第二十三章 三羧酸循环

底物水平的磷酸化
反应6：琥珀酸的脱氢
产生FADH2
琥珀酸脱氢酶 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：富马酸的形成
双键的水合
由富马酸酶催化 水分子加成反式的双键 反应机制还不清楚
反应8：草酰乙酸的再生
依赖于NAD+-的氧化还原反应
1个乙酰-CoA通过三羧酸循环产生： 2CO2, 1 ATP, 3NADH,1FADH2 2H2O被使用作为底物，绝对需要O2 中间物谐音记忆：
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
乙醛酸循环与三羧酸循环的比较
植物细胞内的乙醛酸循环体及线粒体的亚显微结构
三羧酸循环可能的“同化作用”
三羧酸循环的调控
为了适应细胞对能量的需求，细胞内的TCA循环是受 到严格控制的。对TCA循环本身的调控集中在柠檬酸 合酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶（图23-9）， 其中最重要的调控位点是异柠檬酸脱氢酶，其次是α酮戊二酸脱氢酶，至于柠檬酸合酶，对它的调控多见 于原核生物。 乙酰-CoA是TCA循环第一步反应的底物，因此，机体 还可以通过控制它的形成来控制TCA循环，而这必然 牵涉到细胞内参与乙酰-CoA合成的酶，例如丙酮酸脱 氢酶系和参与脂肪酸β-氧化的酶。
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。 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 异柠檬酸氧化脱羧产生α-酮戊二酸
由异柠檬酸脱氢酶（IDH）催化 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
异柠檬酸的脱氢
反应4：α-酮戊二酸的氧化脱羧 第二次氧化脱羧反应
八、TCA循环的起源和进化
TCA 循环概述
也称为柠檬酸循环和Krebs循环
是糖、氨基酸和脂肪酸最后共同的代谢途径 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
三羧酸循环的原料——乙酰CoA的形成
柠檬酸的合成
柠檬酸合酶Hale Waihona Puke Baidu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
TCA循环的调控
丙酮酸脱氢酶酶系的调节
由α-酮戊二酸的脱氢酶系催化 在结构上或者机制上，酶几乎等同于丙酮 酸脱氢酶系—— 5种辅酶——TPP/Mg2+、CoASH、硫辛酸、 NAD+、FAD 也是亚砷酸的作用对象
α-酮戊二酸的氧化脱羧
反应5：底物水平的磷酸化
TCA循环唯一的一步底物水平磷酸化反应
琥珀酰-CoA合成酶 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
草酰乙酸的再生
TCA 循环总结
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。 总反应：乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O
→2CO2+3NADH+FADH2+GTP+2H＋+CoA
一分子葡萄糖彻底氧化过程中的ATP 收支情况
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
☺ 在每一轮循环中，前者有两分子乙酰-CoA进入 ☺ 只产生NADH，但不产生FADH2 ☺ 无底物水平磷酸化反应，因此 不产生ATP ☺ 不生成CO2，无碳单位的损失，净合成了糖异生 的前体——苹果酸
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 由苹果酸脱氢酶催化 ΔGo‘ = +30 kJ/mol，意味着在热力学上极不 利于正反应的进行，但在体内，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。 tca_cycle_v9.swf
第二十三章
三羧酸循环
杨荣武 生物化 学原理 第二版
提纲
一、三羧酸循环概述 二、三羧酸循环的全部反应 三、三羧酸循环小结 四、三羧酸循环的生理功能 五、乙醛酸循环 六、三羧酸循环的回补反应 七、三羧酸循环的调控
1. 2. 3. 4. 柠檬酸合酶的调控 异柠檬酸脱氢酶的调控 α-酮戊二酸脱氢酶系的调控 丙酮酸脱氢酶系的调控