三羧酸循环

二 TCA循环的过程
1 、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸
O C-SCOA CH2 HO-C-COO CH2 COOH2O
COOC=O CH2 + COO-
O C-CH3 S-COA
柠檬酸 合酶
单向不可逆 可调控的限速步骤
COA COOCH2 HO-C -COO- + HS-COA+H+ CH2 COO- 三羧酸
四、三羧酸循环的回补反应
三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也 是生物合成的前体，如
草酰乙酸
α-酮戊二酸
天冬氨酸
谷氨酸
琥珀酰CoA
卟啉环
上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸 循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种 补充称为回补反应(anaplerotic reaction)。
COOH COOH + + NAD NADH+H + H HO- CH CO CH-COOH CH-COOH 2+ Mg CH2 CH2 COOH COOH
草酰琥珀酸 α-酮戊二酸 TCA中第一次氧化作用、脱羧过程 异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶
CO2
COOH CO CH2 CH2 COOH
三羧酸到二羧酸的转变
1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的 两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2 个C原子形成CO2。 2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生 成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。 3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP, 1GTP 1ATP。 4、循环中消耗两分子水。 5、3NADH 7.5 ATP ， 1FADH2 1.5ATP，再加上1 个GTP 6、单向进行 7、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。
三羧酸循环
By 刘心连

概念：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，称为柠檬 酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle), 简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德 国）正式提出的，所以又称Krebs循环。 三羧酸循环在线粒体基质中进行。
TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤
GTP+ADP GDP+ATP
6 、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸
嵌入线粒体内膜
COOH 琥珀酸脱氢酶 CH2 +FAD CH2 COOH
COOH CH +FADH2 HC COOH

TCA中第三次氧化的步骤 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂 开始四碳酸之间的转变
缩写 肽链 数 辅基 催化反应
丙酮酸脱氢（羧）酶
E1
24
TPP(焦磷酸硫 丙酮酸氧化脱羧 胺素)
硫辛酸 将乙酰基转移到CoA
二氢硫辛酰胺转乙酰酶
E2
24
Leabharlann Baidu
二氢硫辛酰胺脱氢酶
E3
12
FAD
将还原型硫辛酰胺
转变为氧化型
反应步骤 （P118）
丙酮酸氧化脱羧的调控
由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径 的分支点，所以此体系受到严密的调节控制： 1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH 抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和 NAD+逆转。 2、核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被 AMP活化。 3、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷 化物。 4、可逆磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化 状态无活性，反之有活性。 5、Ca2+激活

TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。
三羧酸循环的过程
TCA经四次氧化，二次脱羧， 通过一个循环，可以认为乙酰COA 2CO2
乙酰辅酶A 草酰乙酸 苹果酸 柠檬酸
异柠檬酸
延胡索酸 a-酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰 辅酶A
三、三羧酸循环的化学计量
乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+ 循环有以下特点：
六、三羧酸循环的生物学意义 与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的
能量，一分子葡萄糖经糖酵解、TCA循环和呼吸链氧化共 可产生32个ATP。 TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。
TCA循环
中间产物
脂肪酸、氨基酸 合成代谢
分解代谢产物
CO2+H2O+能量
TCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步 骤，为其他生物合成提供原料。
4 、 α-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰 COA（ α-酮戊二酸脱氢酶复合体）
COOH CO + +COASH+NAD CH2 CH2 COOH

SCOA CO + +CO +NADH+H 2 CH2 CH2 COOH
TCA中第二次氧化作用、脱羧过程
α-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似
1分子乙酰CoA通过TCA循环被氧化，可生成10分子ATP。
若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的1个 NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。 若从葡萄糖开始，共可产生 12.5×2+7=32个ATP。
可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的 有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量 的最有效的方式，也是机体产生能量的主要 方式。
α-酮戊二酸脱氢酶E1 琥珀酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+
5 、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生 GTP（琥珀酰COA 合成酶）
S COA GDP+Pi CO CH2 CH2 COOH
GTP+HSCOA
COOH CH2 CH2 COOH
PEP羧化（在植物、酵母、细菌）
反应在胞液中进行
苹果酸脱氢
丙酮酸
苹果酸
氨基酸转化
天冬氨酸 α-酮戊二酸 谷氨酸
草酰乙酸
五、三羧酸循环的调控
三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外 也受细胞对于中间产物需求的影响。有 3个调控部位。 1、柠檬酸合成酶（限速酶） ATP、NADH是该酶的变构抑制剂，高浓度的ATP 和NADH 抑制柠檬酸的合成，即抑制三羧酸循环地进行。高农 度的琥珀酰-CoA抑制该酶的活性。 2、异柠檬酸脱氢酶 该酶受ATP和NADH变构抑制，受ADP变构促进和Ca2+激活。 3、α-酮戊二酸脱氢酶 该酶受产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也受高能荷抑制。 Ca2+激活。
草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：

丙酮酸羧化 PEP的羧化 苹果酸脱氢 由氨基酸形成
丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应)
生物素Mg2+
在线粒体内进行
草酰乙酸或循 环中任何一种 中间产物不足
TCA循环 速度降低 产生更多的草酰乙酸
乙酰-CoA 浓度增加
高水平的乙酰CoA激活
丙酮酸羧化酶
COOH CH2 COOH
7 、 延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡 索酸酶）
COOH COOH 延胡索酸酶 HO-CH CH +H2O CH H-C-H COOH COOH
8 、 苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸 脱氢酶）
COOH HO-CH + +NAD H-C-H COOH
COOH C=O +NADH+H+ CH2 COOH
三羧酸循环的过程及其调控
1 ATP、NADH 琥珀酰-CoA抑制
2CO2
乙酰辅酶A 草酰乙酸 苹果酸 柠檬酸
2
异柠檬酸
ATP、NADH抑制 ADP、Ca2+激活
延胡索酸 a-酮戊二酸 琥珀酸 琥珀酰 辅酶A
3 ATP、NADH 琥珀酰-CoA抑制 ADP、Ca2+激活

目录
一. 由丙酮酸形成乙酰CoA 二. 三羧酸循环的过程 三. 三羧酸循环的化学计量 四. 三羧酸循环的回补反应 五. 三羧酸循环的调控
六. 三羧酸循环的生物学意义
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+CoA+NAD+ 乙酰CoA+ CO2+NADH+H+
反应不可逆，分5步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。 丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的多酶复合体，包 括丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酰胺转乙酰酶E2、二氢硫 辛酰胺脱氢酶E3三种不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、 硫辛酸，FAD, NAD+,CoA 及Mg2+六种辅助因子组装而成。
丙酮酸脱氢酶复合体的内容
2、 柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌 头酸酶）
COOCOOH2O CH H2O CH2 HO-C -COOC -COOCH2 CH2 COOCOO柠檬酸 COOHO- CH CH-COOCH2 COO异柠檬酸
顺乌头酸
在pH7.0，25C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6
3 、 由异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸 （异柠檬酸脱氢酶）