1、一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 二、柠檬酸循环概述二、柠檬酸循环概述 三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 四、柠檬酸循环的化学总计算四、柠檬酸循环的化学总计算五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控六、柠檬酸循环的双重作用六、柠檬酸循环的双重作用 七、柠檬酸循环的发现历史七、柠檬酸循环的发现历史 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)无氧条件无氧条件 有氧条件有氧条件 无氧条件无氧条件 酵母中发酵酵母中发酵产生乙醇产生乙醇肌肉组织、红细肌肉组织、红细胞、微生物中发胞、微生物中发酵产生乳酸酵产生乳酸 丙
2、酮酸的三个去向丙酮酸的三个去向 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)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 circle，TCA循环循环)Krebs循环循环为什么三羧酸为什么三羧酸循环？循环？Krebs循环？循环？有氧条件下，将糖酵解产生的有氧条件下，将糖酵解产生的丙酮丙酮酸酸氧化脱羧成氧化脱羧成乙酰乙酰CoA，再经一系列，再经一系列氧化和脱羧，最终生成氧化和脱羧，最终生成CO2和和H2O并并产生产生能量能量。柠檬酸循环发现的大事记柠檬酸循环发现的大事记 1911年年-19
3、20年年T.Thunberg 等人证明肌肉组织可氧化柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸等。等人证明肌肉组织可氧化柠檬酸、琥珀酸、延胡索酸和苹果酸等。1935年年Albert Szent Gyorgyi证明证明 4C的二羧酸的二羧酸(琥珀酸、延胡索酸、苹果酸和草酰乙酸等琥珀酸、延胡索酸、苹果酸和草酰乙酸等)能促能促进肌氧耗量；并确立琥珀酸经延胡索酸和苹果酸转变成草酰乙酸。进肌氧耗量；并确立琥珀酸经延胡索酸和苹果酸转变成草酰乙酸。Wagner-Janregy等人证明异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物。等人证明异柠檬酸是柠檬酸的氧化产物。1936年年Green等人在猪心肌中提得苹果酸脱氢酶。等人在猪心肌中提得
4、苹果酸脱氢酶。1937年年Carl Martius和和Franz Knoop 二人证明柠檬酸经顺乌头酸异构化为异柠檬酸，并进一步二人证明柠檬酸经顺乌头酸异构化为异柠檬酸，并进一步氧化成氧化成-酮戊二酸。酮戊二酸。1937年年Hans Krebs证明柠檬酸来自乙酰证明柠檬酸来自乙酰CoA和草酰乙酸的缩合，提出完整的循环途径。和草酰乙酸的缩合，提出完整的循环途径。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 for his discovery of the citric
5、acid cyclefor his discovery of co-enzyme A and its importance for intermediary metabolism克雷布斯克雷布斯Hans Adolf Krebs1900-1981 Fritz Albert Lipmann 1899-1986 柠檬酸循环柠檬酸循环(线粒体基质线粒体基质)糖的有氧氧化（糖的有氧氧化（aerobic oxidation）第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 有氧氧化有氧氧化 葡萄糖葡萄糖 丙
6、酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA 乳酸或乙醇乳酸或乙醇 糖酵解糖酵解(胞液胞液)电子传递链电子传递链氧化磷酸化氧化磷酸化(线粒体内膜线粒体内膜)CO2 H2O+ATP 有氧氧化有氧氧化(aerobic oxidation)分四阶段，第一阶段分四阶段，第一阶段在在胞液胞液(同糖酵解同糖酵解)，后三个阶段在，后三个阶段在线粒体线粒体中进行。中进行。C6H12O6 +6O2 6CO2+6H2O+能量能量 丙酮酸转运到线粒体内丙酮酸转运到线粒体内 丙酮酸丙酮酸 线粒体线粒体 外外 膜膜线粒体线粒体 内内 膜膜H+丙酮酸转运酶丙酮酸转运酶 丙酮酸丙酮酸 CoASH CO2 乙酰乙酰CoA 三羧酸循环三羧酸循环
7、 细胞细胞 胞液胞液 线粒体线粒体 基质基质 CO2 CO2 CoASH 糖酵解糖酵解 一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)丙酮酸被氧化为乙酰辅酶丙酮酸被氧化为乙酰辅酶A和和CO2 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvate dehydrogenase(PDH)complex)E1：丙酮酸脱氢酶：丙酮酸脱氢酶(TPP)E2：二氢硫辛酸乙酰转移酶：二氢硫辛酸乙酰转移酶(硫辛酸硫辛酸)E3：二氢硫辛酸脱氢酶：二氢硫辛酸脱氢酶(NAD,FAD)辅酶辅酶A 泛酸泛酸 -巯基乙醇
8、巯基乙醇 乙酰乙酰CoA 3-磷酸腺苷二磷酸磷酸腺苷二磷酸 活性巯基活性巯基 硫酯硫酯 5个辅酶：个辅酶：硫胺素焦磷酸硫胺素焦磷酸(TPP),FAD,CoA,NAD+,硫辛酸硫辛酸 TPP 氧化脱羧反应氧化脱羧反应 氧化形式氧化形式 还原形式还原形式 乙酰化形式乙酰化形式 E2(二氢硫辛二氢硫辛酸乙酰转移酶酸乙酰转移酶)的多肽链的多肽链 硫辛酸硫辛酸 (lipoate)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)丙酮酸被氧化为乙酰辅酶丙酮酸被氧化为乙酰辅酶A和和CO2 E2：二氢硫辛酸乙酰
9、转移酶二氢硫辛酸乙酰转移酶(硫辛酸硫辛酸)丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体(PDH)E1：丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶(TPP)E3：二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶(NAD,FAD)核心结构核心结构E2(绿色绿色)：60个个分子构成分子构成20个三聚体形成个三聚体形成五角十二面体，硫辛酸五角十二面体，硫辛酸(蓝蓝色色)与与E1活性位点连接，活性位点连接，E3(红色红色)绑定在核心绑定在核心E2活活性位点上。性位点上。一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体
10、膜上。丙酮酸脱氢酶复合物位于线粒体膜上。HSCoANAD+第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 1.丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应 发生在发生在TPP辅基的催化反应辅基的催化反应 硫胺素焦磷酸(TPP)噻唑环 丙酮酸TPP加成化合物 功能是转送乙酰基或其功能是转送乙酰基或其他酰基或氢他酰基或氢 结合与蛋白质上的硫辛酸像结合与蛋白质上的硫辛
11、酸像“摆动壁摆动壁”一样把电子和酰基从一样把电子和酰基从复合体中的一个酶转送到另一个复合体中的一个酶转送到另一个酶。酶。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 1.丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应 羟乙基氧化形成乙酰基羟乙基氧化形成乙酰基 2.乙酰乙酰CoA系列具有很高的酰基转移势能系列具有很高的酰基转移势能 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 水解时释放自由能：硫酯键：31.
12、38 KJ/mol高能磷酸键：30.54 KJ/mol第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 丙酮酸与丙酮酸丙酮酸与丙酮酸脱氢酶（脱氢酶（E1）中的）中的TPP结合，脱羧生结合，脱羧生成羟乙基衍生物。成羟乙基衍生物。丙酮酸脱氢酶复合体同丙酮酸脱氢酶复合体同时也催化该反应，将时也催化该反应，将2个电个电子和乙酰基从子和乙酰基从TPP转移到核转移到核心酶心酶 二氢硫辛酸乙酰转移二氢硫辛酸乙酰转移酶（酶（E2）中的氧化型硫辛）中的氧化型硫辛酰赖氨酰基团上生成还原酰赖氨酰基团上生成还原型硫辛酰
13、的乙酰硫酯。型硫辛酰的乙酰硫酯。二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶E3将将E2中中的的2个氢原子转移给个氢原子转移给E3的辅基的辅基FAD，使，使E2的硫辛酰赖氨酰基团的硫辛酰赖氨酰基团成为氧化型。成为氧化型。转酯反应，转酯反应，CoA的的巯基代替巯基代替E2的巯基生成的巯基生成乙酰乙酰CoA和还原型硫辛和还原型硫辛酰基。酰基。E3中的中的FADH2将将H+转移给转移给NAD+生成生成NADH+H+。砷化物的毒害作用：3-磷酸甘油醛 E2的硫辛酰胺-酮戊二酸脱氢酶 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬
14、酸循环的准备阶段 丙酮酸脱氢酶复合体的调控丙酮酸脱氢酶复合体的调控 分解分解 合成合成 氧化产能氧化产能 胆固醇等胆固醇等 由丙酮酸脱氢酶复合体的活性来调控由丙酮酸脱氢酶复合体的活性来调控！分解分解 氧化产能氧化产能 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)二、柠檬酸循环概述二、柠檬酸循环概述 柠檬酸循环中的酶分柠檬酸循环中的酶分布在线粒体基质。布在线粒体基质。C2 C6 C6 C5 C4 C4 C4 C4 C4 共共 8 步反应步反应2个特征：个特征：碳原子的流向；碳原子的流向；富含能量分子的生成。富含能量分子的生成。乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 异柠
15、檬酸异柠檬酸-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 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 三羧酸循环三羧酸循环 三羧循环酸：三羧循环酸：1个个GTP3个个NADH1个个FADH22个个CO2 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 限速酶限速酶 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)底物水平磷酸化底物水平磷酸化 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸-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 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰
16、乙酸 第一次第一次氧化脱羧氧化脱羧 第二次第二次氧化脱羧氧化脱羧 氧化氧化 氧化氧化 水合水合 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 琥珀酸硫激酶琥珀酸硫激酶 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 延胡索酸酶延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 限速酶限速酶 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)二、柠檬酸循环概述二、柠檬酸循环概述 缩合反应缩合反应 a a 脱水反应脱水反应 b b 加水反应加水反应 氧化脱羧反应氧化脱羧反应 氧化脱羧反应氧化脱羧反应 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 脱氢反应脱氢反
17、应 水化水化反应反应 脱氢脱氢反应反应 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 -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 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 顺乌头酸顺乌头酸 延胡索酸酶延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 限速酶限速酶 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 琥珀酸琥珀酸CoA合成酶合成酶 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)二、柠檬酸循环概述二、柠檬酸循环概述 合酶（合酶（syntha
18、se）：）：催化不需要任何核苷三磷酸（如催化不需要任何核苷三磷酸（如ATP、GTP等）作等）作为能量来源的缩合反应。为能量来源的缩合反应。合成酶（合成酶（synthetase）：）：催化的缩合反应必须使用催化的缩合反应必须使用ATP或其他核苷三磷或其他核苷三磷酸作为合成反应的能量来源。酸作为合成反应的能量来源。连接酶（连接酶（Ligase）：）：催化使用催化使用ATP或其他能量来源，将或其他能量来源，将2个原子连接在一个原子连接在一起的缩合反应。起的缩合反应。裂解酶（裂解酶（lyase）：）：催化断裂过程的酶，这一过程中发生电子冲排。催化断裂过程的酶，这一过程中发生电子冲排。激酶（激酶（kin
19、ase）：）：将核苷三磷酸上的磷酰基转移到一个受体分子的酶。将核苷三磷酸上的磷酰基转移到一个受体分子的酶。磷酸化酶（磷酸化酶（phosphorylase）：）：磷酸化磷酸化 磷酸酶（磷酸酶（phosphatase）：）：去磷酸化去磷酸化第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 1.柠檬酸的形成柠檬酸的形成 1.柠檬酸的形成柠檬酸的形成 乙酰乙酰CoA 与草酰乙酸合成柠檬酸，由柠檬
20、酸合酶催化，消耗乙酰与草酰乙酸合成柠檬酸，由柠檬酸合酶催化，消耗乙酰CoA的高能硫酯键。的高能硫酯键。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 2.柠檬酸异构为异柠檬酸柠檬酸异构为异柠檬酸 2.柠檬酸异构为异柠檬酸柠檬酸异构为异柠檬酸 加水、脱水，加水、脱水，-H和和-OH之间互换。之间互换。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬
21、酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 3.异柠檬酸氧化为异柠檬酸氧化为-酮戊二酸酮戊二酸+CO2 3.异柠檬酸氧化为异柠檬酸氧化为-酮戊二酸酮戊二酸+CO2 氧化脱羧氧化脱羧第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 4.-酮戊二酸氧化成琥珀酰酮戊二
22、酸氧化成琥珀酰CoA+CO2 4.-酮戊二酸氧化成琥珀酰酮戊二酸氧化成琥珀酰CoA+CO2 -酮戊二酸脱氢酶复合体由酮戊二酸脱氢酶复合体由E1、E2、E3组成，有组成，有TPP、硫辛酸、硫辛酸、CoA-SH、FAD和和NAD+五种辅助因子。五种辅助因子。-酮戊二酸氧化产生的能量贮酮戊二酸氧化产生的能量贮存在硫酯键中。存在硫酯键中。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 5.琥珀
23、酰琥珀酰CoA转化为琥珀酰转化为琥珀酰 5.琥珀酰琥珀酰CoA转化为琥珀酰转化为琥珀酰 琥珀酰琥珀酰CoA合成酶催化，水解高能硫酯键释放的能量驱动合成酶催化，水解高能硫酯键释放的能量驱动GDP合合成成GTP（ATP）转化为琥珀酰。）转化为琥珀酰。底物水平磷酸化底物水平磷酸化第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 6.琥珀酸氧化为延胡索酸琥珀酸氧化为延胡索酸 6.琥珀酸氧化为延胡
24、索酸琥珀酸氧化为延胡索酸 琥珀酸脱氢酶催化，琥珀酸脱氢酶催化，FAD作为辅基。作为辅基。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 7.延胡索酸水化形成苹果酸延胡索酸水化形成苹果酸 延胡索酸酶催化，水合作用。延胡索酸酶催化，水合作用。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 8.苹果酸氧化为草酰乙酸苹果酸氧化为草酰乙酸 苹果酸脱氢酶催化，产生苹果酸脱氢酶催化，产生NADH+H+。反应向左，但由于草酰乙酸与乙酰反应向左，但由
25、于草酰乙酸与乙酰CoA不断合成柠檬酸，使反应不断合成柠檬酸，使反应向右进行（不利的反应由一个有力的反应推动而进行下去）。向右进行（不利的反应由一个有力的反应推动而进行下去）。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 缩合反应缩合反应 a a 脱水反应脱水反应 b b 加水反应加水反应 氧化脱羧反应氧化脱羧反应 氧化脱羧反应氧化脱羧反应 底物水平磷酸化底物水平磷酸化 脱氢反应脱氢反应 水化水化反应反应 脱氢脱氢反应反应 乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 异柠檬酸异柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA 琥
26、珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 顺乌头酸顺乌头酸 延胡索酸酶延胡索酸酶 苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 限速酶限速酶 顺乌头酸酶顺乌头酸酶 -酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 琥珀酸琥珀酸CoA合成酶合成酶 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 柠檬酸的异构问题柠檬酸的异构问题 14C标记乙酰标记乙酰CoA进行研究结果，进行研究结果，第一周循环中并无第一周循环中并无14C出现出现CO2
27、，即即CO2的碳原子来自草酰乙酸而的碳原子来自草酰乙酸而不是来自乙酰不是来自乙酰CoA，第二周循环，第二周循环时，才有时，才有14 CO2 出现。出现。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 HS-CoA S-CoA 乙酰乙酰CoA 草酰乙酸草酰乙酸 柠檬酸柠檬酸 CO2 CO2 琥珀酸琥珀酸 异柠檬酸异柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)中间产物的消耗与补充中间产物的消耗与补充 三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸
28、循环的反应机制 作为中间代谢的中心将分作为中间代谢的中心将分解过程中产生的解过程中产生的4碳、碳、5碳作碳作为燃料分子进入此循环。为燃料分子进入此循环。为什么一个简单的为什么一个简单的二碳单位二碳单位(乙酰基乙酰基)氧氧化为化为CO2如此复杂？如此复杂？厌氧细菌中不完整的三羧酸循环产生的生物合成前体厌氧细菌中不完整的三羧酸循环产生的生物合成前体 厌氧微生物厌氧微生物缺乏缺乏-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶，不能进行，不能进行完整的三羧酸循环。完整的三羧酸循环。-酮戊二酸酮戊二酸和和琥珀酰琥珀酰CoA在生物合成途径中可在生物合成途径中可以作为前体。不是能量来源。以作为前体。不是能量来源。生物合成产
29、物：生物合成产物：氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸血红素等血红素等谷氨酸谷氨酸 -酮戊二酸酮戊二酸 天冬氨酸天冬氨酸 草酰乙酸草酰乙酸 NADH 产生产生 消耗消耗 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 TCA中间产物是某些物中间产物是某些物质的合成原料（前体）质的合成原料（前体）第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 厌氧细菌中不完整的厌氧细菌中不完整的TCA 三羧酸循环的基本特点三羧酸循环的基本特点 1、量上来说，循环
30、中一个、量上来说，循环中一个2C化合物被氧化成化合物被氧化成CO2，但实际上这，但实际上这2C化合物不是来自加入的乙酰化合物不是来自加入的乙酰CoA，而来自草酰乙酸。，而来自草酰乙酸。2、中间代谢物，包括草酰乙酸在内，在循环中起催化剂作用，本身、中间代谢物，包括草酰乙酸在内，在循环中起催化剂作用，本身并无量的变化。并无量的变化。3、循环中草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。、循环中草酰乙酸主要来自丙酮酸的直接羧化。4、氨基酸代谢时生成的、氨基酸代谢时生成的-酮戊二酸、琥珀酸和延胡索酸等二羧酸类酮戊二酸、琥珀酸和延胡索酸等二羧酸类不能直接经循环氧化，须经不能直接经循环氧化，须经草酰乙酸、磷酸稀醇型
31、丙酮酸转变成草酰乙酸、磷酸稀醇型丙酮酸转变成丙酮酸，再以乙酰丙酮酸，再以乙酰CoA进入循环彻底氧化。进入循环彻底氧化。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制 乙酰乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+3H+FADH2+GTP+CoA-SH TCA的生理意义的生理意义w 糖的有氧代谢是生物机体获得能量的主要途径；糖的有氧代谢是生物机体获得能量的主要途径；w 三羧酸循环是有机物质完全氧化的共同途径；三羧酸循环是有机物质完全氧化的共同途径；w 三羧酸循环是分解代谢和合成代谢途
32、径的枢纽；三羧酸循环是分解代谢和合成代谢途径的枢纽；w 三羧酸循环产生的三羧酸循环产生的CO2，其中一部分排出体外，其余部分供机体生物合成需要。其中一部分排出体外，其余部分供机体生物合成需要。柠檬酸循环总反应式柠檬酸循环总反应式 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)四、柠檬酸循环的化学总计算四、柠檬酸循环的化学总计算 三羧循环酸：三羧循环酸：1个个GTP 3个个NADH 1个个FADH2 2个个CO2Pyruvate Glucose 2 Pyruvate 糖酵解：糖酵解：2个个ATP 2个个NADH 氧化磷酸化：氧化磷酸化：1 NADH 2.5 AT
33、P 1 FADH2 1.5 ATP 氧化脱羧：氧化脱羧：1个个NADH 1个个CO2 葡萄糖完全氧化：葡萄糖完全氧化：生成生成6 分子分子CO2三羧酸循环中氧化反应所释放的能量被有效地贮存起来三羧酸循环中氧化反应所释放的能量被有效地贮存起来 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)四、柠檬酸循环的化学总计算四、柠檬酸循环的化学总计算 化学反应化学反应ATP或还原辅酶或还原辅酶ATP数数1 葡萄糖葡萄糖 葡糖葡糖-6-磷酸磷酸-1 ATP-11 果糖果糖-6-磷酸磷酸 果糖果糖-1,6-二磷酸二磷酸-1 ATP-12 甘油醛甘油醛-3-磷酸磷酸 甘油酸甘油
34、酸-1,3-二磷酸二磷酸2 NADH3或或52 甘油酸甘油酸-1,3-二磷酸二磷酸 甘油酸甘油酸-3-二磷酸二磷酸2 ATP22 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸2 ATP22 丙酮酸丙酮酸 乙酰辅酶乙酰辅酶A2 NADH52 异柠檬酸异柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸2 NADH52 -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A2 NADH52 琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A 琥珀酸琥珀酸2 ATP22 琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸2 FADH232 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸2 NADH5总计总计30或或32葡萄糖经糖酵解、丙酮酸脱氢反应、葡萄糖经糖酵解、丙酮酸脱氢反应、TCA、氧化磷
35、酸化产生的、氧化磷酸化产生的ATP数量数量第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)四、柠檬酸循环的化学总计算四、柠檬酸循环的化学总计算 1分子葡萄糖完全氧化分解代谢产生的能量分子葡萄糖完全氧化分解代谢产生的能量 糖酵解糖酵解葡萄糖葡萄糖 2 丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA 乙酰乙酰CoA CO2ATP(GTP)NADH FADH2 2 2 12 12 32 12 合计合计 4102三羧酸循环三羧酸循环丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧4 ATP+(10 2.5)ATP+(2 1.5)ATP=32 ATP 32 ATP 30.5 kJ/mol =97
36、6 kJ/mol 能量被贮存能量被贮存无氧分解无氧分解有氧分解有氧分解理论上葡萄糖完全氧化释放能量：理论上葡萄糖完全氧化释放能量：976/2840=34%被贮存被贮存 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)四、柠檬酸循环的化学总计算四、柠檬酸循环的化学总计算 合计合计20 5 7 32 1、三个关键酶：、三个关键酶：柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶（限速酶）异柠檬酸脱氢酶（限速酶）-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 2、NADH/NAD+和和ATP/ADP比率的调节作用比率的调节作用 ADP与与NAD+浓度浓度 ：使三羧酸循环：使三羧酸循环 ATP
37、与与NADH浓度浓度 ：使三羧酸循环使三羧酸循环 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控 底物和产物对三羧酸循环的调节底物和产物对三羧酸循环的调节 三羧酸循环中最主要的调控物质是底物三羧酸循环中最主要的调控物质是底物乙酰乙酰CoA和草酰乙酸。和草酰乙酸。乙酰乙酰CoA和草酰乙酸在线粒体中的浓度未达到使和草酰乙酸在线粒体中的浓度未达到使柠檬酸合酶饱和柠檬酸合酶饱和的水的水平时，随底物浓度的增加而加快反应速度。平时，随底物浓度的增加而加快反应速度。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid C
38、ycle)五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控 Ca2+对三羧酸循环的调节对三羧酸循环的调节 Ca2+激活激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶丙酮酸脱氢酶磷酸酶，激活丙酮酸脱氢酶复合物，产生乙，激活丙酮酸脱氢酶复合物，产生乙酰酰CoA；Ca2+还激活与还激活与异柠檬酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶和-酮戊二酸脱氢酶脱氢酶磷酸酶酮戊二酸脱氢酶脱氢酶磷酸酶。因此，因此，Ca2+不仅是刺激肌肉收缩的信号，也促进不仅是刺激肌肉收缩的信号，也促进ATP的生成。的生成。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 -酮戊二酸脱
39、氢酶酮戊二酸脱氢酶 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 限速酶限速酶 丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体催化的丙酮酸脱氢酶复合体催化的乙酰乙酰CoA的产生通过的产生通过别构别构和和共价共价机制被调节；机制被调节；三羧酸循环在三羧酸循环在3个放能反应个放能反应步骤受调节。步骤受调节。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控 糖有氧氧化的调节是基于能量的需求糖有氧氧化的调节是基于能量的需求 关关键键酶酶 酵解途径：酵解途径：己糖激酶己糖激酶 丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸的氧化脱羧：丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢
40、酶复合体 三羧酸循环：三羧酸循环：柠檬酸合酶柠檬酸合酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1-酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要，有氧氧化过程中有氧氧化的调节是为了适应机体或器官对能量的需要，有氧氧化过程中酶的活性都受细胞内酶的活性都受细胞内ATP/ADP或或ATP/AMP比例的影响。比例的影响。ATP/ADP或或ATP/AMP比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。比值升高抑制有氧氧化，降低则促进有氧氧化。ATP/AMP效果更显著。效果更显著。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citr
41、ic Acid Cycle)五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控 柠檬酸柠檬酸 -酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA 延胡索酸延胡索酸 苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 两用性两用性或或双重性双重性琥珀酸琥珀酸 异柠檬酸异柠檬酸 柠檬酸循环的柠檬酸循环的两栖途径两栖途径 Asp氨基酸、尿素、氨基酸、尿素、嘧啶、核苷酸嘧啶、核苷酸碳水化合物碳水化合物 CO2丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA氨基酸氨基酸核苷酸核苷酸 Glu某些氨基酸某些氨基酸Ile、Met、Val 奇数脂肪酸奇数脂肪酸 卟啉卟啉 胆固醇胆固醇脂肪酸脂肪酸氨基酸氨基酸Tyr、Phe、Asp 脂肪酸脂肪酸酮体酮体六、柠檬酸循环的双重作用
42、六、柠檬酸循环的双重作用 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)葡萄糖葡萄糖 添补反应补充三羧酸循环中间物添补反应补充三羧酸循环中间物 三羧酸循环在合成代谢中的作用三羧酸循环在合成代谢中的作用 红色显示红色显示4个添补反应，个添补反应，用以补充消耗的循环中间物。用以补充消耗的循环中间物。在正常环境条件下，循环中间物被在正常环境条件下，循环中间物被移出到其他途径的化学反应与那些移出到其他途径的化学反应与那些补充这些中间物的化学反应处于一补充这些中间物的化学反应处于一种动态平衡，因此，三羧酸循环中种动态平衡，因此，三羧酸循环中间物的浓度几乎保持恒定。间物的
43、浓度几乎保持恒定。卟啉卟啉血红素血红素 嘌呤嘌呤 嘧啶嘧啶 PEP脱羧酶脱羧酶 苹果苹果酸酶酸酶 PEP羧激酶羧激酶 丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶 哺乳动物肝肾中最重要的添补反应：哺乳动物肝肾中最重要的添补反应：丙酮酸丙酮酸 +CO2 草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)六、柠檬酸循环的双重作用六、柠檬酸循环的双重作用 三羧酸循环小结三羧酸循环小结 1.TCA循环是糖、脂肪和蛋白质等物质分解代谢的共同途径。氧化产生循环是糖、脂肪和蛋白质等物质分解代谢的共同途径。氧化产生的能量暂存在电子载体的能量暂存在电子载体 NA
44、DH和和FADH2。在氧化磷酸化过程中，电子。在氧化磷酸化过程中，电子传递给氧，能量转移给传递给氧，能量转移给ATP。2.TCA循环，真核生物发生在线粒体，原核生物发生在细胞质。循环，真核生物发生在线粒体，原核生物发生在细胞质。3.经经TCA氧化一个乙酰氧化一个乙酰CoA，获得的能量物质有三分子，获得的能量物质有三分子NADH、一分子、一分子FADH2和一分子和一分子ATP/GTP。4.除了乙酰除了乙酰CoA，所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳中间化合物，所有能产生三羧酸循环的四碳或五碳中间化合物(如氨如氨基酸代谢产物基酸代谢产物)都能在这个循环中被氧化。都能在这个循环中被氧化。5.TCA循环具
45、有两重性，既与分解代谢有关，也与合成代谢有关。循环循环具有两重性，既与分解代谢有关，也与合成代谢有关。循环中间物可以用作生物合成的原料。中间物可以用作生物合成的原料。6.TCA循环中的中间产物被消耗，可以通过回补反应进行补充。循环中的中间产物被消耗，可以通过回补反应进行补充。第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)1）有氧氧化）有氧氧化 A、糖酵解（胞液）、糖酵解（胞液）B、丙酮酸氧化脱羧（线粒体膜）、丙酮酸氧化脱羧（线粒体膜）C、柠檬酸循环（线粒体基质）、柠檬酸循环（线粒体基质）D、氧化磷酸化（线粒体内膜）、氧化磷酸化（线粒体内膜）2）磷酸戊糖途径（胞
46、液）磷酸戊糖途径（胞液）3）糖转化为脂肪、蛋白质）糖转化为脂肪、蛋白质4）输出血糖）输出血糖5）合成糖原（肝糖原、肌糖原）合成糖原（肝糖原、肌糖原）肝脏中糖的去路肝脏中糖的去路 第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)三羧酸循环小结三羧酸循环小结 1.在在TCA循环中，循环中，阶段发生了底物水平磷酸化？阶段发生了底物水平磷酸化？A、柠檬酸、柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸 B、琥珀酰、琥珀酰CoA 琥珀酸琥珀酸 C、琥珀酸、琥珀酸延胡索酸延胡索酸 D、延胡索酸、延胡索酸苹果酸苹果酸2.在三羧酸循环中，由在三羧酸循环中，由-酮戊二酸脱氢酶系所催化的反应需要酮戊二酸
47、脱氢酶系所催化的反应需要 。A、NAD+B、NADP+C、CoASH D、ATP3.丙酮酸脱氢酶系需要几种酶和辅酶？丙酮酸脱氢酶系需要几种酶和辅酶？4.三羧酸循环中的关键酶都有哪些？三羧酸循环中的关键酶都有哪些？第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)习题习题 1.乙酰乙酰CoA进入柠檬酸循环释放进入柠檬酸循环释放2分子分子CO2，是否是乙酰基的两个碳，是否是乙酰基的两个碳原子氧化产物？原子氧化产物？2.柠檬酸循环中哪几步反应生成柠檬酸循环中哪几步反应生成NADH？哪几步反应生成？哪几步反应生成FADH2？3.柠檬酸循环哪步反应是循环中唯一一步底物水平磷
48、酸化反应？柠檬酸循环哪步反应是循环中唯一一步底物水平磷酸化反应？4.丙二酸是柠檬酸循环中哪个酶的竞争性抑制剂？（琥珀酸脱氢酶，丙二酸是柠檬酸循环中哪个酶的竞争性抑制剂？（琥珀酸脱氢酶，丙二酸和琥珀酸结构类似）丙二酸和琥珀酸结构类似）5.尽管尽管O2没有直接参与柠檬酸循环，但没有氧的存在，柠檬酸循环就没有直接参与柠檬酸循环，但没有氧的存在，柠檬酸循环就不能进行，为什么？（或：尽管不能进行，为什么？（或：尽管O2没有直接参与柠檬酸循环，为什没有直接参与柠檬酸循环，为什么称柠檬酸循环是有氧代谢？）么称柠檬酸循环是有氧代谢？）第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycl
49、e)习题习题 1.糖酵解生成的丙酮酸在人体有氧条件下进一步转变成糖酵解生成的丙酮酸在人体有氧条件下进一步转变成_。A.乙醇乙醇 B.乙酰乙酰CoA C.脂酰脂酰CoA D.乳酸乳酸2.糖酵解过程中的限速酶是糖酵解过程中的限速酶是_。A.烯醇化酶烯醇化酶 B.磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶 C.醛缩酶醛缩酶 D.3-磷酸甘油醛脱氢酶磷酸甘油醛脱氢酶3.三羧酸循环的第一步反应产物是三羧酸循环的第一步反应产物是 。A.柠檬酸柠檬酸 B.草酰乙酸草酰乙酸 C.乙酰辅酶乙酰辅酶A D.CO24.丙酮酸脱氢酶系催化底物脱下的氢，最终是交给丙酮酸脱氢酶系催化底物脱下的氢，最终是交给FAD生成生成FADH2。5.底
50、物水平磷酸化是指底物水平磷酸化是指 。A.ATP水解为水解为ADP和和Pi；B.底物经分子重排后形成高能磷酸键水解后使底物经分子重排后形成高能磷酸键水解后使ADP磷酸化为磷酸化为ATP分子；分子；C.呼吸链上呼吸链上H+传递过程中释放能量使传递过程中释放能量使ADP磷酸化为磷酸化为ATP分子；分子；D.使底物分子加上一个磷酸根使底物分子加上一个磷酸根.第第23章章 柠檬酸循环柠檬酸循环(The Citric Acid Cycle)习题习题 6.1分子丙酮酸完全氧化分解产生分子丙酮酸完全氧化分解产生 3 CO2 和和 ATP分子。分子。7.在细胞胞液中进行的代谢是在细胞胞液中进行的代谢是 .A
