬酸脱氢酶
异柠檬酸
④α-酮戊二酸脱氢酶复合体
⑤琥珀酰CoA合成酶
N AD H
H2O
⑥琥珀酸脱氢酶
延胡索酸
FA D H 2
⑦延胡索酸酶 ⑧苹果酸脱氢酶
G TP
CO 2ห้องสมุดไป่ตู้
α-酮戊二酸
N AD H +H + CO2
琥珀酸
琥珀酰CoA H SC oA
H SC oA
6
（4）α-酮戊二酸脱羧生成琥珀酰CoA
第二次脱氢脱羧反应，
由α-酮戊二酸脱氢
酶复合体催化
7
（5）琥珀酰CoA转变为琥珀酸
三羧酸循环中唯一的一 次底物水平磷酸化，由 琥珀酸脱氢酶催化
8
（6）琥珀酸氧化脱氢生成延胡索酸
大连理工大学生物化学课件--三羧酸循环(共58张PPT)
HSCoA
丙酮酸脱氢酶复合体的组成
NAD+
酶
辅酶
E1 ：丙酮酸脱氢酶
TPP CoA-SH
E2 ：二氢硫辛酰转乙酰基酶 硫辛酸
E3 ：二氢硫辛酸脱氢酶
FAD NAD＋
8
9
10
乙酰COA系列具有很高的酰基转移势能
11
功能是转送乙酰基或 其他酰基或氢
结合与蛋白质上的硫辛酸像 “摆动壁”一样把电子和酰基 从复合体中的一个酶转送到 另一个酶
丙酮酸+HCO3-+ATP
丙酮酸羧化酶 草酰乙酸+ADP+Pi
PEP+ CO2+GDP
PEP羧激酶
草酰乙酸+GTP
PEP+ HCO3-
PEP羧激酶 草酰乙酸+Pi
苹果酸+ HCO3- +NAD（P）H 苹果酸酶 苹果酸+NAD（P）+
41
厌氧细菌中不完整的TCA
TCA中间产物是某 些物质的合成原料 （前体）
ADP与NAD 浓度 ：使三羧酸循环 被氧化。
5、植物中乙醛酸循环是柠檬酸循环的支路
+
乙酰辅酶A进入TCA生成10个ATP
ATP与NADH浓度 ：使三羧酸循环 TCA中间产物是某些物质的合成原料（前体）
TCA中间产物是某些物质的合成原料（前体）
44
45
三羧酸循环的调节
糖有氧氧化的调节是基于能量的需求
有能量释放的过程。
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + 能量
过程分三阶段，第一阶段在胞液(同酵解)，后两个阶 段在线粒体中进行。
三羧酸循环PPT课件
丙酮酸激酶
催化丙酮酸生成乙酰CoA。
04
三羧酸循环的调控 机制
酶的别构效应
01
别构效应的概念
别构效应是指小分子化合物与酶活性中心外的某个部位非共价可逆结合
，引起酶的构象改变，从而影响酶的活性的调节方式。
02 03
别构效应的机制
别构效应的机制包括正协同效应和负协同效应。正协同效应是指小分子 化合物与酶结合后，增加酶的活性；负协同效应则是指小分子化合物与 酶结合后，降低酶的活性。
产生ATP
三羧酸循环是细胞内ATP的主 要来源，通过氧化磷酸化过 程，将底物的高能磷酸键转
化为ATP的高能磷酸键，为机 体提供大量的能量。
提供能量供给
三羧酸循环产生的ATP能够供 给细胞内各种生命活动的能 量需求，如维持离子梯度、 合成代谢等。
维持ATP水平
三羧酸循环通过维持ATP水平 来保持细胞内能量平衡，保 证细胞的正常功能。
THANKS
感谢您的观看
在三羧酸循环中，一系列的酶促反应将脂肪、蛋白质和糖等营养物质转化为能量。
三羧酸循环与柠檬酸循环的关系：三羧酸循环是柠檬酸循环的继续，它们之间没有 本质的区别。
循环的重要性
为生物体提供能量
三羧酸循环是细胞呼吸的主要途径，为生物体的生命活动提供能量 。
代谢途径的连接
三羧酸循环与其他代谢途径相互连接，如糖代谢、脂肪代谢和氨基 酸代谢等，确保了生物体内能量的有效利用。
调节代谢关键酶
三羧酸循环中的一些关键酶如柠檬酸合酶、异柠檬 酸脱氢酶等，能够调节其活性来控制代谢的速率和 方向。
参与信号转导
三羧酸循环中的一些产物如AMP、ADP等 可以作为信号分子参与细胞内的信号转导过 程，调节细胞的生理功能。
催化丙酮酸生成乙酰CoA。
04
三羧酸循环的调控 机制
酶的别构效应
01
别构效应的概念
别构效应是指小分子化合物与酶活性中心外的某个部位非共价可逆结合
，引起酶的构象改变，从而影响酶的活性的调节方式。
02 03
别构效应的机制
别构效应的机制包括正协同效应和负协同效应。正协同效应是指小分子 化合物与酶结合后，增加酶的活性；负协同效应则是指小分子化合物与 酶结合后，降低酶的活性。
产生ATP
三羧酸循环是细胞内ATP的主 要来源，通过氧化磷酸化过 程，将底物的高能磷酸键转
化为ATP的高能磷酸键，为机 体提供大量的能量。
提供能量供给
三羧酸循环产生的ATP能够供 给细胞内各种生命活动的能 量需求，如维持离子梯度、 合成代谢等。
维持ATP水平
三羧酸循环通过维持ATP水平 来保持细胞内能量平衡，保 证细胞的正常功能。
THANKS
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在三羧酸循环中，一系列的酶促反应将脂肪、蛋白质和糖等营养物质转化为能量。
三羧酸循环与柠檬酸循环的关系：三羧酸循环是柠檬酸循环的继续，它们之间没有 本质的区别。
循环的重要性
为生物体提供能量
三羧酸循环是细胞呼吸的主要途径，为生物体的生命活动提供能量 。
代谢途径的连接
三羧酸循环与其他代谢途径相互连接，如糖代谢、脂肪代谢和氨基 酸代谢等，确保了生物体内能量的有效利用。
调节代谢关键酶
三羧酸循环中的一些关键酶如柠檬酸合酶、异柠檬 酸脱氢酶等，能够调节其活性来控制代谢的速率和 方向。
参与信号转导
三羧酸循环中的一些产物如AMP、ADP等 可以作为信号分子参与细胞内的信号转导过 程，调节细胞的生理功能。
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第 十 章
三羧酸循环
Tricarboxylic Acid Cycle
的发现
Discovery of the Citric Acid Cycle
2
一、三羧酸循环是三类营养物质氧化分解的 （共同）第二阶段
* 营养物在生物体内氧化的一般过程 糖原 三酯酰甘油 蛋白质
5
1937 年， Hans Krebs 利用鸽子胸肌（这块肌
肉在飞行中有相当高的呼吸频率，因此特别适合
于氧化过程的研究）的组织悬液，测定了在不同 的有机酸作用下，丙酮酸氧化过程中的耗氧率， 首次提出在动物组织中丙酮酸氧化途径的假说。
6
Albert Szent-Gyorgyi等已经发现动物肌肉组
葡萄糖 脂酸 + 甘油 氨基酸
乙酰CoA
TCA 循环
CO2 2H
3
ADP+Pi
ATP
H2O
呼吸链
在真核生物，TCA循环在线粒体中进行， 与呼吸链在功能和结构上相偶联。
4
二、Krebs发现三羧酸循环
三羧酸循环亦称柠檬酸循环
（citric acid cycle），这是因 为循环反应中的第一个中间产物是 一个含三个羧基的柠檬酸 。由于 Krebs 正式提出了三羧酸循环的 学说，故此循环又称为 Krebs 循 环。
GDP
ADP
ATP
（六）琥珀酸脱氢生成延胡索酸
• 由琥珀酸脱氢酶催化，其辅酶是FAD，是三羧酸 循环中唯一与内膜结合的酶。
20
（七）延胡索酸加水生成苹果酸
• 延胡索酸酶催化此步反应
21
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶催化，辅酶是NAD+。
H2O
H2O
①
NADH+H+ NAD+ CoASH
增加，甚至是很少量的增加都能大大激活丙酮酸
的氧化过程。
7
Krebs 的第二项重大发现是观察到丙二酸对丙酮 酸有氧氧化的抑制作用。
丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶的竞争 性抑制剂，在肌肉悬浮液中，无论加入上述哪一种 有机酸，只要丙二酸存在，丙酮酸的有氧氧化过程 就会被抑制。这表明在涉及丙酮酸氧化的酶促反应 中，琥珀酸和琥珀酸脱氢酶必定是很关键的成分。 Krebs 进一步发现，当用丙二酸抑制肌肉组织悬 液中的丙酮酸的有氧氧化时，在这个悬液介质中就 会有柠檬酸、α-酮戊二酸和琥珀酸的积累，这表明 柠檬酸和α-酮戊二酸通常为琥珀酸的前体。
②
H2O
②
⑧
① 柠檬酸合酶 ②顺乌头酸酶
ADP
③ 异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 + NAD GTP GDP ⑤琥珀酰CoA合成酶 核苷二磷酸激酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 NADH+H+ ⑦ ⑦延胡索酸酶 ③ ③ ⑧苹果酸脱氢酶 H2O FADH +
⑥
2 ATP
NAD
FAD
GDP+Pi GTP
CO2
织中某些 4 碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果
酸和草酰乙酸）能刺激氧的消耗。
Krebs证实了这项发现，并且发现它们也可刺激 丙酮酸的氧化过程。而且他还发现肌肉中丙酮酸 的氧化还可被 6 碳三羧酸，如柠檬酸、顺乌头酸 和异柠檬酸及 5 碳的 α- 酮戊二酸激活。上述有机
酸的激活效应是显著的，任何一种这些有机酸的
TCA 循环过程中，共有 4次脱氢 ，其中 3次脱氢 由NAD+接受，1次由FAD接受。
25
TCA循环过程中，共有4次脱氢，其中3次脱氢由 NAD+接受，1次由FAD接受。 TCA循环本身每循环一次只能以底物水平磷酸化 生成1个ATP。
8
Krebs 得出一个结论：有机三羧酸和二羧酸可以 以一个符合化学逻辑的序列排列。因为用丙酮酸
和草酰乙酸与肌组织共同孵育，可导致溶液介质
中柠檬酸的堆积，所以 Krebs推理这一系列反应 是以循环的方式而不是以线性的方式存在，即以 首尾相连在一起的。
现在 TCA循环已被公认为是营养物分解代谢的必 经途径。
• 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转变
成 -酮戊二酸（ - Ketoglutarate）。
16
（四）α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
• 在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧 化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)；
（ reducing equivalent ）和 2 分子 CO2 ，重
新生成草酰乙酸的这一循环反应过程称为三羧酸
循环。
11
还原当量（reducing equivalent ）
一般是指以氢原子或氢离子形式存在的
一个电子或一个电子当量。
12
一、TCA循环由八步反应组成循环反应途径
13
（一）乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 • 乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸
• 该脱氢酶复合体的组成及催化机制与丙酮酸脱氢
酶复合体类似。
17
（五）琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应 •在 琥珀酰 CoA 合成酶 催化下， 琥珀酰 CoA 的高
能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、
GTP和辅酶A。
•三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。
18
GTP
核苷二磷 酸激酶
（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（citrate）； • 反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化。
14
（二）柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
• 此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应。 • 由两步反应构成，(1) 脱水反应；(2) 水合反应。
15
（三）异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸
NADH+H+
⑤ CoASH CO2
④ CoASH
4×2[H]
2CO2
二、一次TCA循环生成2分子CO2
在 TCA 循环反应过程中，从 2 个碳原子的 乙酰 CoA 与 4 个碳原子的草酰乙酸缩合 成 6 个碳原子 的柠檬酸开始， 反复地脱氢氧化。 TCA循环中通过脱羧方式生成CO2。1个二碳单 位进入 TCA 后，有 2 次脱羧反应 ，生成 2 分子 CO2，这是体内CO2的主要来源。
9
第 二 节
三羧酸循环的反应过程
Reactions of Tricarboxylic Acid Cycle Reactions
10
TCA循环是一个由一系列酶促反应构成的循环反
应系统，在该反应过程中，首先由乙酰CoA（主 要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸 缩合生成含3个羧基的柠檬酸（citric acid）， 再经过4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原当量
三羧酸循环
Tricarboxylic Acid Cycle
的发现
Discovery of the Citric Acid Cycle
2
一、三羧酸循环是三类营养物质氧化分解的 （共同）第二阶段
* 营养物在生物体内氧化的一般过程 糖原 三酯酰甘油 蛋白质
5
1937 年， Hans Krebs 利用鸽子胸肌（这块肌
肉在飞行中有相当高的呼吸频率，因此特别适合
于氧化过程的研究）的组织悬液，测定了在不同 的有机酸作用下，丙酮酸氧化过程中的耗氧率， 首次提出在动物组织中丙酮酸氧化途径的假说。
6
Albert Szent-Gyorgyi等已经发现动物肌肉组
葡萄糖 脂酸 + 甘油 氨基酸
乙酰CoA
TCA 循环
CO2 2H
3
ADP+Pi
ATP
H2O
呼吸链
在真核生物，TCA循环在线粒体中进行， 与呼吸链在功能和结构上相偶联。
4
二、Krebs发现三羧酸循环
三羧酸循环亦称柠檬酸循环
（citric acid cycle），这是因 为循环反应中的第一个中间产物是 一个含三个羧基的柠檬酸 。由于 Krebs 正式提出了三羧酸循环的 学说，故此循环又称为 Krebs 循 环。
GDP
ADP
ATP
（六）琥珀酸脱氢生成延胡索酸
• 由琥珀酸脱氢酶催化，其辅酶是FAD，是三羧酸 循环中唯一与内膜结合的酶。
20
（七）延胡索酸加水生成苹果酸
• 延胡索酸酶催化此步反应
21
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶催化，辅酶是NAD+。
H2O
H2O
①
NADH+H+ NAD+ CoASH
增加，甚至是很少量的增加都能大大激活丙酮酸
的氧化过程。
7
Krebs 的第二项重大发现是观察到丙二酸对丙酮 酸有氧氧化的抑制作用。
丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶的竞争 性抑制剂，在肌肉悬浮液中，无论加入上述哪一种 有机酸，只要丙二酸存在，丙酮酸的有氧氧化过程 就会被抑制。这表明在涉及丙酮酸氧化的酶促反应 中，琥珀酸和琥珀酸脱氢酶必定是很关键的成分。 Krebs 进一步发现，当用丙二酸抑制肌肉组织悬 液中的丙酮酸的有氧氧化时，在这个悬液介质中就 会有柠檬酸、α-酮戊二酸和琥珀酸的积累，这表明 柠檬酸和α-酮戊二酸通常为琥珀酸的前体。
②
H2O
②
⑧
① 柠檬酸合酶 ②顺乌头酸酶
ADP
③ 异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 + NAD GTP GDP ⑤琥珀酰CoA合成酶 核苷二磷酸激酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 NADH+H+ ⑦ ⑦延胡索酸酶 ③ ③ ⑧苹果酸脱氢酶 H2O FADH +
⑥
2 ATP
NAD
FAD
GDP+Pi GTP
CO2
织中某些 4 碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果
酸和草酰乙酸）能刺激氧的消耗。
Krebs证实了这项发现，并且发现它们也可刺激 丙酮酸的氧化过程。而且他还发现肌肉中丙酮酸 的氧化还可被 6 碳三羧酸，如柠檬酸、顺乌头酸 和异柠檬酸及 5 碳的 α- 酮戊二酸激活。上述有机
酸的激活效应是显著的，任何一种这些有机酸的
TCA 循环过程中，共有 4次脱氢 ，其中 3次脱氢 由NAD+接受，1次由FAD接受。
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TCA循环过程中，共有4次脱氢，其中3次脱氢由 NAD+接受，1次由FAD接受。 TCA循环本身每循环一次只能以底物水平磷酸化 生成1个ATP。
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Krebs 得出一个结论：有机三羧酸和二羧酸可以 以一个符合化学逻辑的序列排列。因为用丙酮酸
和草酰乙酸与肌组织共同孵育，可导致溶液介质
中柠檬酸的堆积，所以 Krebs推理这一系列反应 是以循环的方式而不是以线性的方式存在，即以 首尾相连在一起的。
现在 TCA循环已被公认为是营养物分解代谢的必 经途径。
• 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转变
成 -酮戊二酸（ - Ketoglutarate）。
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（四）α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
• 在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧 化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)；
（ reducing equivalent ）和 2 分子 CO2 ，重
新生成草酰乙酸的这一循环反应过程称为三羧酸
循环。
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还原当量（reducing equivalent ）
一般是指以氢原子或氢离子形式存在的
一个电子或一个电子当量。
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一、TCA循环由八步反应组成循环反应途径
13
（一）乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸 • 乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸
• 该脱氢酶复合体的组成及催化机制与丙酮酸脱氢
酶复合体类似。
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（五）琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应 •在 琥珀酰 CoA 合成酶 催化下， 琥珀酰 CoA 的高
能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、
GTP和辅酶A。
•三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。
18
GTP
核苷二磷 酸激酶
（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（citrate）； • 反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化。
14
（二）柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
• 此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应。 • 由两步反应构成，(1) 脱水反应；(2) 水合反应。
15
（三）异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸
NADH+H+
⑤ CoASH CO2
④ CoASH
4×2[H]
2CO2
二、一次TCA循环生成2分子CO2
在 TCA 循环反应过程中，从 2 个碳原子的 乙酰 CoA 与 4 个碳原子的草酰乙酸缩合 成 6 个碳原子 的柠檬酸开始， 反复地脱氢氧化。 TCA循环中通过脱羧方式生成CO2。1个二碳单 位进入 TCA 后，有 2 次脱羧反应 ，生成 2 分子 CO2，这是体内CO2的主要来源。
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第 二 节
三羧酸循环的反应过程
Reactions of Tricarboxylic Acid Cycle Reactions
10
TCA循环是一个由一系列酶促反应构成的循环反
应系统，在该反应过程中，首先由乙酰CoA（主 要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸 缩合生成含3个羧基的柠檬酸（citric acid）， 再经过4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原当量