1、Chapter12 柠檬酸循环柠檬酸循环(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 形成乙酰形成乙酰CoACoA二、柠檬酸循环概貌二、柠檬酸循环概貌三、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结算四、柠檬酸循环的化学总结算五、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丙酮酸的有氧氧化及丙酮酸的有氧氧化及葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解（EPM）葡萄糖葡萄糖COOHC=OCH3丙酮酸丙酮酸CH3-C-SCoAO乙酰乙酰CoACoA三羧酸三羧酸循环循环 NAD+NAD
2、H+H+CO2CoASH 葡萄糖的有氧分解葡萄糖的有氧分解 丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系概念概念有氧氧化是指体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分有氧氧化是指体内组织在有氧条件下，葡萄糖彻底氧化分解生成解生成COCO2 2和和H H2 2O O的过程。的过程。有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数细胞都通过它获有氧氧化是糖氧化的主要方式，绝大多数细胞都通过它获得能量。肌肉等进行糖酵解生成的乳酸，最终仍需在有氧得能量。肌肉等进行糖酵解生成的乳酸，最终仍需在有氧时彻底氧化成水和二氧化碳。从能量产生看，糖有氧代谢时彻底氧化成水和二氧化碳。从能量产生看，糖有氧代谢合成的合成的ATPATP是糖酵解的是糖酵
3、解的18-1918-19倍，它无疑是长时间大强度运倍，它无疑是长时间大强度运动的重要能量来源。动的重要能量来源。C C6 6H H1212O O6 6+6O O2 2 6 COCO2 2+6 H H2 2O O +30/32 ATP细胞呼吸可以分为三个阶段细胞呼吸可以分为三个阶段 阶段阶段 I 所有的能量分子都被氧化，形成共同的二碳单元,乙酰辅酶A 阶段阶段 II 乙酰辅酶A完全氧化成CO2,伴随着由NAD 和 FAD 通过一个环形途径收集电子的过程(这个过程被成为柠檬酸循环或者三羧酸循环).阶段阶段 III NADH和FADH2的电子通过一系列载体转移给O2，生成H2O和H+梯度，这将促进A
4、TP的形成。葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoACOCO2 2+H+H2 2O+ATPO+ATP三羧酸循环三羧酸循环糖的有氧氧化糖的有氧氧化乳酸乳酸糖酵解糖酵解线粒体内线粒体内Mitochondria胞浆胞浆Cytosol 糖有氧氧化概况糖有氧氧化概况(线粒体膜线粒体膜)糖有氧氧化的部分过程糖有氧氧化的部分过程：从丙酮酸到：从丙酮酸到TCA第一阶段：第一阶段：丙酮酸氧化脱羧生成乙酰丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoACoA（线粒体）（线粒体）包括：丙酮酸的转运包括：丙酮酸的转运（从胞浆到线粒体）（从胞浆到线粒体）第二阶段：第二阶段：乙酰乙酰CoACoA进入三羧酸循环彻底氧化进入三羧
5、酸循环彻底氧化 （线粒体）（线粒体）二个阶段二个阶段一、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形成乙酰形成乙酰CoA CoA 1.1.丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧乙酰乙酰CoACoA的生成的生成 基本反应：基本反应：糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线糖酵解生成的丙酮酸可穿过线粒体膜进入线粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧，粒体内室。在丙酮酸脱氢酶系的催化下氧化脱羧，生成乙酰辅酶生成乙酰辅酶A A。丙酮酸首先通过线粒体内膜上的运载体转移到线粒体中。丙酮酸首先通过线粒体内膜上的运载体转移到线粒体中。丙酮酸丙酮酸通过通过氧化脱羧氧化脱羧被转化为乙酰被转化为乙酰-
6、CoA和和CO2的的.丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系三种酶三种酶五种辅助因子五种辅助因子E1-E1-丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶）丙酮酸脱羧酶（也叫丙酮酸脱氢酶）E2-E2-二氢硫辛酸乙酰基转移酶二氢硫辛酸乙酰基转移酶E3-E3-二氢硫辛酰胺脱氢酶。二氢硫辛酰胺脱氢酶。焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TPP)TPP)、硫辛酸、硫辛酸、COASHCOASH、FADFAD、NAD+NAD+丙酮酸脱氢酶系催化酶：丙酮酸脱氢酶系催化酶：这一多酶复合体位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞这一多酶复合体位于线粒体内膜上，原核细胞则在胞液中。由丙酮酸脱氢酶，二氢硫辛酰胺转乙酰酶和二氢硫液中。由丙酮酸脱氢酶，二氢硫辛
7、酰胺转乙酰酶和二氢硫辛酰脱氢酸三种酶按一定比例组合成多酶复合体。辛酰脱氢酸三种酶按一定比例组合成多酶复合体。丙酮酸脱氢酶复合体的组成丙酮酸脱氢酶复合体的组成组分组分缩写缩写肽链数肽链数辅基辅基催化的反应催化的反应丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶组分组分E E1 12424TPPTPP丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰转二氢硫辛酰转乙酰基酶乙酰基酶E E2 22424硫辛酰胺硫辛酰胺将乙酰基转移到将乙酰基转移到CoACoA二氢硫辛酸脱二氢硫辛酸脱氢酶氢酶E E3 31212FADFAD将还原型硫辛酰胺将还原型硫辛酰胺转变为氧化型转变为氧化型羟乙基羟乙基TPPTPP丙酮酸转变为乙酰丙酮酸转变为乙酰Co
8、ACoA的反应步骤（一）的反应步骤（一）E1 丙酮酸丙酮酸 TPP TPP 丙酮酸丙酮酸TPPTPP加成化合物加成化合物丙酮酸丙酮酸TPPTPP加成化合物加成化合物 羟乙基羟乙基-TPP-TPP共振形式共振形式TPPTPP噻唑环上的噻唑环上的N N与与S S之间活泼的碳原子可释放出之间活泼的碳原子可释放出H H，而成为碳离子，而成为碳离子，与丙酮酸的羰基作用，产生与丙酮酸的羰基作用，产生COCO2 2，同时形成羟乙基，同时形成羟乙基-TPP-TPPE E2 2的硫辛酰胺辅基的硫辛酰胺辅基羟乙基羟乙基-TPPTPP乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 TPP-ETPP-E1 1E2乙酰基转移到乙酰基
9、转移到CoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoA（二）（二）由二氢硫辛酰胺转乙酰酶催化使羟乙基由二氢硫辛酰胺转乙酰酶催化使羟乙基-TPP-TPP上的羟乙基被上的羟乙基被氧化成乙酰基，同时转移给硫辛酰胺，形成乙酰硫辛酰胺。氧化成乙酰基，同时转移给硫辛酰胺，形成乙酰硫辛酰胺。乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA CoA 二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺转乙酰酶还催化乙酰硫辛酰胺上的乙基转移二氢硫辛酰胺转乙酰酶还催化乙酰硫辛酰胺上的乙基转移给辅酶给辅酶A A生成乙酰辅酶生成乙酰辅酶A A后，离开酶复合体，同时氧化过程后，离开酶复合体，同时氧化过程中的中的2 2个电子使硫辛酰胺上的二硫键
10、还原为个电子使硫辛酰胺上的二硫键还原为2 2个巯基。个巯基。硫辛酸硫辛酸砷化物对硫辛酰胺的抑制作用砷化物对硫辛酰胺的抑制作用 甘油醛甘油醛-3-3-磷酸氧化成磷酸氧化成1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸脱氢酶脱氢酶 砷酸盐是磷酸的类似物，可以代替磷酸结合到甘油砷酸盐是磷酸的类似物，可以代替磷酸结合到甘油酸的酸的1 1位，并很快水解，使得不能形成位，并很快水解，使得不能形成1,3-1,3-二磷酸甘油酸，二磷酸甘油酸，不能产生不能产生ATPATP，导致解偶联。，导致解偶联。甘油醛甘油醛-3-3-磷酸磷酸 1,3-1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸糖酵解中唯一的糖酵
11、解中唯一的脱氢反应脱氢反应还原型还原型E2E2被氧化反应（三）被氧化反应（三）氧化型氧化型E E3 3 还原型还原型E E2 2 还原型还原型E E3 3 氧化型氧化型E E2 2 还原型还原型E E3 3 氧化型氧化型E3 E3 氧化型氧化型E E3 3E3其作用机制是：其作用机制是：二氢硫辛酰胺脱氢酶使还原的二氢硫辛酰胺脱氢重新生成二氢硫辛酰胺脱氢酶使还原的二氢硫辛酰胺脱氢重新生成硫辛酰胺，以进行下一轮反应。同时将氢传递给硫辛酰胺，以进行下一轮反应。同时将氢传递给FADFAD，生成，生成FADH2FADH2。在二氢。在二氢硫辛酰胺脱氢酶催化下，将硫辛酰胺脱氢酶催化下，将FADH2FADH2
12、上的上的H H转移给转移给NADNAD，形成，形成NADHNADH和和H H。丙酮酸脱氢酶复合体结构丙酮酸脱氢酶复合体结构丙酮酸脱氢酶复合体由丙酮酸脱氢酶复合体由6060条肽链组成，总分子量为条肽链组成，总分子量为50,00kD50,00kD，直径约，直径约30nm30nm，在电子显微镜下可以看到。，在电子显微镜下可以看到。E2E2是是复合体的核心，复合体的核心，E1E1及及E3E3结合在结合在E2E2的外面。的外面。E2E2有一个由赖有一个由赖氨酸残基与硫辛酰胺相连的长链，这个长臂伸长后可达氨酸残基与硫辛酰胺相连的长链，这个长臂伸长后可达1.4nm1.4nm，它具有极大的转动灵活性，可将底物
13、从一个酶转，它具有极大的转动灵活性，可将底物从一个酶转送到另一个酶。送到另一个酶。硫辛酰赖氨酰臂硫辛酰赖氨酰臂丙酮酸转化成乙酰辅酶丙酮酸转化成乙酰辅酶A丙酮酸脱氢酶复合体的调控丙酮酸脱氢酶复合体的调控 丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳动物体内丙酮酸脱氢酶复合体催化的这个反应是哺乳动物体内使丙酮酸转变为乙酰使丙酮酸转变为乙酰CoACoA的唯一途径。的唯一途径。乙酰乙酰CoACoA既是柠檬酸既是柠檬酸循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。循环的入口，又是脂类生物合成的起始物质。1 1产物控制产物控制 产物产物NADHNADH抑制抑制E E3 3，乙酰，乙酰CoACoA抑制抑制E E2 2。
14、如果。如果NADHNADH和乙酰和乙酰CoACoA处于高浓处于高浓度，则度，则E2E2处于与乙酰基结合的形式，不再接受羟乙基基团，处于与乙酰基结合的形式，不再接受羟乙基基团，E1E1上的上的TPPTPP停留在结合状态，抑制丙酮酸脱羧停留在结合状态，抑制丙酮酸脱羧。2 2磷酸化和去磷酸化的调控磷酸化和去磷酸化的调控 E E2 2分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激酶，另一种称为磷酸酶，分子上结合着两种特殊的酶，一种称为激酶，另一种称为磷酸酶，它们分别使它们分别使E E1 1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是E E1 1的活性形式。的活性形式。CaCa2+2+通过激活
15、磷酸酶的作用，也能使通过激活磷酸酶的作用，也能使E E1 1活化。活化。柠檬酸循环柠檬酸循环 柠檬酸循环也叫三羧酸循环柠檬酸循环也叫三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)，又叫做又叫做TCA循环循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸，它含有三个羧基，故此得名。因为德国科学家它含有三个羧基，故此得名。因为德国科学家Hans Krebs在阐明柠檬酸循环中作出了突出贡献，又将此途径在阐明柠檬酸循环中作出了突出贡献，又将此途径称为称为Krebs循环。循环。乙酰辅酶乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成六碳三羧酸即柠檬酸，经与草酰乙酸缩合成六碳三羧酸即柠檬酸
16、，经过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以过一系列代谢反应，乙酰基被彻底氧化，草酰乙酸得以再生的过程称为再生的过程称为三羧酸循环三羧酸循环。OCH3-C-SCoACoASHNADH+CO2FADH2H2ONADH+CO2NADHGTP三羧酸循环三羧酸循环 （TCA）草酰乙酸草酰乙酸 再生阶段再生阶段 柠檬酸的柠檬酸的生成阶段生成阶段 氧化脱氧化脱 羧阶段羧阶段柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸 酮戊二酸酮戊二酸琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoACoA延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸NAD+NAD+FADNAD+TCA第一阶段：柠檬酸生成第一阶段：柠檬酸生成H2O草酰
17、乙酸草酰乙酸 OCH3-C-SCoACoASHH2O柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶顺乌头酸酶顺乌头酸酶草酰乙酸与乙酰草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合形成柠檬酸缩合形成柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoACoA 柠檬酰柠檬酰CoACoA 柠檬酸柠檬酸 CoA 柠檬酸合酶柠檬酸合酶1 11 1221 12Step 1.乙酰乙酰CoACoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸与草酰乙酸缩合成柠檬酸柠檬酸的形成：柠檬酸的形成：乙酰辅酶与草酰乙酸缩合成柠檬酸。乙酰辅酶与草酰乙酸缩合成柠檬酸。反应反应由柠檬酸合酶催化，此酶是一个调控酶。由柠檬酸合酶催化，此酶是一个调控酶。草酰乙酸先与酶结草酰乙酸先与酶结合，导致酶的结构发生
18、变化，暴露出与乙酰辅酶的结合部合，导致酶的结构发生变化，暴露出与乙酰辅酶的结合部位，位，属于属于“诱导契合诱导契合”模型。模型。反应的能量由乙酰反应的能量由乙酰CoACoA的高能硫酯键提供，所以使反应不的高能硫酯键提供，所以使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬酰CoACoA，然后水解。，然后水解。这步反应由这步反应由 C4 C6 1.化学反应过程化学反应过程 Step 1 柠檬酸（柠檬酸（6C）是由乙酰辅酶）是由乙酰辅酶A（2C）和草酰乙酸）和草酰乙酸（4C）通过通过柠檬酸合酶催化不可逆缩合柠檬酸合酶催化不可逆缩合 形成形成。Step 柠檬酸异构化
19、形成异柠檬酸柠檬酸异构化形成异柠檬酸 柠檬酸柠檬酸 顺顺-乌头酸乌头酸 异柠檬酸异柠檬酸乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶2 22 22 21 11 11 1异柠檬酸的形成：异柠檬酸的形成：柠檬酸由顺乌头酸酶催化，脱水，然后加水，柠檬酸由顺乌头酸酶催化，脱水，然后加水，从而改变分子内从而改变分子内OHOH和和H H的位置，使原来在的位置，使原来在C3C3上的羟基转到上的羟基转到C2C2上，上，生成异柠檬酸。催化这两步反应是同一酶，其中间产物为顺乌头生成异柠檬酸。催化这两步反应是同一酶，其中间产物为顺乌头酸与酶结合在一起以复合物形式存在。酸与酶结合在一起以复合物形式存在。Step 2 柠檬酸通过一
20、个脱水步骤和一个水合步骤异构化形成异柠檬酸;cis-aconitate(顺乌顺乌头酸头酸)是这个转变过程中的中间体是这个转变过程中的中间体,因此催化这一步的酶被成为 aconitase（乌头酸酶）（乌头酸酶）.TCA第二阶段：氧化脱羧（第二阶段：氧化脱羧（C6C4）CO2GDPPiGTPNAD+NADH+H+NAD+NADH+H+CoASH异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶CO2 酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶脱氢酶琥珀酸琥珀酸硫激酶硫激酶异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 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1 12 21 12 2Step 3
21、 这阶段放出了这阶段放出了1 1分子分子CO2，由，由 C6 C5 ；产生；产生1 1分子分子NADHStep 3.异柠檬酸氧化脱羧异柠檬酸氧化脱羧 异柠檬酸氧化脱羧生成异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸酮戊二酸：异柠檬酸在异柠檬：异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶作用下反应中间物是草酰琥珀酸，它是一个不稳酸脱氢酶作用下反应中间物是草酰琥珀酸，它是一个不稳定的定的-酮酸酮酸，当与酶结合则脱羧形成，当与酶结合则脱羧形成-酮戊二酸，脱下酮戊二酸，脱下的氢由的氢由NADNAD接受，生成接受，生成NADHNADH和和H H。异柠檬酸脱氢酶是三。异柠檬酸脱氢酶是三羧酶循环中羧酶循环中第二个调节酶。第二个调节酶。Ste
22、p 3 异柠檬酸首先被氧化，然后脱羧形成异柠檬酸首先被氧化，然后脱羧形成 a-ketoglutarate(-酮戊二酸酮戊二酸););两个电子被两个电子被 NAD+收集收集;这个这个反应反应由由异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶催化脱氢酶催化.第一个氧化步骤第一个氧化步骤异柠檬酸异柠檬酸通过氧化脱羧过程转变成通过氧化脱羧过程转变成 -酮戊二酸，生成酮戊二酸，生成NADH 和和 CO2.Step 44酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoACoA 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体 1 11 12 22 2这阶段又放出了这阶段又放出了1 1分
23、子分子CO2CO2，由，由 C5 C4 C5 C4；又产生；又产生1 1分子分子NADHNADH；形成；形成1 1个高能硫酯键。个高能硫酯键。-酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅A：这是三羧酸循环中第二个氧化脱羧反应第二个氧化脱羧反应，是由-酮戊二酸脱氢酶系所催化的。此脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似，由三个酶即-酮戊二酸脱氢酶，琥珀酰转移酶和二氢硫辛酰脱氢酶组成。也需要TPP，硫辛酸，辅酶A，FAD和NAD，Mg2+6种辅助因子。Step 4 -酮戊二酸进行另一个氧化脱羧循环;先脱羧，再氧化生成 succinyl-CoA(琥珀酰辅酶A);这个反应 由a-ketoglutarate dehydrogen
24、ase complex（-酮戊二酸脱氢酶系所催化）;此反应和脱氢酶系与丙酮酸脱氢酶系相似(有相同的 E1 和E2,同样的 E3).-酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮 酸氧化脱羧相同，组成类似：酸氧化脱羧相同，组成类似：含三个酶及六个辅助因子含三个酶及六个辅助因子-酮戊二酸脱羧酶、酮戊二酸脱羧酶、二氢硫辛酸转琥珀酰基酶、二氢硫辛酸转琥珀酰基酶、二氢硫辛酸还原酶二氢硫辛酸还原酶辅酶辅酶A A、FADFAD、NADNAD+、镁离子、硫辛酸、镁离子、硫辛酸、TPPTPP三个酶三个酶:六个辅助因子：六个辅助因子：TPP lipoate FAD(E1,E2,E3)第二个氧化
25、步骤第二个氧化步骤 Step 5 琥珀酰琥珀酰CoACoA转化成琥珀酸转化成琥珀酸 烯醇化酶烯醇化酶 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶1 11 12 22 2琥珀酰琥珀酰CoACoA转化成琥珀酸，并产生转化成琥珀酸，并产生GTPGTP：这是三羧酸循环中唯一这是三羧酸循环中唯一底物水底物水平磷酸化平磷酸化直接产生高能磷酸键的步骤。琥珀酰直接产生高能磷酸键的步骤。琥珀酰CoACoA与磷酸生成磷酸化琥与磷酸生成磷酸化琥珀酰化合物，在琥珀酰珀酰化合物，在琥珀酰CoACoA合成酶的作用下生成琥珀酸，同时使二磷酸合成酶的作用下生成琥珀酸，同时使二磷酸鸟苷磷酸化成三磷酸
26、鸟苷。鸟苷磷酸化成三磷酸鸟苷。Step 5 琥珀酰-CoA 水解成 succinate(琥珀酸);由GDP 或 ADP通过底物水平磷酸化形成GTP 或 ATP的过程中获得自由能的过程中获得自由能.TCA第三阶段：草酰乙酸再生第三阶段：草酰乙酸再生这阶段需要经历三步反应这阶段需要经历三步反应 脱氢、加水、脱氢脱氢、加水、脱氢.这一阶段的反应为这一阶段的反应为C4C4的变化；产生的变化；产生1 1分子分子FADH2FADH2、1 1分子分子NADHNADH。FAD FADH2H2ONAD+NADH+H+草酰乙酸草酰乙酸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苹果酸脱氢酶脱氢酶Step 6
27、 琥珀酸脱氢形成延胡索酸琥珀酸脱氢形成延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸 琥珀酸脱氢生成延胡索酸：这是三羧酸循环中第三步氧化这是三羧酸循环中第三步氧化还原反应，还原反应，由琥珀酸脱氢酶催化，氢的受体是酶的辅基FAD，生成延胡索酸和FADH2。该酶是三羧酸循环中唯一掺入线粒该酶是三羧酸循环中唯一掺入线粒体内膜的酶，体内膜的酶，并且直接与呼吸链联系。线粒体结构示意图线粒体结构示意图 琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上，是线粒体内膜琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上，是线粒体内膜的重要组成成分，其他的酶大多存在于线粒体的基质中。的重要组成成分，其他的酶大多存在于线粒体的基质中
28、。Step 6 琥珀酸氧化成fumarate(延胡索酸或反丁烯二酸);由黄素蛋白琥珀酸脱氢酶（具有共价结合的FAD）催化这步反应;malonate(丙二酸)是酶的强竞争性抑制剂,会阻碍整个循环的进行.第三个氧化步骤第三个氧化步骤丙二酸丙二酸琥珀酸琥珀酸Step 7 延胡索酸水合形成延胡索酸水合形成L-L-苹果酸苹果酸 延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 L-L-苹果酸苹果酸 延胡索酸加水生成苹果酸：延胡索酸在延胡索酸延胡索酸加水生成苹果酸：延胡索酸在延胡索酸酶的催化下加水生成苹果酸。酶的催化下加水生成苹果酸。Step 7 延胡索酸在延胡索酸酶的催化下加水生成苹果延胡索酸在延胡索酸酶的催化下
29、加水生成苹果酸酸;酶酶具有具有高度高度的的立体立体特异性特异性，只，只作用于作用于L L异构体，异构体，而不而不作用于作用于D D异构体异构体。Step8 L-L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 L-L-苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸 苹果酸脱氢生成草酰乙酸：三羧酸循环中第第4 4次氧化还原反应次氧化还原反应，也是最后一步。由苹果酸脱氢酶催化。苹果酸脱氢生成草酰乙酸；脱下的氢由NAD接受。在细胞内草酰乙酸不断地被用于柠檬酸合成，故反应向生成草酰乙酸的方向进行。Step 8 通过氧化L-苹果酸再次生成草酰乙酸;这个反应由 malate dehydrogena
30、se（苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶）催化，）催化，并有两个电子被 NAD+收集.(第四个氧化步骤第四个氧化步骤)柠檬酸循环总图柠檬酸循环总图四、柠檬酸循环的化学总结算四、柠檬酸循环的化学总结算TCA 由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算由葡萄糖转变为两分子丙酮酸能量转变的估算 葡萄糖葡萄糖 +2Pi+2ADP+2NAD+2Pi+2ADP+2NAD+2 2丙酮酸丙酮酸 +2ATP+2NADH+2H+2ATP+2NADH+2H+2H+2H2 2O O 丙酮酸到乙酰丙酮酸到乙酰CoACoA的总反应式的总反应式CH3COCOOCH3COCOO +HS+HSCoA+NAD+CoA+NAD+CH3CO C
31、H3COSCoA+CO2+NADHSCoA+CO2+NADH柠檬酸循环的总反应式柠檬酸循环的总反应式 乙酰乙酰CoA+3NADCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H+FAD+GDP+Pi+2H2 2O O 2CO 2CO2 2+3NADH+FADH+3NADH+FADH2 2+GTP+3H+GTP+3H+CoA+CoATCATCA的总反应式的总反应式C6H12O6+6H2O+10NAD+2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H+2FADH2+4ATPG CO2+H2O 产生产生ATP 32 个个 每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生每个葡萄糖分子在糖酵解中可以产生2 2个个A
32、TPATP和和2 2个个NADHNADH，共产生，共产生 2+22.5=7个个ATP 从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产生从丙酮酸开始，柠檬酸循环中循环一圈，共产生4 4个个NADHNADH，1 1个个FADH2FADH2，1 1个个GTPGTP（ATPATP），按每个），按每个NADHNADH可以可以产生产生2.52.5个个ATPATP、每个、每个FADH2FADH2可以产生可以产生1.51.5个个ATPATP计算，计算，共产生共产生 2.54+11.5+1=12.5 个个ATP 每个葡萄糖分子（每个葡萄糖分子（2 2个丙酮酸）在进入柠檬酸循环后个丙酮酸）在进入柠檬酸循环后可以产生可以
33、产生25个个ATPATP。每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个个ATPATP。ATPATP的产量的产量 由由TCATCA循环产生的循环产生的NADHNADH和和FADHFADH2 2必须经呼吸链将电子交必须经呼吸链将电子交给给O O2 2，才能回复成氧化态，再去接受，才能回复成氧化态，再去接受TCATCA循环脱下的氢。循环脱下的氢。所以，所以，TCATCA循环需要在有氧的条件下进行。否则循环需要在有氧的条件下进行。否则NADHNADH和和FADHFADH2 2携带的携带的H H无法交给氧，即呼吸链氧化磷酸化无法进行无法交给氧，即呼吸链氧化磷酸化无法进行，NAD+N
34、AD+及及FADFAD不能被再生，使不能被再生，使TCATCA循环中的脱氢反应因缺乏循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进行。氢的受体而无法进行。产物产物NADH和和FADH2的去路的去路:乙酰乙酰CoACoA通过通过TCATCA循环脱下的氢由循环脱下的氢由NADHNADH及及FADHFADH2 2经呼吸链传递给经呼吸链传递给O O2 2，由此而，由此而形成大量形成大量ATP.ATP.碳碳 源源乙酰乙酰CoA CoA 2CO2CO2 2能能 量量1GTP 1ATP1GTP 1ATP共共10ATP10ATP3NADH 2.5ATP3NADH 2.5ATP3=7.5ATP3=7.5ATP1FADH
35、1FADH2 2 1.5ATP 1.5ATP1=1.5ATP1=1.5ATP 由乙酰由乙酰CoACoA氧化产生的氧化产生的ATPATP中，只有中，只有1/101/10来自底物水平来自底物水平的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生。的磷酸化，其余都是由氧化磷酸化间接产生。葡萄糖彻底氧化经由的途径：葡萄糖彻底氧化经由的途径：EMPEMP途径、丙酮酸氧化脱羧、途径、丙酮酸氧化脱羧、TCATCA循环、呼吸链氧化磷酸化循环、呼吸链氧化磷酸化。五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控 在柠檬酸循环中，虽然有在柠檬酸循环中，虽然有8 8种酶参加反应，但在调节循种酶参加反应，但在调节循环速度中起关键作用的有环
36、速度中起关键作用的有3 3种酶：种酶：柠檬酸合酶、异柠檬酸脱柠檬酸合酶、异柠檬酸脱氢酶和氢酶和酮戊二酸脱氢酶复合体。酮戊二酸脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面：其调控可以分为两个方面：柠檬酸循环本身各种物质柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；对酶活性的调控；ADPADP、ATPATP和和CaCa2 2+的调控。的调控。草酰乙酸与乙酰草酰乙酸与乙酰CoACoA缩合形成柠檬酸缩合形成柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoACoA 柠檬酰柠檬酰CoACoA 柠檬酸柠檬酸 CoA 柠檬酸合酶柠檬酸合酶1 11 1221 12异柠檬酸氧化形成异柠檬酸氧化形成酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱
37、氢酶 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1 12 21 12 2Step 3Step 44酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoACoA 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoACoA-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体 1 11 12 22 2三羧酸循环的调节酶及其调节三羧酸循环的调节酶及其调节:酶 的 名 称柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶-酮戊二酸脱氢酶系变构激活剂ADP变构抑制剂ATPNADH ATP、NADH、琥珀酰CoA柠檬酸循环本身制约系统的调节柠檬酸循环本身制约系统的调节 1 1乙酰乙酰CoACoA和草酰乙酸的供应情况和草酰乙酸的供应情况。乙酰C
38、oA来源于丙酮酸，受到丙酮酸脱氢酶复合体活性的控制；草酰乙酸的供应取决于循环是否运行畅通，以及中间产物离开循环的速率和补充的速率。2.NADH/NAD+2.NADH/NAD+的比值。的比值。柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢柠檬酸合酶和异柠檬酸脱氢酶酶都受到NADH的抑制，但异柠檬酸脱氢酶对NADH更为敏感。酮戊二酸脱氢酶复合体酮戊二酸脱氢酶复合体也受NADH的抑制。3 3产物的反馈抑制。产物的反馈抑制。柠檬酸合酶受高浓度柠檬酸的抑制；酮戊二酸脱氢酶复合体受琥珀酰CoA的抑制。ATPATP、ADPADP和和CaCa2+2+对柠檬酸循环的调节对柠檬酸循环的调节 1 1ATP/ADPATP/ADP的比值。的
39、比值。ATP/ADP的比值对柠檬酸循环中的酶有调节作用，ADP是异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶的别构促进剂，可降低该酶的Km值，促进酶与底物的结合；而ATP抑制该酶。2CaCa2+2+浓度浓度。Ca2+可激活丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶的磷酸酶，使丙酮酸脱氢酶去磷酸化而活化，从而增加乙酰CoA的供应。同时Ca2+也能激活异柠檬酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶和酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶。六、柠檬酸循环的双重作用六、柠檬酸循环的双重作用 许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间产物作许多合成代谢都利用柠檬酸循环的中间产物作为生物合成的前体来源。柠檬酸循环中由于参与其它为生物合成的前体来源。柠檬酸循环中由于参与其它
40、代谢而失去的中间产物，必须及时补充，才能保持柠代谢而失去的中间产物，必须及时补充，才能保持柠檬酸循环顺利地、不间断地运转。对柠檬酸循环中间檬酸循环顺利地、不间断地运转。对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为产物有补充作用的反应称为填补反应填补反应。柠檬酸循环是。柠檬酸循环是新陈代谢的中心环节。新陈代谢的中心环节。柠檬酸循环在分解代谢和合成代谢过程中作为中间代谢的枢纽。它提供了的生物合成葡萄糖，氨基酸，核苷酸，脂肪酸，甾醇，血红素基团等的前体。三羧酸循环的生物学意义三羧酸循环的生物学意义 1.1.普遍存在普遍存在 2.2.生物体获得能量的最有效方式生物体获得能量的最有效方式 3.3.是糖类、蛋
41、白质、脂肪三大物质转化的枢纽是糖类、蛋白质、脂肪三大物质转化的枢纽 4.4.循环中的中间物为生物合成提供原料；循环中的中间物为生物合成提供原料；如草酰乙酸、如草酰乙酸、a-a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀酰珀酰CoACoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。三羧酸循环过程总结三羧酸循环过程总结(一次循环一次循环)8 8步反应步反应 8 8种酶催化种酶催化 反应类型反应类型 缩合缩合1 1、脱水、脱水1 1、氧化、氧化4 4、底物水平磷酸化、底物水平磷酸化1 1、水化、水化1 1 生成生成3 3分子还原型分子还原型NADHNADH
42、 生成生成1 1分子分子FADHFADH2 2 生成生成1 1分子分子ATPATP总结总结 丙酮酸丙酮酸靠靠丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶系（系（一个巨大的酶一个巨大的酶系）系）的作用，的作用，转化为乙酰转化为乙酰-CoA。乙酰辅酶乙酰辅酶A 通过八部三羧酸循环过程，转化通过八部三羧酸循环过程，转化成成2 CO2,并生成并生成3个个 NADH,1个个 FADH2,和和1个个 ATP(通过底物水平磷酸化通过底物水平磷酸化).三羧酸循环中三羧酸循环中的中的中间体间体可以被可以被抽出合成许多抽出合成许多其它生物分子，包括脂肪酸，类固醇，氨基其它生物分子，包括脂肪酸，类固醇，氨基酸，血红素，嘧啶，和葡萄糖。酸，血红素，嘧啶，和葡萄糖。TCA.swf
