柠檬酸循环
生物化学第11章柠檬酸循环
琥珀酰CoA合酶催化的反应涉及到CoA被磷酸基取代， 在该酶的活性部位形成琥珀酰基磷酸(succinyl phosphate)。然后，磷酸基转移到酶活性部位的His残基 上，形成磷酸组氨酸，并释放出琥珀酸；随后磷酸基被 转移到GDP上，生成GTP。
琥珀酰CoA合酶催化的反应
（六）
琥珀酸氧化形成延胡索酸
（四）
α-酮戊二酸氧化脱羧产生琥珀酰CoA
α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脱氢酶复合物的催化 下，氧化脱羧，产生琥珀酰CoA，同时释放出CO2和NADH。 这里，释放出CO2同样来自原初的草酰乙酸部分而不是 来自乙酰CoA的乙酰基。 如果说，顺乌头酸酶对柠檬酸的两个相同的基团没 有选择性，α-酮戊二酸脱羧反应释放出CO2应有一半含 有放射性标记，但是，实际结果没有。这证实了顺乌头 酸酶具有选择性。
E1:丙酮酸脱氢酶 E2:二硫辛酸转乙酰基酶 E3:二氢硫辛酸转乙酰基酶
丙酮酸脱氢酶系 多酶体系，位于线粒体膜上。 E.coli的丙酮酸脱氢酶系 分子量：4.5×106，直径45nm，比核糖体稍大。 酶 丙酮酸脱氢酶（E1） 二氢硫辛酰转乙酰酶（E2） 二氢硫辛酰脱氢酶（E3） 辅酶 TPP 硫辛酸 FAD 亚基数 24 24 12
柠檬酸合酶反应的机制
（二）异柠檬酸的形成 柠檬酸在顺乌头酸酶(aconitase)的催化下，异 构化转变成异柠檬酸(isocitrate)。顺乌头酸(cisaconitate)是这一转变反应的中间物。该步反应是可 逆的，△Go'＝﹢6.3 kJ/mol，反应有利于柠檬酸。 因此，在平衡时，异柠檬酸大约只占10%。
第一节
丙 酮 酸 氧 化
在有氧的条件下，糖酵解产生的丙酮酸或乳酸氧化 产生的丙酮酸或者某些氨基酸分解产生的丙酮酸经特 殊的载体蛋白转运到线粒体内，首先经氧化脱羧反应 转变成乙酰CoA。
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。
生物化学：11-柠檬酸循环
1
本章提纲
第一节 柠檬酸循环概述
第第第二节一二节节丙酮第第酸概 单一二进述 糖入节 节柠檬概 单酸述 糖循环的准备阶段 第第三节三节柠檬第酸寡三循糖环节的反寡应糖机制 第第四节四节柠檬第酸多四循糖环节的能多量糖计算 第第五节五节柠第檬酸五结循节合环糖中的结调合节糖部位
乙酰CoA都可以
产生3分子NADH、
1分子FADH2和1 分子的GTP
28
第四节 柠檬酸循环的能量计算
p107
29
第四节 柠檬酸循环的能量计算
TCA循环中NAD+和FAD的再生：
TCA循环虽然没有氧分子直接参加，但只能在有氧条 件下进行，因为NADH和FADH2需要通过电子传递链 和氧分子才能够被氧化。 通过位于线粒体内膜的电子传递链，NADH和FADH2 被氧化，伴随着氧化过程可以进行氧化磷酸化生成 ATP。
线粒体15草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸琥珀酰辅酶a琥珀酸延胡索酸苹果酸乙酰辅酶a第三节柠檬酸循环的反应机制概貌16第三节柠檬酸循环的反应机制1柠檬酸合酶催化乙酰coa与草酰乙酸缩合形成柠檬酸不可逆反应硫酯键断裂放出大量能量17第三节柠檬酸循环的反应机制18第三节柠檬酸循环的反应机制2乌头酸酶催化前手性分子柠檬酸转化成手性分子异柠19第三节柠檬酸循环的反应机制3异柠檬酸脱氢酶催化异柠檬酸氧化生成a酮戊二酸和co第一个氧化还原反应共4个产生还原力nadh第一个氧化脱羧反应共2个20第三节柠檬酸循环的反应机制4a酮戊二酸脱氢酶复合物催化a酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰coa不可逆反应第二个氧化还原反应共4个产生还原力nadh第二个氧化脱羧反应共2个21第三节柠檬酸循环的反应机制22第三节柠檬酸循环的反应机制5琥珀酰coa合成酶催化底物水平磷酸化柠檬酸循环中唯一的一步底物水平磷酸化反应23第三节柠檬酸循环的反应机制6琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸该酶具有严格立体专一性第三个氧化还原反应共4个24第三节柠檬酸循环的反应机制琥珀酸脱氢酶是tca循环中唯一一个嵌入线粒体内膜的酶其余酶位于线粒体的基质中25第三节柠檬酸循环的反应机制7延胡索酸酶催化延胡索酸水化生成l苹果酸该酶具有严格立体专一性可逆反应26第三节柠檬酸循环的反应机制8苹果酸脱氢酶催化苹果酸氧化重新形成草酰乙酸完成一轮柠檬酸循环第四个氧化还原反应共4个产生还原力nadh该酶具有严格立体专一性可逆反应27第三节柠檬酸循环的反应机制琥珀酰coa异柠檬酸28第四节柠檬酸循环的能量计算p107在柠檬酸循环的总反应中对于进入循环的每个乙酰coa都可以产生3分子nadh1分子fadh分子的gtpp9729第四节柠檬酸循环的能量计算p10730第四节柠檬酸循环的能量计算tca循环中nad和fad的再生
第20章-柠檬酸循环
⑤线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶，一种以NAD+ 为电子受体，另一种以NADP+为受体。前者只 在线粒体中，后者在线粒体和胞质中都有。
①由α-酮戊二酸脱氢酶系（a-ketoglutarate dehydrogenase complex）催化，不可逆。
②α-酮戊二酸脱氢酶系为多酶复合体，与丙酮酸脱氢酶系 相似（先脱羧，后脱氢）：包括a-酮戊二酸脱氢酶（aketoglutarate dehydrogenase）（E1，含有TPP），二氢 硫辛酰胺琥珀酰转移酶（dihydrolipoamide succinyl transferase）（E2，含有硫辛酰胺），和二氢硫辛酰胺 脱氢酶（dihydrolipoamide dehydrogenase）（E3.，含 有黄素蛋白）及六种辅因子。
2、一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应， 三个调节位点，四次脱氢反应。
3个NADH、1个FADH2进入呼吸链 3、三羧酸循环中碳骨架的不对称反应
同位素标记表明，乙酰CoA上的两个C原子 在第一轮TCA上并没有被氧化。
被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。
在第三轮TCA中，两次脱羧，可除去最初 甲基碳的50%，以后每循环一次，脱去余下 甲基碳的50%。
第二个调节点是异柠檬酸转变为α -酮戊二酸的反应
异柠檬酸脱氢酶，ADP能增强异柠檬酸脱氢酶同异柠檬酸之间的亲和力。但 NADH及琥珀酰CoA都对异柠檬酸脱氢酶有抑制作用
2×3/2.5
C 异柠檬酸脱氢酶
NADH
2×3/2.5
A α-酮戊二酸脱氢酶复 NADH 合物
2×3/2.5
琥珀酸脱氢酶 苹果酸脱氢酶
FADH2 NADH
2×2/1.5 2×3/2.5
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。
生物化学柠檬酸循环
⑧L-苹果酸生成草酰乙酸
第四个氧化还原反应
柠檬酸循环
柠檬酸合酶
三羧酸循环
NAD+
NADH+ H+
N
A
D
H
H
G
D
P
+
P
i
GTP
F
A
D
H
2
F
A
D
+
N
A
D
CO2
H 2 O
CO2
乙酰-CoA
(1)
(5)
(6)
(7)
(8)
(3)
(4)
(2)
柠檬酸
异柠檬酸
顺乌头酸
α-酮戊二酸
琥珀酰-CoA
柠檬酸循环
01.
柠檬酸循环:（citrate cycle，三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，TCA循环，Krebs循环）
在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水，同时释放能量。 由英国生化学家Hans Krebs发现
一、柠檬酸循环简介
柠檬酸循环的全貌
b.共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶
线粒体基质
由8种酶催化完成。
由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始，经过一连串反应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草酰乙酸而完成一个循环。 每循环一次，经历两次脱羧，使乙酰辅酶A氧化生成CO2和水。
三、柠檬酸循环的各个反应步骤
柠檬酸合酶
柠檬酸合酶
柠檬酸的合成 反应不可逆,第一个调节酶。
2
三大营养物质的最终代谢通路。
3
是CO2的重要来源之一。 两用代谢途径
4
六、柠檬酸循环的双重作用
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。
第九讲 柠檬酸循环
第九讲柠檬酸循环柠檬酸循环是指在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。
乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2和H2O并产生能量的过程.它是糖、脂类和氨基酸代谢的最后共同途径，简称TCA循环。
丙酮酸的氧化脱羧是放能反应，不可逆，在真核细胞的线粒体基质中进行。
它的催化酶——丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，包括三种酶和五种辅助因子，分别是：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰转乙酰基酶、二氢硫辛酸脱氢酶、硫胺素焦磷酸酯TPP、硫辛酸、HS—CoA、NAD＋、FAD。
生成的乙酰CoA进入TCA循环，参与TCA循环的酶共有九种，该循环主要可分为八个步骤：（1）柠檬酸合成酶催化乙酰CoA与草酰乙酸结合，生成六碳的柠檬酸，放出CoA。
（2）顺乌头酸酶催化柠檬酸先失去一个H2O而成顺乌头酸，再结合一个H2O转化为异柠檬酸。
（3）异柠檬酸脱氢酶催化异柠檬酸发生脱氢、脱羧反应，生成5碳的a-酮戊二酸，放出一个CO2，生成一个NADH+H+。
（4）a-酮戊二酸脱氢酶系催化a-酮戊二酸发生脱氢、脱羧反应，并和CoA结合，生成含高能硫键的4碳琥珀酰CoA，放出一个CO2，生成一个NADH+H+。
（5）琥珀酰辅酶A合成酶催化碳琥珀酰CoA脱去CoA和高能硫键，放出的能通过GTP转入ATP（6）琥珀酸脱氢酶催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸，生成1分子FADH2。
（7）延胡索酸酶催化延胡索酸和水化合而成苹果酸。
（8）苹果酸脱氢酶催化苹果酸氧化脱氢，生成草酸乙酸，生成1分子NADH+H+。
柠檬酸循环的总反应方程式为：乙酰CoA＋3NAD+＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O→2CO2＋3NADH＋3H+＋FADH2＋GTP＋HS—CoA 循环中有四次脱氢反应，生成三分子NADH和一分子FADH2。
有一次底物水平磷酸化，生成一分子GTP，每完成一次循环，氧化分解掉一分子乙酰基，可生成12分子ATP。
TCA循环生物学意义：它是机体获得能量的最有效方式；是联系糖类、脂类、蛋白质三大物质代谢的纽带；循环中所产生的多种中间产物是生物体内重要物质；发酵工业上利用微生物三羧酸循环生产各种代谢产物。
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
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。
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1．糖的有氧氧化.：指在机体氧供充足时，葡萄糖彻底氧化成CO2和H2O ，并释放出能量的过程。
是机体主要供能方式。
反应部位：胞浆及线粒体
糖的有氧氧化过程
第一阶段：酵解途径第二阶段：丙酮酸的氧化脱羧第三阶段：三羧酸循环第四阶段：氧化磷酸化2．糖的有氧氧化
第一阶段：葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸
此阶段与无氧分解的过程相似，不同的是3-磷酸甘油醛脱氢生成NADH+H+的去向不同。
无氧的情况下，NADH+H+在细胞浆中将丙酮酸还原生成乳酸；
在有氧的情况下，NADH+H+经穿梭作用进入线粒体，氧化成水和能量（3 or 5 ATP）。
第二阶段：丙酮酸进入线粒体氧化脱羧生成乙酰CoA
此阶段1分子Glu生成2分子NADH+H+ , 5分子ATP。
TPP
丙酮酸————————→乙酰CoA
丙酮酸脱氢酶系
丙酮酸脱氢酶系包括三种酶和六种辅助因子：
三种酶——E1-丙酮酸脱氢酶组分；E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶；E3-二氢硫辛酸脱氢酶
六种辅助因子——TPP、硫辛酸、CoA-SH、FAD、NAD+、Mg2+
多酶复合体位于线粒体内；原核细胞在胞液中
TPP的作用：脱羧酶辅酶，将底物移入（出）脱羧酶的活性中心。
此阶段反应特点：
_ 反应速度快并且为不可逆反应。
_ 反应中生成的NADH+H+直接进入电子传递链进行氧化磷酸化生成水，产生2.5 ATP。
_ 生成的乙酰辅酶A进入三羧酸循环，CO2可由肺呼出或参与机体内代谢。
分步反应：
① O E1
CH3-C-COOH + TPP——→羟乙基TPP + CO2
② E2
羟乙基TPP + 硫辛酸——→乙酰硫辛酸+ TPP
③ E2
乙酰硫辛酸+ HS～CoA ——→乙酰-CoA + HS-L-HS
④ E3
HS-L-HS + FAD ——→硫辛酸 + FADH 2
⑤ E3
FADH2 + NAD+ ——→FAD + NADH+H+
砷化物对硫辛酸的毒害作用，砷化物抑制丙酮酸脱氢酶复合体的机制也表现在对α-酮戊二酸脱氢酶复合体的抑制上。
丙酮酸脱氢酶复合体的调控：
产物控制：NADH、乙酰-CoA（竞争性抑制）；丙酮酸脱氢酶组分的磷酸化（失活）和去磷酸化（激活）
E1的磷酸化和去磷酸化是使丙酮酸脱氢酶复合体激活或失活的重要方式。
由E2上的激酶和磷酸酶起作用
3．柠檬酸循环TAC 包括合成、加水、脱水、脱氢、脱羧
柠檬酸循环历程：
（一）草酰乙酸与乙酰CoA缩合成柠檬酸
H2O CoA
草酰乙酸 + 乙酰CoA———————→柠檬酸
柠檬酸合酶
柠檬酸合酶是变构酶，是柠檬酸循环中的限速酶。
变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰CoA、酯酰CoA AMP可解除抑制
氟乙酰辅酶A：底物，形成氟柠檬酸，不能往下反应，称致死性合成反应。
丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂
（二）经顺乌头酸生成异柠檬酸
乌头酸酶乌头酸酶
柠檬酸————→顺-乌头酸——-——→异柠檬酸
（三）异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸（TCA循环中第一次氧化脱羧）
NAD(P) NAD(P)H + H+
异柠檬酸————————————→α-酮戊二酸 + CO2
氧化脱羧
异柠檬酸脱氢酶（NAD为辅酶，需Mg2+（线粒体）、NADP为辅酶（胞质也有））
（四）α-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA（TCA循环两次氧化脱羧作用中的第二次脱羧） CoA-SH NAD+ NADH
α-酮戊二酸————————————→琥珀酰-CoA
α-酮戊二酸脱氢酶复合体
α-酮戊二酸脱氢酶复合体，与丙酮酸脱氢酶复合体极其相似。
（五）琥珀酰-CoA转化为琥珀酸
GDP+Pi GTP CoA-SH
琥珀酰-CoA ————————————→琥珀酸
哺乳动物—GTP/ATP；植物、微生物—ATP ————（唯一）直接产生高能磷酸键
GTP在生物合成中具有特殊作用：①GTP参与蛋白质合成②G蛋白活化（信号传导）；③核苷二磷酸激酶
GTP+ADP ——————————→GDP+ATP
以上5步反应，生成2CO2，2NADH和1个GTP。
（六）琥珀酸脱氢形成延胡索酸
FAD FADH2
琥珀酸——————————→延胡索酸
琥珀酸脱氢酶
FAD与酶共价连接,是酶和辅基的关系
丙二酸为竞争性抑制剂——抑制细胞呼吸（Krebs）
琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜(唯一)；具有立体专一性
（七）延胡索酸水合生成L-苹果酸
延胡索酸————→L-苹果酸（延胡索酸酶）
（八）L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
L-苹果酸脱氢酶
L-苹果酸←————————→草酰乙酸
被草酰乙酸与乙酰CoA缩合（高度放能）反应所推动
4．柠檬酸循环的化学计量
5．糖酵解+三羧酸循环的效率
糖酵解1G→2ATP + 2NADH + 2H ++ 2丙酮酸→7or5ATP
2丙酮酸→乙酰CoA 2 NADH → 5ATP
三羧酸循环 2乙酰CoA → 20ATP
32or 30ATP
储能效率=32 ×7.3/686= 34.05 %
其余能量以热量形式：一部分维持体温，一部分散失。
总反应式：
此阶段1分子Glu生成20分子ATP。
CO2来自草酰乙酸而不是乙酰CoA；但净结果是氧化了1分子乙酰CoA
5．三羧酸循环(TCA循环)小结
三羧酸循环的要点：经过一次三羧酸循环
_整个循环中3个反应为不可逆反应
_关键酶有：柠檬酸合酶，异柠檬酸脱氢酶，α-酮戊二酸脱氢酶复合体
_消耗一分子乙酰CoA
_经四次脱氢，二次脱羧，一次底物水平磷酸化
_生成1分子FADH2，3分子NADH+H+，2分子CO2（来源－草酰乙酸）， 1分子GTP
6．柠檬酸循环的调控速率受细胞能量状态、生物合成需求调节
3种因素调控：底物的供应量，催化循环最初几步反应酶的反馈别构抑制，产物堆积的抑制作用。
底物供应量：乙酰辅酶A和草酰乙酸 3个关键酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶产物堆积的抑制：柠檬酸抑制柠檬酸合成酶的活性；琥珀酰CoA抑制α-酮戊二酸脱氢酶和柠檬酸合酶活性；ATP抑制柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶活性。
① ATP、ADP的影响②产物堆积引起抑制③循环中后续反应中间产物反馈抑制前面反应中的酶④其他，如Ca2+可激活许多酶
7．乙酰CoA的主要来源和去路
糖原蛋白质三脂酰甘油
↓↓↓
G 氨基酸 FA、甘油
↘↓↗
乙酰CoA
↙↓↘
胆固醇、FA 三羧酸循环酮体
8．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
两用性：分解代谢和合成代谢。