第23章三羧酸循环讲义教材
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第二十三章 三羧酸循环
柠檬酸合酶在催化过程中先后发生的两次构象变化既防 止了乙酰-CoA的提前释放，也大大降低了乙酰-CoA在活 性中心被Asp残基水解成乙酸的可能性。
柠檬酸的合成
柠檬酸合酶的两种构象
氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响
反应2：柠檬酸的异构化
柠檬酸异构化成异柠檬酸
由顺乌头酸酶催化 柠檬酸不是氧化的好底物，但异柠檬酸却不
一样，经过异构化，三级羟基变成了易氧化 的二级羟基 在形成的异柠檬酸分子中，羟基只会与来源 于草酰乙酸的β-碳原子而绝对不会与来源 于乙酰-CoA的β-碳原子相连! 顺乌头酸酶使用铁硫蛋白为辅助因子
柠檬酸的异构化
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
顺乌头酸酶催化反应中产物的立体专一性
反应3：异柠檬酸的脱氢
脂肪酸的β氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化
反应1：柠檬酸的合成
这是一步不可逆反应
由柠檬酸合酶催化
柠檬酸合酶由两个相同的亚基组成，它被视为酶“诱导 契合”学说又一代表性的例子
在无底物结合时，酶两个亚基的构象呈开放型；当结合 底物以后，则被诱导为紧密型。在反应中，OAA首先与 酶活性中心结合，这种结合迅速诱导活性中心的构象发 生变化，从而创造出乙酰-CoA的结合位点。随后，乙酰CoA结合到酶活性中心，并与OAA形成柠檬酰-CoA。这 时，酶的构象再次发生变化，远离活性中心的一个关键 的Asp残基被拉入到柠檬酰-CoA上的硫酯键，很快硫酯键 被切开，终产物辅酶A和柠檬酸被依次释放。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
柠檬酸的合成
柠檬酸合酶的两种构象
氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响
反应2：柠檬酸的异构化
柠檬酸异构化成异柠檬酸
由顺乌头酸酶催化 柠檬酸不是氧化的好底物，但异柠檬酸却不
一样，经过异构化，三级羟基变成了易氧化 的二级羟基 在形成的异柠檬酸分子中，羟基只会与来源 于草酰乙酸的β-碳原子而绝对不会与来源 于乙酰-CoA的β-碳原子相连! 顺乌头酸酶使用铁硫蛋白为辅助因子
柠檬酸的异构化
铁硫蛋白在顺乌头酸酶反应中的作用
顺乌头酸酶催化反应中产物的立体专一性
反应3：异柠檬酸的脱氢
脂肪酸的β氧化 氨基酸的氧化分解 丙酮酸的氧化脱羧——由丙酮酸脱氢酶系催化
反应1：柠檬酸的合成
这是一步不可逆反应
由柠檬酸合酶催化
柠檬酸合酶由两个相同的亚基组成，它被视为酶“诱导 契合”学说又一代表性的例子
在无底物结合时，酶两个亚基的构象呈开放型；当结合 底物以后，则被诱导为紧密型。在反应中，OAA首先与 酶活性中心结合，这种结合迅速诱导活性中心的构象发 生变化，从而创造出乙酰-CoA的结合位点。随后，乙酰CoA结合到酶活性中心，并与OAA形成柠檬酰-CoA。这 时，酶的构象再次发生变化，远离活性中心的一个关键 的Asp残基被拉入到柠檬酰-CoA上的硫酯键，很快硫酯键 被切开，终产物辅酶A和柠檬酸被依次释放。
总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
第23章 三羧酸循环
本章要点
丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoA的反应过程及酶系 三羧酸循环的反应机制 三羧酸循环的调节 三羧酸循环的脱氢部位及产能部位 三羧酸循环的能量结算 三羧酸循环的填补反应 说明生物体内H2O，CO2，ATP都是怎样生成的？
23 章完
三种酶：
E1 丙酮酸脱氢酶 (pyruvate dehydrogenase component) E2 二氢硫辛酸转乙酰基酶 (dihydrolipoyl transacetylase) E3 二氢硫辛酸脱氢酶 (dihydrolipoyl dehydrogenase) 六种辅助因子： TPP FAD 硫辛酸 NAD CoA Mg++
COOCH2 CH2 C S O CoA COO-
GDP + Pi
GTP
CH2 CH2
CoASH
COO-
琥珀酰—CoA
琥珀酸
The reactional mechanism of TCA
6）琥珀酸 +FAD→ 延胡索酸+FADH2
COOCH2 CH2 COOCOO-
FAD
FADH2
CH HC COO-
The reactional mechanism of TCA
The reactional mechanism of TCA
柠檬酸合酶(Citrate synthase)
调控酶：ATP 、NADH、琥珀酸—CoA、酯酰— CoA等抑制其活性 是柠檬酸循环中的限速酶
The reactional mechanism of TCA
α--酮戊二酸脱氢酶复合体：
三种酶：α--酮戊二酸脱氢酶 (E1) 二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2) 二氢硫辛酰脱氢酶(E3) 六因子：TPP 硫辛酸 CoA FAD NAD Mg++
三羧酸循环及其生理意义
3
1、三羧酸循环的关键步骤、关键 酶及其作用。
2、三羧酸循环的特点。 3、三羧酸循环的生理意义。
4
三羧酸循环又称为柠檬酸循环， 是物质代谢和能量代谢的关键环节。循 环由草酰乙酸与乙酰COA缩合成含有3个 羧基的柠檬酸开始，经过一系列的脱氢 和脱羧反应后，又以草酰乙酸的再生成 结束。每次循环相当于一乙个酰基 被氧 化。
E、采用多媒体课件教学有助于突出重点内容和关
键步骤，而且更加生动形象，起到化难为易的作
用。
20
4、点到为止，留有余味。“三羧酸循环” 是多种物质代谢和能量代谢的中心环节，在 氨基酸和脂代谢没讲之前，需留有余味，点 到为止。
5、物质的分子结构对医学生不要求掌握，只 要求对个别重要物质的分子结构有一些了解 及印象，以便对一些重要的反应步骤及其生 理意义有更进一步的认识和理解。这样可以 使学生集中精力学习和理解在医学和临床实 践中更加有用的知识，因此没作更多的要求。
脂肪
氨基酸 α -酮戊二酸
12
又如：
三羧酸循环中的琥珀酸、延胡索酸、 草酰乙酸等都有象α-酮戊二酸这样的联 系和沟通作用。
（这在第八章的第四节中还将作详 细介绍。）
13
上面就是我们这堂课学习的全部内容。 现在让我们简要回顾一下我们这堂课的重点 内容：
1、三羧酸循环的关键反应及关键酶有：
柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶
15
请思考： 三羧酸循环障碍常发生在哪些 环节？对物质和能量代谢会产生什么样的 影响？
引导、提示:
从以下几个方面考虑：
关键步骤（或关键酶）、能量代谢、某些 代谢物（中间产物）堆积、引起哪些疾病等。
16
17
1、生物化学是医学基础课中比较难学的一门重要 课程。而“三羧酸循环”是物质代谢和能量代 谢的核心，是《生物化学》的重中之重，同时 也是生物化学中学生感到很难学的内容（即难 中之难）。因此，讲好这一重点，突破这一难 点，是讲好这门课程的关键。有助于学生认识 和理解物质代谢和能量代谢的关键所在，理顺 物质
1、三羧酸循环的关键步骤、关键 酶及其作用。
2、三羧酸循环的特点。 3、三羧酸循环的生理意义。
4
三羧酸循环又称为柠檬酸循环， 是物质代谢和能量代谢的关键环节。循 环由草酰乙酸与乙酰COA缩合成含有3个 羧基的柠檬酸开始，经过一系列的脱氢 和脱羧反应后，又以草酰乙酸的再生成 结束。每次循环相当于一乙个酰基 被氧 化。
E、采用多媒体课件教学有助于突出重点内容和关
键步骤，而且更加生动形象，起到化难为易的作
用。
20
4、点到为止，留有余味。“三羧酸循环” 是多种物质代谢和能量代谢的中心环节，在 氨基酸和脂代谢没讲之前，需留有余味，点 到为止。
5、物质的分子结构对医学生不要求掌握，只 要求对个别重要物质的分子结构有一些了解 及印象，以便对一些重要的反应步骤及其生 理意义有更进一步的认识和理解。这样可以 使学生集中精力学习和理解在医学和临床实 践中更加有用的知识，因此没作更多的要求。
脂肪
氨基酸 α -酮戊二酸
12
又如：
三羧酸循环中的琥珀酸、延胡索酸、 草酰乙酸等都有象α-酮戊二酸这样的联 系和沟通作用。
（这在第八章的第四节中还将作详 细介绍。）
13
上面就是我们这堂课学习的全部内容。 现在让我们简要回顾一下我们这堂课的重点 内容：
1、三羧酸循环的关键反应及关键酶有：
柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶
15
请思考： 三羧酸循环障碍常发生在哪些 环节？对物质和能量代谢会产生什么样的 影响？
引导、提示:
从以下几个方面考虑：
关键步骤（或关键酶）、能量代谢、某些 代谢物（中间产物）堆积、引起哪些疾病等。
16
17
1、生物化学是医学基础课中比较难学的一门重要 课程。而“三羧酸循环”是物质代谢和能量代 谢的核心，是《生物化学》的重中之重，同时 也是生物化学中学生感到很难学的内容（即难 中之难）。因此，讲好这一重点，突破这一难 点，是讲好这门课程的关键。有助于学生认识 和理解物质代谢和能量代谢的关键所在，理顺 物质
三羧酸循环
第四节
磷酸戊糖途径
PPP途径；(磷酸)己糖支路； 磷酸葡萄糖酸途径；HMP途径。
一、反应历程 二、生理意义 三、调控位点
第八章 糖类代谢
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 生物体内的糖类 糖 酵 解 柠 檬 酸 循 环 磷酸戊糖途径 糖异生作用 双糖和多糖的 降解与合成
第三节 柠檬酸循环
一. 丙酮酸氧化脱羧 二. 柠檬酸循环的历程 三. 柠檬酸循环中ATP的形成 四.柠檬酸循环的生理意义 五.柠檬酸循环的调控 六. 柠檬酸循环的回补反应
草酰乙酸
六.柠檬酸循环的回补反应
1.丙酮酸 草酰乙酸 丙酮酸 + CO2 + ATP 丙酮酸羧化酶 草酰乙酸 + ADP + Pi 2.磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 3.丙酮酸 苹果酸 草酰乙酸 4.谷氨酸、天冬氨酸转氨作用
二、生理意义：
1、生成大量的还原力 (NADPH)从而驱动还 原性的生物合成。
2、产生大量的各种 碳骨架用于合成代 谢同时成为各种代 谢底物的转化桥梁。
3、通过3-磷酸甘油醛 和6-磷酸果糖连接糖 酵解和TCA循环从 而适应环境的不同 变化。
4. PPP 途径与植 物的光合作用密 切相关。
三、调控位点： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶
丙酮酸
乙酰辅酶A 草酰乙酸
柠檬酸循环
苹果酸
延胡索酸
异柠檬酸
a-酮戊二酸
琥珀酸 辅酶A
↓
↙
催 化 式 循 环
第三节 柠檬酸循环
一. 丙酮酸氧化脱羧 二. 柠檬酸循环的历程 三. 柠檬酸循环中ATP的形成 四.柠檬酸循环的生理意义 五.柠檬酸循环的调控 六. 柠檬酸循环的回补反应
三.柠檬酸循环中 ATP 的形成
第23章柠檬酸循环下册P92
第23章、柠檬酸循环（下册P92）这一章也是代谢中的重中之重。
学生通过学习要全面掌握本章的所有内容，特别是：1、TCA循环的部位，2、TCA循环的生物学意义，3、丙酮酸脱氢酶系，4、TCA循环重的调节步骤，调节酶，5、三羧酸循环和糖酵介、乳酸循环、氧化磷酸化、脂肪酸氧化、合成、氨基酸代谢等途径的关系，6、TCA中的底物磷酸化等。
本章的主要内容：酵解产生的丙酮酸在有氧条件下，继续进行有氧分解最后形成CO2和水，并产生ATP，经历途径分为两个阶段，分别为柠檬酸循环和氧化磷酸化。
柠檬酸循环又称三羧酸循环（TCA），又称Krebs循环，在细胞线粒体中进行。
TCA是糖、脂类和氨基酸代谢的最后共同途径，其中间体可作为许多生物合成的前体。
丙酮酸通过TCA进行脱羧和脱氢反应，羧基形成CO2，氢原子则随载体（NAD+、FAD）进入电子传递链，经过氧化磷酸化作用形成水分子，并将释放的能量用于合成ATP。
（一）准备阶段：丙酮酸形成乙酰CoA酶丙酮酸+ CoASH + NAD+乙酰CoA + CO2 + NADH + H+酶为丙酮酸脱氢酶复合体，进行氧化还原和脱羧反应。
该酶系实际为三种酶：丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰转乙酰基酶和二氢硫辛酸脱氢酶，催化4步反应，有5个辅助因子：CoA，NAD+，TPP，硫辛酰胺和FAD。
（二）柠檬酸循环概貌：见P97 图23-2（三）柠檬酸循环的8个步骤：见P99~P106（1）草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸。
柠檬酸合成酶草酰乙酸+ 乙酰CoA + H2O 柠檬酸+ HSCoA + H+为酯缩合反应，酶为调控酶，受A TP，NADH，琥珀酰CoA等抑制，此步为TCA中限速步骤。
氟乙酰胺、氟乙酸可形成氟柠檬酸，为致死性合成反应。
（2）柠檬酸异构化形成异柠檬酸。
―H2O +H2O柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸酶为乌头酸酶，反应可逆。
（3）异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸。
异柠檬酸脱氢酶―CO2异柠檬酸+ NAD+草酰琥珀酸α-酮戊二酸（NADP+）异柠檬酸脱氢酶为变构调节酶，有两种，分别以NAD+或NADP+为辅酶。
三羧酸循环讲课文档
作用。
(3). 异柠檬酸的转变有两条途径：一是当需要能量时，进行氧化
脱羧形成-酮戊二酸；二是在能量充足时，经异柠檬酸裂解
酶作用，生成琥珀酸和乙醛酸。
第二十七页，共48页。
4. α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰-CoA
4.1 反应方程式
第二十八页，共48页。
4.2 反应机制
α-酮戊二酸脱氢酶系催化的每步机制和丙酮酸脱 氢酶复合体相一致，需要TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2 +6种辅助因子。
还原型乙酰 硫辛酰胺
乙酰辅酶A
还原型 硫辛酰胺
羟乙基-TPP
氧化型硫辛酰胺
第二步反应, 在二氢硫辛酰转乙酰基酶分子E2上结合着的乙酰基,由E2催化,将乙酰基转移 到CoA-SH分子上,形成游离的乙酰-CoA分子,从而使二氢硫辛酰转乙酰基酶E2由氧化型变成 还原型。
第十二页，共48页。
2.2.1 反应机制
氧化型硫辛酰胺
这一步反应是使氧化型硫辛酰胺再生的反应。
第十四页，共48页。
2.3.1反应机制
这一步反应使氧化型硫辛酰胺再生,在此反应中，催化此反应的酶为二 氢硫辛酸脱氢酶E3（其辅基为FAD），使二氢硫辛酰胺再氧化,从而使其完
成整个反应过程，重新形成氧化型二氢硫辛酰转乙酰基酶。
活泼
互換反应
氧化型二氢硫辛酸 还原型二氢硫辛酰
丙酮酸-TPP加成物脱羧,形成羟乙基-TPP，由于TPP环上带正电荷 的氮原子起电子“陷井”作用,使脱羧后形成的羟乙基上产生较稳定的
负碳离子。
起电子“陷井”作用
丙酮酸-TPP加成物‧E1
较稳定的负碳离子
羟乙基-TPP-E1 (暂时稳定的共振形式)
第十页，共48页。
(3). 异柠檬酸的转变有两条途径：一是当需要能量时，进行氧化
脱羧形成-酮戊二酸；二是在能量充足时，经异柠檬酸裂解
酶作用，生成琥珀酸和乙醛酸。
第二十七页，共48页。
4. α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰-CoA
4.1 反应方程式
第二十八页，共48页。
4.2 反应机制
α-酮戊二酸脱氢酶系催化的每步机制和丙酮酸脱 氢酶复合体相一致，需要TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2 +6种辅助因子。
还原型乙酰 硫辛酰胺
乙酰辅酶A
还原型 硫辛酰胺
羟乙基-TPP
氧化型硫辛酰胺
第二步反应, 在二氢硫辛酰转乙酰基酶分子E2上结合着的乙酰基,由E2催化,将乙酰基转移 到CoA-SH分子上,形成游离的乙酰-CoA分子,从而使二氢硫辛酰转乙酰基酶E2由氧化型变成 还原型。
第十二页，共48页。
2.2.1 反应机制
氧化型硫辛酰胺
这一步反应是使氧化型硫辛酰胺再生的反应。
第十四页，共48页。
2.3.1反应机制
这一步反应使氧化型硫辛酰胺再生,在此反应中，催化此反应的酶为二 氢硫辛酸脱氢酶E3（其辅基为FAD），使二氢硫辛酰胺再氧化,从而使其完
成整个反应过程，重新形成氧化型二氢硫辛酰转乙酰基酶。
活泼
互換反应
氧化型二氢硫辛酸 还原型二氢硫辛酰
丙酮酸-TPP加成物脱羧,形成羟乙基-TPP，由于TPP环上带正电荷 的氮原子起电子“陷井”作用,使脱羧后形成的羟乙基上产生较稳定的
负碳离子。
起电子“陷井”作用
丙酮酸-TPP加成物‧E1
较稳定的负碳离子
羟乙基-TPP-E1 (暂时稳定的共振形式)
第十页，共48页。
第23章三羧酸循环-PPT课件
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 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，
酸化中再氧化，并伴随ATP的产生。
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 一 阶 段
氨基酸
氧化脱羧 脱氢 脱氢 丁二酸 琥珀酸
GTP CO2, [2H]
氧化脱羧
GDP+Pi CO2, [2H]
2H
α- 酮戊二酸 α-酮戊二酸 琥珀酰辅酶A 琥珀酰辅酶A 氧化脱羧 氧化脱羧
底物水平磷酸化
底物水平磷酸化
图3-3. 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。
三羧酸循环
三羧酸循环
1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量
3、 三羧循环的生物学意义
4、 三羧酸循环的调控
O
CoASH
CH3-C-SCoA
柠檬酸 草酰乙酸
三羧酸循环历 程（TCA）
顺乌头酸
NADH
NAD+
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
NADH +CO2
H2O
延胡索酸 －酮戊二酸
1：3 1：3
2 ATP 2 (3 ATP )
1：3
2 3 ATP
2 1 ATP 2 9 ATP 2 2ATP
1：2
总计:一分子葡萄糖经过三羧酸循环可以产生38 ATP
葡萄糖有氧氧化过程中产生的总能量
葡萄糖分解代谢总反应式
C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi
第二十章 三羧酸循环
三羧酸循环是由四碳原子的草酰乙酸与二碳原子的乙 酰辅酶A(丙酮酸氧化脱羧的产物)缩合生成具有三个羧 基的柠檬酸开始，经过一系列脱氢和脱羧反应后又以 草酰乙酸的再生成结束，在循环过程中，乙酰CoA被 氧化成 H2O 和CO2，并释放出大量能量。此反应是几 乎所有需氧生物产生能量的主要途径。 由于循环中首先生成含有三个羧基的柠檬酸，并且循 环中有三个三元羧酸（柠檬酸、异柠檬酸和草酰琥珀 酸），故被称为三羧酸循环或柠檬酸循环，简称TCA 循环(Tricarboxylic acid cycle)。
6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP
chapter23柠檬酸循环ppt课件
三、柠檬酸(三羧酸)循环反应机制
乙 酰 CoA 经 一 系 列 的 氧 化 、 脱 羧 ， 最终生成CO2和H2O，并产生能量的过 程，即乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成柠 檬酸，再经一系列的氧化、脱羧，循环 后 再 生 草 酰 乙 酸 ， 其 中 生 成 2CO2 ， 3 〔NADH+H+），1GTP(ATP)，1FADH2。
习题
• 4、在生物细胞内，1摩尔3–磷酸甘油酸彻底氧化为 CO2和H2O，可生成多少ATP？
• 5、用14C标记葡萄糖的第3号碳原子，将这种14C标记 的葡萄糖在无氧条件下与肝匀浆保温，那么，所产生 的乳酸分子中哪个碳原子将是含14C标记的？如果将 此肝匀浆通以氧气，则乳酸将继续被氧化，所含标记 碳原子在哪一步反应中脱下的CO2含14C？
丙酮酸脱氢酶系催化的反应
二、柠檬酸循环概述
• 1、三种名称： • （1〕柠檬酸循环 • （2〕三羧酸循环(TCA循环） • （3） Krebs循环 • 2、过程实质：1分子乙酰辅酶A通过和草酰乙酸结合
进入循环，形成的一系列中间物质通过脱羧释放CO2， 通过脱氢产生NADH，FADH2和ATP，进一步供能， 并生成H2O。 • 3、循环的作用： • （1〕供能 • （2〕提供新陈代谢的中间产物 • （3〕是糖，脂肪酸，氨基酸等氧化分解的共同途径
（乌头酸酶） 顺乌头酸
（三〕异柠檬酸氧化脱羧生成 -酮戊二酸
（异柠檬酸脱氢酶）
（四）-酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰-CoA
（ -酮戊二酸脱氢酶系）
氧化释放的能量贮存于硫酯键中
-酮戊二酸脱氢酶复合体
与Py dHE复合物的组成及作用非常相似，包括 三个酶组分： 1） -酮戊二酸 dHE(E1’)
2） 琥珀酰转移酶(E2’) 3） 二氢硫辛酸dHE(E3’) 还有六种辅助因子：TPP, CoA, FAD, NAD+, 硫辛酸(Lipoamide)及Mg2+。催化反应：
三羧酸循环(TCA)ppt课件
有两种同工酶：
以NAD＋为电子受体，存在于线粒体 中，需Mg2＋。
以NADP＋为电子受体，存在于胞 液中，需Mn2＋。
完整版课件
13
6、α—酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
第二次脱氢脱羧 不可逆 消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2
完整版课件
14
生成一个高能键“~”，此步 类似于丙酮酸的氧化脱羧。
47
1——3步
完整版课件
48
完整版课件
49
（二）可逆的非氧化阶段 （4——8） 戊糖互变 4、5—P 核酮糖（5—P—Ru）异构化为
5—P核糖（5—P—R） 官能团异构
完整版课件
50
5、5—P 核酮糖（5—P—Ru）异构化为 5—P木酮糖（5—P—Xu）
差向异构
完整版课件
51
4——5步
完整版课件
HO—CHCOOH
+NADP+
CH2COOH
再由苹果酸脱氢酶催化：
HO—CHCOOH
+NAD+ O=CCOOH
CH2COOH
完整版课件
+ NADH+H+ 36
CH2COOH
5、α—酮戊二酸和Asp 经转氨作用 生成Glu和草酰乙酸
完整版课件
37
第五节 磷酸戊糖途径（HMP PPP）
磷酸戊糖途径的概念：是G分解的另一条途径: 在6—P—G上直接氧化，再分解产生5—P—核糖。
CO2＋H2O，说明另有途径。
（2）用同位素14C标记C1和C6 ，如果是EMP、TCA，那么生 成的14C1O2和14C6O2 分子数应相等，但实验表明14C1 更容易 氧化为CO2，说明另有途径。
以NAD＋为电子受体，存在于线粒体 中，需Mg2＋。
以NADP＋为电子受体，存在于胞 液中，需Mn2＋。
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13
6、α—酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA
第二次脱氢脱羧 不可逆 消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2
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14
生成一个高能键“~”，此步 类似于丙酮酸的氧化脱羧。
47
1——3步
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48
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49
（二）可逆的非氧化阶段 （4——8） 戊糖互变 4、5—P 核酮糖（5—P—Ru）异构化为
5—P核糖（5—P—R） 官能团异构
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50
5、5—P 核酮糖（5—P—Ru）异构化为 5—P木酮糖（5—P—Xu）
差向异构
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51
4——5步
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HO—CHCOOH
+NADP+
CH2COOH
再由苹果酸脱氢酶催化：
HO—CHCOOH
+NAD+ O=CCOOH
CH2COOH
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+ NADH+H+ 36
CH2COOH
5、α—酮戊二酸和Asp 经转氨作用 生成Glu和草酰乙酸
完整版课件
37
第五节 磷酸戊糖途径（HMP PPP）
磷酸戊糖途径的概念：是G分解的另一条途径: 在6—P—G上直接氧化，再分解产生5—P—核糖。
CO2＋H2O，说明另有途径。
（2）用同位素14C标记C1和C6 ，如果是EMP、TCA，那么生 成的14C1O2和14C6O2 分子数应相等，但实验表明14C1 更容易 氧化为CO2，说明另有途径。
第十节：三羧酸循环 考研生物化学精编辅导讲义
第十节：三羧酸循环三羧酸循环（包括乙醛酸循环），又称柠檬酸循环，KREB循环。
是糖、脂肪、氨基酸等化合物生物氧化的共同通路，也是各代谢途径连接的枢纽。
生物氧化可分三个阶段：Stage1：乙酰CoA的生成。
Stage2：乙酰CoA的彻底氧化。
（TCA cycle）Stage3：电子传递和氧化磷酸化。
生物氧化特点：逐步缓和地释放能量，能量储存在ATP中。
丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA 反应部位：线粒体（严密调节的不可逆步骤）该复合酶体的组成：丙酮酸脱氢酶E1，二氢硫辛酰转乙酰基酶E2，二氢硫辛酸脱氢酶E3;5种辅酶包括TPP（硫胺素焦磷酸），硫辛酰胺，CoA，FAD,NAD+三羧酸循环的反应部位：真核细胞的线粒体和原核细胞的胞浆2C的乙酰基以乙酰CoA的形式加入循环，首先和草酰乙酸反应，经过8步反应，释放2CO2和能量，最后再生一个草酰乙酸。
柠檬酸——顺乌头酸——异柠檬酸——×α酮戊二酸＋CO2——×琥珀酰辅酶Ａ+CO2——×琥珀酸——×延胡索酸——Ｌ苹果酸——×草酰乙酸通过氧化磷酸化，1分子NADH产生2.5ATP，1分子FADH2产生1.5ATP。
1分子葡萄糖彻底氧化产生30~32ATP。
P96－97关于TCA循环中能量的产生。
➢生理意义：TCA补充，才能维持TCA的正常进行。
一些厌氧细菌缺乏α－酮戊二酸脱氢酶，它们通过不完整的TCA获得生物合成的前体。
这种不完整的TCA可能是TCA早期进化的一个阶段➢①②共价修饰丙酮酸脱氢酶复合体中还有两个调节蛋白，一个是磷酸激酶，另一个是磷酸酶。
磷酸①三羧酸循环中三步不可逆的放能反应是其调节位点。
②催化这三步反应的酶受到产物反馈抑制（如柠檬酸、琥珀酰CoA等），也受到高能荷物质抑制（如ATP、NADH等）。
③催化这三步反应的酶受到低能荷物质（如ADP等）或能量需求信号（如Ca2+）激活。
④由于三羧酸循环的中间物可作为前体用于生物合成，因此底物的浓度对于调节也是比较重要的。
优选有氧呼吸及三羧酸循环Ppt
合成了一分子草酰乙酸，草酰乙酸正是合 成葡萄糖的前体。
第36页，共65页。
①
H2C COOH异柠檬酸裂解酶
HC COOH
HO C COOH H
异柠檬酸
H2C C
COOH COOH
CHO
+
COOH
H2
琥珀酸
乙醛酸
②
苹果酸合成酶
CHO
+ CH3CO~SCoA
COOH
乙醛酸
乙酰CoA
OH
HC COOH
C COOH H2 苹果酸
• 三羧酸循环 2丙酮酸 → 25ATP+6CO2+4H2O • ———————————————————————
•
32ATP
• 储能效率=32 ×7.3/686= 34.05%
• 比世界上任何一部热机的效率都高！ • 提问：其余能量何处去？ • 答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。
第17页，共65页。
6-磷酸葡萄糖酸
NADP+
CO2
NADPH+H+ 5-磷酸核糖 7-磷酸景天酮糖
6-磷酸果糖
5-磷酸核酮糖
5-磷酸木酮糖 3-磷酸甘油醛 4-磷酸赤藓糖
6(6-磷酸葡萄糖)+6O2
5(66(-5磷-磷酸酸葡核萄酮糖糖) )+6CO2+6H2O+30ATP
2NADPH 生物氧化O2 5ATP + 2H2O
第5页，共65页。
丙酮酸脱氢酶复合体
HSCoA NAD+
第6页，共65页。
O-
O-
H3C
C
N
C
NH2 HC
S
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①
H2C COOH异柠檬酸裂解酶
HC COOH
HO C COOH H
异柠檬酸
H2C C
COOH COOH
CHO
+
COOH
H2
琥珀酸
乙醛酸
②
苹果酸合成酶
CHO
+ CH3CO~SCoA
COOH
乙醛酸
乙酰CoA
OH
HC COOH
C COOH H2 苹果酸
• 三羧酸循环 2丙酮酸 → 25ATP+6CO2+4H2O • ———————————————————————
•
32ATP
• 储能效率=32 ×7.3/686= 34.05%
• 比世界上任何一部热机的效率都高！ • 提问：其余能量何处去？ • 答案：以热量形式。一部分维持体温，一部分散失。
第17页，共65页。
6-磷酸葡萄糖酸
NADP+
CO2
NADPH+H+ 5-磷酸核糖 7-磷酸景天酮糖
6-磷酸果糖
5-磷酸核酮糖
5-磷酸木酮糖 3-磷酸甘油醛 4-磷酸赤藓糖
6(6-磷酸葡萄糖)+6O2
5(66(-5磷-磷酸酸葡核萄酮糖糖) )+6CO2+6H2O+30ATP
2NADPH 生物氧化O2 5ATP + 2H2O
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丙酮酸脱氢酶复合体
HSCoA NAD+
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O-
O-
H3C
C
N
C
NH2 HC
S
生物化学第23章
在有氧条件下，糖酵解途径产生的丙酮酸进 入线粒体，先转变成乙酰CoA，乙酰CoA再进入 柠檬酸循环彻底氧化成CO2。在真核细胞中，柠 檬酸循环是在线粒体中进行的。
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 的组成
组分
缩写
肽链 数
辅基
催化的反应
丙酮酸脱氢 酶组分
E1
24
许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间 产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环 中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必 须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、 不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补 充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是 新陈代谢的中心环节。
柠檬酸循环双重作用示意图
丙酮酸羧化酶
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，一种称为激
酶，另一种称为磷酸酶，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。
二 、 柠 檬 酸 循 环 概 貌
柠 檬 酸 循 环 总 图
三、柠檬酸循环的反应
草酰乙酸与乙酰CoA缩合 形成柠檬酸
每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个ATP 和2个NADH，共产生
2 + 2×2.5 = 7个ATP
每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个ATP。
五、柠檬酸循环的调控
在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应， 但在调节循环速度中起关键作用的有3种酶： 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸 脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面： ①柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控； ②ADP、ATP和Ca2+的调控。
第23章 柠檬酸循环
(Citric acid cycle)
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 的组成
组分
缩写
肽链 数
辅基
催化的反应
丙酮酸脱氢 酶组分
E1
24
许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间 产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环 中由于参与其它代谢而失去的中间产物，必 须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、 不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补 充作用的反应称为填补反应。柠檬酸循环是 新陈代谢的中心环节。
柠檬酸循环双重作用示意图
丙酮酸羧化酶
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，一种称为激
酶，另一种称为磷酸酶，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。
二 、 柠 檬 酸 循 环 概 貌
柠 檬 酸 循 环 总 图
三、柠檬酸循环的反应
草酰乙酸与乙酰CoA缩合 形成柠檬酸
每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2个ATP 和2个NADH，共产生
2 + 2×2.5 = 7个ATP
每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个ATP。
五、柠檬酸循环的调控
在柠檬酸循环中，虽然有8种酶参加反应， 但在调节循环速度中起关键作用的有3种酶： 柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和α－酮戊二酸 脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面： ①柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控； ②ADP、ATP和Ca2+的调控。
第23章 柠檬酸循环
(Citric acid cycle)
三羧酸循环和能量代谢
三、 ATP的生成
（一）氧化磷酸化
—— ATP生成的主要方式 （二）底物水平磷酸化 —— ATP生成的次要方式
1、概念：通过代谢，在底物分子上形成一个高能键， 然 后 再 直 接 转 交 给 其 它 二 磷 酸 核 苷 (ADP) ， 生成相应的三磷酸核苷(ATP)的过程。
A 2、实例（三个）
返回 主菜单
B～P ADP
C ATP
第三节
一、呼吸链
线粒体生物氧化体系 （呼吸链）
代谢物脱下的氢由递氢（电子）体传递给氧生成水， 这种按一定顺序排列的反应链， 与摄取氧的呼吸过程 有关，称为呼吸链。 AH2 2H C D E F G B O2 H2O
主菜单
（一）
呼吸链的组成 及其作用
1、NAD+、NADP+ （不需氧脱氢酶的辅酶） 2、 FAD、FMN （黄素蛋白类的辅酶）
ADP+Pi
CO2
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乙酰CoA
CoA
三羧酸循环
2H CO2
氧化磷酸化
ADP+Pi ATP
O2
H2O
有机物
O2 线粒体
CO2 + H2O + ATP
返回
主菜单
第一节
三 羧 酸 循 环
一、乙酰辅酶 A 及其来源、去路
（一）乙酰辅酶 A
体内活性二碳化合物，也是高能化合物 是糖、脂、氨基酸代谢相互联系的枢纽物质 （二）乙酰辅酶 A 的来源与去路 葡 萄 糖 甘油 脂肪酸 氨 基 酸 酮 体（肝外）
（二）
偶联部位 FADH
NADH
FMN
CoQ
Cyt-b c1
能量
c
aa3
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焦磷酸硫氨(TPP)
+
+
Hale Waihona Puke 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。
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。
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-
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。
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有柠檬酸，α-酮戊二酸和琥珀酸的积累，证
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。