三羧酸循环@生物化学精品讲义
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☻柠檬酸合酶在催化过程中所发生的由底物OAA和中间产物 柠檬酰-CoA分别诱导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。
柠檬酸合酶催化的反应
氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响
柠檬酸合酶的两种构象
反应2：顺乌头酸酶
TCA 循环
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酸）被降解成CO2 产生一些ATP 产生更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的ATP。
完整的三羧酸循环
乙酰CoA的形成
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3：异柠檬酸脱氢酶（IDH）
异柠檬酸氧化脱羧产生α-酮戊二酸
☻先是脱氢，然后是β-脱羧 ☻有两种形式的异柠檬酸脱氢酶，分别使用辅酶I和辅酶II作为
氢的受体
反应4： α-酮戊二酸脱氢酶系
第二次氧化脱羧反应
☻酶几乎等同于丙酮酸脱氢酶系——结构上或者机制上 ☻5种辅酶——TPP、CoASH、硫辛酸 NAD+、FAD ☻也是亚砷酸的作用对象
总ATP量
消耗ATP 消耗ATP 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化
氧化磷氧化磷酸化酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化
5或6或7 －1 －1 ＋2 ＋2 ＋3或＋4或＋5（取决于 NADH通过何种途径进入 呼吸链）
2×2.5＝5
19 2.5×2＝5 2.5×2＝5 1×2＝2 1.5×2＝3 2.5×2＝5
合成ATP的方式
合成ATP的量
糖酵解（包括氧化磷酸化） 己糖激酶 PFK-1 磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 （NADH）
丙酮酸脱氢酶系
三羧酸循环 异柠檬酸脱氢酶（NADH） α-酮戊二酸脱氢酶系（NADH） 琥珀酰-CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶（FADH2） 苹果酸脱氢酶（NADH）
30或31或32
三羧酸循环中间物的去向
草酰乙酸的回补反应
乙醛酸循环
植物和微生物的三羧酸循环的变化形式
柠檬酸异构化成异柠檬酸
☻柠檬酸不是氧化的好底物
☻S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
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
转乙酰酶
哺乳动物60
CoA
泛酸 辅酶 移到CoA
E3 二氢硫辛酸 大肠杆菌12、酵母12、 FAD
B2
辅基 氧化型硫辛
脱氢酶
Fra Baidu bibliotek
哺乳动物6
NAD+
PP
辅酶 胺的再生
大肠杆菌内丙酮酸脱氢酶系的电镜照片
丙酮酸转变成乙酰-CoA的四步反应
丙酮酸脱氢酶的催化机理
砒霜的毒性机理
反应1：柠檬酸合酶
柠檬酸的合成
☻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
☻在没有底物结合的情况下，酶的两个亚基的构象是开放型 的；当结合底物以后，则被诱导为紧密型。反应动力学为 序列有序型，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结合到酶的活性中心， 并与OAA形成中间产物—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。
TCA循环中C的命运
☻乙酰CoA的羰基C只有在第2轮循环转变成CO2 ☻乙酰CoA的甲基C能完全留在两轮循环中，但是以后每一轮循
环有一半离开。
TCA 循环总结
总反应： 乙酰-CoA+3NAD＋
+FAD+GDP+Pi+2H2O→2＋C+OC2o+A3NADH+FADH2+GTP+2H
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生2CO2, 1 ATP,
丙酮酸跨线粒体内膜的转运
丙酮酸脱氢酶系的结构和组成
缩写 酶活性
亚基数目 （个数）
辅助因子 维生素 辅助因 催化的反应 前体 子类型
E1 丙酮酸脱氢 大肠杆菌24、酵母60、 TPP
酶
哺乳动物20或30
B1
辅基
丙酮酸
氧化脱羧
E2 二氢硫辛酸 大肠杆菌24、酵母60、 硫辛酰胺 硫辛酸 辅基 将乙酰基转
丙酮酸的氧化脱羧
丙酮酸如何进入线粒体？ 丙酮酸脱氢酶系的结构与组成——丙酮酸脱氢
酶系由丙酮酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酸转乙酰 酶（E2）和二氢硫辛酸脱氢酶（E3）通过非共价 键结合在一起的稳定复合物 催化机制 亚砷酸和有机砷的作用对象——氧化型硫辛酰 胺的再生对于丙酮酸脱氢酶系的持续运转十分重 要，砒霜的主要成分亚砷酸能够与还原型的硫辛 酰胺形成共价的复合物而阻止它的再生 。
3NADH,1FADH2
2H2O被使用作为底物 绝对需要O2
吵， 您顺意吵，（吵得）铜壶呼盐瓶！
TCA循环的功能
产生更多的ATP
提供生物合成的原料
是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径 某些代谢中间我作为其他代谢途径的别构效应物 产生CO2
一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP 收支情况
与ATP合成相关的反应
反应5：琥珀酰-CoA合成酶
TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应
☻ATP或GTP被合成 ☻它的催化过程牵涉到一系列高能分子的形成，因此能量的损失
微乎其微 ☻反应机制涉及一个磷酸组氨酸
琥珀酰-CoA合成酶的反应机理
反应6：琥珀酸脱氢酶
产生FADH2
☻此酶实际上是呼吸链复合体II的主要 成分
☻琥珀酸的类似物丙二酸是该酶的竞争性抑制剂
反应7：富马酸酶
双键的水合
☻水分子加成反式的双键 ☻反应机制还不清楚
反应8：苹果酸脱氢酶
依赖于NAD+-的氧化还原反应
☻这是三羧酸循环的最后一步反应，也是三羧酸循 环中的第四次氧化还原反应 ☻ΔGo‘ = +30 kJ/mol，意味着在热力学上极不利于正 反应的进行，但是，在体内反应产物草酰乙酸可 以迅速被下一步不可逆反应消耗，NADH则进入呼 吸链被彻底氧化，因此，整个反应被“强行拉向” 正反应。
柠檬酸合酶催化的反应
氟代乙酸在细胞内的代谢转变及其对TCA循环的影响
柠檬酸合酶的两种构象
反应2：顺乌头酸酶
TCA 循环
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
糖酵解产生的丙酮酸（实际上是乙酸）被降解成CO2 产生一些ATP 产生更多的NADH NADH进入呼吸链，通过氧化磷酸化产生更多的ATP。
完整的三羧酸循环
乙酰CoA的形成
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3：异柠檬酸脱氢酶（IDH）
异柠檬酸氧化脱羧产生α-酮戊二酸
☻先是脱氢，然后是β-脱羧 ☻有两种形式的异柠檬酸脱氢酶，分别使用辅酶I和辅酶II作为
氢的受体
反应4： α-酮戊二酸脱氢酶系
第二次氧化脱羧反应
☻酶几乎等同于丙酮酸脱氢酶系——结构上或者机制上 ☻5种辅酶——TPP、CoASH、硫辛酸 NAD+、FAD ☻也是亚砷酸的作用对象
总ATP量
消耗ATP 消耗ATP 底物水平磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化
氧化磷氧化磷酸化酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化 底物水平磷酸化 氧化磷酸化 氧化磷酸化
5或6或7 －1 －1 ＋2 ＋2 ＋3或＋4或＋5（取决于 NADH通过何种途径进入 呼吸链）
2×2.5＝5
19 2.5×2＝5 2.5×2＝5 1×2＝2 1.5×2＝3 2.5×2＝5
合成ATP的方式
合成ATP的量
糖酵解（包括氧化磷酸化） 己糖激酶 PFK-1 磷酸甘油酸激酶 丙酮酸激酶 甘油醛-3-磷酸脱氢酶 （NADH）
丙酮酸脱氢酶系
三羧酸循环 异柠檬酸脱氢酶（NADH） α-酮戊二酸脱氢酶系（NADH） 琥珀酰-CoA合成酶 琥珀酸脱氢酶（FADH2） 苹果酸脱氢酶（NADH）
30或31或32
三羧酸循环中间物的去向
草酰乙酸的回补反应
乙醛酸循环
植物和微生物的三羧酸循环的变化形式
柠檬酸异构化成异柠檬酸
☻柠檬酸不是氧化的好底物
☻S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
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
转乙酰酶
哺乳动物60
CoA
泛酸 辅酶 移到CoA
E3 二氢硫辛酸 大肠杆菌12、酵母12、 FAD
B2
辅基 氧化型硫辛
脱氢酶
Fra Baidu bibliotek
哺乳动物6
NAD+
PP
辅酶 胺的再生
大肠杆菌内丙酮酸脱氢酶系的电镜照片
丙酮酸转变成乙酰-CoA的四步反应
丙酮酸脱氢酶的催化机理
砒霜的毒性机理
反应1：柠檬酸合酶
柠檬酸的合成
☻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
☻在没有底物结合的情况下，酶的两个亚基的构象是开放型 的；当结合底物以后，则被诱导为紧密型。反应动力学为 序列有序型，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结合到酶的活性中心， 并与OAA形成中间产物—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。
TCA循环中C的命运
☻乙酰CoA的羰基C只有在第2轮循环转变成CO2 ☻乙酰CoA的甲基C能完全留在两轮循环中，但是以后每一轮循
环有一半离开。
TCA 循环总结
总反应： 乙酰-CoA+3NAD＋
+FAD+GDP+Pi+2H2O→2＋C+OC2o+A3NADH+FADH2+GTP+2H
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生2CO2, 1 ATP,
丙酮酸跨线粒体内膜的转运
丙酮酸脱氢酶系的结构和组成
缩写 酶活性
亚基数目 （个数）
辅助因子 维生素 辅助因 催化的反应 前体 子类型
E1 丙酮酸脱氢 大肠杆菌24、酵母60、 TPP
酶
哺乳动物20或30
B1
辅基
丙酮酸
氧化脱羧
E2 二氢硫辛酸 大肠杆菌24、酵母60、 硫辛酰胺 硫辛酸 辅基 将乙酰基转
丙酮酸的氧化脱羧
丙酮酸如何进入线粒体？ 丙酮酸脱氢酶系的结构与组成——丙酮酸脱氢
酶系由丙酮酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酸转乙酰 酶（E2）和二氢硫辛酸脱氢酶（E3）通过非共价 键结合在一起的稳定复合物 催化机制 亚砷酸和有机砷的作用对象——氧化型硫辛酰 胺的再生对于丙酮酸脱氢酶系的持续运转十分重 要，砒霜的主要成分亚砷酸能够与还原型的硫辛 酰胺形成共价的复合物而阻止它的再生 。
3NADH,1FADH2
2H2O被使用作为底物 绝对需要O2
吵， 您顺意吵，（吵得）铜壶呼盐瓶！
TCA循环的功能
产生更多的ATP
提供生物合成的原料
是糖、氨基酸和脂肪酸最后的共同分解途径 某些代谢中间我作为其他代谢途径的别构效应物 产生CO2
一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP 收支情况
与ATP合成相关的反应
反应5：琥珀酰-CoA合成酶
TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应
☻ATP或GTP被合成 ☻它的催化过程牵涉到一系列高能分子的形成，因此能量的损失
微乎其微 ☻反应机制涉及一个磷酸组氨酸
琥珀酰-CoA合成酶的反应机理
反应6：琥珀酸脱氢酶
产生FADH2
☻此酶实际上是呼吸链复合体II的主要 成分
☻琥珀酸的类似物丙二酸是该酶的竞争性抑制剂
反应7：富马酸酶
双键的水合
☻水分子加成反式的双键 ☻反应机制还不清楚
反应8：苹果酸脱氢酶
依赖于NAD+-的氧化还原反应
☻这是三羧酸循环的最后一步反应，也是三羧酸循 环中的第四次氧化还原反应 ☻ΔGo‘ = +30 kJ/mol，意味着在热力学上极不利于正 反应的进行，但是，在体内反应产物草酰乙酸可 以迅速被下一步不可逆反应消耗，NADH则进入呼 吸链被彻底氧化，因此，整个反应被“强行拉向” 正反应。