羧酸循环记忆
三羧酸循环

三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)由乙酰CoA和草酰乙酸缩合成有三个羧基的柠檬酸, 柠檬酸经一系列反应, 一再氧化脱羧, 经α酮戊二酸、琥珀酸, 再降解成草酰乙酸。
而参与这一循环的丙酮酸的三个碳原子, 每循环一次, 仅用去一分子乙酰基中的二碳单位, 最后生成两分子的CO2 , 并释放出大量的能量。
柠檬酸循环(Citric acid cycle):也称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA),Krebs循环。
是用于乙酰CoA中的乙酰基氧化成CO2的酶促反应的循环系统,该循环的第一步是由乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸。
(一)三羧酸循环的过程乙酰CoA进入由一连串反应构成的循环体系,被氧化生成H2O和CO2。
由于这个循环反应开始于乙酰CoA与草酰乙酸(oxaloacetic acid)缩合生成的含有三个羧基的柠檬酸,因此称之为三羧酸循环或柠檬酸循环(citrate cycle)。
在三羧酸循环中,柠檬酸合成酶催化的反应是关键步骤,草酰乙酸的供应有利于循环顺利进行。
其详细过程如下:(1)乙酰-CoA进入三羧酸循环乙酰CoA具有硫酯键,乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型缩合。
首先柠檬酸合酶的组氨酸残基作为碱基与乙酰CoA作用,使乙酰CoA的甲基上失去一个h+,生成的碳阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击,生成柠檬酰CoA中间体,然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸,使反应不可逆地向右进行。
该反应由柠檬酸合成酶(citrate synthase)催化,是很强的放能反应。
由草酰乙酸和乙酰CoA合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点,柠檬酸合成酶是一个变构酶,ATP是柠檬酸合成酶的变构抑制剂,此外,α-酮戊二酸、NADH能变构抑制其活性,长链脂酰CoA也可抑制它的活性,AMP可对抗ATP的抑制而起激活作用。
(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。
三羧酸循环的概念和意义

三羧酸循环的概念和意义三羧酸循环(TCA cycle),又称柠檬酸循环或克雷布斯循环,是生物体内重要的代谢途径。
它不仅是糖、脂肪和蛋白质三大营养物质代谢的最终归宿,而且与能量转换、生物合成等生命活动密切相关。
本文将详细阐述三羧酸循环的概念及其生物学意义。
一、三羧酸循环的概念三羧酸循环是一种存在于真核生物线粒体中的代谢途径,其主要功能是氧化碳水化合物、脂肪和蛋白质,从而释放能量。
该循环的反应过程主要涉及8个中间产物,包括柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、延胡索酸、苹果酸、草酸和丙酮酸。
这些中间产物通过一系列酶催化反应,最终生成二氧化碳、ATP和水。
二、三羧酸循环的意义1.能量产生:三羧酸循环是生物体内产生ATP的主要途径之一。
在循环过程中,每氧化一个乙酰辅酶A(Acetyl-CoA),可以产生3个NADH、1个FADH2和1个GTP(后者可转化为ATP)。
这些还原性辅酶通过呼吸链传递电子,最终产生大量ATP。
2.生物合成:三羧酸循环中的中间产物是生物体内许多重要物质的前体,如氨基酸、核苷酸、脂质等。
这些物质在生物合成过程中发挥着关键作用。
3.代谢调控:三羧酸循环中的关键酶活性受细胞内代谢状态的调控,从而影响整个循环的速率。
这种调控机制有助于维持细胞内环境的稳定,满足生物体在不同生理状态下的能量需求。
4.基因表达:近年来的研究表明,三羧酸循环中的某些中间产物还参与基因表达的调控。
例如,柠檬酸可以激活转录因子,影响相关基因的表达。
5.细胞信号传递:三羧酸循环中的某些产物,如琥珀酸,可以作为信号分子参与细胞内信号传递过程,影响细胞增殖、分化等生命活动。
综上所述,三羧酸循环在生物体内具有至关重要的作用,不仅为生命活动提供能量,还参与生物合成、代谢调控、基因表达和细胞信号传递等多个方面。
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。
三羧酸循环和卡尔文循环

三羧酸循环和卡尔文循环
三羧酸循环(也称Krebs循环或TCA循环)和卡尔文循环是两个不同的生物化学过程。
三羧酸循环是一种发生在细胞线粒体的代谢过程,主要用于将葡萄糖等有机物分解为二氧化碳和能量(ATP)。
该循环通过一系列化学反应将乙酰辅酶A转化为柠檬酸,然后再逐步氧化回乙酰辅酶A,释放出能量。
这个过程是细胞内能量代谢的重要组成部分,也是有氧呼吸的一环。
卡尔文循环(也称为光合碳同化途径)是植物和一些微生物中进行光合作用的过程。
在光合作用中,光能被转化为化学能,通过卡尔文循环继续合成有机物。
这个过程利用光合细胞中的酶和电子传递链来将二氧化碳还原为葡萄糖等有机物。
卡尔文循环涉及一系列的化学反应,包括碳的固定、还原和再生,最终产生有机物质。
总结起来,三羧酸循环是一种能量释放过程,将有机物分解为能量和二氧化碳,而卡尔文循环是一种能量固定过程,将二氧化碳转化为有机物质。
两个循环在细胞内发挥着不同的生物化学功能。
简述三羧酸循环反应过程

简述三羧酸循环反应过程三羧酸循环,也称为反携氧体激酶(Krebs)循环或者苏珊克里布循环(Citric Acid Cycle),是在线粒体中发生的一种氧化还原反应,它是细胞化学提供能量的重要途径,是有机物氧化的最后一步,也是最重要的一步。
三羧酸循环是一个闭合的反应循环,从营养物质的碳水化合物开始,经过水解,酯酶分解,酶调分解,终止于水解产生的三羧酸,由三羧酸重新开始,将氧气经过赋予能量而释放出大量的能量,这种能量可以通过磷酸化反应以产生ATP分子而被利用。
三羧酸循环的反应可以分为六个步骤:1.脯氨酸水解反应:脯氨酸被细胞膜上的脯氨酸水解酶分解成乙酰辅酶A(CoA)和氨。
2.乙酰辅酶A酯酶反应:乙酰辅酶A与脯氨酸结合,形成乙酰辅酶A酯,然后经由乙酰辅酶A酯酶,乙酰辅酶A酯被水解成乙酸和腰腺氨酸(CoA)。
3.腰腺氨酸乙酰转移反应:腰腺氨酸乙酰转移酶将腰腺氨酸从乙酰辅酶A转移到另一种碳水化合物,如丙酮酸,形成乙酰丙酮酸。
4.乙酰丙酮酸氧化反应:乙酰丙酮酸通过乙酰丙酮酸氧化酶被氧化,形成二羧酸。
5.二羧酸反应:二羧酸被细胞膜上的二羧酸反应酶过氧化,形成三羧酸和氢氧化物。
6.三羧酸循环:三羧酸通过细胞膜上的三羧酸循环酶转化,重新形成乙酰辅酶A,脯氨酸,二氧化碳和水解物,再次进入脯氨酸水解反应,继续进行三羧酸循环。
在三羧酸循环的每个步骤中,都会发生氧化还原反应。
其中,脯氨酸水解反应产生了一个高能含量的乙酰基(CoA),乙酰辅酶A酯酶反应会将一个高能含量的乙酰基转化成另一种高能含量的物质,腰腺氨酸乙酰转移反应会将另一种高能含量的物质转化成低能含量的物质,乙酰丙酮酸氧化反应会消耗部分能量,二羧酸反应会释放出更多的能量,在三羧酸循环的最后一步,三羧酸循环酶会释放出更多的能量,被储存了磷酸的ATP分子。
可以说,三羧酸循环是细胞提供能量的重要途径。
它通过水解,酯酶分解,酶调分解,促进碳水化合物的氧化,然后释放出的极大的能量和氧气供给细胞,从而使细胞可以进行各种生化反应,赋予能量而释放出大量的能量,从而构成了生物机体可以在生命活动中不断进行的重要发动机。
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。
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2
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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。
三羧酸循环(TCA)
二磷酸果糖酯酶
1,6-二 磷酸果糖
6-磷酸果糖
总反应式为: A式:6 6—P—G+12NADP++6H2O 6CO2+12(NADPH+H+) 然后:2 3—P—G 6—P—F 4 6—P—F+2 3—P—G+
1,6—DPG+H2O 6—P—G
6—P—F+Pi
因此得到B式 :
6—P—G+12NADP++7H2O 6CO2+12(NADPH+H+)+Pi
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 类似于丙酮酸的氧化脱羧。 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、琥珀酸的生成
底物磷酸化 生成1ATP 可逆
是 TCA 中唯一直接产生 ATP 的反应,属 于底物磷酸化。 区别:
第四节
三羧酸循环(TCA)
三羧酸循环的概念: 1937 年德国生物学家 Krebs (克雷布斯, 1953年因此获诺贝尔奖)阐明:乙酰CoA的继续 分解是一个环式反应体系,起点是乙酰CoA与草 酰乙酸结合为具有三个羧基的柠檬酸,故称为三 羧酸循环(tricarboxylic acid),又叫TCA循环, Krebs 循环,由于该循环的第一个产物是柠檬酸, 又叫柠檬酸循环。 它不仅是糖代谢的主要途径,也是蛋白质、 脂肪分解代谢的最终途径。 三羧酸循环的细胞定位:线粒体内
还原型三羧酸循环
还原型三羧酸循环三羧酸循环,又被称为柠檬酸循环或Krebs循环,是细胞中重要的能量产生途径之一。
它在线粒体内进行,通过氧化葡萄糖和其他有机物,产生二氧化碳、ATP和还原辅酶NADH等能量物质。
这个循环的发现对于我们理解细胞能量代谢以及生物学体系的运作机制有着重要的意义。
三羧酸循环的还原型是指该循环中的关键中间产物,能够通过反应逆转的方式,合成有机物质。
在三羧酸循环中,还原型包括柠檬酸、异柠檬酸、α-酮戊二酸和琥珀酸等化合物。
三羧酸循环的第一步是柠檬酸的形成。
柠檬酸是由乙酰辅酶A和草酰乙酸通过反应合成的。
这一步反应是有机酸的合成反应,通过辅酶A的辅助,将两个碳原子的乙酰辅酶A与四个碳原子的草酰乙酸结合,形成六个碳原子的柠檬酸。
柠檬酸随后经历异柠檬酸、α-酮戊二酸和琥珀酸等反应,最终又再次合成草酰乙酸,完成一个循环。
三羧酸循环中的反应是由多种酶催化的。
每一步反应都需要特定的酶催化才能进行,而且这些酶催化反应是相互关联的,前一步的产物是后一步的底物。
这种相互关联的关系使得三羧酸循环形成一个闭环,循环反应不断进行。
在三羧酸循环的过程中,产生了大量的还原辅酶NADH和FADH2。
这些还原辅酶可以通过氧化磷酸化反应,将储存的能量转化为ATP分子。
此外,三羧酸循环还能够通过产生二氧化碳,将有机物质分解为无机物质,为细胞排除废物提供了途径。
除了能量产生和废物排除的作用,三羧酸循环还与其他代谢途径有着紧密的联系。
通过三羧酸循环,细胞能够从葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等多种有机物质中提取能量。
同时,三羧酸循环中的某些中间产物还可以用于合成脂肪酸、胆固醇和氨基酸等生物分子。
还原型三羧酸循环是细胞能量代谢的重要途径之一。
通过这个循环,细胞可以将有机物质氧化为二氧化碳,产生能量和废物。
这个循环不仅与能量代谢密切相关,还与其他代谢途径紧密联系。
深入了解三羧酸循环的机理和调控对于我们理解细胞能量代谢以及生物体系的运行机制具有重要的意义。
三羧酸循环循环过程
三羧酸循环(TCA)
✨三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA cycle)是需氧生物体内普遍存在的代谢途径。
原核生物中分布于细胞质,真核生物中分布在线粒体。
因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的有机酸,例如柠檬酸(C6),所以叫做三羧酸循环,又称为柠檬酸循环(citric acid cycle)或者是TCA循环;或者以发现者Hans Adolf Krebs(英1953年获得诺贝尔生理学或医学奖)的姓名命名为Krebs循环。
三羧酸循环是三大营养素(糖类、脂类、氨基酸)的最终代谢通路,又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。
据估计,人体内2/3的有机物是通过三羧酸循环被分解的。
由于糖和甘油在体内代谢可生成α-酮戊二酸及草酰乙酸等中间产物,这些中间产物可以转变为某些氨基酸;而有些氨基酸又可以通过不同途径变成α-酮戊二酸及草酰乙酸,再经过糖异生(非糖物质,如甘油、丙酮酸、乳酸和生糖氨基酸等,在体内转变为葡萄糖或糖原的过程称为糖异生)的途径生成糖。
✅因此,三羧酸循环不仅是三种主要有机物分解代谢的最终共同途径,而且也是它们互变的联络中心。
三羧酸循环及其生理意义
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。
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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。
α—酮戊二酸 脱氢酶系
其中( 异柠檬酸脱氢酶 )最重要?
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2、三羧酸循环中共有几次脱氢? 四次
共生成( 12摩尔)ATP? 3、经过一次循环实际被氧化的是什么?
乙酰COA
4、为什么说三羧酸循环是糖氧化供能 的主要代谢途径?是三大物质代谢最 终的共同通路?是三大物质代谢相互 联系的枢纽?
请展开讨论
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。
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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。
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1.是氧化供能的主要代谢途径
1摩尔葡萄糖经无氧分解只能生成2摩尔 ATP,而经过有氧分解则可以产生36——38摩尔 ATP,其中就有24摩尔ATP由三羧酸循环产生。 (为什么是36——38 摩尔后面再讲)
2.是三大物质代谢最终的共同通路
糖、脂肪、氨基酸这三大营养物质在体内 氧化分解的共同中间产物都是乙酰COA,都要经 过三羧酸循环彻底氧化。
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羧酸循环记忆(页1) - [size=3]三羧酸循环记忆一:糖无氧酵解过程中的“1、2、3、4”1:1分子的葡萄糖2:此中归纳为:6个2(1)2个阶段;经过2个阶段生成乳酸(葡萄糖--丙酮酸--乳酸)(2)2 个磷酸化(葡萄糖--6- 医学全在线2008年医学考研论坛,2007年执业 http://bbs.med126.com/archiver/?tid-3496.html
三羧酸循环记忆(自己总结,决无雷同)(页1) - 巧记经验交流版- 爱爱医网 :: 相信准备执考的朋友都会复习到《生物化学》中的“三羧酸循环”,我自己在看书时把相关的知识点做一总结,希望对各位有用:一:糖无氧酵解过程中的[color=Red]“1、2、3、4”[/color] 1:[color=Red]1[/co 爱爱医网-中国医学论坛- Discuz! Archiver. http://www.iiyi.com/bbs/archiver/?tid-1242425.html
柠檬酸循环(citric acid cycle):也称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA),Krebs循环。是用于乙酰CoA中的乙酰基氧化成CO2的酶促反应的循环系统,该循环的第一步是由乙酰CoA经草酰乙酸缩合形成柠檬酸。
乙酰coa进入由一连串反应构成的循环体系,被氧化生成h2o和co2。由于这个循环反应开始于乙酰coa与草酰乙酸(oxaloacetate)缩合生成的含有三个羧基的柠檬酸,因此称之为三羧酸循环或柠檬酸循环(citric acid cycle)。在三羧酸循环中,柠檬酸合成酶催化的反应是关键步骤,草酰乙酸的供应有利于循环顺利进行。其详细过程如下:
(1)乙酰coa进入三羧酸循环 乙酰coa具有硫酯键,乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型缩合。首先从ch3co基上除去一个h+,生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击,生成柠檬酰coa中间体,然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸,使反应不可逆地向右进行。该反应由柠檬酸合成酶(citrate synthetase)催化,是很强的放能反应。
由草酰乙酸和乙酰coa合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点,柠檬酸合成酶是一个变构酶,atp是柠檬酸合成酶的变构抑制剂,此外,α-酮戊二酸、nadh能变构抑制其活性,长链脂酰coa也可抑制它的活性,amp可对抗atp的抑制而起激活作用。
(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)第一次氧化脱酸 在异柠檬酸脱氢酶作用下,异柠檬酸的仲醇氧化成羰基,生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate)的中间产物,后者在同一酶表面,快速脱羧生成α-酮戊二酸(αketoglutarate)、nadh和co2,此反应为β-氧化脱羧,此酶需要mn2+作为激活剂。
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。
(4)第二次氧化脱羧 在α-酮戊二酸脱氢酶系作用下,α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰coa、nadh+h+和co2,反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧,属于α氧化脱羧,氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰coa的高能硫酯键中。
α-酮戊二酸脱氢酶系也由三个酶(α-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(tpp、硫辛酸、hscoa、nad+、fad)组成。
此反应也是不可逆的。α-酮戊二酸脱氢酶复合体受atp、gtp、naph和琥珀酰coa抑制,但其不受磷酸化/去磷酸化的调控。
(5)底物磷酸化生成atp 在琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)的作用下,琥珀酰coa的硫酯键水解,释放的自由能用于合成gtp,在细菌和高等生物可直接生成atp,在哺乳动物中,先生成gtp,再生成atp,此时,琥珀酰coa生成琥珀酸和辅酶a。
(6)琥珀酸脱氢 琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。该酶结合在线粒体内膜上,而其他三羧酸循环的酶则都是存在线粒体基质中的,这酶含有铁硫中心和共价结合的fad,来自琥珀酸的电子通过fad和铁硫中心,然后进入电子传递链到o2,丙二酸是琥珀酸的类似物,是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物,所以可以阻断三羧酸循环。
(7)延胡索酸的水化 延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用,而对顺丁烯二酸(马来酸)则无催化作用,因而是高度立体特异性的。
(8)草酰乙酸再生 在苹果酸脱氢酶(malic dehydrogenase)作用下,苹果酸仲醇基脱氢氧化成羰基,生成草酰乙酸(oxalocetate),nad+是脱氢酶的辅酶,接受氢成为nadh+h+(图4-5)。
三羰酸循环总结: 乙酰coa+3nadh++fad+gdp+pi+2h2o—→ 2co2+3nadh+fadh2+gtp+3h+ +coash ①co2的生成,循环中有两次脱羧基反应(反应3和反应4)两次都同时有脱氢作用,但作用的机理不同,由异柠檬酸脱氢酶所催化的β氧化脱羧,辅酶是nad+,它们先使底物脱氢生成草酰琥珀酸,然后在mn2+或mg2+的协同下,脱去羧基,生成α-酮戊二酸。
α-酮戊二酸脱氢酶系所催化的α氧化脱羧反应和前述丙酮酸脱氢酶系所催经的反应基本相同。
应当指出,通过脱羧作用生成co2,是机体内产生co2的普遍规律,由此可见,机体co2的生成与体外燃烧生成co2的过程截然不同。
②三羧酸循环的四次脱氢,其中三对氢原子以nad+为受氢体,一对以fad为受氢体,分别还原生成nadh+h+和fadh2。它们又经线粒体内递氢体系传递,最终与氧结合生成水,在此过程中释放出来的能量使adp和pi结合生成atp,凡nadh+h+参与的递氢体系,每2h氧化成一分子h2o,生成3分子atp,而fadh2参与的递氢体系则生成2分子atp,再加上三羧酸循环中有一次底物磷酸化产生一分子atp,那么,一分子ch2coscoa参与三羧酸循环,直至循环终末共生成12分子atp。
③乙酰coa中乙酰基的碳原子,乙酰coa进入循环,与四碳受体分子草酰乙酸缩合,生成六碳的柠檬酸,在三羧酸循环中有二次脱羧生成2分子co2,与进入循环的二碳乙酰基的碳原子数相等,但是,以co2方式失去的碳并非来自乙酰基的两个碳原子,而是来自草酰乙酸。
④三羧酸循环的中间产物,从理论上讲,可以循环不消耗,但是由于循环中的某些组成成分还可参与合成其他物质,而其他物质也可不断通过多种途径而生成中间产物,所以说三羧酸循环组成成分处于不断更新之中。
例如 草楚酰乙酸——→天门冬氨酸 α-酮戊二酸——→谷氨酸 草酰乙酸——→丙酮酸——→丙氨酸 其中丙酮酸羧化酶催化的生成草酰乙酸的反应最为重要。 因为草酰乙酸的含量多少,直接影响循环的速度,因此不断补充草酰乙酸是使三羧酸循环得以顺利进行的关键。
三羧酸循环中生成的苹果酸和草酰乙酸也可以脱羧生成丙酮酸,再参与合成许多其他物质或进一步氧化。
(二)糖有氧氧化的生理意义 1.三羧酸循环是机体获取能量的主要方式。1个分子葡萄糖经无氧酵解仅净生成2个分子atp,而有氧氧化可净生成38个atp,其中三羧酸循环生成24个atp,在一般生理条件下,许多组织细胞皆从糖的有氧氧化获得能量。糖的有氧氧化不但释能效率高,而且逐步释能,并逐步储存于atp分子中,因此能的利用率也很高。
2.三羧酸循环是糖,脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径,三羧酸循环的起始物乙酰辅酶a,不但是糖氧化分解产物,它也可来自脂肪的甘油、脂肪酸和来自蛋白质的某些氨基酸代谢,因此三羧酸循环实际上是三种主要有机物在体内氧化供能的共同通路,估计人体内2/3的有机物是通过三羧酸循环而被分解的。
3.三羧酸循环是体内三种主要有机物互变的联结机构,因糖和甘油在体内代谢可生成α-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循环的中间产物,这些中间产物可以转变成为某些氨基酸;而有些氨基酸又可通过不同途径变成α-酮戊二酸和草酰乙酸,再经糖异生的途径生成糖或转变成甘油,因此三羧酸循环不仅是三种主要的有机物分解代谢的最终共同途径,而且也是它们互变的联络机构。
(三)糖有氧氧化的调节 如上所述糖有氧氧化分为两个阶段,第一阶段糖酵解途径的调节在糖酵解部分已探讨过,下面主要讨论第二阶段丙酸酸氧化脱羧生成乙酰coa并进入三羧酸循环的一系列反应的调节。丙酮酸脱氢酶复合体、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶复合体是这一过程的限速酶。 丙酮酸脱氢酶复合体受别位调控也受化学修饰调控,该酶复合体受它的催化产物atp、乙酰coa和nadh有力的抑制,这种别位抑制可被长链脂肪酸所增强,当进入三羧酸循环的乙酰coa减少,而amp、辅酶a和nad+堆积,酶复合体就被别位激活,除上述别位调节,在脊椎动物还有第二层次的调节,即酶蛋白的化学修饰,pdh含有两个亚基,其中一个亚基上特定的一个丝氨酸残基经磷酸化后,酶活性就受抑制,脱磷酸化活性就恢复,磷酸化-脱磷酸化作用是由特异的磷酸激酶和磷酸蛋白磷酸酶分别催化的,它们实际上也是丙酮酸酶复合体的组成,即前已述及的调节蛋白,激酶受atp别位激活,当atp高时,pdh就磷酸化而被激活,当atp浓度下降,激酶活性也降低,而磷酸酶除去pdh上磷酸,pdh又被激活了。
对三羧酸循环中柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶的调节,主要通过产物的反馈抑制来实现的,而三羧酸循环是机体产能的主要方式。因此atp/adp与nadh/nad+两者的比值是其主要调节物。atp/adp比值升高,抑制柠檬酸合成酶和异柠檬酶脱氢酶活性,反之atp/adp比值下降可激活上述两个酶。nadh/nad+比值升高抑制柠檬酸合成酶和α-酮戊二酸脱氢酶活性,除上述atp/adp与nadh/nad+之外其它一些代谢产物对酶的活性也有影响,如柠檬酸抑制柠檬酸合成酶活性,而琥珀酰coa抑制α-酮戊二酸脱氢酶活性。总之,组织中代谢产物决定循环反应的速度,以便调节机体atp和nadh浓度,保证机体能量供给。