丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
三羧酸循环(TCA)
磷酸戊糖途径PPP：Pentose Phosphate Pathway 己糖磷酸途径HMP：Hexose Monophosphate Pathway 磷酸己糖支路HMS：Hexose Monophosphate Shunt G直接氧化途径DOPG：Direct Oxidation Pathway of Glucose
净 生 成 2 × 1 ATP，2×3mol（NADH＋H＋），2×1 molFADH2，2×2 molCO2
由于氧化磷酸化，1mol（NADH＋H＋）可生成3molATP, 1 molFADH2可生成2molATP。
因此：第一阶段：净生成8molATP 第二阶段：净生成6molATP，2 molCO2 第三阶段：净生成24molATP，4 molCO2
低：大量的NADH抑制酶的活性，使TCA循环 减速。
2、ATP，琥珀酰CoA抑制柠檬酸合成酶、α—酮戊 二酸脱氢酶的活性，使TCA循环减速。
异柠檬脱氢酶受ATP抑制，被ADP激活。 3、丙酮酸脱氢酶系的调节见前
细胞中ATP浓度越高时，TCA速度下降； NAD＋/NADH的比值越高时，TCA速 度越快。
就HMP而言，关键的调控位是：
6—P—G脱氢酶催化的不可逆反应。
（3-磷酸甘油醛异构、缩合与水解）
2
3-磷酸甘油醛
异 构 酶
醛缩酶
H2O Pi
二磷酸果糖酯酶
1,6-二 磷酸果糖
6-磷酸果糖
总反应式为： A式：6 6—P—G＋12NADP＋＋6H2O 6CO2＋12（NADPH＋H＋）
4 6—P—F＋2 3—P—G＋
然后：2 3—P—G 6—P—F
三羧酸循环
1.1 大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容
2. 催化丙酮酸转变为乙酰－CoA的反应步骤
2.1丙酮酸脫羧反应（丙酮酸变成乙酰基）
丙酮酸
辅酶A 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
这是第一步反应,由丙酮酸脱氢酶E1(以TPP為辅基)催化,可划分为两个步骤。
(1) 羟乙基-TPP的形成
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)
（2). 羟乙基氧化形成乙酰基
羟乙基氧化转变为乙酰基并转移至二氢硫辛酰转乙酰基酶E2的辅 基硫辛酰胺上，这是为下一步反应作准备。丙酮酸脱氢酶组分(TPP-E1 )完成了乙酰基的转移后即恢复原状，又可接受另一丙酮酸分子。
(1). Krebs H A发现:
●肌肉、肾脏、肝脏等组织的匀浆悬浮液或切片的材料中，发现柠檬 酸、琥珀酸、延胡索酸及乙酸等化合物在各不同组织中的氧化速率 均最快。
●向肌肉悬浮液中加入草酰乙酸，能迅速生成柠檬酸,又发现柠檬酸 是草酰乙酰和一种来自丙酮酸或乙酸的化合物合成的。
(2). Albert Szent-Gyorgyi发现:
TCA循环是糖、脂肪、蛋白质和氨基酸等氧化所共同经历的途径。 同时，TCA循环生成的中间物也是许多生物合成的前体。因此TCA循 环是两用代谢途径。
多糖
脂肪
葡萄糖 甘油 脂肪酸
蛋白质 氨基酸
第二阶段 (释能1/3)
柠檬酸循环
一.柠檬酸循环的发现历史
从1932年至1936年，Krebs H A 和其它几位科学家 共同 研究，最后由Krebs 提出完整的柠檬酸循环途径。于 1953年获 得诺贝尔奖。
三节糖有氧氧化与三羧酸循环
例：天冬氨酸
草酰乙酸
丙酮酸…… G
一. 二、 糖异生的途径
4. 6-磷酸果糖至葡萄糖
6-磷酸果糖至葡萄糖经酵解途径逆向变成6-磷酸葡萄糖，再由葡萄糖6-磷酸
酶催 化水解成葡萄糖。
Mg2+
6-磷酸葡萄糖 + H2O
葡萄糖 + Pi
在肝的内质网上含有葡萄糖6-磷酸酶可催化此反应，而骨骼肌和脑组织细胞内
（ 5-P核糖）
（5-P木酮糖 ）
（7C）7-P景天酮糖
3-P甘油醛 （3C）
另1分子G-6-P CO2
（4C） 4-P赤藓糖
6-P果糖 （6C）
5-P木酮糖 3 C
3-P甘油醛 （3C）
2C
6-P果糖 （6C）
HMP总反应式为：
3（G-6-P）+ 6 NADP+ + 3 H2O
2（6-P果糖）+ 3 CO2 + 6（NADPH+H+） 3-P甘油醛
GTP + ADP
GDP + ATP
6. 6. 6、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸：
第三步氧化还原反应，由琥珀酸脱氢酶催化，氢受体：酶的辅基FAD
7、延胡索酸水化成苹果酸：
延胡索酸酶具有立体异构特异性，OH只加在延胡索酸一侧，形成L-苹果 酸。
8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸：
TCA中第4次氧化还原反应，由L-苹果酸脱氢酶催化，NAD+是辅酶。
NADPH
NAD+
三.
七、乙醛酸循环
特殊生理意义：（1）将脂肪酸分解产生的乙酰辅酶A转变为琥珀酸，可合成糖；
（2）净结果为：2乙酰辅酶A
琥珀酸
论述三羧酸循环的反应过程
论述三羧酸循环的反应过程三羧酸循环，也称为柠檬酸循环或Krebs循环，是生物体内进行细胞呼吸的关键过程之一。
它在线粒体的胞质中进行，通过氧化葡萄糖产生三氧化碳和能量。
本文将详细描述三羧酸循环的反应过程，以及每个反应的具体细节。
三羧酸循环共包含八个反应步骤，每个步骤都有特定的酶催化。
首先，我们来看看第一步骤，也是整个循环的起始点——乳酸脱氢酶。
在这一步骤中，乳酸被氧化成为丙酮酸，同时产生二氧化碳和NADH。
这个反应是氧化性的，也是三羧酸循环的入口。
接下来，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的催化下转化为乙酰辅酶A。
这个反应中，丙酮酸失去一个羧基，生成乙醛和NADH。
乙醛进一步与辅酶A结合形成乙酰辅酶A，这是循环的关键中间产物。
在第三步中，乙酰辅酶A与柠檬酸合成酶催化下发生反应，生成柠檬酸。
这个反应是一个羧基转移反应，乙酰辅酶A的乙酰基转移到草酰乙酸上，同时释放出辅酶A。
第四步是柠檬酸异构酶的催化下，柠檬酸转化为异柠檬酸。
这个反应是一个水合脱水反应，柠檬酸的羟基和羧基发生转位，形成异柠檬酸。
然后，异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶的作用下，转化为α-酮戊二酸。
这个反应中，异柠檬酸失去一个羧基，并产生NADH和二氧化碳。
第六步是α-酮戊二酸脱羧酶的催化下，α-酮戊二酸转化为琥珀酸。
这个反应是一个脱羧反应，α-酮戊二酸失去一个羧基，形成琥珀酸。
接下来，琥珀酸在琥珀酸脱氢酶的作用下，转化为琥珀酸半醛。
这个反应中，琥珀酸失去两个氢原子，并产生NADH和二氧化碳。
琥珀酸半醛通过琥珀酸半醛脱氢酶的催化，转化为戊二酸。
这个反应是一个氧化反应，琥珀酸半醛失去一个氢原子，形成戊二酸。
至此，三羧酸循环的八个反应步骤全部完成。
通过这一循环，每个葡萄糖分子可以产生六个二氧化碳分子、十个NADH分子、两个FADH2分子和两个ATP分子。
这些能量载体将在细胞呼吸的后续过程中进一步参与ATP的合成。
三羧酸循环是生物体内进行细胞呼吸的重要过程之一，它不仅产生能量，还参与合成各种代谢产物。
丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
2. TCA循环的总反应
二、TCA循环 循环
2. TCA循环的总反应
二、TCA循环 循环
每经历一次TCA循环 循环 每经历一次 个碳原子通过乙酰 进入循环， 有2个碳原子通过乙酰 个碳原子通过乙酰CoA进入循环，以后有 个 进入循环 以后有2个 碳原子通过脱羧反应离开循环。 碳原子通过脱羧反应离开循环。 对氢原子通过脱氢反应离开循环 有4对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中 对 对氢原子通过脱氢反应离开循环，其中3对 NADH携带 1对由 携带， 对由FADH 携带。 由NADH携带，1对由FADH2携带。 分子高能磷酸化合物GTP，通过它可生成 产生1分子高能磷酸化合物 ，通过它可生成1 产生 分子高能磷酸化合物 分子ATP。 。 分子 消耗2分子水， 分别用于合成柠檬酸（ 消耗 分子水，分别用于合成柠檬酸 （ 水解柠檬 分子水 酰CoA）和延胡索酸的加水。 ）和延胡索酸的加水。
所以， 循环需要在有氧的条件下进行。 所以 ， TCA循环需要在有氧的条件下进行。 否 循环需要在有氧的条件下进行
携带的H无法交给氧 无法交给氧， 则NADH和FADH2携带的 无法交给氧，即呼吸链 和 不能被再生， 氧化磷酸化无法进行， 不能被再生 氧化磷酸化无法进行 ， NAD+及 FAD不能被再生， 使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进 循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进 行。
1. 化学反应过程
二、TCA循环 循环
Step 3. 异柠檬酸氧化脱羧
这阶段放出了1分子 产生1分子NADH 这阶段放出了1分子CO2，由 C6 → C5 ；产生1分子
NADP+(gold); Ca2+(red))
1. 化学反应过程
二、TCA循环 循环
三羧酸循环
第23章三羧酸循环(生物化学下册p92) 3学时学习重点：◆熟悉柠檬酸循环途径中的各步酶促反应，以及各步反应酶的作用特点。
◆会分析和计算酵解和柠檬酸循环中产生的能量，以及底物分子中标记碳的去向。
葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。
①糖酵解产生丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、2NADH）②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA③三羧酸循环（CO2、H2O、A TP、NADH）④呼吸链氧化磷酸化（NADH-----ATP）三羧酸循环：乙酰CoA经一系列的氧化、脱羧，最终生成CO2、H2O、并释放能量的过程，又称柠檬酸循环、Krebs循环。
原核生物：①~④阶段在胞质中真核生物：①在胞质中，②~④在线粒体中一、丙酮酸脱羧生成乙酰CoA1、反应式：2、丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系是一个十分庞大的多酶体系，位于线粒体膜上，电镜下可见。
E.coli丙酮酸脱氢酶复合体：分子量：4.5×106，直径45nm，比核糖体稍大。
酶辅酶每个复合物亚基数丙酮酸脱羧酶（E1）TPP 24二氢硫辛酸转乙酰酶（E2）硫辛酸24二氢硫辛酸脱氢酶（E3）FAD、NAD+12此外，还需要CoA、Mg2+作为辅因子这些肽链以非共价键结合在一起，在碱性条件下，复合体可以解离成相应的亚单位，在中性时又可以重组为复合体。
所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上，活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置，因此，多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。
3、反应步骤反应过程（1）丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP（2）二氢硫辛酸乙酰转移酶（E2）使羟乙基氧化成乙酰基（3）E2将乙酰基转给CoA，生成乙酰-CoA（4）E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸（5）E3还原NAD+生成NADH4、丙酮酸脱氢酶系的活性调节从丙酮酸到乙酰CoA是代谢途径的分支点，此反应体系受到严密的调节控制，此酶系受两种机制调节。
（1）可逆磷酸化的共价调节丙酮酸脱氢酶激酶（E A）（可被ATP激活）丙酮酸脱氢酶磷酸酶（E B）磷酸化的丙酮酸脱氢酶（无活性）去磷酸化的丙酮酸脱氢酶（有活性）（2）别构调节ATP、CoA、NADH是别构抑制剂ATP抑制E1CoA抑制E2NADH抑制E35、能量1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA，产生1分子NADH（2.5A TP）。
三羧酸循环
三羧酸循环一、三羧酸循环的概念三羧基循环（tricarboxylic acid cycle），简称TCA循环。
是一个由一系列酶促反应构成的循环反应系统，在该反应过程中，首先在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。
乙酰CoA（主要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸（citric acid），再经过4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原当量（reducing equivalent）和2分子CO2，重新生成草酰乙酸的这一循环反应过程称为三羧酸循环因为在循环的一系列反应中,关键的化合物是柠檬酸,所以称为柠檬酸循环（tricarboxylic acid cycle）。
由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs 循环。
二、三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程主要分三个阶段：第一阶段：丙酮酸的生成（胞浆）第二阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰 CoA（线粒体）第三阶段：乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化（线粒体）（一）、丙酮酸的生成（胞浆）葡萄糖 + 2NAD+ + 2ADP +2Pi ——> 2（丙酮酸+ ATP + NADH+ H+ ）（二）、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A多酶复合体：是催化功能上有联系的几种酶通过非共价键连接彼此嵌合形成的复合体。
其中每一个酶都有其特定的催化功能，都有其催化活性必需的辅酶。
（三）、乙酰CoA进入三羧酸循环彻底氧化（线粒体）（1)乙酰-CoA进入三羧酸循环乙酰CoA具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型缩合。
首先柠檬酸合酶的组氨酸残基作为碱基与乙酰-CoA作用，使乙酰-CoA的甲基上失去一个h+，生成的碳阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰-CoA中间体，然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸，使反应不可逆地向右进行。
该反应由柠檬酸合成酶(citrate synthase)催化，是很强的放能反应。
三羧酸循环(TCA)
二,生化历程 (一)不可逆的氧化阶段(1-----3) 不可逆的氧化阶段( -----3 1,6—P—G , 6—P葡萄糖酸内酯 葡萄糖酸内酯 可逆
2,6—P葡萄糖酸内酯水解生成 , 葡萄糖酸内酯水解生成6—P葡萄糖酸 葡萄糖酸内酯水解生成 葡萄糖酸 不可逆
3,6—P葡萄糖酸脱氢脱羧 , 葡萄糖酸脱氢脱羧 生成5—P 核酮糖(5—P—Ru) 不可逆 核酮糖( 生成 )
异构化反应 —H2O 可逆
通过2——3步,将柠檬酸异构化为 异柠檬酸.实质是将前者的—OH从C2 变到了后者的C3,成为仲醇(由叔醇变 为仲醇),更易氧化.
4—5,异柠檬酸氧化脱羧生成α—酮戊二酸 5 异柠檬酸氧化脱羧生成α 酮戊二酸
第一次脱氢脱羧
可逆
消耗1NAD+,生成 生成1NADH+H+,1CO2 消耗 +
因此:第一阶段:净生成8molATP 第二阶段:净生成6molATP,2 molCO2 第三阶段:净生成24molATP,4 molCO2 共净生成38molATP, 共净生成38molATP,6molCO2 38molATP 真核生物中,共净生成 真核生物中,共净生成36molATP,6molCO2 ,
3,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化PEP生成草酰乙酸 ,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化 生成草酰乙酸
心脏,骨骼肌中, 心脏,骨骼肌中,PEP羧激酶催化 羧激酶催化 PEP+CO2+GDPO=CCOOH +GTP
CH2COOH
ห้องสมุดไป่ตู้,由苹果酸酶,苹果酸脱氢酶催化使 ,由苹果酸酶, 丙酮酸生成草酰乙酸
原核, 原核,真核中广泛存在的苹果酸酶催化
不可逆
消耗1 生成1NADH+ 消耗1NAD+,生成1NADH+H+,1CO2
三羧酸循环
CH2 COOH H2O
＊ ＊
柠檬酸 90 :
顺乌头酸 4 :
异柠檬酸 6
3. 异柠檬酸氧化脱羧形成a-酮戊二酸 CO2 （异柠檬酸脱氢酶催化）
异柠檬酸 脱氢酶 异柠檬酸 脱氢酶
NAD+ NADH+H+
HO CH COOH CH COOH
＊
NAD+ NADH+H+
HO CH COOH CH COOH
丙酮酸脱氢酶系
CoASH CO2 NAD+
O
CH3-C-SCoA
(乙酰CoA)
丙酮酸
NADH+H+
氧化磷酸化 （线粒体）
三羧酸 循环
一、由丙酮酸形成乙酰CoA
丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA，这是连接糖酵 解和三羧酸循环的纽带： 丙酮酸+CoASH+NAD+ 乙酰CoA+ CO2+NADH+H+ 反应不可逆，分4步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体 （丙酮酸脱氢酶系）催化。
地点：三羧酸循环在线粒体基质中进行。
柠檬酸循环是糖、脂肪、和氨基酸等 氧化所共同经历的途径。此外，柠檬酸循 环生成的中间物质也是许多生物合成的前 体。因此柠檬酸循环是两用代谢途径 (amphibolic pathway)。
葡萄糖有氧氧化的反应过程:
（EMP） 葡萄糖 C=O
（细胞液） CH3
COOH
硫辛酰胺 将乙酰基转移到CoA
二氢硫辛酸脱氢酶 E3
12
FAD
将还原型硫辛酰胺 转变为氧化型
分步反应
①
O CH3 C COOH + TPP
E1
OH CH3 C TPP + CO2 H
三羧酸循环
丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1个NADH。 三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一个GTP （即ATP）、3个NADH和1个FADH2。
葡萄糖分解代谢过程中 产生的总能量
• 糖酵解、丙酮酸氧化脱羧及三羧酸循环生成的NADH和 FADH2 ，进入线粒体呼吸链氧化并生成ATP。线粒体呼 吸链是葡萄糖分解代谢产生ATP的最主要途径。
苹果酸
乙酰辅酶A 草酰乙酸
延胡索酸 琥珀酸
三羧酸循环
柠檬酸 异柠檬酸
琥珀酸 辅酶A
丙酮酸
三 个 二 氧 化 碳
三羧酸循环
三羧酸循环中的能量
丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰 CoA，生成1个NADH。
三羧酸循环：乙酰CoA CO2和 H2O，产生一个GTP（即ATP）、3个 NADH和1个FADH2。
反 应 为 不 可 逆 ； 丙 酮 酸 脱 氢 酶 系 (pyruvate dehydrogenase complex) 是糖有氧氧化途径的关键酶之一。
丙酮酸脱氢酶系
• 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：三种不 同的酶（丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸 乙酰转移酶E2和二氢硫辛酸脱氢酶E3）， 和6种辅因子（TPP、硫辛酸、FAD、NAD+、 CoA和Mg2+）。
Lac （——————）
酵解
（—————————————————————）
有氧分解
Krebs TCA
（1）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。
三羧酸循环(TCA)
脂肪分解代谢的最终途径。
三20羧21/6/酸3 循环的细胞定位：线粒体内
1
2021/6/3
2
一、丙酮酸的氧化脱羧
2021/6/3
3
丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，组 成如下：
调控酶：丙酮酸脱氢酶PDH、二氢硫辛酸转 乙酰基酶DLT、二氢硫辛酸脱氢酶DLDH
由于氧化磷酸化，1mol（NADH＋H＋）可生成3molATP, 1 molFADH2可生成2molATP。
2021/6/3
26
因此：第一阶段：净生成8molATP 第二阶段：净生成6molATP，2 molCO2 第三阶段：净生成24molATP，4 molCO2
共净生成38molATP，6molCO2
2021/6/3
28
五、生物学意义
1、TCA循环是生物体获能的主要途径，远比无氧分解产 生的能量多。
2、TCA是生物体各有机物质代谢的枢纽。糖、脂肪、氨 基酸的彻底分解都需通过TCA途径，而TCA中的许多中间 产物如草酰乙酸、α—酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成 糖、氨基酸等的原料。
辅助因子：硫胺素焦磷酸酯TPP、硫辛酸、 HS—CoA、NAD＋、Mg2＋、FAD。
2021/6/3
4
丙酮酸氧化脱羧的调控：
1、当细胞内ATP、乙酰CoA、NADH含量同时 增加时，PDH磷酸化作用加强，阻碍丙酮酸 氧化脱羧。反之则反。
2、乙酰CoA和NADH可分别抑制DLT和DLDH的 活性，阻止氧化脱羧。
异构化反应 —H2O 可逆
2021/6/3
10
通过2——3步，将柠檬酸异构化为 异柠檬酸。实质是将前者的—OH从C2 变到了后者的C3，成为仲醇（由叔醇变 为仲醇），更易氧化。
3-三羧酸循环
Tricarboxylic acid/Krebs cycle-1丙酮酸脱氢酶复合体：E1-丙酮酸脱氢酶组分(TPP，丙酮酸氧化脱羧)；E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶(硫辛酰胺，将乙酰基转移到CoA)；E3-二氢硫辛酸脱氢酶(FAD，将还原型硫辛酰胺转变为氧化型)丙酮酸+CoASH+NAD+乙酰CoA+CO2+NADH丙酮酸脱氢酶复合体体的调控：①产物控制：NADH和乙酰CoA和酶作用的底物NAD+和CoA竞争酶的活性部位，乙酰CoA抑制E2，NADH抑制E3；如果NADH/NAD+和乙酰CoA/CoA的比值高，E2则处于与乙酰基结合的形式，这时不能接受在E1酶上与TPP结合着的羟乙基基团，使E1酶上的TPP停留在与羟乙基结合的状态，从而抑制了丙酮酸脱羧酶作用的进行。
②E1的磷酸化和去磷酸化是使丙酮酸脱氢酶复合体失活和激活的重要方式；E2分子上结合有两种酶，一种激酶，一种磷酸酶，激酶使E1磷酸化，磷酸酶使磷酸化的E1去磷酸化从而激活E1；Ca2+通过激活磷酸酶的作用，也使E1激活。
柠檬酸合酶：草酰乙酸+乙酰CoA+H2O柠檬酸+CoA+H+乌头酸酶：柠檬酸顺乌头酸+H2O ；顺乌头酸+H2O异柠檬酸(柠檬酸异柠檬酸)异柠檬酸脱氢酶：异柠檬酸+NAD+→草酰琥珀酸+NADH+H+；草酰琥珀酸+H+→a-酮戊二酸+CO2(异柠檬酸+NAD+a-酮戊二酸+NADH+CO2)草酰琥珀酸+H+→a-酮戊二酸+CO2a-酮戊二酸脱氢酶复合体：a-酮戊二酸+NAD++CoASH琥珀酰CoA+NADH+H++CO2琥珀酸-CoA合成酶：琥珀酰CoA+GDP+Pi琥珀酸+GTP+CoASH琥珀酸脱氢酶：琥珀酸+FAD延胡索酸+FADH2延胡索酸酶：延胡索酸+H2O苹果酸苹果酸脱氢酶：苹果酸+NAD+草酰乙酸+NADH+H+(填补反应)丙酮酸羧化酶：丙酮酸+ATP+CO2草酰乙酸+ADP+Pi+2H+(由草酰乙酸或循环中任何一种中间产物的不足而引起TCA速度有任何的降低都会使乙酰CoA浓度增加，而乙酰CoA是丙酮酸羧化酶的激动剂，结果会产生更多的草酰乙酸，从而提高TCA的速度，过量的草酰乙酸被转运到线粒体外用于合成Glc。
三羧酸循环
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。
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。
1.乙酰CoA 与草酰乙酸缩合形成柠檬酸柠檬酸合成酶Citrate synthase●ATP、NADH、琥珀酰－CoA等抑制酶活性；●草酰乙酸和乙酰－CoA激活酶活性2.柠檬酸异构化生成异柠檬酸3.异柠檬酸氧化脱羧生成—酮戊二酸●三羧酸循环中第一次氧化脱羧作用●异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环的限速酶a)异柠檬酸脱氢酶被Ca2+活化，它是一个别构酶.b)正调控物是ADP，ADP可增加酶和底物的亲和力。
NAD+、Ca2+和ADP有协同作用。
c)NADH和ATP可以抑制酶活性。
d)总之，细胞在具有高能状态时酶活性被抑制; 在低能状态时酶活性被激活.4. —酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A三羧酸循环中第二个氧化脱羧反应，释放大量能量，产生NADH和CO2.此酶也是一个调节酶，受其产物NADH、琥珀酰CoA和Ca2+抑制，细胞高能荷时，ATP也可反馈抑制酶的活性。
5.琥珀酰CoA转化成琥珀酸，并产生GTP这是三羧酸循环中唯一的底物水平磷酸化直接产生高能磷酸键的步骤。
6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸●三羧酸循环中第三步氧化还原反应●琥珀酸脱氢酶是三羧酸循环中唯一掺入线粒体内膜的酶，直接与呼吸链联系。
●延胡索酸是反丁烯二酸，而不是顺丁烯二酸(马来酸)，后者不能参加代谢，对有机体有毒性。
7.延胡索酸被水化生成L-苹果酸8.L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸a、总反应式:●总反应式：CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O==2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP 1GTP = 1 ATP; 1NADH = 3ATP; 1FADH2 = 2ATP葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2，后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
三羧酸循环过程
三羧酸循环糖酵解的最终产物丙酮酸，在有氧条件下进入线粒体，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环逐步脱羧脱氢，彻底氧化分解,这一过程称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TCAC)。
这个循环是英国生物化学家克雷布斯(H.Krebs)首先发现的，所以又名Krebs 循环(Krebs cycle)。
1937年他提出了一个环式反应来解释鸽子胸肌内的丙酮酸是如何分解的，并把这一途径称为柠檬酸循环(citric acid cycle)，因为柠檬酸是其中的一个重要中间产物。
TCA循环普遍存在于动物、植物、微生物细胞中，是在线粒体基质中进行的。
TCA循环的起始底物乙酰CoA不仅是糖代谢的中间产物，也是脂肪酸和某些氨基酸的代谢产物。
因此，TCA循环是糖、脂肪、蛋白质三大类物质的共同氧化途径。
（一）三羧酸循环的化学历程TCA循环共有9步反应(图5-6)。
1.反应(1)丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧生成乙酰CoA，这是连结EMP与TCAC的纽带。
丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvic acid dehydrogenase complex)是由3种酶组成的复合体，含有6种辅助因子。
这3种酶是：丙酮酸脱羧酶(pyruvic acid decarboxylase)、二氢硫辛酸乙酰基转移酶(dihydrolipoyl transacetylase)、二氢硫辛酸脱氢酶(dihydrolipoic acid dehydrogenase)。
6种辅助因子。
6种辅助因子分别是硫胺素焦磷酸(thiamine pyrophosphate,TPP)、辅酶A (coenzyme A)、硫辛酸(lipoic acid)、FAD(flavin adenine dinucleotide)、NAD+(nicotinamide adenine dinucleotide)和Mg2+。
图5-6 三羧酸循环的反应过程上述反应中从底物上脱下的氢是经FAD→FADH2传到NAD+再生成NADH＋H+。
三羧酸循环过程
三羧酸循环糖酵解的最终产物丙酮酸，在有氧条件下进入线粒体，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环逐步脱羧脱氢，彻底氧化分解,这一过程称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle，TCAC)。
这个循环是英国生物化学家克雷布斯(H.Krebs)首先发现的，所以又名Krebs 循环(Krebs cycle)。
1937年他提出了一个环式反应来解释鸽子胸肌内的丙酮酸是如何分解的，并把这一途径称为柠檬酸循环(citric acid cycle)，因为柠檬酸是其中的一个重要中间产物。
TCA循环普遍存在于动物、植物、微生物细胞中，是在线粒体基质中进行的。
TCA循环的起始底物乙酰CoA不仅是糖代谢的中间产物，也是脂肪酸和某些氨基酸的代谢产物。
因此，TCA循环是糖、脂肪、蛋白质三大类物质的共同氧化途径。
（一）三羧酸循环的化学历程TCA循环共有9步反应(图5-6)。
1.反应(1)丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧生成乙酰CoA，这是连结EMP与TCAC的纽带。
丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvic acid dehydrogenase complex)是由3种酶组成的复合体，含有6种辅助因子。
这3种酶是：丙酮酸脱羧酶(pyruvic acid decarboxylase)、二氢硫辛酸乙酰基转移酶(dihydrolipoyl transacetylase)、二氢硫辛酸脱氢酶(dihydrolipoic acid dehydrogenase)。
6种辅助因子。
6种辅助因子分别是硫胺素焦磷酸(thiamine pyrophosphate,TPP)、辅酶A (coenzyme A)、硫辛酸(lipoic acid)、FAD(flavin adenine dinucleotide)、NAD+(nicotinamide adenine dinucleotide)和Mg2+。
图5-6 三羧酸循环的反应过程上述反应中从底物上脱下的氢是经FAD→FADH2传到NAD+再生成NADH＋H+。
有氧呼吸及三羧酸循环 (2)
以乙酸为主要食物的细菌
（物质循环中的重要一环）
乙酰CoA合成酶
乙酸 + ATP +CoASH → 乙酰CoA + H2O +AMP +PPi
3.磷酸戊糖途径（磷酸己糖支路）
• 磷酸戊糖——磷酸戊糖为代表性中间产物。 • 支路——糖酵解在磷酸己糖处分生出的新途径。
2
磷酸戊糖 途径
细胞质中
A.过程 氧化阶段(脱碳产能)
二氢硫辛酰胺脱氢酶 ※五种辅助因子：TPP（VB1）、NAD+
（Vpp）、硫辛酸、FAD（VB2）、 HSCoA（泛酸）
丙酮酸脱氢酶复合体
HSCoA NAD+
O-
O-
H3C C
N
C
NH2 HC
S
C
CH2CH2 O
P
O
P
O-
N
C
N
C
C+
H
H2
C CH3
O
O
TPP
H2C
H2 C
CH (CH2)4
SS
• FADH2
•
O2 ADP ATP
1.5ATP 1H2O - 3H2O
•
GTP
GDP
1ATP 1H2O
• —————————————————————————
•
12.5ATP 2H2O
Ⅲ.糖酵解+三羧酸循环的效率
• 糖酵解
1G → 2ATP+2NADH+2H++2丙酮酸
•
=2+2×2.5=7ATP
FAD CH2 COO
succinyl CoA syntetase
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以 使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬 酰CoA，然后水解。
这步反应由 C4 → C6 。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 2. 柠檬酸异构化成异柠檬酸
Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitrate (white)
E3 —— 二 氢 硫 辛 酸 脱 氢 酶 ( dihydrolipoyl dehydrogenase DLD)。催化还原型硫辛酸→氧化型。 具有辅基FAD。
一、丙酮酸氧化脱羧 整个过程涉及到的6个辅因子：TPP(焦磷酸硫胺素)、 SSL(硫辛酸)、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。
丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有： 6个PDH、24个TA、6个DLD 其中TA为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转。
a-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合
体非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。
TPP
lipoate FAD
(E1, E2, E3)
Reaction 4
Decarboxylated first, then oxidized; the carbon released as CO2 is not from the acetyl group joined; The a-ketoglutarate dehydrogenase complex closely resembles the pyruvate dehyrogenase complex in structure and function (the two E1s and two E2s are similar, the two E3s are identical).
4. 注意点
二、TCA循环
1. 定位：线粒体
2. 不可逆反应与调节： A 柠檬酸合酶:该酶有负变构剂ATP，它使酶与底物的
亲和力下降，从而Km值增大。
B 异柠檬脱氢酶:该酶有正变构剂ADP，它使酶与底物
的亲和力增加。此外，NAD+、底物异柠檬酸使酶活升
高；NADH、ATP使酶活下降。 C a-酮二酸脱氢酶: ATP、NADH及产物琥珀酰CoA抑制 酶的活性。
Rate of the citric acid cycle is controlled at three exergonic irreversible steps catalyzed by:
Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase and aketoglutarate dehydrogenase
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
这步反应由 C4 → C6 。
Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
分子ATP。 消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬 酰CoA）和延胡索酸的加水。
2. TCA循环的总反应
二、TCA循环
产物NADH和FADH2的去路:
由TCA循环产生的NADH和FADH2 必须经呼
吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去接 受TCA循环脱下的氢。
所以， TCA循环需要在有氧的条件下进行。否
能 量
共 15ATP
3.能量的化学计量
二、TCA循环
葡萄糖彻底氧化经由的途径： EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化。
对于原核生物：
碳 源
能 量
葡萄糖 → 2丙酮酸 → 6CO2
葡萄糖有氧酵解：2ATP + 2NADH → 8 ATP 共 38ATP
丙酮酸有氧氧化：15×2 = 30 ATP
2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀 酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。
第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
Chapter 3
The pyruvate oxidization and citric acid cycle
一、丙酮酸氧化脱羧 在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA， 后者可进入三羧酸循环彻底氧化。
丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体
The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactors and three enzymes.
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧 催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3种酶有 机地组合在一起： E1 —— 丙 酮 酸 脱 氢 酶 ( pyruvate dehydrogenase PDH)。催化丙酮酸的脱羧及脱氢，形成二碳单位乙酰 基。具有辅基TPP。
E2 —— 二 氢 硫 辛 酸 转 乙 酰 基 酶 ( dihydrolipoyl transacetylase TA)。催化二碳单位乙酰基的转移。 具有辅基硫辛酸。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle)，又叫
做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸
，它含有三个羧基，故此得名。
该 循环 的提出 的主要 贡献者 是英国 生化学 家
Krebs，所以又称Krebs循环。
该循环还叫做柠檬酸循环。
1. 化学反应过程
一、丙酮酸氧化脱羧
Pyruvate dehydrogenase complexes from E. coli: the electron micrograph
a huge multimeric assembly of three kinds of enzymes, having 60 subunits in bacteria and more in mammals.
1. 化学反应过程
二、TCA循环
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Step 8. 苹果酸至草酰乙酸（再生）
Oxaloacetate is regenerated!
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 8. 苹果酸至草酰乙酸（再生）
The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ blue.
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 6. 琥珀酸氧化成延胡索酸
这一阶段的反应为C4的变化；
产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 7.延胡索酸至苹果酸
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化；
产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 4. a-酮戊二酸氧化脱羧
这阶段又放出了1分子CO2，由 C5 → C4 ；
又产生1分子NADH；形成1个高能硫酯键。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键
Malonate (丙二酸) is a strong competitive inhibitor 这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP
Inhibited by products and high energy charge; Activated by a low energy charge or a signal for energy requirement (Ca2+).
5. TCA循环的生物学意义
二、TCA循环
1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径 ；
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 3. 异柠檬酸氧化脱羧
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 3. 异柠檬酸氧化脱羧
这阶段放出了1分子CO2，由 C6 → C5 ；产生1分子NADH
NADP+(gold); Ca2+(red))
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 4. a-酮戊二酸氧化脱羧
Pyruvate
CO2 Acetyl-CoA
Hydroxyethyl-TPP
E2 (dihydrolipoyl transacetylase): consisting the core, 24 subunits; E1 (pyruvate dehydrogenase): bound to the E2 core, 24 subunits; E3 (dihydrolipoyl dehydrogenase): bound to the E2 core, 12 subunits.
则NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸链
氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被再生，
使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进
行。
3.能量的化学计量
二、TCA循环
乙酰CoA通过TCA循环脱下的氢由 NADH及 FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成大量ATP
碳 源 乙酰CoA → 2CO2
3.能量的化学计量
二、TCA循环
对于原核生物： 对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）:
由于在EMP途径中生成的NADH在线粒体外，其磷氧比 为2，所以1分子葡萄糖彻底氧化只能合成 36 ATP。
The complete oxidation of one glucose may yield as many as 32 ATP