1、第第2323章章 柠檬酸柠檬酸循环循环胞液胞液线粒体线粒体GG-6-PPAPA乙酰乙酰CoAO2O2O2H+eO2H2OCO2糖的有氧氧化（aerobic oxidation）反应过程反应过程：糖有氧氧化的反应过程分三个阶段：糖酵解途径：葡萄糖 丙酮酸丙酮酸 乙酰CoA三羧酸循环和氧化磷酸化柠檬酸循环柠檬酸循环（Citric Acid Cycle)三羧酸循环三羧酸循环 （Tricarboxylic Acid Cycle）Krebs循环循环 在好氧真核生物在好氧真核生物线粒体基质线粒体基质或好氧原核生或好氧原核生物物细胞质细胞质中，酵解产物中，酵解产物丙酮酸丙酮酸脱羧、脱氢，脱羧、脱氢，彻底氧化
2、为彻底氧化为CO2、H2O并产生并产生ATP的过程。的过程。细胞质细胞质一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰一、丙酮酸氧化脱羧形成乙酰-CoAPyruvate Is Oxidized to Acetyl-CoA and CO2丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系多酶复合体位于线粒体内多酶复合体位于线粒体内原核细胞在胞液中原核细胞在胞液中三种酶三种酶六种辅助因子六种辅助因子E1-E1-丙酮酸脱氢羧酶（组分）丙酮酸脱氢羧酶（组分）E2-E2-二氢硫辛酰转乙酰基酶二氢硫辛酰转乙酰基酶E3-E3-二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶TPPTPP、硫辛酸、硫辛酸、CoA-SHCoA-SH、FADFAD、NADNAD+、MgM
3、g2+2+丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶三种酶60条肽链形成条肽链形成的复合体的复合体八聚体八聚体乙酰CoAAMPAMP泛酸泛酸-巯基乙胺巯基乙胺乙酰乙酰CoACoA222O2CH223OOH CH3-2OH-OCOCHCHNH CO CH C CHPOPOCHNHCHSCCH3CHOOOOONNNNNHOPOO硫辛酸：硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOH硫辛酰胺辅基硫辛酰胺辅基硫辛酰赖氨酰臂硫辛酰赖氨酰臂砷化物共价结合砷化物共价结合-毒害作用毒害作用将底物移入将底物移入（出）脱羧（出）脱羧酶的活性中酶的活性中心。心。+TPP的作
4、用.丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体E2E3E1三种酶60条肽链形成的复合体CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COOSOCH3CS(CH2)4COOSH-SH(CH2)4COOSH-FADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酸硫辛酸二氢硫辛酸丙酮酸丙酮酸乙酰CoA 形成酶复合体有什么好处呢？形成酶复合体有什么好处呢？CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COSOCH3CS(CH2)4COSHSH(CH2)4COSHFADH2FADNADNADH+H+SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氢硫辛酸硫辛酸二氢
5、硫辛酸丙酮酸丙酮酸乙酰CoA NHNHNH中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中间产物在氨基酸臂作用下进入酶活性中心中心快速准确快速准确！CH3CTPPOHH+CO2CHCH3 3C C COOHCOOHO O+TPPTPPE1分步反应羟乙基羟乙基TPPE1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶CH3COSLHS+TPP+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸硫辛酸乙酰硫辛酸乙酰硫辛酸E2：转乙酰酶：转乙酰酶硫辛酸硫辛酸：SH2CCH2CHS(CH2)4COOHCH3COSLHS+HSCoACH3CSCoAO+HSLHSHSLHS+FADSLS+FADH2FADH2+NAD+FAD+NADH+H+E2E3E
6、3E3：二氢硫辛酸脱氢酶：二氢硫辛酸脱氢酶丙酮酸氧化脱羧的调控丙酮酸氧化脱羧的调控丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸二、柠檬酸循环概貌二、柠檬酸循环概貌 Citric Acid Cycle (4)(7)(8)(10)(4)(7)(8)(10)CH3COCOOHNAD+NADH+H+CoASHCO2CH3COSCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCOOHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH+H+COSCoACH2CH2COOHGDP+Pi
7、GTPCoASHH2 OCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCOOHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2+CoASHH 2 OCoASHCO2丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰 CoA(2)(2)(1 1)(7)(7)(8)(8)(9)(9)(10)(10)(5)(5)(6 6)(3)(3)(4)(4)柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰 CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸L-苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸H O2(1)(1)丙酮酸丙酮酸脱氢酶脱氢酶复合体复合体(2)(2)柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶(3)(3)顺乌头酸酶顺乌头酸酶(4)
8、(5)(4)(5)异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶脱氢酶(6)(6)-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶复合体复合体(7)(7)琥珀酰琥珀酰CoACoA合成酶合成酶(8)(8)琥珀酸琥珀酸脱氢酶脱氢酶(9)(9)延胡索酸酶延胡索酸酶(10)(10)L-L-苹果酸苹果酸脱氢酶脱氢酶产能步骤产能步骤2NAD(P)H1FADH21GTP(1 1)()(6 6)-)-产能产能脱碳脱碳2NADH +2 CO2(5)-(5)-脱碳脱碳-1CO2 3步步不可逆反应不可逆反应1、乙酰、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸与草酰乙酸缩合形成柠檬酸v单向不可逆单向不可逆v 可调控的限速步骤可调控的限速步骤v 氟乙酰氟乙酰CoACo
9、A导致致死常导致致死常作为杀虫药（作为杀虫药（与顺乌与顺乌头酸酶结合头酸酶结合）C=OCOO-CH2COO-C-CH3S-COAOCH2COO-HO-C -COO-COO-CH2柠檬酸柠檬酸合酶合酶+COA三羧酸三羧酸CH2C-SCOAHO-C-COO-COO-CH2OH2O+HS-COA+H+三、柠檬酸循环历程三、柠檬酸循环历程 Reactions of the Citric Acid Cycle柠檬酸合酶是变构酶柠檬酸合酶是变构酶变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰琥珀酰CoA、酯酰、酯酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制CH3CSCoAO+HSLHSFH2C氟乙酰辅酶氟乙酰辅
10、酶A：底物，形：底物，形成氟柠檬酸，不能往下反成氟柠檬酸，不能往下反应，称致死性合成应，称致死性合成CH3CSCoAO+HSLHSCH3CO丙酮酰丙酮酰-CoA：竞争性抑制剂：竞争性抑制剂2、柠檬酸异构化成异柠檬酸、柠檬酸异构化成异柠檬酸 （顺乌头酸（顺乌头酸 酶）酶）在在pH7.0pH7.0，2525 C C的平衡态时，的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=9090：4 4：6 6CH2COO-HO-C-COO-COO-CH2CHCOO-C-COO-COO-CH2CH2H2OH2O柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸COO-HO-CHCH-COO-COO-
11、乌头酸酶中的（Fe-S）蛋白3、由异柠檬酸氧化脱羧生成、由异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）vTCA中第一次氧化作用、脱羧过程中第一次氧化作用、脱羧过程v异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶v三羧酸到二羧酸的转变三羧酸到二羧酸的转变NAD+NADH+H+H+CO2草酰琥珀酸草酰琥珀酸Mg 2+HO-CHCOOH CH-COOHCOOHCH2 COCOOH CH-COOHCOOHCH2 COCOOH CH2COOHCH2-酮戊二酸酮戊二酸G0=-20.9 kJ/mol4、-酮戊二酸氧化脱羧成为酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰琥珀酰COA（-酮
12、戊二酸脱氢酶复合体）酮戊二酸脱氢酶复合体）v TCATCA中第二次氧化作用、脱羧过程中第二次氧化作用、脱羧过程v -酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶E1 琥珀酰转移酶琥珀酰转移酶E2 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶E3、TPP、硫辛酸、硫辛酸、COACOA、FADFAD、NADNAD+、Mg2+Mg2+COASH+NAD+COCOOH CH2COOHCH2 COSCOA CH2COOHCH2+NADH+H+CO2G0=-33.5 kJ/mol高能硫酯化物高能硫酯化物NADNAD为辅酶，需为辅酶，需MgMg2
13、+2+（线粒体）（线粒体）NADPNADP为辅酶（胞质也有）为辅酶（胞质也有）5、琥珀酰、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰（琥珀酰COA 合成酶）合成酶）vTCA中中唯一唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤物的步骤v GTP+ADP GDP+ATP COS COA CH2COOHCH2 COOH CH2COOHCH2GDP+PiGTP+HSCOA哺乳动物哺乳动物GTPGTP/ATP/ATP植物、微生物植物、微生物ATPATP底物磷酸化底物磷酸化 GTP参与蛋白质合成蛋白质合成 G蛋白活化（信号传导信号传导）GTP+A
14、DP GDP+ATP 核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶6、琥珀酸脱氢生成延胡索酸、琥珀酸脱氢生成延胡索酸 COOH CH2COOHCH2 COOH CHCOOH+FAD+FADH2v TCA TCA中第三次氧化的步骤中第三次氧化的步骤v 丙二酸为该酶的竞争性抑制剂丙二酸为该酶的竞争性抑制剂v 开始四碳酸之间的转变开始四碳酸之间的转变琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶HC嵌入线粒体内膜嵌入线粒体内膜琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜琥珀酸脱氢酶位于线粒体内膜具有立体专一性具有立体专一性 COOH CHCOOHCH7、延胡索酸被水化生成苹果酸延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）（延胡索酸酶）COOH HO-CHCOO
15、HH-C-H+H2O延胡索酸酶延胡索酸酶 COOH HO-CHCOOHH-C-H8、苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）（苹果酸脱氢酶）+NAD+COOH C=OCOOH CH2+NADH+H+v TCATCA中第四次氧化的步骤，最后一步。中第四次氧化的步骤，最后一步。被草酰乙酸与乙酰被草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合（高度放能）反应所推动缩合（高度放能）反应所推动8、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢形成草酰乙酸 Oxidation of Malate to Oxaloacetate 被草酰乙酸与乙酰被草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合（高度放能）反应所推动缩合（高度放能
16、）反应所推动v TCATCA中第四次氧化的步骤，最后一步。中第四次氧化的步骤，最后一步。草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸a-a-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A三羧酸循环的过程三羧酸循环的过程 v TCATCA经四次氧化，二次脱羧，经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰通过一个循环，可以认为乙酰COACOA2CO2CO2 2四、柠檬酸循环的化学计量四、柠檬酸循环的化学计量2 丙酮酸丙酮酸 2 acetyl-CoA 2 NADH 5 2 异柠檬酸异柠檬酸 2-酮戊二酸酮戊二酸 2 NADH 52-酮戊二
17、酸酮戊二酸 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2 NADH 52 2 琥珀酰琥珀酰-CoA 2琥珀酸琥珀酸2 A/GTP 22琥珀酸琥珀酸 2 延胡素酸延胡素酸 2 FADH2 3 2苹果酸苹果酸 2 草酰乙酸草酰乙酸 2 NADH 5 Total 25 ATP底物磷酸化底物磷酸化丙酮酸只有丙酮酸只有4个氢，个氢，但彻底氧化所放出的氢？但彻底氧化所放出的氢？6个个H加水加氢加水加氢+的效率的效率糖酵解糖酵解 2ATP+2NADH+2H+ATP三羧酸循环三羧酸循环 25ATP ATP 储能效率储能效率=32 7.3/686=34.05%其余能量以热量形式：其余能量以热量形式：一部分维持体温，一部分散失。
18、一部分维持体温，一部分散失。总反应式注意：注意：每次循环的每次循环的CO2直接来自草酰乙酸直接来自草酰乙酸而不是乙酰而不是乙酰CoA但净结果是氧化了但净结果是氧化了1分子乙酰分子乙酰CoA补充：柠檬酸循环的回补反应补充：柠檬酸循环的回补反应v三羧酸循环不仅是产生三羧酸循环不仅是产生ATPATP的途径，它的中间产物的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，也是生物合成的前体，-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 天冬氨酸天冬氨酸 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 卟啉环卟啉环l 上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响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
19、断补充才能维持其三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为正常进行，这种补充称为回补反应回补反应(anaplerotic(anaplerotic reaction)reaction)。1、丙酮酸羧化、丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应动物体内的主要回补反应)草酰乙酸或循草酰乙酸或循环中任何一种环中任何一种中间产物不足中间产物不足TCATCA循环循环速度降低速度降低乙酰乙酰-CoA-CoA浓度增加浓度增加 高水平的乙酰高水平的乙酰CoACoA激活激活丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶产生更多的草酰乙酸产生更多的草酰乙酸生物素生物素Mg2+Mg2+在线粒体内进行 2、PEP羧化羧化（
20、在植物、酵母、细菌）（在植物、酵母、细菌）3、苹果酸脱氢、苹果酸脱氢丙酮酸丙酮酸苹果酸苹果酸 4、氨基酸转化、氨基酸转化-酮戊二酸酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸a-a-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰辅酶辅酶A A琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸乙酰辅酶乙酰辅酶A A2CO2CO2 21 1 ATPATP、NADHNADH 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA抑制抑制2 2 ATPATP、NADHNADH抑制抑制 ADPADP、Ca2+Ca2+激活激活3 3 ATPATP、NADHNADH 琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA抑制抑制 AD
21、PADP、Ca2+Ca2+激活激活五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控速率受细胞能量状态、生物速率受细胞能量状态、生物合成需求调节合成需求调节限速酶：限速酶：1.柠檬酸合酶柠檬酸合酶 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA AMP可解除抑制可解除抑制2.异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 变构抑制剂：变构抑制剂：ATP、NADH 变构激活剂变构激活剂：ADP3.酮戊二酸脱氢酶系酮戊二酸脱氢酶系 抑制剂：抑制剂：ATP、NADH、琥珀酰、琥珀酰CoA 激活剂：激活剂：AMP、ADP、Ca2+乙酰CoA的主要来源和去路糖原糖原G三脂酰甘油三脂酰甘油FA、甘油蛋白质蛋白质氨基酸
22、三羧酸循环三羧酸循环胆固醇、胆固醇、FA酮体酮体乙酰乙酰CoA六、柠檬酸循环的生物意义六、柠檬酸循环的生物意义（1）是是好氧生物体好氧生物体内最主要的内最主要的产能途径产能途径！（2）是是脂类、蛋白质脂类、蛋白质彻底分解的共同途径！彻底分解的共同途径！（3）提供合成其他化合物的碳骨架提供合成其他化合物的碳骨架如：如：草酰乙酸草酰乙酸 Asp、Asn -酮戊二酸酮戊二酸 Glu 其他氨基酸其他氨基酸 琥珀酰琥珀酰CoA 血红素血红素两用性两用性异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环三羧酸循环乙酰乙酰CoA-酮戊二酸酮戊二酸
23、琥珀酰琥珀酰CoACoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸亮氨酸亮氨酸赖氨酸赖氨酸色氨酸色氨酸丙氨酸丙氨酸苏氨酸苏氨酸甘氨酸甘氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸半胱氨酸丙酮酸丙酮酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸谷氨酸谷氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸缬氨酸缬氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺柠檬酸循环柠檬酸循环焚烧炉焚烧炉三羧酸循环支路三羧酸循环支路异柠檬酸异柠檬酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸CoASH乙酰乙酰CoA乙乙醛醛酸酸乙酰乙酰CoACoASH 只有一些只有一些植物（特别是油料植物种植物（特别是油料植
24、物种子）和微生物子）和微生物兼具兼具有这样的途径有这样的途径异柠檬酸异柠檬酸 琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸CH2COOHCHCOOHCHCOOHOHCH2COOHCH2COOHCHOCOOH+CHCOOHCH2COOHOHCHOCOOH+CH3COSCoA+CoASH乙醛酸乙醛酸 乙酰乙酰CoA 苹果酸苹果酸 这种途径对于植物和微生物意义重大！这种途径对于植物和微生物意义重大！只保留三羧酸循环中的（只保留三羧酸循环中的（10）脱氢）脱氢（1NADH）产能，只相当于）产能，只相当于2.5个个ATP，意义不在于产能，在于生存意义不在于产能，在于生存。.种子发芽 油料种子在发芽过程中，细胞中出现许多乙醛酸体，油料种子在发芽过程中，细胞中出现许多乙醛酸体，贮藏脂肪首先水解为甘油和脂肪酸，然后脂肪酸在乙醛酸贮藏脂肪首先水解为甘油和脂肪酸，然后脂肪酸在乙醛酸体内氧化分解为乙酰体内氧化分解为乙酰CoA，并通过乙醛酸循环转化为糖，并通过乙醛酸循环转化为糖。糖异生糖异生脂脂代代谢谢原始细菌生存乙酸菌乙酸菌以乙酸为主要食物的细菌以乙酸为主要食物的细菌（物质循环中的重要一环）（物质循环中的重要一环）乙酸乙酸NH3乙醛酸循环乙醛酸循环四碳、四碳、六碳化六碳化合物合物转化转化+ATP+CoASH +H2O+AMP+PPi乙酰乙酰CoA合成酶合成酶
