第3章 第二节柠檬酸循环

•磷酸化与去磷酸化的控制
⑵ 共价修饰调节
二、柠檬酸循环概貌
C2
C4
C6
CO2
CO2 C5
FAD
三、柠檬酸循环的反应机制
（一）草酰乙酸与乙酰-CoA缩合形成柠檬酸
H2O 草酰乙酸 + 乙酰CoA
柠檬酸合酶
HSCoA 柠檬酸
• 柠檬酸合酶是柠檬酸循环的限速酶，它受ATP 、 NADH、琥珀酰CoA、酯酰CoA、丙酮酰CoA等抑制。 • 氟乙酸－－杀虫剂
α-酮戊二酸 + NAD+ + HSCoA 琥珀酰CoA + NADH + H+ + CO2 • 第二次氧化脱羧。 • 催化此反应的酶是α-酮戊二酸脱氢酶复合体，它 与丙酮酸脱氢酶复合体相似。
（五）琥珀酰-CoA转化成琥珀酸 并产生一个高能磷酸键
GDP+Pi 琥珀酰CoA CoASH GTP 琥珀酸
• 经过一次TAC： 消耗1分子乙酰CoA； 2 次脱羧反应（生成 2 个CO2 ） ； 4 次脱氢反应（3 次以 NAD+为受氢体，1 次 以FAD为受氢体）； 1 次底物水平磷酸化（生成1分子GTP）； 可产生10个ATP分子（NADH氧化产生2.5个 ATP分子；FADH2氧化产生1.5个ATP分子）
S TPP NADH + H+ NAD+ S TPP S FADH2 OH CH3CH TPP S FAD
催化反应的简单图解 （二）丙酮酸脱氢酶复合体
E1
E2
E3
CH3COCOO CO2 S S
-
FAD
E1
E2
E3
HS
E1
E2
E3
TPP
HS
FAD
O HS TPP CH3 C S
FAD
E1
E2
E3
O CH3 C S CoA
（二）柠檬酸异构化形成异柠檬酸
• 催化此反应的酶是乌头酸酶 • 反应可逆
（三）异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸
NAD+ 异柠檬酸 NADH 草酰琥珀酸 H+ CO2 α-酮戊二酸
• 第一次氧化脱羧。 • 催化此反应的酶是异柠檬酸脱氢酶，ADP变构激 活，NADH 、ATP变构抑制。
（四）α-酮戊二酸氧化脱羧形成 琥珀酰-CoA
③
NAD+
NADH+H+
④
CO2
⑤ CoASH CO2 CoASH
TAC 1、2、3、4
FAD
• 草酰乙酸是再生的底物，而乙酰-CoA是 被消耗的底物。 • 脱下的羧基是草酰乙酸分子上的羧基。
四、柠檬酸循环的化学总计算
z
总反应式： 乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O
→ 2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoASH
E1
E2
E3
CoA-SH
（三）丙酮酸脱氢酶复合体结构
E2
E3
E1
（四）砷化物对硫辛酰胺的毒害作用 （五）丙酮酸脱氢酶复合体的调控
⑴ 别构调节
• 产物控制
别构抑制剂：乙酰CoA; NADH; ATP 别构激活剂：AMP; ADP; NAD+ * 乙酰CoA/HSCoA↑或 NADH/NAD+↑时，其 活性也受到抑制。
第二节
柠檬酸循环
（三羧酸循环）
(Tricarboxylic acid Cycle, TAC)
柠檬酸循环途径的发现
C2
C4
C6
CO2
CO2 C5
• 柠檬酸循环概念：由乙酰CoA与草 酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经反复脱 氢、脱羧再生成草酰乙酸的循环反应 过程。 •又叫三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle, TAC)和Krebs循环。
胞液 第一阶段 G 丙酮酸 （同酵解）
乳酸
线粒体 第二阶段 第三阶段 丙酮酸 CO2 + H2O+ATP 乙酰CoA 三羧酸循环 氧化磷酸化
无氧氧化
有氧氧化
第三章 糖 代 谢
主要内容
第一节 糖酵解作用 第二节 柠檬酸循环 第三节 磷酸戊糖途径和糖的其他代谢途径 第四节 糖原的分解和生物合成
• 底物水平磷酸化反应
（六）琥珀酸脱氢形成延胡索酸
FAD 琥珀酸
琥珀酸脱氢酶
FADH2 延胡索酸
• 丙二酸是琥珀酸脱氢酶的强抑制剂 • 琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜上
（七）延胡索酸水合形成L-苹果酸
H2 O 延胡索酸
延胡索酸酶
苹果酸
（八）L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
NAD+ 苹果酸
苹果酸脱氢酶
NADH(H+) 草酰乙酸
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 ——形成乙酰辅酶A
COO CH3 丙酮酸 NAD
+
NADH+H

+
C O + HSCoA 丙酮酸脱氢酶 复合体
• 反应不可逆。 • 在线粒体内进行。
-
H3C C ~ SCoA + CO2 乙酰 CoA
O
HSCoA
丙酮酸脱氢酶复合体：
NAD+
丙酮酸脱氢酶组分（E1） ※由三种酶组成 二氢硫辛酰转乙酰基酶（E2） 二氢硫辛酸脱氢酶（E3） ※五种辅助因子：TPP（VB1）、NAD+（Vpp）、硫 辛酸、FAD（VB2）、HSCoA（泛酸）
糖代谢分解途径： （1）在无氧情况下，葡萄糖（糖原）经酵解 生成乳酸。 （2）在有氧情况下，葡萄糖（糖原）最后经 三羧酸循环彻底氧化为水和二氧化碳。 （3）葡萄糖（糖原）经戊糖磷酸循环被氧化 为二氧化碳等。 植物体的分解代谢，除上述动物体的3条 途径外，还有生醇发酵及乙醛酸循环。
糖有氧氧化的反应过程分为三个阶段：
H2O
H2O
①
NADH+H+ NAD+ CoASH
②
H2O
②
⑧
GTP
核苷二磷酸激酶 ⑦
GDP
ADP
H2O
FADH2
⑥
ATP
FAD
①柠檬酸合酶 ②顺乌头酸梅 ③异柠檬酸脱氢酶 ④α-酮戊二酸脱氢酶复合体 ⑤琥珀酰CoA合成酶 ⑥琥珀酸脱氢酶 ⑦延胡索酸酶 ⑧苹果酸脱氢酶
GDP+Pi GTP
NAD+ NADH+H+
二氢硫辛酸
辅酶A结构：
OH CH3 HS CH2CH2NH C CH2CH2 NH C C O O H CH3 OH OH
C CH2 O P O P O O O
3'AMP
巯基乙胺
β -丙氨酸 泛酸
丁酸
焦磷酸
（一）丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤
1. 丙酮酸脱羧反应 （1）丙酮酸脱羧产生羟乙基残基 （2）羟乙基氧化形成乙酰基 2. 乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰-CoA 3. 还原型E2氧化形成氧化型E2 4. 还原型的E3再氧化
N H3C C N C H C C
NH2 HC N C H2
+
S C C CH2CH2 O CH3
OP O
OO P O O-
焦磷酸硫胺素（TPP）
H2 C H2C S S CH (CH2)4 COOH
+2H - 2H
H2C SH
H2 C CH (CH2)4 COOH SH
硫辛酸（lipoic acid)