23柠檬酸循环
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三种不同的酶（丙酮酸脱氢酶组分E1、二氢硫辛酰 转乙酰基酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3）
6种辅助因子（TTP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA 和Mg2+）
1.丙酮酸脱氢酶系的结构：
Lester Reed研究了丙酮酸脱氢酶复合体的组成和结构，大 肠杆菌中此酶的质量约为50，000，000，是由60条肽链组 成多面体，直径约30nm，可以在电子显微镜下观察到这种 复合体。二氢硫辛酰转乙酰基酶位于核心有24条肽链，丙 酮酸脱氢酶也有24条肽链，二氢硫辛酸脱氢酶是12条肽链 组成。这些肽链以非共价力结合在一起，在碱性pH时复合 体可以解离成相应的亚单位，在中性时三个酶又可以重组 成为复合体。
L－苹果酸脱氢酶
糖类代谢
4.三羧酸循环 乙酰CoA
加入2C
丙酮酸
草酰 乙酸
柠檬 酸
异柠
苹果 NADH
檬酸 NADH
酸
定义：在有氧条件下，酵
解产物丙酮酸被氧化分解 草酰 成CO2和H2O,并以ATP形 琥珀酸
延胡 式贮备大量能量的代谢系
CO2
索酸 统
。 NADH
α-酮
FADH2
琥珀 1ATP 琥珀酰
5.琥珀酰COA转化成琥珀酸， 并生成GTP
琥珀酰COA合成酶
6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸
反应在琥珀酸脱氢酶的作用下进行，所形成的是 延胡索酸是反丁烯二酸，而不是顺丁烯二酸（马 来酸），后者不能参加代谢，对机体有毒性。丙 二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂
7.延胡索酸被水化生成苹果酸
延胡索酸酶
8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸
4. -酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅
酶Aห้องสมุดไป่ตู้
-酮戊二酸脱氢酶系
-酮戊二酸脱氢酶系的结构与调控
-酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似，由三 个酶即-酮戊二酸脱氢酶E1，琥珀酰转移酶E2和 二氢硫辛酰脱氢酶E3组成。也需要TPP，硫辛酸， COA，FAD和NAD＋,Mg2+6种辅助因子。琥珀酰 转移酶E2处于核心位置，其氧化脱羧机制也类似。 -酮戊二酸脱氢酶系也是个调节酶，受其产物 NADH、琥珀酰CoA和Ca2+抑制，细胞高能荷时， ATP，GTP也可反馈抑制酶的活性，但是酶的活性 不受磷酸化作用的共价修饰调节。
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。
所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在复合体 上，由于一个酶与另一个酶彼接近，活性中间产物可以通 过酰基转移酶上赖氨酸与硫辛酸形成的转动长臂从酶的一 个活性位置转到另一个活性位置上。
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
糖类代谢
六.三羧酸循环的意义
1.TCA循环是生物体产能的有效方式，一分子葡萄糖 经EMP和TCA彻底氧化成H2O、CO2，可生成32个 ATP
2.中间产物可以为其他物质的合成提供C骨架
3.沟通脂质、蛋白质等有机物代谢，是三大 物质代谢相互转换的枢纽。
4.TCA循环是各类有机物共同的末端代谢
课后问题
四．葡萄糖分解代谢过程中 能量的产生
• 葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式： • 直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2，后者
在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
1.葡萄糖分解代谢共同途径－糖酵解： 1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，共消耗了2个 ATP，产生了4 个ATP，实际上净生成了2个 ATP，同时产生2个NADH。
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。
2.核苷酸反馈调节：酶体系的活性由细胞的能荷所控制。特别 是丙酮酸脱羧酶E1组分受GTP抑制，为AMP所活化。当细胞 内富有立即可利用的能量时，丙酮酸脱氢酶体系活性降低。
3.可逆磷酸化作用的共价调节：在有ATP时，丙酮酸脱氢酶分 子上的特殊的丝氨酸残基被专一的磷酸激酶催化时，变得没有 活性，当酶上的磷酸基团被专一磷酸酶水解时又恢复活性。细 胞内ATP/AMP，乙酰COA/ COA和NADH/NAD＋的比值增高时， 酶的磷酸化作用增加。Ca2+增加去磷酸化作用。
2.酵解产物的去向
（1）无氧分解（丙酮酸接受3－磷酸甘油醛脱氢酶形 成的NADH上的氢，形成乳酸）。
（2）有氧分解（丙酮酸生成乙酰CoA进入三羧酸循
环）
产生的ATP、NADH和FADH2
•丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1个
NADH。
•三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一个 GTP（相当于ATP）、3个NADH和1个FADH2。
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。
1.如果柠檬酸循环的中间物脱离循环，进入其它代谢途 径，为什么柠檬酸循环还能继续进行？
2.写出柠檬酸循环的总反应式，每消耗1分子乙酰COA 只产生1个ATP当量（GTP）吗？
3.柠檬酸循环中有多少步骤包括（1）氧化－还原作用， （2）水合－去水合作用， （3）底物水平磷酸化，（4） 脱羧作用？并列出相应于这些反应的酶。
丙酮酸
辅酶A
乙酰辅酶A
2.丙酮酸脱羧反应的调控
由于从丙酮酸到乙酰COA是一个重要的步骤，处于 代谢途径的分支点，这反应体系受到严密的调节与控制。
1.产物抑制：丙酮酸氧化脱羧作用的二个产物乙酰COA和 NADH都抑制丙酮酸脱氢酶系，乙酰COA抑制乙酰转移酶E2， NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应可以被相应反 应物COA和NAD＋逆转。
（3）葡萄糖分解代谢过程中 产生的总能量
1.葡萄糖酵解成乳酸的总反应式
• C6H6O6 + 2 ADP + 2Pi 2H2O
2.葡萄糖有氧分解总反应式
2乳酸＋2ATP＋
• C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP
所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在复合体上由于一个酶与另一个酶彼接近活性中间产物可以通过酰基转移酶上赖氨酸与硫辛酸形成的转动长臂从酶的一个活性位置转到另一个活性位置上
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。
• 4 ATP +（10 2.5）ATP + （2 1.5） ATP = 32 ATP
五.三羧酸循环的回补反应
1.丙酮酸的羧化 丙酮酸羧化酶，Mg2+
丙酮酸＋CO2＋ATP＋H2O
草酰乙酸＋ADP＋Pi
2.PEP羧化激酶
PEP羧化激酶，Mg2+
磷酸烯醇式丙酮酸＋CO2＋GDP
草酰乙酸＋GTP
3.天冬氨酸及谷氨酸的转氨基作用可以形成 草酰乙酸和-酮戊二酸
戊二酸
酸
CoA CO2
二.三羧酸循环中的化学循环
1.一次底物水平磷酸化
琥珀酰COA高能磷酸键水解
GDP＋Pi
GTP
2.两步脱羧反应（C量达到平衡）
异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A
3.两步加水
乙酰COA+草酰乙酸＋H2O 柠檬酸＋COA-SH
延胡索酸＋ H2O
L－苹果酸
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？
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：
6种辅助因子（TTP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA 和Mg2+）
1.丙酮酸脱氢酶系的结构：
Lester Reed研究了丙酮酸脱氢酶复合体的组成和结构，大 肠杆菌中此酶的质量约为50，000，000，是由60条肽链组 成多面体，直径约30nm，可以在电子显微镜下观察到这种 复合体。二氢硫辛酰转乙酰基酶位于核心有24条肽链，丙 酮酸脱氢酶也有24条肽链，二氢硫辛酸脱氢酶是12条肽链 组成。这些肽链以非共价力结合在一起，在碱性pH时复合 体可以解离成相应的亚单位，在中性时三个酶又可以重组 成为复合体。
L－苹果酸脱氢酶
糖类代谢
4.三羧酸循环 乙酰CoA
加入2C
丙酮酸
草酰 乙酸
柠檬 酸
异柠
苹果 NADH
檬酸 NADH
酸
定义：在有氧条件下，酵
解产物丙酮酸被氧化分解 草酰 成CO2和H2O,并以ATP形 琥珀酸
延胡 式贮备大量能量的代谢系
CO2
索酸 统
。 NADH
α-酮
FADH2
琥珀 1ATP 琥珀酰
5.琥珀酰COA转化成琥珀酸， 并生成GTP
琥珀酰COA合成酶
6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸
反应在琥珀酸脱氢酶的作用下进行，所形成的是 延胡索酸是反丁烯二酸，而不是顺丁烯二酸（马 来酸），后者不能参加代谢，对机体有毒性。丙 二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂
7.延胡索酸被水化生成苹果酸
延胡索酸酶
8.苹果酸脱氢生成草酰乙酸
4. -酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅
酶Aห้องสมุดไป่ตู้
-酮戊二酸脱氢酶系
-酮戊二酸脱氢酶系的结构与调控
-酮戊二酸脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似，由三 个酶即-酮戊二酸脱氢酶E1，琥珀酰转移酶E2和 二氢硫辛酰脱氢酶E3组成。也需要TPP，硫辛酸， COA，FAD和NAD＋,Mg2+6种辅助因子。琥珀酰 转移酶E2处于核心位置，其氧化脱羧机制也类似。 -酮戊二酸脱氢酶系也是个调节酶，受其产物 NADH、琥珀酰CoA和Ca2+抑制，细胞高能荷时， ATP，GTP也可反馈抑制酶的活性，但是酶的活性 不受磷酸化作用的共价修饰调节。
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。
所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在复合体 上，由于一个酶与另一个酶彼接近，活性中间产物可以通 过酰基转移酶上赖氨酸与硫辛酸形成的转动长臂从酶的一 个活性位置转到另一个活性位置上。
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
糖类代谢
六.三羧酸循环的意义
1.TCA循环是生物体产能的有效方式，一分子葡萄糖 经EMP和TCA彻底氧化成H2O、CO2，可生成32个 ATP
2.中间产物可以为其他物质的合成提供C骨架
3.沟通脂质、蛋白质等有机物代谢，是三大 物质代谢相互转换的枢纽。
4.TCA循环是各类有机物共同的末端代谢
课后问题
四．葡萄糖分解代谢过程中 能量的产生
• 葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式： • 直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2，后者
在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
1.葡萄糖分解代谢共同途径－糖酵解： 1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，共消耗了2个 ATP，产生了4 个ATP，实际上净生成了2个 ATP，同时产生2个NADH。
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。
2.核苷酸反馈调节：酶体系的活性由细胞的能荷所控制。特别 是丙酮酸脱羧酶E1组分受GTP抑制，为AMP所活化。当细胞 内富有立即可利用的能量时，丙酮酸脱氢酶体系活性降低。
3.可逆磷酸化作用的共价调节：在有ATP时，丙酮酸脱氢酶分 子上的特殊的丝氨酸残基被专一的磷酸激酶催化时，变得没有 活性，当酶上的磷酸基团被专一磷酸酶水解时又恢复活性。细 胞内ATP/AMP，乙酰COA/ COA和NADH/NAD＋的比值增高时， 酶的磷酸化作用增加。Ca2+增加去磷酸化作用。
2.酵解产物的去向
（1）无氧分解（丙酮酸接受3－磷酸甘油醛脱氢酶形 成的NADH上的氢，形成乳酸）。
（2）有氧分解（丙酮酸生成乙酰CoA进入三羧酸循
环）
产生的ATP、NADH和FADH2
•丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1个
NADH。
•三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一个 GTP（相当于ATP）、3个NADH和1个FADH2。
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。
1.如果柠檬酸循环的中间物脱离循环，进入其它代谢途 径，为什么柠檬酸循环还能继续进行？
2.写出柠檬酸循环的总反应式，每消耗1分子乙酰COA 只产生1个ATP当量（GTP）吗？
3.柠檬酸循环中有多少步骤包括（1）氧化－还原作用， （2）水合－去水合作用， （3）底物水平磷酸化，（4） 脱羧作用？并列出相应于这些反应的酶。
丙酮酸
辅酶A
乙酰辅酶A
2.丙酮酸脱羧反应的调控
由于从丙酮酸到乙酰COA是一个重要的步骤，处于 代谢途径的分支点，这反应体系受到严密的调节与控制。
1.产物抑制：丙酮酸氧化脱羧作用的二个产物乙酰COA和 NADH都抑制丙酮酸脱氢酶系，乙酰COA抑制乙酰转移酶E2， NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应可以被相应反 应物COA和NAD＋逆转。
（3）葡萄糖分解代谢过程中 产生的总能量
1.葡萄糖酵解成乳酸的总反应式
• C6H6O6 + 2 ADP + 2Pi 2H2O
2.葡萄糖有氧分解总反应式
2乳酸＋2ATP＋
• C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP
所有丙酮酸氧化脱羧的中间产物均紧密地结合在复合体上由于一个酶与另一个酶彼接近活性中间产物可以通过酰基转移酶上赖氨酸与硫辛酸形成的转动长臂从酶的一个活性位置转到另一个活性位置上
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。
• 4 ATP +（10 2.5）ATP + （2 1.5） ATP = 32 ATP
五.三羧酸循环的回补反应
1.丙酮酸的羧化 丙酮酸羧化酶，Mg2+
丙酮酸＋CO2＋ATP＋H2O
草酰乙酸＋ADP＋Pi
2.PEP羧化激酶
PEP羧化激酶，Mg2+
磷酸烯醇式丙酮酸＋CO2＋GDP
草酰乙酸＋GTP
3.天冬氨酸及谷氨酸的转氨基作用可以形成 草酰乙酸和-酮戊二酸
戊二酸
酸
CoA CO2
二.三羧酸循环中的化学循环
1.一次底物水平磷酸化
琥珀酰COA高能磷酸键水解
GDP＋Pi
GTP
2.两步脱羧反应（C量达到平衡）
异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸 -酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A
3.两步加水
乙酰COA+草酰乙酸＋H2O 柠檬酸＋COA-SH
延胡索酸＋ H2O
L－苹果酸
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？
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：