三羧酸循环tca资料

第四节 三羧酸循环（TCA） 三羧酸循环的概念： 1937年德国生物学家Krebs （克雷布斯， 1953年因此获诺贝尔奖）阐明：乙酰CoA的继续 分解是一个环式反应体系，起点是乙酰CoA与草 酰乙酸结合为具有三个羧基的柠檬酸，故称为三 羧酸循环（tricarboxylic acid），又叫TCA循环， Krebs循环，由于该循环的第一个产物是柠檬酸 ，又叫柠檬酸循环 它不仅是糖代谢的主要途径，也是蛋白质、 脂肪分解代谢的最终途径 三羧酸循环的细胞定位：线粒体内 一、丙酮酸的氧化脱羧 丙酮酸脱氢酶系是一个多酶复合体，组 成如下： 调控酶：丙酮酸脱氢酶PDH、二氢硫辛酸转 乙酰基酶DLT、二氢硫辛酸脱氢酶DLDH 辅助因子：硫胺素焦磷酸酯TPP、硫辛酸 、HS—CoA、NAD＋、Mg2＋、FAD 丙酮酸氧化脱羧的调控： 1、当细胞内ATP、乙酰CoA、NADH含量同时 增加时，PDH磷酸化作用加强，阻碍丙酮酸 氧化脱羧反之则反 2、乙酰CoA和NADH可分别抑制DLT和DLDH的 活性，阻止氧化脱羧 丙酮酸的氧化脱羧是连接EMP和TCA 的纽带，其反应本身并未进入TCA，但是是 所有糖进入TCA的必由之路。

二、三羧酸循环概要 TCA循环一轮分10步完成来自丙酮酸 脱氢脱羧后的乙酰基（C2单位）由CoA带着 进入TCA，第一步是C2与一个C4化合物（草 酰乙酸）结合成C6化合物（柠檬酸），然后 经过2次脱羧（生成2个CO2）和4次脱氢（生 成3NADH＋1FADH2），还产生1个GTP（ 高能化合物），最终回到C4化合物（草酰乙 酸），结束一轮循环 1个C2单位被分解为2CO2 TCA简图 三、生化历程 1、乙酰CoA与草酰乙酸及H2O缩合生 成柠檬酸，放出HS—CoA —H2O 不可逆 2、柠檬酸脱水生成顺乌头酸 +H2O 可逆 3、顺乌头酸与H2O加成，生成异柠檬酸 异构化反应 —H2O 可逆 通过2——3步，将柠檬酸异构化为 异柠檬酸实质是将前者的—OH从C2 变到了后者的C3，成为仲醇（由叔醇变 为仲醇），更易氧化 4—5、异柠檬酸氧化脱羧生成α—酮戊二酸 第一次脱氢脱羧 可逆 消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2 该酶是别构酶，激活剂是ADP，抑 制剂是NADH、ATP 有两种同工酶： 以NAD＋为电子受体，存在于线粒体 中，需Mg2＋ 以NADP＋为电子受体，存在于胞 液中，需Mn2＋。

6、α—酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA 第二次脱氢脱羧 不可逆 消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋，1CO2 生成一个高能键“~”，此步 类似于丙酮酸的氧化脱羧 α—酮戊二酸脱氢酶系包括： α—酮戊二酸脱氢酶 二氢硫辛酸转琥珀酰基酶 二氢硫辛酸脱氢酶 7、琥珀酸的生成 底物磷酸化 生成1ATP 可逆 是TCA中唯一直接产生ATP的反应，属 于底物磷酸化 区别： EMP：高能磷酸基团直接转移给ADP放能 TCA：琥珀酰CoA中的高能键 硫酯 键水解放能 8、琥珀酸氧化生成延胡索酸 第三次脱氢（FAD脱氢） 可逆 生成1FADH2 该酶结合粒体内膜上，丙二酸 是竞争性抑制剂 9、延胡索酸水化生成苹果酸 水化作用 可逆 消耗1H2O 10、苹果酸脱氢氧化生成草酰乙酸 第四次脱氢 可逆 消耗1NAD＋，生成1NADH＋H＋ 总反应式： 乙酰CoA＋3NAD＋＋FAD＋GDP＋Pi＋2H2O 2CO2＋3NADH＋3H＋＋FADH2＋GTP ＋HS—CoA 四、化学量计算 （一）物质量计算 1mol乙酰CoA 2 molCO2+1molCoA （二）能量计算 1、计算1mol乙酰CoA彻底氧化分解产生的ATP的数目 1+3×3+1×2=12molATP 2、计算1molG彻底氧化分解产生的ATP的数目（原核生物 ） G 丙酮酸 乙酰CoA CO2+ H2O EMP TCA 第一阶段：G 2mol丙酮酸 EMP阶段 净生成2molATP，2mol（NADH＋H＋） 第二阶段：2mol丙酮酸 2mol乙酰CoA 净生成2mol（NADH＋H＋），2 molCO2 第三阶段：2mol乙酰CoA经TCA彻底氧化分解 净生成2×1ATP，2×3mol（NADH＋H＋），2×1 molFADH2，2×2 molCO2 由于氧化磷酸化，1mol（NADH＋H＋）可生成3molATP, 1 molFADH2可生成2molATP。

因此：第一阶段：净生成8molATP 第二阶段：净生成6molATP，2 molCO2 第三阶段：净生成24molATP，4 molCO2 共净生成38molATP，6molCO2 真核生物中，共净生成36molATP，6molCO2 TCA的运转必须通过O2条件下才能运转 ，实际上O2并不直接参加TCA，那么O2在何处 参加反应呢？ TCA除了产生1个GTP外，另外的能量 均潜在3NADH和1FADH2中，为了TCA的运 转，NAD＋和FAD必须再生NAD＋和FAD 的再生则是通过DADH和FADH2进入电子传 递链，将H交给O2，释放潜能生成ATP而实 现所以，TCA的运转必须有O2 五、生物学意义 1、TCA循环是生物体获能的主要途径，远比无氧分解产 生的能量多 2、TCA是生物体各有机物质代谢的枢纽糖、脂肪、氨 基酸的彻底分解都需通过TCA途径，而TCA中的许多中间 产物如草酰乙酸、α—酮戊二酸、琥珀酰CoA等又是合成 糖、氨基酸等的原料 3、TCA是发酵产物重新氧化进入有氧分解的途径 4、TCA的某些中间产物还是体内积累成分，如柠檬酸、 苹果酸是柑桔、苹果等果实的重要成分，在储藏期，酸作 为呼吸基质被消耗。

果实的糖/酸比是衡量果实品质的一 项指标 六、三羧酸循环的调控 三个调控位点：柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱 氢酶、α—酮戊二酸脱氢酶所催化的三个反应 1、NAD＋/NADH的比值 高：TCA循环生成的产物不能满足细胞自身 的需要，三种酶被激活，酶发挥催化功能，速度 加快 低：大量的NADH抑制酶的活性，使TCA循环 减速 2、ATP，琥珀酰CoA抑制柠檬酸合成酶、α—酮戊 二酸脱氢酶的活性，使TCA循环减速 异柠檬脱氢酶受ATP抑制，被ADP激活 3、丙酮酸脱氢酶系的调节见前 细胞中ATP浓度越高时，TCA速度下降 ； NAD＋/NADH的比值越高时，TCA速 度越快 七、三羧酸循环的回补效应 产生草酰乙酸的途径主要有： 1、丙酮酸羧化酶催化丙酮酸羧化生成草酰乙酸 位于动物肝脏和肾脏的线粒体中 OCCOOH  CH3COCOOH+CO2+ATP+H2O  CH2COOH +ADP+Pi Mg2+,生物素 2、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化PEP生成草酰乙酸 植物、细菌等，PEP羧化酶催化 CH2CCOOH + H2O+ CO2O=CCOOH +Pi |  O~P CH2COOH 3、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化PEP生成草酰乙酸 心脏、骨骼肌中，PEP羧激酶催化 PEP+CO2+GDPO=CCOOH  +GTP CH2COOH 4、由苹果酸酶、苹果酸脱氢酶催化使 丙酮酸生成草酰乙酸 原核、真核中广泛存在的苹果酸酶催化 CH3COCOOH+CO2+NADPH+H+ HO—CHCOOH  +NADP+ CH2COOH 再由苹果酸脱氢酶催化： HO—CHCOOH  +NAD+ O=CCOOH CH2COOH  + NADH+H+ CH2COOH 5、α—酮戊二酸和Asp 经转氨作用 生成Glu和草酰乙酸 第五节 磷酸戊糖途径（HMP PPP） 磷酸戊糖途径的概念：是G分解的另一条途径: 在6—P—G上直接氧化，再分解产生5—P—核糖。

磷酸戊糖途径PPP：Pentose Phosphate Pathway 己糖磷酸途径HMP：Hexose Monophosphate Pathway 磷酸己糖支路HMS：Hexose Monophosphate Shunt G直接氧化途径DOPG：Direct Oxidation Pathway of Glucose HMP的阐明起始于1931年Warburg对6—P—G脱氢酶的 研究，后人在此基础上加以完善实验证明： （1）在组织中加入EMP抑制剂碘乙酸或碘乙酰胺（ ICH2COOH或ICH2CONH2）后，它抑制3—P—G脱氢酶的活性 （3—P—G 1，3—DPG），但有些微生物仍能将G CO2＋H2O，说明另有途径 （2）用同位素14C标记C1和C6 ，如果是EMP、TCA，那么生 成的14C1O2和14C6O2 分子数应相等，但实验表明14C1 更容易 氧化为CO2，说明另有途径 说明G分解的主要途径是EMP和TCA，但并非唯一途径， HMP也是G分解的途径，只是在6—P—G上直接氧化 细胞定位：胞液 一、磷酸戊糖途径概要 以6—P—G为起始物，经过两个阶段共8 步反应，最后重新生成6—P—G的过程。

HMP概要 特点：G直接脱氢或脱羧，不经过三 碳糖阶段 HMP属于有氧分解还是无氧分解？ O2不参加HMP，但认为HMP是需 氧的代谢途径，因为可以肯定的是： HMP是需氧生物的某些组织、器官中较 旺盛的代谢途径，而且与EMP、TCA相 联系 二、生化历程 （一）不可逆的氧化阶段（1-----3） 1、6—P—G 6—P葡萄糖酸内酯 可逆 2、6—P葡萄糖酸内酯水解生成6—P葡萄糖酸 不可逆 3、6—P葡萄糖酸脱氢脱羧 生成5—P 核酮糖（5—P—Ru） 不可逆 1——3步 （二）可逆的非氧化阶段 （4——8） 戊糖互变 4、5—P 核酮糖（5—P—Ru）异构化为 5—P核糖（5—P—R） 官能团异构 5、5—P 核酮糖（5—P—Ru）异构化为 5—P木酮糖（5—P—Xu ） 差向异构 4——5步 6-----8步，基团移位反应 通过转酮酶和转醛酶的催化作用，将一酮糖分 子的酮醇基转移给另一醛糖分子上，形成新的醛糖 和酮糖 转酮酶专门催化乙酮醇基转移 转醛酶专门催化二羟丙酮基转移 通过C5、C4、C7、C3、C6只见的基团转移反 应，实现了糖分子之间的转变，最终生成6—P—F HMP的两个关键酶 转酮酶或转 羟乙醛基酶 转醛酶或转二 羟丙酮基酶 6、5—P—R＋5—P—Xu 3—P—G（3 —P甘油醛）＋7—P—S（7—P—景天庚酮糖） 将5—P—Xu的乙酮醇基转移给5—P—R。

7、3—P—G＋7—P—S 4—P—E（4 —P赤藓糖）＋6—P—F 将7—P—S-的二羟丙酮基转移给3—P—G 磷酸戊糖途径的 非氧化阶段之二 （基团转移） +2 4-磷酸赤藓糖 +2 5-磷酸核糖 2 3-磷酸甘油醛 转酮酶 转醛酶 2 6-磷酸果糖 + 7-磷酸景天庚酮糖 2 H 2 5-磷酸木酮糖 6——7步 8、5—P—Xu＋4—P—E 3—P—G ＋6—P—F 将5—P—Xu的乙酮醇基转移给4—P—E 基团转移（续前） + 2 4-磷酸赤藓糖 +2 3-磷酸甘油醛 2 6-磷酸果糖 转酮酶 2 5-磷酸木酮糖 然后： 3—P—G DHAP 3—P—G+DHAP 1，6—FDP 2—磷酸果糖酯酶 磷酸己糖异构酶 1，6—FDP 6—P—F H2O Pi 6—P—G H2O Pi 1,6-二 磷酸果糖 2 3-磷酸甘油醛 6-磷酸果糖 醛缩酶 二磷酸果糖酯酶 磷。