柠檬酸循环

TPP E1
S
NH
硫辛酸
TPP
E2
O
CH3C S
(CH2)4CO NH
HS
多肽链
HS
乙酰二氢硫辛酸
HS
E2
二氢硫辛酸脱氢酶
F ADH2
E3
F AD
NAD+ NADH+H+
NH
(C H2)4C O
二氢硫辛酸
硫辛酸乙酰转移酶
O
中间产物在氨基酸HS臂CoA作用下进CH3入C 酶SCo活A 性中心
快速准确！
bound to the E2 core, 12 subunits.
7
丙酮酸脱氢酶复合体
E1
E3
E2
三种酶
60条肽链形 成的复合体
丙酮酸
CO2
CH3 CO
CH3 HC OH
丙酮酸脱羧酶
(CH2)4COOS
TPPE1
S
硫辛酸
TPP
二氢硫辛酸脱氢酶
FADH2
E3
FAD
+ NAD NADH+H+
COO H
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GTP
CO2
CH2 COOH 2H
琥珀酰CoA
H2C
CH2 COOH
O=C COOH α-酮戊二酸
H2C CO～SCoA 2H CO2
31
脱水（2） 加水（1、3、9） 脱羧（5、6） 脱氢（4、6、8、10）
丙酮酸→乙酰CoA，脱出两个H
脱氢：脱氢酶
NAD、NADP、FAD、TPP、硫辛酸
O CH3C S
HS
乙酰二氢硫辛酸
E (CH2)4CO2OE2
(CH2)4COOHS
二氢硫辛酸
HS
硫辛酸乙酰转移酶
O
HSCoA
CH3C ～ SCoA
乙酰CoA
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形成酶复合体有什么好处呢？
丙酮酸
CO2
CH3 CO COO H
CH3 HC OH
丙酮酸脱羧酶
(C H2)4C O S
草酰乙酸
CH3CO~SCoA 乙酰 CoA
• 1FADH2
OC COOH
(10) C COOH
• 1GTP
H
L-苹果酸HOC COOH
C COOH
H2O(9) H2
HC COOH
延胡索酸 C COOH
H
(8) FADH2
H2 NADH+H+ NAD+
(2)
H2O CoASH
• (1)(6)-产能脱碳
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CH2COOH
•
C(OH)COOH 柠檬酸
CH2COOH
(3) CH2COOH 异柠檬酸
CHCOOH
2NADH + 2 CO2 •(5)-脱碳-1CO2 → 3步不可逆反应
FAD
CH(OH)COOH (1) 丙酮酸脱氢酶复合体
琥珀酸H2CC
H2
COOH COOHGTP
C oAS H
(7) GDP+Pi
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4、琥珀酸→草酰乙酸 三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
C4的变化；产生1分子FADH2、1分子 1）琥珀N酸A氧DH化 → 延胡索酸
脱氢
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2）延胡索酸 → 苹果酸
加水
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3）苹果酸 → 草酰乙酸（再生） 脱氢
Oxaloacetate is
1．草酰乙酸→α-酮戊二酸
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1)乙酰CoA + 草酰乙酸 → 柠檬酸
反应能量:乙酰CoA的高能硫酯键提供——反应不可逆
醇醛缩合，先缩合成柠檬酰CoA，水解， C4 → C6
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Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink
（3） TCA循环所产生的3个NADH和一个FADH2分子只能通过 电子传递链和氧分子（氧化磷酸化）才能够再被氧化，释放的能 量ATP形式产生。 TCA在线粒体中进行，整个循环不可逆。
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四、糖的有氧氧化及TCA循环的意义（107页）
1、氧化供能 能量计算：每次循环：3×2.5 + 1×1.5 + 1 = 10分子 ATP
丙酮酸开始：10 + 2.5 = 12.5分子ATP 葡萄糖开始：2+2.5×2+12.5×2 = 32分子ATP 而糖的无氧酵解仅产生2分子ATP 2、三大营养物质分解代谢的最终共同途径 糖代谢的重要途径 也是甘油、脂肪酸和氨基酸氧化分解的必经途径
3、糖、脂肪和氨基酸代谢联系的枢纽
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E2s are similar, the two E3s are identical).
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又放出1分子CO2，C5 → C4 ； 又产生1分子NADH； 形成1个高能硫酯键
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3、琥珀酰-CoA → 琥珀酸
琥珀酰CoA合成酶
Malonate (丙二酸) is a strong competitive inhibitor 合成1分子高能磷酸化合物GTP
丙酮酸的有氧氧化 葡萄糖通过糖酵解
产生的丙酮酸，在有 氧条件下，进行完全 氧化，生成H2O 和 CO2，并释放出大量 能量。
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两个阶段 柠檬酸循环 氧化磷酸化
3
二、糖的有氧氧化（好氧呼吸）：三个步骤
1、G或糖原氧化分解成丙酮酸（即糖酵解，胞液）
2、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰COA （线粒体基质） （丙酮酸 乙酰辅酶A，乙酰CoA）
各辅酶起重要作用。
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总反应式
➢ 丙酮酸 + CoA-SH + NAD+ → 乙酰CoA + NADH + H+ + CO2 ➢ 乙酰-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O
→ 2CO2 + CoA-SH + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP净反应：
3、乙酰COA → TCA （线粒体） 乙酰CoA H2O + CO2，释放能量）
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三、TCA循环
（一）准备阶段 丙酮酸氧化脱羧 → 乙酰-COA
O
丙酮酸脱氢酶系 O
CH3CCOOH + HS-CoA+ NAD+
CH3C SCoA＋ CO2 ＋NADH
丙酮酸
辅酶A
乙酰辅酶A
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糖酵解 + TCA的效率
糖酵解 1 G → 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2丙酮酸
=2+2×2.5=7ATP
三羧酸循环：2丙酮酸 → 25ATP + 6CO2 + 4H2O ———————————————————————
32ATP
34% 储能效率 = 32 ×7.3/686 =
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
Chapter23 柠檬酸循环
Tricarboxylic acid cycle（TCA）
三羧酸循环, Krebs循环
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一、TCA循环的发 现
●德国，Hans Krebs 1937年
提出，1953年获诺贝尔奖，
ATP循环（柠檬酸循环）之父。
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2
TCA循 环
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2）柠檬酸异构化成异柠檬酸
Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitreate (white)
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3）异柠檬酸氧化脱羧
放出1分子CO2，C6 → C5 ；产生1分子 NADH
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（二）TCA概貌（98页）
乙酰CoA与草酰乙酸结 合进入循环,经一系列反应 再回到草酰乙酸的过程。
在此过程中乙酰CoA被 氧化成H2O和CO2并产生 大量的能量。
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11
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三羧酸？ 循环？
线粒体膜
丙酮酸
每个分子具有4 个碳的草酰乙 酸库（基质）
重新加入到 草酰乙酸库
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5
糖酵解、三羧酸循环的中间环节
真核细胞线粒体基质 (原核细胞:质膜）进行 丙酮酸脱氢酶系：非常复杂的多酶体系
三种不同的酶 丙酮酸脱羧酶E1 二氢硫辛酸乙酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶E3
6种辅因子 TTP、硫辛酸、FAD、NAD+、CoA、Mg2+
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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
- 3H2O
1ATP
1H2O
12.5 ATP 3H2O
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（四）特点： 一次循环、二次脱羧、三次加水、四次脱氢
（1）TCA循环一次消耗一个乙酰基。即两个碳原子进入循环。 又有两个碳原子以CO2的形式离开循环。但这两个碳原子并不是 刚刚进入循环的那两个碳原子（代谢更新）。
（2）四次氧化脱氢（三次NAD+为受氢体，一次FAD为受氢 体）、一次底物水平磷酸化反应以GTP形式产生一个高能键、二 次脱羧反应。糖的有氧氧化过程中能量和CO2主要在TCA循环中 产生。
乙酰CoA
相当于酶复合体
提•由问于：第有一哪步些为不物可质逆可反以应调，直节接该决酶定复整合个循物环的反活应性的？速度，而且是许 答产多案物其：（它N反A应D体(系P)的H分、支F点A，DH因2而、该G酶T复P合、物A受TP到、严乙密的酰调C节oA控制）；抑制 该酶复合物的活性 反应物（NAD+、FAD、GDP、ADP、丙酮酸）激活该酶复 合物的活性 Ca2+、胰岛素激活
regenerated!
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The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ blue.
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TCA总反 应
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CH2CO～SoA (乙酰辅酶A)
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总反应方程式
COO+H 4NAD(P)+ + FAD + GDP + Pi + 3H2O C O 3CO2 + 4NAD(P)H + 4H + FADH2 + GTP
CH3
4NAD(P)H +4H+
FADH2 ADP
ATP
GTP GDP
氧化磷酸化作1用0ATP 4H2O O12.5ATP 1H2O
NAD(P)+
NAD(P)H+H+ (4)
CH2COOH CHCOOH
(2) 柠檬酸合成酶 (3) 顺乌头酸酶 (4)(5)异柠檬酸脱氢酶 (6) α-酮戊二酸脱氢酶复合体
H
2
O
CO~SCoA CH2
2021年3琥月珀3日酰星C期o三ACCOHO2 H
NADH + HCOCOOH
三种羧酸！
草酰乙酸大循环！
每个分子具有3个碳的 丙酮酸库（基质）
第一个碳以 CO2形式失去
六碳三羧酸
五碳二羧酸 四碳二羧酸
第二个碳以 CO2形式失去
第三个 碳以CO2 形式失 去
三羧酸循环
丙酮酸 H3C CO COOH
NAD+
CoASH
NADH + H+
(1)
CO2
(4)(7)(8)(10)
• 产能步骤 • 2NAD(P)H
CH2
(5) 草酰琥珀酸
COCOOH CO2
(6)
CO2
CoASH α-酮戊二酸
(7) 琥珀酰CoA合成酶 (8) 琥珀酸脱氢酶 (9) 延胡索酸酶 (10)L-苹果酸脱氢酶
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乙酰草酰成柠檬，柠檬又成α-酮 琥酰琥酸延胡索，苹果落在草丛中
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（三）柠檬酸循环的化学途径 （98页）
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E2 (dihydrolipoyl transacetylase):
consisting the core, 24 subunits; E1 (pyruvate dehydrogenase):
bound to the E2 core, 24 subunits; E3 (dihydrolipoyl dehydrogenase):
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NAD+(gold); Ca2+(red))
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2．α-酮戊二酸→琥珀酰CoA α-酮戊二酸脱氢酶系： 3种酶 辅助因子：NAD+、CoA、TPP、硫辛酰胺、FAD和 Mg2+等
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Decarboxylated first, then oxidized; the carbon
草酰乙酸
2H
O C COOH H2C COOH
CH2 COOH HO-C COOH 柠檬酸
H2C COOH
HO CHCOOH
苹果酸
三羧酸循环总图 H2C COOH
HOOC CH
P
CH2 COOH HC COOH HO-C COOH
异柠檬酸
HC COOH
延胡索酸
2
CH2 COOH
H
H2C COOH 琥珀酸