第23章三羧酸循环讲义教材
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胡索酸，苹果酸，草酰乙酸）强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性， 其他天然存在的有机酸都没有上述几种酸活性强。
3．Krebs发现丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，即使在肌肉糜悬浮液 中加入活性有机酸，也还有抑制效应，说明此酶催化的反应在丙酮酸氧化途 径中起重要作用。
在丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中wenku.baidu.com柠檬酸，α-酮戊二酸和琥珀酸的积累，证
三羧酸循环的讨论集中在可氧化物质的去路，生物氧化的讨 论集中在电子传递链和ATP合成。如果从呼吸的最终产物（CO2 和H2O）的角度考虑，三羧酸循环强调CO2的产生，生物氧化强 调H2O的产生。
●呼吸是指有机分子在体内氧化分解并释放能量的过程。呼吸 的最终产物是CO2和H2O。
第
氨基酸
一
阶
段
e-
e-
自由能，G
硫酯和一般酯的共振和△G的关系
硫酯键和一般酯键比较，是富能的。这主要与共振稳定性有关。
π电子的重叠使C-O键有部分双键特征。 由于S原子比氧原子大，C和S之间的π电子不能 重叠，C = S这种形式基本上不存在。硫酯比一般酯不稳定，水解的△G0’增高。酰基辅
酶A的C-S键比一般酯键中的C-O键要弱。酰基很容易转移到其他中间代谢物。
硫辛酸(Lipoic acid)
6
5
4
3
2
1
O
硫辛酸的羧基与酶2（二氢硫辛酸乙酰转移酶）赖氨酸的ε-氨基形成酰氨键，产 生硫辛酰氨。 活化乙醛部分从TPP转移到硫辛酰氨C6的S上包括羟乙基的氧化和二硫的还原，这 在丙酮酸脱氢酶中产生一个乙酰基，这个乙酰基再转移到辅酶A。
焦磷酸硫氨(TPP)
+
+
H3C
硫氨
焦磷酸硫氨
因为这是第一个鉴定的B维生素，又称维生素B1。
_
+
+
TPP反应机制 TPP噻唑环硫和氮之间的酸性碳是活性部位。 1）这个碳形成碳负离子； 2）它可以攻击α-酮酸的羰基; 3）当α-酮酸是底物时，产生的加成化合物进一步非氧化脱羧； 4）加氢后形成羟乙基-TPP（活化乙醛）,这个二碳片断转移到其他辅酶时被氧化成乙醛。
第23章、三羧酸循环
三羧酸循环
丙酮酸 乙酰辅酶A
使糖最终氧化成CO2和H2O的过程包括三羧酸循环。
在有氧的情况下，酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。
乙酰CoA在三羧酸循环中经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2 。
●三羧酸循环是呼吸作用的中心氧化途径，使糖，脂肪和蛋白 质在需氧生物和组织中彻底分解。
第
二
阶
段
e-
第 三 阶 段
呼吸的三阶段
丙酮酸 e-
三羧酸循环
还原的电子载体 NADH/FADH2 呼吸 链
脂肪酸 e-
ee-
➢ 辅酶A和碳的活化
辅酶A是根据它活化酰基(acyl group)的作用命名的。 辅酶A是从ATP,维生素泛酸(pantothenic acid),和β巯基乙胺 产生。 辅酶A的巯基是功能部分。其余部分提供酶结合位点。 在酰化辅酶A中，如乙酰辅酶A，酰基与巯基相连形成硫酯。
三羧酸循环要略
[2H]
脱脱氢氢
缩合
缩合
草草酰酰乙乙酸酸
乙乙酰酰辅辅酶酶AA
-
柠柠檬檬酸酸
脱氢
脱水
苹果酸
水合
水合
苹果酸
顺乌头酸 顺乌头酸
水合
水合
丁烯二酸
[2H]
延胡索酸
脱脱氢氢
丁二酸 琥珀酸
GTP
底物水平磷酸化 底物水平磷酸化
GDP+Pi
异柠檬酸 异柠檬酸
氧化脱羧 氧化脱羧
CO2, [2H]
2H
CO2, [2H]
α- 酮戊二酸
琥珀酰辅酶A 琥珀酰辅酶A
氧化脱羧
α-酮戊二酸 图3-3.
氧化脱羧
三羧酸循环的反应
丙酮酸到乙酰辅酶A的总反应
0’
总反应是高度放能的，在细胞中是不可逆的。 丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的， 这是一个连接酵解和三羧酸循环的中心环节。 这个反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化。丙酮酸脱氢酶复合体包括3个不同的 酶和5种不同的辅酶，包括焦磷酸硫胺素（TPP），硫辛酸，FAD，NAD+和 CoA。
6．由于环中每个有机酸的加入都可以使丙酮酸氧化量增加 数倍，每个有机酸的最大反应速度都与丙酮酸氧化的最大速 度相同，所以环状氧化是丙酮酸氧化的主要途径。 通过总结前人的实验和上述一系列实验，Krebs在1937年提 出了三羧酸循环。后来发现这一途径在动、植物，微生物中 普遍存在，不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪，蛋白 质分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义。
三羧酸循环的发现 三羧酸循环的基本要点是乙酰辅酶A上的两个活化碳与一个4 碳底物连接，连接产物被其他反应氧化释放两个CO2，并再产 生起始的4碳底物。这个途径是环状的。 因为末端产物与起始产物之一相同，可以通过与另一分子乙 酰辅酶A的反应开始另一轮新的循环。
三羧酸循环也称为柠檬酸循环。因为循环途径是由 Krebs1937年正式提出的，所以又称Krebs循环。 Krebs和Lipmann共同获得了诺贝尔奖金。Lipmann发现了乙 酰CoA。
明没有丙二酸时，柠檬酸和α-酮戊二酸转化成琥珀酸。
4．被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中加入琥珀酸脱氢酶催化的反
应产物如延胡索酸，苹果酸或草酰乙酸也可引起琥珀酸的进
一步积累，说明另有一条途径氧化成琥珀酸，因此Krebs提出 环状氧化途径的概念。
5．将草酰乙酸加入被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中可以消除 对丙酮酸氧化的抑制，悬浮液中有柠檬酸积累。Krebs的解 释是丙酮酸氧化需消耗草酰乙酸，合成柠檬酸，若加入丙二 酸，由于不能再生成草酰乙酸，所以丙酮酸氧化被抑制。
1．早期工作： 从1920到1935年，Thunberg，Krebs和Szent发现，在肌肉糜 中加入柠檬酸和四碳二羧酸如琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，
草酰乙酸可刺激氧的消耗。
1937年Martins和Knoop阐明了从柠檬酸经顺乌头酸，异柠檬 酸，α酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。
2．Krebs在研究鸽胸肌的耗氧中观察到六碳三羧酸（柠檬酸，顺 乌头酸，异柠檬酸）和酮戊二酸，以及四碳二羧酸（琥珀酸，延
3．Krebs发现丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，即使在肌肉糜悬浮液 中加入活性有机酸，也还有抑制效应，说明此酶催化的反应在丙酮酸氧化途 径中起重要作用。
在丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中wenku.baidu.com柠檬酸，α-酮戊二酸和琥珀酸的积累，证
三羧酸循环的讨论集中在可氧化物质的去路，生物氧化的讨 论集中在电子传递链和ATP合成。如果从呼吸的最终产物（CO2 和H2O）的角度考虑，三羧酸循环强调CO2的产生，生物氧化强 调H2O的产生。
●呼吸是指有机分子在体内氧化分解并释放能量的过程。呼吸 的最终产物是CO2和H2O。
第
氨基酸
一
阶
段
e-
e-
自由能，G
硫酯和一般酯的共振和△G的关系
硫酯键和一般酯键比较，是富能的。这主要与共振稳定性有关。
π电子的重叠使C-O键有部分双键特征。 由于S原子比氧原子大，C和S之间的π电子不能 重叠，C = S这种形式基本上不存在。硫酯比一般酯不稳定，水解的△G0’增高。酰基辅
酶A的C-S键比一般酯键中的C-O键要弱。酰基很容易转移到其他中间代谢物。
硫辛酸(Lipoic acid)
6
5
4
3
2
1
O
硫辛酸的羧基与酶2（二氢硫辛酸乙酰转移酶）赖氨酸的ε-氨基形成酰氨键，产 生硫辛酰氨。 活化乙醛部分从TPP转移到硫辛酰氨C6的S上包括羟乙基的氧化和二硫的还原，这 在丙酮酸脱氢酶中产生一个乙酰基，这个乙酰基再转移到辅酶A。
焦磷酸硫氨(TPP)
+
+
H3C
硫氨
焦磷酸硫氨
因为这是第一个鉴定的B维生素，又称维生素B1。
_
+
+
TPP反应机制 TPP噻唑环硫和氮之间的酸性碳是活性部位。 1）这个碳形成碳负离子； 2）它可以攻击α-酮酸的羰基; 3）当α-酮酸是底物时，产生的加成化合物进一步非氧化脱羧； 4）加氢后形成羟乙基-TPP（活化乙醛）,这个二碳片断转移到其他辅酶时被氧化成乙醛。
第23章、三羧酸循环
三羧酸循环
丙酮酸 乙酰辅酶A
使糖最终氧化成CO2和H2O的过程包括三羧酸循环。
在有氧的情况下，酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。
乙酰CoA在三羧酸循环中经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2 。
●三羧酸循环是呼吸作用的中心氧化途径，使糖，脂肪和蛋白 质在需氧生物和组织中彻底分解。
第
二
阶
段
e-
第 三 阶 段
呼吸的三阶段
丙酮酸 e-
三羧酸循环
还原的电子载体 NADH/FADH2 呼吸 链
脂肪酸 e-
ee-
➢ 辅酶A和碳的活化
辅酶A是根据它活化酰基(acyl group)的作用命名的。 辅酶A是从ATP,维生素泛酸(pantothenic acid),和β巯基乙胺 产生。 辅酶A的巯基是功能部分。其余部分提供酶结合位点。 在酰化辅酶A中，如乙酰辅酶A，酰基与巯基相连形成硫酯。
三羧酸循环要略
[2H]
脱脱氢氢
缩合
缩合
草草酰酰乙乙酸酸
乙乙酰酰辅辅酶酶AA
-
柠柠檬檬酸酸
脱氢
脱水
苹果酸
水合
水合
苹果酸
顺乌头酸 顺乌头酸
水合
水合
丁烯二酸
[2H]
延胡索酸
脱脱氢氢
丁二酸 琥珀酸
GTP
底物水平磷酸化 底物水平磷酸化
GDP+Pi
异柠檬酸 异柠檬酸
氧化脱羧 氧化脱羧
CO2, [2H]
2H
CO2, [2H]
α- 酮戊二酸
琥珀酰辅酶A 琥珀酰辅酶A
氧化脱羧
α-酮戊二酸 图3-3.
氧化脱羧
三羧酸循环的反应
丙酮酸到乙酰辅酶A的总反应
0’
总反应是高度放能的，在细胞中是不可逆的。 丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的， 这是一个连接酵解和三羧酸循环的中心环节。 这个反应由丙酮酸脱氢酶复合体催化。丙酮酸脱氢酶复合体包括3个不同的 酶和5种不同的辅酶，包括焦磷酸硫胺素（TPP），硫辛酸，FAD，NAD+和 CoA。
6．由于环中每个有机酸的加入都可以使丙酮酸氧化量增加 数倍，每个有机酸的最大反应速度都与丙酮酸氧化的最大速 度相同，所以环状氧化是丙酮酸氧化的主要途径。 通过总结前人的实验和上述一系列实验，Krebs在1937年提 出了三羧酸循环。后来发现这一途径在动、植物，微生物中 普遍存在，不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪，蛋白 质分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义。
三羧酸循环的发现 三羧酸循环的基本要点是乙酰辅酶A上的两个活化碳与一个4 碳底物连接，连接产物被其他反应氧化释放两个CO2，并再产 生起始的4碳底物。这个途径是环状的。 因为末端产物与起始产物之一相同，可以通过与另一分子乙 酰辅酶A的反应开始另一轮新的循环。
三羧酸循环也称为柠檬酸循环。因为循环途径是由 Krebs1937年正式提出的，所以又称Krebs循环。 Krebs和Lipmann共同获得了诺贝尔奖金。Lipmann发现了乙 酰CoA。
明没有丙二酸时，柠檬酸和α-酮戊二酸转化成琥珀酸。
4．被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中加入琥珀酸脱氢酶催化的反
应产物如延胡索酸，苹果酸或草酰乙酸也可引起琥珀酸的进
一步积累，说明另有一条途径氧化成琥珀酸，因此Krebs提出 环状氧化途径的概念。
5．将草酰乙酸加入被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中可以消除 对丙酮酸氧化的抑制，悬浮液中有柠檬酸积累。Krebs的解 释是丙酮酸氧化需消耗草酰乙酸，合成柠檬酸，若加入丙二 酸，由于不能再生成草酰乙酸，所以丙酮酸氧化被抑制。
1．早期工作： 从1920到1935年，Thunberg，Krebs和Szent发现，在肌肉糜 中加入柠檬酸和四碳二羧酸如琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，
草酰乙酸可刺激氧的消耗。
1937年Martins和Knoop阐明了从柠檬酸经顺乌头酸，异柠檬 酸，α酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。
2．Krebs在研究鸽胸肌的耗氧中观察到六碳三羧酸（柠檬酸，顺 乌头酸，异柠檬酸）和酮戊二酸，以及四碳二羧酸（琥珀酸，延