柠檬酸循环

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