第23柠檬酸循环
23柠檬酸循环
（七）延胡索酸加成水化生成L-苹果酸
（八）苹果酸脱氢生成草酰乙酸
该反应是三羧酸循环产生的第四个脱氢反应， 产生第三个NADH+H+。该反应在热力学上是 不可能的，但由于草酰乙酸与乙酰CoA的缩合 反应是放能反应，使得该反应得以进行。
三羧酸循环的物质和能量变化
循环从C4物与乙酰CoA缩合生成C6物开始； 每一次循环经历两次脱羧，放出2CO2; 每一循环经历四次脱氢，其中3次以NAD+为氢受体，1次 以FAD为氢受体； 每循环一次，底物水平磷酸化一次生成1GTP(ATP)。 循环一次结束以C4物（草酰乙酸）重新生成为标志； 总反应：
（四）-酮戊二酸氧化脱羧
这一反应是第二个氧化还原反应，也是第一个 脱羧反应。其反应的酶系统与丙酮酸脱羧是相 似。反应的调节受产物、NADH和ATP抑制。
这一步反应释放能量很高，所以该反应的 意义有三： 1.还原NAD+为NADH; 2.促进反应向右边进行； 3.产生一个高能化合物琥珀酰—CoA。
（一）草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸
催化这一反应的酶是柠檬酸合成酶。
其活性受 ATP,NADH,琥珀酰CoA,脂酰CoA的抑制， 丙酮酰CoA是一种竞争性抑制剂。
（二）柠檬酸异构化形成异柠檬酸
乌头酸酶催化。水分子加到顺—乌头酸的双键上 有严格的立体专一行。
（三）异柠檬酸氧化
该反应是三羧酸循环中第一个氧化还原反 应，反应产生一份子的还原型辅酶I(NDAH). 这一反应被ADP和NAD+激活，被ATP, NADH变构抑制。
（六）琥珀酸脱氢反应
这一反应生成的是FADH2,而不是NADH， 在进一步的反应中，FADH2生成2分子的 ATP,而NADH将生成3分子ATP,这一步反 应的能量只够生成2分子ATP. 这一步反应的酶——琥珀酸脱氢酶是三羧 酸循环的酶中惟嵌合在线粒体上的酶，反 应的辅基FAD与琥珀酸脱氢酶共价连接， 所以FADH2将直接进入“电子传递”链。 这一步反应的产物有严格的立体专一性。
柠檬酸循环名词解释
柠檬酸循环名词解释柠檬酸循环，也被称为三羧酸循环（TCA循环）或克恩循环，是一种在细胞线粒体中进行的重要代谢途径。
它是生物体中将葡萄糖、脂肪和蛋白质等有机物转化为能量的关键步骤之一。
柠檬酸循环的名字来源于其中的一种中间产物柠檬酸。
该循环包括一系列的化学反应，最终将有机物转化为二氧化碳、ATP 能量和电子传递物质NADH和FADH2。
这些电子传递物质会水平地释放高能电子，进而参与线粒体内的呼吸链过程，最终转化为更多的ATP能量。
具体来说，柠檬酸循环是由一系列化学反应构成的，其中包括以下步骤：1. 脱羧：某些有机物经过脱羧反应生成较低的羧酸，其中最著名的是将脂肪酸代谢产生的乙酰辅酶A转化为柠檬酸。
2. 转移：柠檬酸经过一系列酶的催化下发生迅速的反应，最终产生脱羧产品和一种新的五碳化合物，即柠檬酸循环的再生产物。
柠檬酸循环还与其他代谢途径相互作用，例如糖异生途径、脂肪酸合成和脂肪酸代谢等。
葡萄糖、脂肪酸和蛋白质都可以通过不同途径生成柠檬酸循环的中间产物，并被进一步代谢为能量。
柠檬酸循环在生物体中具有重要的功能：1. 产生能量：柠檬酸循环可以将有机物转化为能量，产生ATP。
在有氧条件下，每个转化为柠檬酸循环的葡萄糖分子可以生成大约36个分子的ATP，为细胞提供丰富的能量供应。
2. 提供中间物质：柠檬酸循环产生的中间产物可以作为其他代谢途径的底物，参与细胞内的合成反应，例如核苷酸的合成和氨基酸的合成等。
3. 产生电子传递物质：柠檬酸循环产生的NADH和FADH2可以作为电子传递物质，参与细胞内的呼吸链过程，最终产生更多的ATP。
总之，柠檬酸循环是一种在细胞线粒体中进行的重要代谢途径，将有机物转化为能量，并提供中间产物和电子传递物质参与其他代谢过程。
它对于维持细胞内能量平衡和有机物代谢具有重要的功能。
chapter23 柠檬酸循环
（苹果酸脱氢酶） 苹果酸脱氢酶）
TCA小结 小结
1） 循环从 4 物与乙酰 ） 循环从C 物与乙酰CoA缩合生成 6 物 缩合生成C 缩合生成 开始； 开始； 2) 每一次循环经历两次脱羧，放出 每一次循环经历两次脱羧，放出2CO2; 3） 每一循环经历四次脱氢 ， 其中 次以 ） 每一循环经历四次脱氢， 其中3次以 NAD+为氢受体，1次以 为氢受体， 次以 次以FAD为氢受体； 为氢受体； 为氢受体 4） 每循环一次 ， 底物水平磷酸化一次生 ） 每循环一次， 成1GTP(相当于一个 相当于一个ATP)； ； 相当于一个
氧化释放的能量贮存于硫酯键中
α-酮戊二酸脱氢酶复合体 酮戊二酸脱氢酶复合体
复合物的组成及作用非常相似， 与 Py dHE复合物的组成及作用非常相似 ， 包 复合物的组成及作用非常相似 括三个酶组分： ） 酮戊二酸 括三个酶组分： 1）α-酮戊二酸 dHE(E1’) 2） 琥珀酰转移酶 2’) ） 琥珀酰转移酶(E 3） 二氢硫辛酸 ） 二氢硫辛酸dHE(E3’) 还有六种辅助因子： 还有六种辅助因子：TPP, CoA, FAD, NAD+, 硫辛酸(Lipoamide)及Mg2+。催化反应： 催化反应： 硫辛酸 及 α-Ketoglutarate+CoA+NAD+→ succinyl CoA+CO2+NADH+H+ 酶也是调节酶，受产物NADH, succinyl CoA 酶也是调节酶，受产物 抑制； 对酶有反馈抑制； 和Ca2+抑制；ATP、 GTP对酶有反馈抑制；不 、 对酶有反馈抑制 受磷酸化的共价调节。 受磷酸化的共价调节。
（二）柠檬酸异构化生成异柠檬酸
（乌头酸酶） 乌头酸酶）
23 柠檬酸循环2010-9
之所以称为柠檬酸循环是因为在循环的一系列反应中，关
键的化合物是柠檬酸(Citrate)，又因为它有三个羧基， 所以又称为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）,
简称TCA循环。柠檬酸循环是在细胞的线粒体中进行的。
Biochemistry
Байду номын сангаас
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段
--形成乙酰-CoA
概述 （一）催化丙酮酸转变为乙酰-CoA的反应步骤 （二）对丙酮酸脱氢酶复合体结构和装配的深入
探讨 （三）丙酮酸脱氢酶复合体催化反应的简单图解
(四) 砷化物对硫辛酰胺的毒害作用（HS-基） (五) 丙酮酸脱氢酶复合体的调控
在肌肉、神经等组织中，通过甘油-3-磷酸穿梭途径， 进入FADH呼吸链；在心、肝等组织中，通过苹果酸-天冬 氨酸穿梭途径，进入NADH呼吸链。
五、柠檬酸循环的调控
柠檬酸循环可以概括地看作来自两个方面的调控 (一) 柠檬酸循环本身制约系统的调节 (二) ATP、ADP和Ca2+对柠檬酸循环的调节
苹果酸被氧化成草酰乙酸
L-苹果酸
苹果酸脱氢酶 草酰乙酸
四、柠檬酸循环的化学总结算
柠檬酸循环的总化学反应式如下：
乙酰-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi
2CO2+ 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA-SH 从上式可以看出，柠檬酸循环的每一次循环都纳入一
生物化学 第23章 柠檬酸循环
第23章柠檬酸循环三羧酸循环——糖的最后氧化途径三羧酸循环（tricarboxylic acid circle),又称柠檬酸循环，Krebs循环，简又称柠檬酸循环Krebs循环简写为TCA循环；是在有氧条件下，将酵解产生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰C A再经系生的丙酮酸氧化脱羧成乙酰CoA，再经一系列氧化，脱羧，最终生成二氧化碳和水并产生能量的过程。
三羧酸循环•三羧酸循环的发现历史及实验依据1.发现历史2.实验依据•丙酮酸(C3)氧化脱羧生成乙酰CoA(C2)1.场所及酶2.不可逆的关键步骤。
•三羧酸循环的过程1.生成六碳三羧酸阶段(TCA1.mov)2.生成四碳二羧酸阶段(TCA2.mov)3.草酰乙酸的再生阶段(TCA3.mov)•丙酮酸经三羧酸循环化学物质变化的结算•葡萄糖完全氧化时能量变化的结算(TCA4.mov)羧酸循环的意义•三羧酸循环的生理意义三羧酸循环发现的历史(1)Albert Szent Gyorgyi观察用丙酮()酸与肌肉组织一起在有氧条件下保温，丙酮酸可以被彻底氧化，生成二氧化碳和水。
因此认为葡萄糖或糖原的有氧分解也循着糖酵解途径,有氧分解可以说是无氧分解的继续。
(2) H.Krebs通过总结大量的实验结果，认为糖的氧化过程不是直线进行的，而是以认为糖的氧化过程不是直线进行的而是以循环方式进行。
于是他1937年提出了三羧酸循环假设并用实验证明了三羧酸循环的存在。
循环假设并用实验证明了三羧酸循环的存在三羧酸循环的实验依据•1)Krebs首先证实六碳三羧酸(柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸)和α-酮戊二酸，以及四碳二羧酸(琥珀酸、延胡索酸、苹)果酸、草酰乙酸)都能强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，氧的消耗。
说明这些化合物都是丙酮酸氧化途径中的中间产合物是酸氧途中的中间产物。
•2)Krebs还发现在肌肉糜悬浮液加入丙二)酸，有抑制丙酮酸氧化的作用，而且在肌肉糜悬浮液有琥珀酸的积累。
说明丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂。
第二十三章 三羧酸循环
杨荣武 生物化 学原理 第二版
提纲
一、三羧酸循环概述 二、三羧酸循环的全部反应 三、三羧酸循环小结 四、三羧酸循环的生理功能 五、乙醛酸循环 六、三羧酸循环的回补反应 七、三羧酸循环的调控
1. 柠檬酸合酶的调控 2. 异柠檬酸脱氢酶的调控 3. α-酮戊二酸脱氢酶系的调控 4. 丙酮酸脱氢酶系的调控
TCA 循环总结
TCA循环中C的命运：乙酰CoA的羰基C只有在第2 轮循环转变成CO2 ，乙酰CoA的甲基C能完全留在 两轮循环中，但是以后每一轮循环有一半离开。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生：
的前体——苹果酸
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
三羧酸循环可能的“同化作用”
三羧酸循环的调控
为了适应细胞对能量的需求，细胞内的TCA循 环受到严格的调控。对TCA循环本身的调控集 中在柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二 酸脱氢酶，其中最重要的调控位点是异柠檬酸 脱氢酶，其次是α-酮戊二酸脱氢酶，至于柠檬 酸合酶，对它的调控多见于原核生物。
八、TCA循环的起源和进化
TCA 循环概述
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
发生在有氧生物体内（真核细胞的线粒体基 质，原核细胞的细胞质基质）
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酰-CoA）
被降解成CO2 产生一些ATP 产生更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多
生物化学第23章柠檬酸循环
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
丙 酮 酸 的 转 反 变 应 为 步 乙 骤 酰
CoA
乙酰二氢硫辛酰胺
TPP-E1
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）
乙酰二氢硫辛酰胺
乙酰CoA
二氢硫辛酰胺
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
二、柠檬酸循环概貌
柠 檬 酸 循 环 总 图
return
三、柠檬酸循环的反应
草酰乙酸与乙酰CoA缩合 形成柠檬酸
1 2 2 柠檬酸合酶 1
①
草酰乙酸 乙酰CoA 柠檬酰CoA
2 1
CoA
柠檬酸
柠檬酸异构化形成异柠檬酸
2
乌头酸酶
1
②
柠檬酸
2
乌头酸酶
2
1
1
顺-乌头酸
异柠檬酸
乌头酸酶中的Fe-S聚簇（中心）
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。
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。 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，一种是激酶，另 一种是磷酸酶，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。
三羧酸循环 柠檬酸循环
4C延胡索酸 4C琥珀酰CoA 4C琥珀酸
TCA循环阶段
1、草酰乙酸与乙酰辅酶A形成柠檬酸
S-CoA
intermediate
—催化此反应的酶为柠檬酸合酶； —反应的中间产物为柠檬酰辅酶A；
—柠檬酸合酶属于调控酶，其活性受ATP、NADH、琥珀酰 CoA、酯酰CoA等的抑制；另一种抑制剂是丙酮酰CoA。
• 顺乌头酸酶催化柠檬酸异构化为柠檬酸，反应分两步 进行，经历一个顺乌头酸中间体。 • 反应具有严格的空间特异性。
TCA循环阶段
• 顺乌头酸酶活性位点的铁硫聚簇。
TCA循环阶段
• 氟乙酸到氟柠檬酸的转化
TCA循环阶段
３、异柠檬酸氧化生成－酮戌二酸
-脱羧反应
—催化此反应的酶为异柠檬酸脱氢酶； —反应为TCA二次氧化脱羧中的第一个反应；
TCA循环阶段
苹果酸脱氢酶的结构
TCA循环阶段
乙酰草酰成柠檬，柠檬易成α-酮 琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中。
TCA Cycle
TCA能量计算
1、总反应
Acetyl CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O 2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + GTP + 2 H + + CoA
TCA背景知识
2、细胞呼吸（cell respiration） 要经历三个阶段：糖酵解阶 段、柠檬酸循环阶段、氧化 磷酸化阶段。 3、糖酵解的产物丙酮酸进入 TCA之前有一准备过程，即 形成乙酰CoA。
TCA准备阶段
丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下氧化脱羧形 成乙酰辅酶A。
IRREVERSIBLE
23柠檬酸循环
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。
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：
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。
柠檬酸循环
柠檬酸循环柠檬酸循环是生物体内一种重要的代谢途径，也被称为三羧酸循环或克雷布循环。
它是在细胞内进行的一系列反应，主要负责将食物中的营养成分转化为细胞能量。
柠檬酸循环作为细胞内氧化还原反应的主要途径之一，发挥着至关重要的作用。
循环过程柠檬酸循环共包含八个不同的反应步骤，涉及七种不同的酶。
整个循环过程如下：1.乳酸脱氢酶反应：将乳酸转化为丙酮酸。
2.乙醛脱氢酶反应：将乙醛转化为乙酰辅酶A。
3.异戊二烯辅酶A合成酶反应：将乙酰辅酶A转化为柠檬酸。
4.柠檬酸合成酶反应：将柠檬酸转化为顺丁烯二酸。
5.异戊二烯辅酶A合成酶反应：将异戊二烯辅酶A转化为异丁酰辅酶A。
6.丁二酸合成酶反应：将异丁酰辅酶A转化为丙二酸。
7.丙二酸合成酶反应：将丙二酸转化为丙酮酸。
8.加氢酶反应：将丙酮酸转化为草酰辅酶A，同时还释放出二氧化碳。
生物学意义柠檬酸循环是细胞内产生三羧酸的关键途径之一，也是呼吸链中的前体。
通过柠檬酸循环，生物体将葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等营养物质转化为能量。
此外，柠檬酸循环还与胆固醇、叶酸等生物合成过程密切相关。
另外，柠檬酸循环还与体内的氧化还原反应联系紧密。
细胞在进行柠檬酸循环时，共同参与了一系反应，这些反应将有机物氧化为能量，同时还合成了ATP分子。
柠檬酸循环还参与了许多生理过程，例如体内酸碱平衡的调节，以及代谢的调控等。
总结柠檬酸循环是生物体内非常重要的代谢途径之一，它在细胞内转化食物成分为细胞能量的过程中扮演了重要作用。
通过这个循环，生物体增加了ATP的合成量，提高了能量利用效率，并参与了很多重要的生理过程。
柠檬酸循环的研究也有助于人们更深入地了解生物体细胞内代谢的复杂机制。
第23章 柠檬酸循环
（一）催化丙酮酸转变为乙酰－ CoA的反应步骤
二、柠檬酸循环概貌
加乳酸 加丙酮酸 -------与PH值无关
脱氢四次
三、草酰乙酸与乙酰－CoA形成柠檬酸
（一）草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸 柠檬酸循环的起始步骤。通过这一反应，含有两个碳 原子的化合物以乙酰－CoA形式进入柠檬酸循环。 该反应由柠檬酸合酶催化。
抑制停止
抑制剂
整个糖代谢
物质转换
催化反应的是：苹果酸脱氢酶。
连续两次脱羧脱氢
四、柠檬酸循环的化学总结算
柠檬酸循环的每一次循环都纳入一个乙酰 CoA分子。又有两个碳原子以CO2的形式 离开循环。 每一次循环共有4次氧化反应。参加这4次 氧化反应的有3个NAD＋分子和一个FAD分 子，同时有4对氢原子离开循环，形成3个 NADH和一个FADH2分子。 每一次循环以GTP的形式产生一个高能磷 酸键，并消耗两个水分子。
第23章 柠檬酸循环
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或丙酮酸脱氢酶系 （由三种酶高度组合在一起）
O 丙酮酸 辅酶A
+ CH3CCOOH + HS-CoA + NAD
丙酮酸脱氢酶系 O CH3C SCoA ＋ CO2 ＋ NADH 乙酰辅酶A
参与反应的3种酶分别是：丙酮酸脱氢酶组分、二氢硫 辛酰转乙酰基酶、二氢硫辛酸脱氢酶。 辅助因子：辅酶A、NAD+、硫胺素焦磷酸（TPP）、 硫辛酰胺和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）等。
氧化脱羧过程 产物
柠檬酸循环两次氧化脱羧作用中的第一次氧化脱羧过程
（四）α－酮戊二酸氧化脱羧形成琥 珀酸－CoA
这是柠檬酸循环两次氧化脱羧作用中的第 二次脱羧。 该反应需要NAD+和CoA作为辅助因子。 催化反应的酶称为α－酮戊二酸脱氢酶。该 酶和丙酮酸脱氢酶复合体类似，也是一个 多酶复合体，有α－酮戊二酸脱氢酶（E1）、 二氢硫辛酸转琥珀酰酶（E2）、二氢硫辛 酰脱氢酶（E3）组成。
第23章 柠檬酸循环
第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
三、柠檬酸循环的反应机制
3. 异柠檬酸氧化为-酮戊二酸 + CO2
氧化脱羧
第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
三、柠檬酸循环的反应机制
4. -酮戊二酸氧化成琥珀酰CoA + CO2
第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段
2. 乙酰CoA系列具有很高的酰基转移势能
水解时释放自由能： 硫酯键：31.38 KJ/mol 高能磷酸键：30.54 KJ/mol
第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
丙酮酸TPP加成化合物
噻唑环
硫胺素焦磷酸(TPP)
第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段
1. 丙酮酸脱羧反应—— ② 羟乙基氧化形成乙酰基
功能是转送乙酰基或其 他酰基或氢 结合与蛋白质上的硫辛酸像 “摆动壁”一样把电子和酰基从 复合体中的一个酶转送到另一个 酶。
丙酮酸脱氢酶复合体 (PDH)
核心结构E2(绿色)：60个 分子构成20个三聚体形成 五角十二面体，硫辛酸(蓝 色)与E1活性位点连接， E3(红色)绑定在核心E2活 性位点上。 E1： 丙酮酸脱氢酶 (TPP) E2： 二氢硫辛酸乙酰转移酶 (硫辛酸) E3： 二氢硫辛酸脱氢酶 (NAD, FAD)
第23章 柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)
一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段
生物化学-第23章- 柠檬酸循环
NAD为辅酶，需Mg2+（线粒体） 异柠檬酸脱氢酶 NADP为辅酶（胞质也有）
4、α 酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA Oxidation of α-Ketoglutarate to Succinyl-CoA
△G0' = -33.5 kJ/mol
高能硫酯化物
α酮戊二酸脱氢酶复合体
5、琥珀酰-CoA转化为琥珀酸 Conversion of Succinyl-CoA to Succinate
乙酰CoA的主要来源和去路
糖原
G
三脂酰甘油
FA、甘油 乙酰CoA
蛋白质
氨基酸
胆固醇、FA
三羧酸循环
酮体
六、柠檬酸循环的生物意义
（ 1） 是好氧生物体内最主要的产能途径！ （2） 是脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！ （3） 提供合成其他化合物的碳骨架
如： 草酰乙酸 → Asp、Asn α-酮戊二酸 → Glu → 其他氨基酸 琥珀酰CoA → 血红素
5 5 5 2 3 5
丙酮酸只有4个氢，
但彻底氧化所放出的氢？
加水加氢
糖酵解+三羧酸循环的效率
1G → 2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸 → 7ATP 三羧酸循环 2丙酮酸 → 25ATP ——————————————————————— 32ATP 糖酵解 • 储能效率=32 ×7.3/686=
由E2上的激酶和磷酸酶起作用
(一)： 乙酰CoA、NADH、ATP、PDH激酶
(＋)： AMP、PDH磷酸酶、Ca2+、胰岛素 ATP/AMP NADH/NAD+ 乙酰CoA/CoA (能荷比)
相当于酶复合体
•由于第一步为不可逆反应，直接决定整个
细胞呼吸——柠檬酸循环课件
TCA背景知识
2、细胞呼吸（cell respiration） 要经历三个阶段：糖酵解阶 段、柠檬酸循环阶段、氧化 磷酸化阶段。 3、糖酵解的产物丙酮酸进入 TCA之前有一准备过程，即 形成乙酰CoA。
TCA准备阶段
丙酮酸在丙酮酸脱氢酶系催化下氧化脱羧形 成乙酰辅酶A。
IRREVERSIBLE
• In 1937, Krebs found that citrate could be formed in muscle suspensions if oxaloacetate and either pyruvate or acetate were added. Now, he get a cycle:
• In 1932, Krebs was studying the rates of oxidation of small organic acids by kidney and liver tissue. Only a few of substances were active in these experiments---notably succinate, fumarate, acetate, malate, and citrate.
Brief history of TCA
• The first major investigation into the intermediary metabolism of oxidation was that of Thunberg, who examined systematically the oxidizability of organic substances in isolated animal tissues. Between 1906 and 1920 he tested the oxidation of over 60 organic substances, chiefly in muscle tissue. He discovered the rapid oxidation of the salts of a number of acids, such as lactate(乳酸盐), succinate(琥珀酸盐), fumarate(延胡索酸盐), malate(苹果酸盐), citrate(柠檬酸盐), and glutamate(谷氨酸盐).
柠檬酸循环的名词解释
柠檬酸循环的名词解释介绍柠檬酸循环（Krebs cycle），也称为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）或卡尔文循环（Calvin cycle），是生物体内进行细胞呼吸的关键代谢途径之一。
它在有氧条件下通过氧化葡萄糖产生能量，并生成二氧化碳、水和能量富集的还原辅酶。
循环过程柠檬酸循环是一系列复杂的生化反应，涉及多个底物和酶的参与。
以下是柠檬酸循环的主要步骤：1.乳酸脱氢酶反应–乳酸通过乳酸脱氢酶转化为丙酮酸，同时产生NADH。
2.丙酮酸变羧化反应–丙酮酸通过丙酮酸脱羧酶的作用，变羧化为柠檬酸，并释放出二氧化碳。
3.柠檬酸异构反应–柠檬酸经过柠檬酸异构酶的作用，转化为异柠檬酸。
4.异柠檬酸变羧化反应–异柠檬酸通过异柠檬酸脱羧酶的作用，变羧化为α-酮戊二酸，并释放出二氧化碳。
5.α-酮戊二酸脱氢反应–α-酮戊二酸通过α-酮戊二酸脱氢酶的作用，产生NADH和脱羧产物。
6.脱羧产物再生–脱羧产物在多次反应中生成辅酶A，再经过复杂的反应路径得到柠檬酸。
7.总反应方程式–以上反应综合在一起，得到柠檬酸循环的总反应方程式：乳酸 + NAD+ + CoA-SH + ADP + Pi → Acetyl-CoA + NADH + H+ + ATP +H2O + CO2。
循环中的产物柠檬酸循环在每一次循环过程中产生以下重要的产物：1.ATP：通过底物级磷酸化反应（substrate-level phosphorylation），柠檬酸循环每循环一次可以产生1个ATP。
2.NADH和FADH2：在柠檬酸循环中，通过NAD+和FAD接受氢原子的转移，产生NADH和FADH2，这些将在后续的细胞呼吸过程中发挥重要的作用。
3.CO2：柠檬酸循环中产生的二氧化碳是细胞释放掉的废物，它将在呼吸过程中通过肺部排出体外。
循环调控柠檬酸循环的调控对于维持正常的细胞呼吸过程至关重要。
以下是柠檬酸循环的调控机制：1.NADH和ATP浓度：高浓度的NADH和ATP会抑制柠檬酸循环的进行，这是因为细胞内能源和氧气供应充足，不需要继续产生更多的能量。
第23章 三羧酸循环
六种辅助因子：
TPP FAD 硫辛酸 NAD CoA Mg++
23.1.2 丙酮酸脱氢酶复合体催化反应
O H3C C COOH
TPP
O H3C C S L SH
CoA SH O H3C C S C o A
丙酮酸 E1
S
乙酰二氢硫辛酸 E2
L H3C CHOH TPP S
CO2
LSH
SH
羟乙基-TPP
柠檬酸循环的反应机制
5） 琥珀酰—CoA+GDP+Pi → 琥珀酸+GTP+CoAH 琥珀酰—CoA合成酶（琥珀酰硫激酶）催化
COOCH2 CH2 C S O CoA COO-
GDP + Pi
GTP
CH2 CH2
CoASH
COO-
琥珀酰—CoA
琥珀酸
柠檬酸循环的反应机制
6）琥珀酸 +FAD→ 延胡索酸+FADH2
23.1 丙酮酸进入柠檬段循环的准备阶段 —形成乙酰—CoA
丙酮酸脱氢酶复合体催化
O H3C C COO+ + CoASH + NAD
丙酮酸
辅酶A
O H3C C SCoA
+ CO2
+ NADH
乙酰辅酶A
23.1.1 丙酮酸脱氢酶复合体：
三种酶：
E1 丙酮酸脱氢酶 E2 二氢硫辛酸转乙酰基酶 E3 二氢硫辛酸脱氢酶
柠檬酸循环的反应机制
8）延胡索酸 +H2O→ L--苹果酸
延胡索酸酶，催化的反应具有严格的立体专一性。
COO H C C
-
COO-
H2O
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bound to the E2 core, 12 subunits.
6
丙酮酸脱氢酶复合体
E1
E3
E2
三种酶
60条肽链形 成的复合体
丙酮酸
CO2
CH3 CO
CH3 HC OH
(7) GDP+Pi
NAD(P)+
NAD(P)H+H+ (4)
CH2COOH CHCOOH
(2) 柠檬酸合成酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)(5)异柠檬酸脱氢酶 (6) α-酮戊二酸脱氢酶复合体
H
2
O
CO~SCoA CH2
2020年5琥月珀17酰日星C期oA日CCOHO2 H
NADH + H+ NAD+
CH2COOபைடு நூலகம் COCOOH
CH2
(5) 草酰琥珀酸
COCOOH CO2
(6)
CO2
CoASH α-酮戊二酸
(7) 琥珀酰CoA合成酶 (8) 琥珀酸脱氢酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L-苹果酸脱氢酶
13
乙酰草酰成柠檬，柠檬又成α-酮 琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中
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一、TCA循环的发 现
●德国，Hans Krebs 1937年
提出，1953年获诺贝尔奖，
ATP循环（柠檬酸循环）之父。
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1
TCA循 环
丙酮酸的有氧氧化 葡萄糖通过糖酵解
产生的丙酮酸，在有 氧条件下，进行完全 氧化，生成H2O 和 CO2，并释放出大量 能量。
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重新加入到 草酰乙酸库
三种羧酸！
草酰乙酸大循环！
每个分子具有3个碳的 丙酮酸库（基质）
第一个碳以 CO2形式失去
六碳三羧酸
五碳二羧酸 四碳二羧酸
第二个碳以 CO2形式失去
第三个 碳以CO2 形式失 去
三羧酸循环
丙酮酸 H3C CO COOH
NAD+
CoASH
NADH + H+
(1)
CO2
(4)(7)(8)(10)
三种不同的酶 丙酮酸脱羧酶E1 二氢硫辛酸乙酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶E3
6种辅因子 TTP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA、Mg2+
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E2 (dihydrolipoyl transacetylase):
consisting the core, 24 subunits; E1 (pyruvate dehydrogenase):
• (1)(6)-产能脱碳
CH2COOH
•
C(OH)COOH 柠檬酸
CH2COOH
(3) CH2COOH 异柠檬酸
CHCOOH
2NADH + 2 CO2 •(5)-脱碳-1CO2 → 3步不可逆反应
FAD
CH(OH)COOH (1) 丙酮酸脱氢酶复合体
琥珀酸H2CC
H2
COOH COOHGTP
C oAS H
二氢硫辛酸
硫辛酸乙酰转移酶
O
中间产物在氨基酸HS臂CoA作用下进CH3入C 酶SCo活A 性中心
快速准确！
乙酰CoA
相当于酶复合体
提•由问于：第有一哪步些为不物可质逆可反以应调，直节接该决酶定复整合个循物环的反活应性的？速度，而且是许 答产多案物其：（它N反A应D体(系P)的H分、支F点A，DH因2而、该G酶T复P合、物A受TP到、严乙密的酰调C节oA控制）；抑制 该酶复合物的活性 反应物（NAD+、FAD、GDP、ADP、丙酮酸）激活该酶复 合物的活性 Ca2+、胰岛素激活
• 产能步骤 • 2NAD(P)H
草酰乙酸
CH3CO~SCoA 乙酰 CoA
• 1FADH2
OC COOH
(10) C COOH
• 1GTP
H
L-苹果酸HOC COOH
C COOH
H2O(9) H2
HC COOH
延胡索酸 C COOH
H
(8) FADH2
H2 NADH+H+ NAD+
(2)
H2O CoASH
（二）TCA概貌（98页）
乙酰CoA与草酰乙酸结 合进入循环,经一系列反应 再回到草酰乙酸的过程。
在此过程中乙酰CoA被 氧化成H2O和CO2并产生 大量的能量。
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10
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11
三羧酸？ 循环？
线粒体膜
丙酮酸
每个分子具有4 个碳的草酰乙 酸库（基质）
7
形成酶复合体有什么好处呢？
丙酮酸
CO2
CH3 CO COO H
CH3 HC OH
丙酮酸脱羧酶
(C H2)4C O S
TPP E1
S
NH
硫辛酸
TPP
E2
O
CH3C S
(CH2)4CO NH
HS
多肽链
HS
乙酰二氢硫辛酸
HS
E2
二氢硫辛酸脱氢酶
F ADH2
E3
F AD
NAD+ NADH+H+
NH
(C H2)4C O
两个阶段 柠檬酸循环 氧化磷酸化
2
二、糖的有氧氧化（好氧呼吸）：三个步骤
1、G或糖原氧化分解成丙酮酸（即糖酵解，胞液）
2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰COA （线粒体基质） （丙酮酸 乙酰辅酶A，乙酰CoA）
3、乙酰COA → TCA （线粒体） 乙酰CoA H2O + CO2，释放能量）
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3
三、TCA循环
（一）准备阶段 丙酮酸氧化脱羧 → 乙酰-COA
O
丙酮酸脱氢酶系 O
CH3CCOOH + HS-CoA+ NAD+
CH3C SCoA＋ CO2 ＋NADH
丙酮酸
辅酶A
乙酰辅酶A
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糖酵解、三羧酸循环的中间环节
真核细胞线粒体基质 (原核细胞:质膜）进行 丙酮酸脱氢酶系：非常复杂的多酶体系
（三）柠檬酸循环的化学途径 （98页）
1．草酰乙酸→α-酮戊二酸
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1)乙酰CoA + 草酰乙酸 → 柠檬酸
反应能量:乙酰CoA的高能硫酯键提供——反应不可逆
醇醛缩合，先缩合成柠檬酰CoA，水解， C4 → C6
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Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink
丙酮酸脱羧酶
(CH2)4COOS
TPPE1
S
硫辛酸
TPP
二氢硫辛酸脱氢酶
FADH2
E3
FAD
+ NAD NADH+H+
COO H
O CH3C S
HS
乙酰二氢硫辛酸
E (CH2)4CO2OE2
(CH2)4COOHS
二氢硫辛酸
HS
硫辛酸乙酰转移酶
O
HSCoA
CH3C ～ SCoA
乙酰CoA
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