三羧酸循环的发展历程

• 另外，后人为了纪念和表示对克雷布斯的尊重，也把这一循环称为Krebs循环。
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三羧酸循环的意义
• 三羧酸循环的发现说明机体内新陈代谢是一个统一的循环过程。 糖、脂肪、蛋白质代谢过程殊途归一。同一细胞内各种代谢过程 均有规律地进行，它们之间的共同中间代谢产物，如丙酮酸、乙 酰辅酶A、草酰乙酸及α一酮戊二酸等相互沟通。三羧酸循环是糖、 脂肪、蛋白质（氨基酸）彻底氧化、放出能量的共同途径，也是 它们之间相互联系和转化的枢纽，可以看出生物体中的各种代谢 途径都是相互形成一个完整的体系，存在着密切的联系。
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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• 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。
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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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。
• 4、三羧酸循环中的关键酶在医疗上的研究：例如α一酮戊二酸脱氢酶(α一 KGDHC是三羧酸循环的关键酶,也是产生活性氧家族(ROS)的基本位点,离体研 究表明抑制α-KGDHC酶活性导致神经元坏死。 α-KGDHC是位于线粒体基质内 参与三羧酸循环的限速酶,对于维持脑组织氧化还原恒定极为重要。
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丙二酸对琥珀酸转化为延胡索酸反应的阻抑作用。由于丙二酸(COOH一CH2一COOH)和琥珀酸 (COOH一CH2一CH2一COOH)结构相似,因此特异地抑制琥珀酸转化为延胡索酸,造成了整个保温 混合物中琥珀酸的积累,并进而中断了生物细胞中整个生物氧化过程。
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• 通过这样正、反两方面反应的例证,克雷布斯果断地把食物的氧化过程和从柠檬酸到草酰乙酸的 一系列反应联系在一起。他设想,含有四碳的草酰乙酸分子和食物代谢中的某种三碳物结合,形成 六碳的柠檬酸,然后进人上述反应序列,这样往复循环,不断氧化。按照当时已有的生化背景知识, 最可能的三碳物“候选人”就是丙酮酸。
• 3、三羧酸循环是体内三种主要有机物互变的联络机构
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三羧酸的应用及发展前景
• 1、在微生物产能和发酵方面：TCA是产能最多的途径，把有机物彻底分解， 产生ATP和NADH，供微生物使用。还有诸多中间产物可以提取（例如：L苹果酸广泛存在于生物体中，是生物体三羧酸循环的成员）。
• 2、在医疗方面的应用：聚乳酸(PLA)是典型的合成可降解聚合物之一,其代谢 产物乳酸是体内三羧酸循环的中间代谢物,且吸收和代谢机理己经明确并具 有可靠的生物安全性,因此作为第一批可生物降解吸收材料已被美国FDA批 准用于临床,是迄今研究最多,应用最广泛的可降解生物材料。其强度相对较 高,模量可达4Gpa,故广泛地应用于制作医疗器械、骨折固定装置等,并因具有 一定的生物活性,也曾应用于骨填充、替换材料。
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• 3、三羧酸循环在动物生产中的应用：酸化剂（其中包括柠檬酸、苹果酸）的主 要生理作用是通过酸化效应，降低消化道内的PH值、改善胃肠微生物、直接参 与体内代谢和抗应激等作用，使影响动物消化吸收的相关因素得以较好的发挥 作用所致。酸化剂在对预防仔猪腹泻有良好作用的同时，对促进动物营养物质 的消化吸收，提高动物的生产性能也有明显的促进效果，是一种无残留、无污 染，符合环保要求的饲料添加剂。
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克雷布斯生于下萨克森希尔德斯海姆的犹太家庭，父亲是
一名耳鼻喉科的医生，1918年至1923间于哥廷根和弗莱堡 学习医学，1925年获汉堡大学医学博士学位，后又赴柏林大 学学习化学一年，并成为奥托·海因里希·瓦尔堡的助手从事 研究工作至1930年。
由于其犹太人身份，克雷布斯于1933年前往英国，在剑 桥大学随弗雷德里克·霍普金斯工作，1945年成为雪菲尔大 学教授，1954年转往牛津大学担任生物化学教授并于当地退 休。
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• 但葡萄糖裂解成为丙酮酸后,如何彻底分解成水和二氧化碳,仍然不得而知。为了解开谜团,寻找 生物氧化的中间代谢物和具休步骤,科学家们最先应用的方法是“试错法”,即把多种有机物投人 到组织悬浮、液或匀浆中保温,根据氧化速率变化,确定何种有机物为代谢中间物。如果投人的某
种有机物大为促进了氧化反应的速率,依据质量作用定律,该有机物就是这一反应的中间代谢物。
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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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三羧酸循环的发现历程
• 1937年,经过五年的不懈努力,克雷布斯和当时在他实验室作博士论文的约翰逊报道了震动当 时生物化学界的柠檬酸循环。第一次合理而清晰地揭示了有氧氧化的途径,树立了生物新陈 代谢研究的一座里程碑。为此,克雷布斯和李普曼(他发现乙酰辅酶A,彻底阐明从丙酮酸到柠 檬酸的机制,同时三羧酸循环的普遍性也得到完全证实)分享了1951年诺贝尔医学和生理学奖。
三羧酸循环的发展历程
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三羧酸循环的发展历程
1、三羧酸循环的发现者生平简介 2、三羧酸循环的发现过程
3、三羧酸循环的意义
4、三羧酸循环的应用及发展前景
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• 汉斯·阿道夫·克雷布斯（Hans Adolf Krebs，1900年8月25日－1981年11月22 日）：医生、生物化学家。克雷布斯在代 谢方面有两个重大发现：尿素循环和三羧 酸循环。
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• 用这种方法,科学家们测定了许多种有机物,发现只有少数几种有机酸如琥珀酸、延胡索酸、草酰 乙酸、苹果酸、柠檬酸等对氧化有促进作用。
• 1935年,匈牙利生物学家圣·乔奇发现,这几 种有机酸不但催化促进氧化反应,它们之间还 有规律地转化。其反应序列为:
琥珀酸 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸
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• 不久,两个德国科学家,马丁和努普在研究柠檬 酸的性质时,又碰巧发现,柠檬酸可以通过一系列反 应转化成琥珀酸:
柠檬酸 顺乌头酸 α一酮戊二酸 琥珀酸
• 可惜的是,他们没有把这些反应和整个生物氧化过程联系起来,只把这些有机酸看成是反应的催化 剂和递氢体,没有看到它们就是氧化反应代谢物本身。
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• 他敏锐地感到这些人对上述有机酸转化的解释是不完备或不确切的。为了深入探讨这些有机酸 与食物氧化过程的联系,他又仔细研究了一个重要的反例:
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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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• 1、三羧酸循环是生物机体获取能量的主要方式。 1个分子葡萄糖 经无氧酵解净生成2个分子ATP，而有氧氧化可净生成32个ATP，其 中三羧酸循环生成24个ATP。
• 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-CoA，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2/3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ有机物是通过三羧酸循环而被分解的。
• 因此他设计实验,把草酰乙酸和丙酮酸在鸽胸肌悬浮液中保温,果然得到了柠檬酸以及一系列反应 产物。
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三羧酸循环的各种名称的来源
终于在1937年，克雷布斯先把这一结果写成700字的通讯寄给英国的《自然》杂志,以期引起 讨论,不料稿件被退了回来。
但是克雷布斯知道这个发现的意义,所以又把它整理成文,命名为“柠檬酸循环”,两个月后发表 在英国的《酶学》杂志上。它理所当然地引起了生物化学家们的极大兴趣,人们纷纷以不同材料、 不同动植物进行重复实验。1941年,几位美国科学家以同位素示踪方法对柠檬酸循环进行了直接 检验。虽然他们的实验结果总体上是支持环式反应的。