第11章檸檬酸循環11.1丙酮酸氧化

11.1.1丙酮酸脫氫酶復合物11.1.2丙酮酸脫氫酶復合物的催化的反應11.2檸檬酸循環11.2.1TCA循環的發現

11.2.2TCA循環的反應歷程11.2.3TCA循環總觀11.2.4TCA循環的生物意義11.2.5TCA循環中間物的回補

11.2.6乙醛酸途徑11.3檸檬酸循環的調節11.3.1丙酮酸脫氫酶復合物的調節11.3.1TCA循環的活性控制1無氧：葡萄糖乙醇/乳酸△G=-196kJ/mol有氧：葡萄糖H2O+CO2△G=-2867kJ/mol胞液線粒體GG-6-PPAPA乙酰CoAO2O2O2H++eO2H2OCO2細胞呼吸2糖有氧氧化的反應過程分三個階段：糖酵解途徑：葡萄糖丙酮酸丙酮酸乙酰CoA三羧酸循環和氧化磷酸化3丙酮酸氧化1●丙酮酸脫氫酶復合物丙酮酸脫氫酶復合體乙酰CoA丙酮酸PA反應在線粒體基質中進行4丙酮酸脫氫酶復合體包括3種酶：

丙酮酸脫羧酶(TPP、Mg2+)

催化丙酮酸氧化脫羧反應

二氫硫辛酸乙酰轉移酶(硫辛酸、輔酶A)

催化將乙酰基轉移到CoA反應

二氫硫辛酸脫氫酶(FAD、NAD+)

催化將還原型硫辛酰胺轉變成為氧化型反應5種輔酶：

TPP、硫辛酸、NAD+、FAD和CoA。5E3：二氫硫辛酸脫氫酶E2：轉乙酰化酶E1：丙酮酸脫氫酶SCoAE3E2E1NAD+NADH+H+FADH2FADCH3C-S-CoAOHSLHSSLS-SLHSCH3COCH3CTPPOHHTPPCO2CH3CCOOHO123541、234、5●丙酮酸脫氫酶復合物催化的反應6FADFADH2TPPCO2TPPHSCoACH3CO～SCoANAD+NADH+H+丙酮酸脫氫酶Mg2+硫辛酸乙酰轉移酶二氫硫辛酸脫氫酶丙酮酸+CoA-SH+NAD+乙酰CoA

+CO2+NADH+H+

7CH3CCOOHO+TPPE1分步反應羥乙基TPPE1：丙酮酸脫氫酶①8②+SLSCH3CTPPOHHE2硫辛酸乙酰硫辛酸E2：轉乙酰酶硫辛酸：9E2E3E3E3：二氫硫辛酸脫氫酶10CoA是維生素B3(泛酸)的衍生物，人體腸道中的細菌可以合成泛酸●CoA是重要的酰基載體乙酰CoAADP泛酸β-巰基乙胺222O2CH223OOHCH3-2OH--OCOCHCHNHCOCHCCHPOPOCHNHCHSCCH3CHOOOOONNNNNHOPOO11

1937年Crebs提出。又稱檸檬酸循環或Crebs循環。以乙酰CoA與草酰乙酸縮合成檸檬酸（含3個羧基）的反應為起始，對乙酰基團進行氧化脫羧再生成草酰乙酸的單向循環反應序列。在線粒體中進行。檸檬酸循環2●TCA循環的發現12檸檬酸循環：是乙酰基2碳單位進一步氧化降解產生CO2和還原型輔酶的代謝途徑。由于該反應的第一步生成的產物檸檬酸為三羧酸，又稱為三羧酸(TCACycle)。Krebs循環。乙酰CoACO2+H2O13乙酰CoA草酰乙酸檸檬酸合成酶+＊＊＊＊檸檬酸●TCA循環的歷程①乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸14②檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸＊＊＊＊＊＊檸檬酸異構化生成異檸檬酸順烏頭酸酶15③NAD+NADH+H+

CO2異檸檬酸異檸檬酸脫氫酶＊＊＊＊-酮戊二酸(

-KG)第一次氧化脫羧異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸16④-酮戊二酸(

-KG)NAD+NADH+H+HSCoACO2-KG脫氫酶復合體＊＊＊＊琥珀酰CoA第二次氧化脫羧α-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰輔酶A17⑤琥珀酰CoAGDP

GTP

Pi

HSCoA琥珀酰CoA合成酶琥珀酸＊＊＊＊GTP+ADPGDP+ATP底物水平磷酸化琥珀酰CoA轉變為琥珀酸18⑥琥珀酸琥珀酸脫氫酶FADFADH2延胡索酸P.313該酶具有很高的立體專一性琥珀酸氧化脫氫生成延胡索酸192021⑦延胡索酸H2O

延胡索酸酶蘋果酸P.314該酶具有很高的立體專一性延胡索酸水化生成蘋果酸22⑧蘋果酸NAD+NADH+H+

蘋果酸脫氫酶草酰乙酸蘋果酸脫氫生成草酰乙酸23三羧酸循環反應的全過程：24乙酰CoA，進入TCA循環后：

■2次脫羧反應，生成2CO2

■4次脫氫反應，生成3NADH＋3H+＋1FADH2

■1次底物水平磷酸化，生成1ATP脫羧反應，生成的2CO2中的C來源于原有的草酰乙酸，乙酰CoA的2個C參與了草酰乙酸的重新生成。乙酰CoA＋2H2O＋3NAD＋＋FAD＋ADP＋Pi2CO2＋3NADH＋3H+＋FADH2＋CoA-SH＋ATP凈結果●TCA循環總觀25TCA循環的重要特點1、循環一次的結果是乙酰CoA的乙酰基被氧化為2分子CO2,并重新生成1分子草酰乙酸；2、整個循環有四步氧化還原反應，其中三步反應中將NAD+還原為NADH+H+，另一步為FAD還原；3、為糖、脂、蛋白質三大物質轉化中心樞紐。4、循環中的某些中間產物是一些重要物質生物合成的前體；5、生物體提供能量的主要形式；6、為人類利用生物發酵生產所需產品提供主要的代謝途徑。如

檸檬酸發酵；Glu發酵等。7、循環反應在線粒體(mitochondrion)中進行，為不可逆反應8、三羧酸循環的關鍵酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶系9、循環的中間產物既不能通過此循環反應生成，也不被此循環反應所消耗26（一）提供能量在有O2條件下運轉，是生成ATP的主要途徑；循環中有4次脫氫，生成3分子NADH，1分子FADH2，另有1次底物水平磷酸化。共生成12分子ATP。●TCA循環的生物意義1葡萄糖2丙酮酸2乙酰CoATCA6/82×32×1227＋3（或2）×2????胞液中經酵解產生的NADH，不能直接進入到線粒體，要通過線粒體跨膜轉運系統：1蘋果酸-天冬氨酸穿梭

NADHNADH呼吸鏈3ATP2磷酸甘油穿梭

NADHFADH2呼吸鏈2ATP28產生的ATP

產能反應

ATP產生數3NADH→3NAD+9ATPFADH2→FAD2ATPGDP+Pi→GTP1ATP12ATPCO2CO2AcetylCoA29反應ATP第一階段兩次耗能反應-2兩次生成ATP的反應2×2一次脫氫(NADH+H+)2×2或2×3第二階段一次脫氫(NADH+H+)2×3第三階段三次脫氫(NADH+H+)2×3×3一次脫氫(FADH2)2×2一次生成ATP的反應2×1凈生成36或38糖有氧氧化過程中ATP的生成30（二）檸檬酸是其它有機物完全氧化的一條主要途徑葡萄糖丙酮酸乙酰CoATCACycle脂肪酸β氧化乙酰CoATCACycleGlu、Glnα-酮戊二酸TCACycle（三）檸檬酸循環的雙向功能TCA循環中間物糖異生葡萄糖乙酰CoA脂肪酸合成α-酮戊二酸、草酰乙酸合成Glu、Asp3132三羧酸循環與脂肪酸合成的關系33表面上看來，三羧酸循環運轉必不可少的草酰乙酸在三羧酸循環中是不會消耗的，它可被反復利用。但是，例如：草酰乙酸天冬氨酸α-酮戊二酸

谷氨酸檸檬酸脂肪酸琥珀酰CoA卟啉Ⅰ

機體內各種物質代謝之間是彼此聯系、相互配合的，TCA中的某些中間代謝物能夠轉變合成其他物質，借以溝通糖和其他物質代謝之間的聯系。●TCA循環中間物的回補34三羧酸循環中的任何一種中間產物被抽走,都會影響三羧酸循環的正常運轉,如果缺少草酰乙酸,乙酰CoA就不能形成檸檬酸而進入三羧酸循環,所以草酰乙酸必須不斷地得以補充.這種補充反應就稱為回補反應.回補反應35Ⅱ

機體糖供不足時，可能引起TCA運轉障礙，這時蘋果酸、草酰乙酸可脫羧生成丙酮酸，再進一步生成乙酰CoA進入TCA氧化分解。

草酰乙酸草酰乙酸脫羧酶丙酮酸CO2蘋果酸蘋果酸酶丙酮酸

CO2NAD+NADH+H+36*所以，草酰乙酸必須不斷被更新補充。草酰乙酸檸檬酸檸檬酸裂解酶乙酰CoA丙酮酸丙酮酸羧化酶CO2蘋果酸蘋果酸脫氫酶NADH+H+NAD+天冬氨酸谷草轉氨酶α-酮戊二酸

谷氨酸其來源如下：PEPPEP羧化酶GDPGTP37乙酰CoA是該酶的別構激活劑⑴38⑵CH2COOHCOCOOHCH2COOHCOPO32－＋CO2＋GDPMn2＋＋GTP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶39⑶40高水平的乙酰CoA激活在線粒體內進行草酰乙酸或循環中任何一種中間產物不足TCA循環速度降低乙酰-CoA濃度增加丙酮酸羧化酶產生更多的草酰乙酸41植物、細菌及某些藻類具有將乙酸及乙酰CoA轉變成草酰乙酸的酶系統●乙醛酸途徑42乙醛酸循環乙醛酸循環——三羧酸循環支路乙醛酸循環在異檸檬酸與蘋果酸間搭了一條捷徑。（省了6步）異檸檬酸檸檬酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循環乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH①②43只有一些植物和微生物兼具這兩種代謝途徑。異檸檬酸裂解酶異檸檬酸琥珀酸乙醛酸①②乙醛酸乙酰CoA蘋果酸蘋果酸合成酶44(一)：乙酰CoA、NADH、ATP、丙酮酸脫氫酶激酶(＋)：AMP、丙酮酸脫氫酶磷酸酶、Ca2+、NAD+、CoA、胰島素●丙酮酸脫氫酶復合物的調節檸檬酸循環的調節3ATP/AMPNADH/NAD+

乙酰CoA/CoA(能荷比)45乙酰CoA檸檬酸

草酰乙酸琥珀酰CoA

α-酮戊二酸

異檸檬酸

蘋果酸

NADHFADH2GTP

ATP異檸檬酸脫氫酶檸檬酸合酶

α-酮戊二酸脫氫酶復合體–ATP+ADP

ADP+ATP

–檸檬酸

琥珀酰CoA

NADH–琥珀酰CoANADH

①ATP、ADP的影響②產物堆積引起抑制③循環中后續反應中間產物反饋抑制前面反應中的酶46檸檬酸合酶citratesynthase