生物化学：第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
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分子ATP。 消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬酰
CoA）和延胡索酸的加水。
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
产物NADH和FADH2的去路:
由TCA循环产生的NADH和FADH2必须经呼 吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去 接受TCA循环脱下的氢。
∴ TCA循环需要在有氧的条件下进行。否则 NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸 链氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被 再生，使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受 体而无法进行。
5. TCA循环的生物学意义
二、三羧酸循环
1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径 ；
2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰
CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。
3. 糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。
1.回补反应含义：
三、TCA的回补反应
a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
二、三羧酸循环
1. 化学反应过程
a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
二、三羧酸循环
这步反应由 C4 → C6 。
Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink
1. 化学反应过程
a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
每经历一次TCA循环 有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有2个
碳原子通过脱羧反应离开循环。 有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对由
NADH携带，1对由FADH2携带。 产生1分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成1
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
乙 酰 CoA 通 过 TCA 循 环 脱 下 的 氢 由 NADH 及
FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成大量ATP
。
碳源
乙酰CoA → 2CO2
能量
1GTP → 1ATP
3NADH → 3ATP×3 = 9ATP 1FADH2 → 2ATP×1 = 2ATP
1. 化学反应过程
3. 异柠檬酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
1. 化学反应过程
3. 异柠檬酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
这阶段放出了1分子CO2，由 C6 → C5 ；产生1分子NADH
NADP+(gold); Ca2+(red))
1. 化学反应过程
4. a-酮戊二酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
a-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合 体非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环
The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ blue.
1. 化学反应过程
二、三羧酸循环
三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，又叫做 TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它 含有三个羧基，故此得名。
该循环的提出的主要贡献者是英国生化学家 Krebs，所以又称Krebs循环。
该循环还叫做柠檬酸循环。
1. 化学反应过程
否则nadh和fadh携带的h无法交给氧即呼吸链氧化磷酸化无法进行nad及fad不能被再生使tca循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进tca循环的总反应二tca循环乙酰coa通过tca循环脱下的氢由nadh及fadh12atp3nadh9atp1fadh2atp由乙酰coa氧化产生的atp中只有112来自底物水平的磷酸化其余都是由氧化磷酸化间接产生3
1. 化学反应过程
4. a-酮戊二酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
这阶段又放出了1分子CO2，由 C5 → C4 ； 又产生1分子NADH；形成1个高能硫酯键。
1. 化学反应过程
5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键
GDP + Pi GTP
二、三羧酸循环
这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP
1. 化学反应过程
二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化； 产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生 Nhomakorabea二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化； 产生1分子FADH2、1分子NADH。
对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）:
由于在EMP途径中生成的NADH在线粒体外，其磷 氧比为2，所以1分子葡萄糖彻底氧化只能合成 36 ATP 。
4. 注意点
1. 定位：线粒体 2. 不可逆反应与调节：
二、三羧酸循环
A 柠檬酸合酶:该酶有负变构剂ATP，它使酶与底物的 亲和力下降，从而Km值增大。 B 异柠檬脱氢酶:该酶有正变构剂ADP，它使酶与底物 的亲和力增加。此外，NAD+、底物异柠檬酸使酶活 升高；NADH、ATP使酶活下降。 C a-酮二酸脱氢酶: ATP、NADH及产物琥珀酰CoA 抑制酶的活性。
5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键
二、三羧酸循环
这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化； 产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为 生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补充， 以保证TCA循环运转。尤其是起始物草酰乙酸，缺 乏它乙酰CoA就不能进入循环。
生物体中存在着及时补充草酰乙酸的反应，称为 回补反应。
2. 回补反应的途径：
三、TCA的回补反应
1. 丙酮酸羧化
这是动物中最重要的回补反应，在线粒体中进行。
葡萄糖彻底氧化经由的途径： EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化 。
对于原核生物：
碳源 能量
葡萄糖 → 2丙酮酸 → 6CO2
葡萄糖有氧酵解：2ATP + 2NADH → 8 ATP
丙酮酸有氧氧化：15×2 = 30 ATP
共 38ATP
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
对于原核生物：
一、丙酮酸氧化脱羧
整个过程涉及到的6个辅因子：TPP(焦磷酸硫胺素)、 SSL(硫辛酸)、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。
丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有： 6个PDH、24个TA、6个DLD 其中TA为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转。
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以 使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰
CoA，然后水解。
这步反应由 C4 → C6 。
1. 化学反应过程
2. 柠檬酸异构化成异柠檬酸
二、三羧酸循环
Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitreate (white)
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧
催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3种酶有 机地组合在一起：
E1 —— 丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase PDH)。催化丙酮酸的脱羧及脱氢，形成二碳单位乙 酰基。具有辅基TPP。 E2 —— 二 氢 硫 辛 酸 转 乙 酰 基 酶 ( dihydrolipoyl transacetylase TA)。催化二碳单位乙酰基的转移。 具有辅基硫辛酸。 E3 —— 二 氢 硫 辛 酸 脱 氢 酶 ( dihydrolipoyl dehydrogenase DLD)。催化还原型硫辛酸→氧化 型。具有辅基FAD。
第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
Chapter 3
The pyruvate oxidization and Citric Acid Cycle
一、丙酮酸氧化脱羧
在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA， 后者可进入三羧酸循环彻底氧化。
丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体
The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactors and three enzymes.
共 12ATP
由乙酰CoA氧化产生的ATP中，只有1/12来自底物 水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生。
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
碳源 能量
丙酮酸 → 乙酰CoA + CO2 → 3CO2
丙酮酸氧化脱羧：1NADH →
3ATP
共
15AT
TCA循环：12ATP
P
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
丙酮酸羧化酶需要生物素作为其辅酶。
2. 回补反应的途径： 2. PEP羧化酶（细胞质）
三、TCA的回补反应
2. 回补反应的途径： 3. 苹果酸酶（细胞质）
三、TCA的回补反应
2. 回补反应的途径： 4. PEP羧激酶（液泡）
三、TCA的回补反应
The phosphoenolpyruvate carboxykinase reaction
CoA）和延胡索酸的加水。
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
产物NADH和FADH2的去路:
由TCA循环产生的NADH和FADH2必须经呼 吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去 接受TCA循环脱下的氢。
∴ TCA循环需要在有氧的条件下进行。否则 NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸 链氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被 再生，使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受 体而无法进行。
5. TCA循环的生物学意义
二、三羧酸循环
1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径 ；
2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰
CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。
3. 糖类、蛋白质、脂类、核酸等代谢的枢纽。
1.回补反应含义：
三、TCA的回补反应
a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
二、三羧酸循环
1. 化学反应过程
a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
二、三羧酸循环
这步反应由 C4 → C6 。
Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink
1. 化学反应过程
a. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
2. TCA循环的总反应
二、三羧酸循环
每经历一次TCA循环 有2个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有2个
碳原子通过脱羧反应离开循环。 有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对由
NADH携带，1对由FADH2携带。 产生1分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成1
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
乙 酰 CoA 通 过 TCA 循 环 脱 下 的 氢 由 NADH 及
FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成大量ATP
。
碳源
乙酰CoA → 2CO2
能量
1GTP → 1ATP
3NADH → 3ATP×3 = 9ATP 1FADH2 → 2ATP×1 = 2ATP
1. 化学反应过程
3. 异柠檬酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
1. 化学反应过程
3. 异柠檬酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
这阶段放出了1分子CO2，由 C6 → C5 ；产生1分子NADH
NADP+(gold); Ca2+(red))
1. 化学反应过程
4. a-酮戊二酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
a-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合 体非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环
The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ blue.
1. 化学反应过程
二、三羧酸循环
三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，又叫做 TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它 含有三个羧基，故此得名。
该循环的提出的主要贡献者是英国生化学家 Krebs，所以又称Krebs循环。
该循环还叫做柠檬酸循环。
1. 化学反应过程
否则nadh和fadh携带的h无法交给氧即呼吸链氧化磷酸化无法进行nad及fad不能被再生使tca循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进tca循环的总反应二tca循环乙酰coa通过tca循环脱下的氢由nadh及fadh12atp3nadh9atp1fadh2atp由乙酰coa氧化产生的atp中只有112来自底物水平的磷酸化其余都是由氧化磷酸化间接产生3
1. 化学反应过程
4. a-酮戊二酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
这阶段又放出了1分子CO2，由 C5 → C4 ； 又产生1分子NADH；形成1个高能硫酯键。
1. 化学反应过程
5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键
GDP + Pi GTP
二、三羧酸循环
这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP
1. 化学反应过程
二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化； 产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生 Nhomakorabea二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化； 产生1分子FADH2、1分子NADH。
对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）:
由于在EMP途径中生成的NADH在线粒体外，其磷 氧比为2，所以1分子葡萄糖彻底氧化只能合成 36 ATP 。
4. 注意点
1. 定位：线粒体 2. 不可逆反应与调节：
二、三羧酸循环
A 柠檬酸合酶:该酶有负变构剂ATP，它使酶与底物的 亲和力下降，从而Km值增大。 B 异柠檬脱氢酶:该酶有正变构剂ADP，它使酶与底物 的亲和力增加。此外，NAD+、底物异柠檬酸使酶活 升高；NADH、ATP使酶活下降。 C a-酮二酸脱氢酶: ATP、NADH及产物琥珀酰CoA 抑制酶的活性。
5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键
二、三羧酸循环
这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
二、三羧酸循环
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化； 产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
6. 琥珀酸氧化使草酰乙酸再生
三羧酸循环的一个重要作用是它的中间物可以为 生物合成提供原料，但这些中间物必须得到补充， 以保证TCA循环运转。尤其是起始物草酰乙酸，缺 乏它乙酰CoA就不能进入循环。
生物体中存在着及时补充草酰乙酸的反应，称为 回补反应。
2. 回补反应的途径：
三、TCA的回补反应
1. 丙酮酸羧化
这是动物中最重要的回补反应，在线粒体中进行。
葡萄糖彻底氧化经由的途径： EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化 。
对于原核生物：
碳源 能量
葡萄糖 → 2丙酮酸 → 6CO2
葡萄糖有氧酵解：2ATP + 2NADH → 8 ATP
丙酮酸有氧氧化：15×2 = 30 ATP
共 38ATP
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
对于原核生物：
一、丙酮酸氧化脱羧
整个过程涉及到的6个辅因子：TPP(焦磷酸硫胺素)、 SSL(硫辛酸)、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。
丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有： 6个PDH、24个TA、6个DLD 其中TA为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转。
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧
二、三羧酸循环
反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以 使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰
CoA，然后水解。
这步反应由 C4 → C6 。
1. 化学反应过程
2. 柠檬酸异构化成异柠檬酸
二、三羧酸循环
Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitreate (white)
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧
催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3种酶有 机地组合在一起：
E1 —— 丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase PDH)。催化丙酮酸的脱羧及脱氢，形成二碳单位乙 酰基。具有辅基TPP。 E2 —— 二 氢 硫 辛 酸 转 乙 酰 基 酶 ( dihydrolipoyl transacetylase TA)。催化二碳单位乙酰基的转移。 具有辅基硫辛酸。 E3 —— 二 氢 硫 辛 酸 脱 氢 酶 ( dihydrolipoyl dehydrogenase DLD)。催化还原型硫辛酸→氧化 型。具有辅基FAD。
第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
Chapter 3
The pyruvate oxidization and Citric Acid Cycle
一、丙酮酸氧化脱羧
在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA， 后者可进入三羧酸循环彻底氧化。
丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体
The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactors and three enzymes.
共 12ATP
由乙酰CoA氧化产生的ATP中，只有1/12来自底物 水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生。
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
碳源 能量
丙酮酸 → 乙酰CoA + CO2 → 3CO2
丙酮酸氧化脱羧：1NADH →
3ATP
共
15AT
TCA循环：12ATP
P
3.能量的化学计量
二、三羧酸循环
丙酮酸羧化酶需要生物素作为其辅酶。
2. 回补反应的途径： 2. PEP羧化酶（细胞质）
三、TCA的回补反应
2. 回补反应的途径： 3. 苹果酸酶（细胞质）
三、TCA的回补反应
2. 回补反应的途径： 4. PEP羧激酶（液泡）
三、TCA的回补反应
The phosphoenolpyruvate carboxykinase reaction