生物化学第23章
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在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进 入线粒体，先转变成乙酰CoA，乙酰CoA再进入 柠檬酸循环彻底氧化成CO2。在真核细胞中，柠 檬酸循环是在线粒体中进行的。
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的 准备阶段——形成乙酰CoA
丙酮酸脱氢酶复合体 的组成
组分
缩写
肽链 数
辅基
催化的反应
丙酮酸脱氢 酶组分
E1
24
许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间 产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环 中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必 须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、 不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补 充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是 新陈代谢的中心环节。
柠檬酸循环双重作用示意图
丙酮酸羧化酶
2．磷酸化和去磷酸化的调控 E2分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激
酶，另一种称为磷酸酶，它们分别使E1磷酸化和 去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。Ca2+ 通过激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。
二 、 柠 檬 酸 循 环 概 貌
柠 檬 酸 循 环 总 图
三、柠檬酸循环的反应
草酰乙酸与乙酰CoA缩合 形成柠檬酸
每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个ATP 和2个NADH，共产生
2 + 2×2.5 = 7个ATP
每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个ATP。
五、柠檬酸循环的调控
在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应， 但在调节循环速度中起关键作用的有3种酶： 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸 脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面： ①柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控； ②ADP、ATP和Ca2+的调控。
第23章 柠檬酸循环
(Citric acid cycle)
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 ——形成乙酰CoA
二、柠檬酸循环概貌 三、柠檬酸循环的反应机制 四、柠檬酸循环的化学总结算 五、柠檬酸循环的调控 六、柠檬酸循环的双重作用 七、柠檬酸循环的发现历史
柠檬酸循环
柠檬酸循环也叫三羧酸循环，因为德国科学 家Hans Krebs在阐明柠檬酸循环中作出了突出 贡献，又将此途径称为Krebs循环。
3．产物的反馈抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬 酸的抑制；α－酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰 CoA的抑制。
ATP、ADP和Ca2+对 柠檬酸循环的调节
1．[ATP]/[ADP]的比值。 [ATP]/[ADP]的比值对柠 檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢 酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与 底物的结合；而ATP抑制该酶。
柠檬酸循环本身制约系统的调节
1．乙酰CoA和草酰乙酸的供应情况。乙酰CoA 来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控 制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以 及中间产物离开循环的速率和补充的速率。
2．[NADH]/[NAD+]的比值。柠檬酸合酶和异柠 檬酸脱氢酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢 酶对NADH更为敏感。α－酮戊二酸脱氢酶复合体 也受NADH的抑制。
琥珀酸脱氢形成延胡索酸
⑥
琥珀酸脱氢酶
琥珀酸
延胡索酸
延胡索酸水合形成L-苹果酸
⑦
延胡索酸
延胡索酸酶
L-苹果酸
L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
⑧
苹果酸脱氢酶
L-苹果酸
草酰乙酸
四、柠檬酸循环的 化学总结算
柠檬酸循环的总反应式
乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2O → 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 3H+ + CoA
分支
异柠檬酸裂解酶
异柠檬酸
琥珀酸
乙醛酸
α－酮戊二酸氧化脱羧 形成琥珀酰CoA
1
④1
2
α -酮戊二酸 2 脱氢酶复合体
α －酮戊二酸
琥珀酰CoA
琥珀酰CoA转化成琥珀酸
1
⑤
1
2
2
琥烯珀醇酰化C酶oA 合成酶
琥珀酰CoA
琥珀酸
FAD与琥珀酸脱氢酶的 共价结合
线粒体结构示意图
琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。
ATP的产量
从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产 生4个NADH，1个FADH2，1个GTP（ATP），按 每个NADH可以产生2.5个ATP、每个FADH2可以产 生1.5个ATP计算，共产生
2.5×4 + 1×1.5 + 1 = 12.5 个ATP
每个葡萄糖分子（2个丙酮酸）在进入柠檬酸 循环后可以产生25个ATP。
丙酮酸脱氢酶复合体
硫辛酰赖氨酰臂
丙酮酸转变为乙酰CoA的总图
砷化物对硫辛酰胺的毒害作用
丙酮酸脱氢酶复合体的调控
丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳 动物体内使丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径。 乙酰CoA既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物 合成的起始物质。
1．产物控制 产物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E2。
乙酰二氢硫辛酰胺
乙酰CoA
二氢硫氢酰胺
丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤
（还原型E2被氧化反应）
E3
氧化型E3 还原型E2
还原型E3
氧化型E2
还原型E3
还原型E2
氧化型E3
丙酮酸脱氢酶复合体结构
丙酮酸脱氢酶复合体由60条肽链组成，总分 子量为50,000kD，直径约30nm，在电子显微镜 下可以看到。E2是复合体的核心，E1及E3结合 在E2的外面。E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰 胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它 具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送 到另一个酶。
TPP 丙酮酸氧化脱羧
二氢硫辛酰 转乙酰基酶
E2
24 硫辛酰胺 将乙酰基转移到CoA
二氢硫辛酸 脱氢酶
E3
12
FAD
将还原型硫辛酰胺转变为 氧化型
丙酮酸到乙酰CoA的 总反应式
CH3COCOO－ + HS－CoA + NAD+ → CH3CO－SCoA + CO2 + NADH
丙酮酸转反变应为步乙骤酰CoA的
2．Ca2+浓度。 Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶的磷酸酶 ，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰 CoA的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和 α－酮戊二酸脱氢酶。
·激活
× 抑制
····→反馈抑制
循 环
乙 酰
CoA
部中
位 示 意 图
的 激 活 和 抑 制
形 成 和 柠 檬 酸
六、柠檬酸循环的双重作用
草酰乙酸
1 2 柠檬酸合酶
①
乙酰CoA
21
2
1
柠檬酰CoA
CoA 柠檬酸
柠檬酸异构化 形成异柠檬酸
乌头酸酶中的 Fe-S聚簇
2
1
柠檬酸
乌头酸酶
②
乌头酸酶 2 1
顺-乌头酸
2
1
异柠檬酸
1
③
2
异柠檬酸脱氢酶
异柠檬酸
草酰琥珀酸
1 2
α －酮戊二酸
α∣
异 柠 檬 酮酸 戊氧 二化 酸形 成
琥珀酸脱氢形成延胡索酸
（丙酮酸脱羧反应）
E1
丙酮酸 TPP
丙酮酸TPP加成化合物
丙酮酸TPP加成化合物
羟乙基-TPP共振形式
（丙酮酸脱羧反应）
E2
E2的硫辛酰胺辅基
羟乙基-TPP
乙酰二氢硫辛酰胺
TPP-E1
CoA
丙 酮 的反应步骤 酸转变为乙酰
丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤
（乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰CoA）
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的 准备阶段——形成乙酰CoA
丙酮酸脱氢酶复合体 的组成
组分
缩写
肽链 数
辅基
催化的反应
丙酮酸脱氢 酶组分
E1
24
许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间 产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环 中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必 须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、 不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补 充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是 新陈代谢的中心环节。
柠檬酸循环双重作用示意图
丙酮酸羧化酶
2．磷酸化和去磷酸化的调控 E2分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激
酶，另一种称为磷酸酶，它们分别使E1磷酸化和 去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。Ca2+ 通过激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。
二 、 柠 檬 酸 循 环 概 貌
柠 檬 酸 循 环 总 图
三、柠檬酸循环的反应
草酰乙酸与乙酰CoA缩合 形成柠檬酸
每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个ATP 和2个NADH，共产生
2 + 2×2.5 = 7个ATP
每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个ATP。
五、柠檬酸循环的调控
在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应， 但在调节循环速度中起关键作用的有3种酶： 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸 脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面： ①柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控； ②ADP、ATP和Ca2+的调控。
第23章 柠檬酸循环
(Citric acid cycle)
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 ——形成乙酰CoA
二、柠檬酸循环概貌 三、柠檬酸循环的反应机制 四、柠檬酸循环的化学总结算 五、柠檬酸循环的调控 六、柠檬酸循环的双重作用 七、柠檬酸循环的发现历史
柠檬酸循环
柠檬酸循环也叫三羧酸循环，因为德国科学 家Hans Krebs在阐明柠檬酸循环中作出了突出 贡献，又将此途径称为Krebs循环。
3．产物的反馈抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬 酸的抑制；α－酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰 CoA的抑制。
ATP、ADP和Ca2+对 柠檬酸循环的调节
1．[ATP]/[ADP]的比值。 [ATP]/[ADP]的比值对柠 檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢 酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与 底物的结合；而ATP抑制该酶。
柠檬酸循环本身制约系统的调节
1．乙酰CoA和草酰乙酸的供应情况。乙酰CoA 来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控 制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以 及中间产物离开循环的速率和补充的速率。
2．[NADH]/[NAD+]的比值。柠檬酸合酶和异柠 檬酸脱氢酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢 酶对NADH更为敏感。α－酮戊二酸脱氢酶复合体 也受NADH的抑制。
琥珀酸脱氢形成延胡索酸
⑥
琥珀酸脱氢酶
琥珀酸
延胡索酸
延胡索酸水合形成L-苹果酸
⑦
延胡索酸
延胡索酸酶
L-苹果酸
L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
⑧
苹果酸脱氢酶
L-苹果酸
草酰乙酸
四、柠檬酸循环的 化学总结算
柠檬酸循环的总反应式
乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2O → 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 3H+ + CoA
分支
异柠檬酸裂解酶
异柠檬酸
琥珀酸
乙醛酸
α－酮戊二酸氧化脱羧 形成琥珀酰CoA
1
④1
2
α -酮戊二酸 2 脱氢酶复合体
α －酮戊二酸
琥珀酰CoA
琥珀酰CoA转化成琥珀酸
1
⑤
1
2
2
琥烯珀醇酰化C酶oA 合成酶
琥珀酰CoA
琥珀酸
FAD与琥珀酸脱氢酶的 共价结合
线粒体结构示意图
琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。
ATP的产量
从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产 生4个NADH，1个FADH2，1个GTP（ATP），按 每个NADH可以产生2.5个ATP、每个FADH2可以产 生1.5个ATP计算，共产生
2.5×4 + 1×1.5 + 1 = 12.5 个ATP
每个葡萄糖分子（2个丙酮酸）在进入柠檬酸 循环后可以产生25个ATP。
丙酮酸脱氢酶复合体
硫辛酰赖氨酰臂
丙酮酸转变为乙酰CoA的总图
砷化物对硫辛酰胺的毒害作用
丙酮酸脱氢酶复合体的调控
丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳 动物体内使丙酮酸转变为乙酰CoA的唯一途径。 乙酰CoA既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物 合成的起始物质。
1．产物控制 产物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E2。
乙酰二氢硫辛酰胺
乙酰CoA
二氢硫氢酰胺
丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤
（还原型E2被氧化反应）
E3
氧化型E3 还原型E2
还原型E3
氧化型E2
还原型E3
还原型E2
氧化型E3
丙酮酸脱氢酶复合体结构
丙酮酸脱氢酶复合体由60条肽链组成，总分 子量为50,000kD，直径约30nm，在电子显微镜 下可以看到。E2是复合体的核心，E1及E3结合 在E2的外面。E2有一个由赖氨酸残基与硫辛酰 胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm，它 具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送 到另一个酶。
TPP 丙酮酸氧化脱羧
二氢硫辛酰 转乙酰基酶
E2
24 硫辛酰胺 将乙酰基转移到CoA
二氢硫辛酸 脱氢酶
E3
12
FAD
将还原型硫辛酰胺转变为 氧化型
丙酮酸到乙酰CoA的 总反应式
CH3COCOO－ + HS－CoA + NAD+ → CH3CO－SCoA + CO2 + NADH
丙酮酸转反变应为步乙骤酰CoA的
2．Ca2+浓度。 Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶的磷酸酶 ，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰 CoA的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和 α－酮戊二酸脱氢酶。
·激活
× 抑制
····→反馈抑制
循 环
乙 酰
CoA
部中
位 示 意 图
的 激 活 和 抑 制
形 成 和 柠 檬 酸
六、柠檬酸循环的双重作用
草酰乙酸
1 2 柠檬酸合酶
①
乙酰CoA
21
2
1
柠檬酰CoA
CoA 柠檬酸
柠檬酸异构化 形成异柠檬酸
乌头酸酶中的 Fe-S聚簇
2
1
柠檬酸
乌头酸酶
②
乌头酸酶 2 1
顺-乌头酸
2
1
异柠檬酸
1
③
2
异柠檬酸脱氢酶
异柠檬酸
草酰琥珀酸
1 2
α －酮戊二酸
α∣
异 柠 檬 酮酸 戊氧 二化 酸形 成
琥珀酸脱氢形成延胡索酸
（丙酮酸脱羧反应）
E1
丙酮酸 TPP
丙酮酸TPP加成化合物
丙酮酸TPP加成化合物
羟乙基-TPP共振形式
（丙酮酸脱羧反应）
E2
E2的硫辛酰胺辅基
羟乙基-TPP
乙酰二氢硫辛酰胺
TPP-E1
CoA
丙 酮 的反应步骤 酸转变为乙酰
丙酮酸转变为乙酰CoA 的反应步骤
（乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰CoA）