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1、第 九 章 三羧酸循环,Tricarboxylic Acid Cycle,乙酰CoA,TCA循环,2H,呼吸链,H2O,ADP+Pi,ATP,CO2,营养物在生物体内氧化的一般过程,第 一 节 三羧酸循环的概念及其发现史,Concept and Scientific History of Tricarboxylic Acid Cycle,一、TCA循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统,TCA循环( Tricarboxylic Acid Cycle)：由一系列酶促反应构成的循环反应系统，首先由乙酰CoA与草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸，经过4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原当量和2分子C
2、O2，重新生成草酰乙酸，构成一个循环反应过程，称为三羧酸循环。或柠檬酸循环、Krebs循环。,还原当量（reducing equivalent ）一般是指以氢原子或氢离子形式存在的一个电子或一个电子当量。FADH2 、NADH+H+,Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环。,二、Hans Krebs创立了“TCA循环”学说,1905年, 英国的Harden 和 Young开始研究糖酵解； 1933年，德国Gustave Embden （7月去世）生前最后一次报告提出糖酵解途径； 1938年，确定最后一步反应，3-磷酸甘油醛 3-磷酸甘油酸解决：6C的葡萄糖 3C 的
3、丙酮酸未解决： 3C 的丙酮酸 CO2+H2O,1911-1920年，40种有机物参与肌肉组织的氧化； 1935年，Albert Szent-Gyorgyi 等发现动物肌肉组织中 4碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果酸和草酰乙酸）能刺激氧的消耗。,琥珀酸 延胡索酸 苹果酸 草酰乙酸,COOH C=O CH2 COOH,COOH CHOH CH2 COOH,COOH CH2 CH2 COOH,COOH CH CH COOH,Krebs利用鸽子胸肌组织悬液，测定不同有机酸作用下，丙酮酸氧化过程中的耗氧率。第一项重大发现：4碳二羧酸：6碳三羧酸：柠檬酸、顺乌头酸和异柠檬酸5碳二羧酸：-酮戊二酸可刺激丙
4、酮酸的氧化过程。,第二项重大发现:丙二酸对丙酮酸有氧氧化的抑制作用，丙二酸抑制丙酮酸有氧氧化时，会有柠檬酸、-酮戊二酸和琥珀酸的积累。丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，这表明柠檬酸和-酮戊二酸通常为琥珀酸的前体。,根据上述实验观察和一些其它的证据，1937年，Hans Krebs首次提出符合化学逻辑的序列排列的，丙酮酸氧化途径的假说：柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸-酮戊二酸丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸 延胡羧酸 琥珀酸后来Zynen证实丙酮酸乙酰CoA.,TCA循环最初是建立在实验基础上的推理假说。酶的研究：证实并阐明了该循环的细节。同位素标记代谢物研究：证实TCA循环，如：丙酮酸或乙酸酯分子中特定碳原
5、子的13C或14C标记等同位素示踪实验公认为营养物分解代谢的必经途径。1953年Krebs获得诺贝尔奖,第 二 节 三羧酸循环的反应过程及其调控 Reactions and Regulation of Tricarboxylic Acid Cycle,一、三羧酸循环由8步代谢反应组成,三羧酸循环由8步代谢反应组成,柠檬酸异柠檬酸-酮戊二酸琥珀酰CoA,1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的合成,乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（citrate）；反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化。,2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸
6、,此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应； 由两步反应构成，(1)：脱水反应；(2)：水合反应。,3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为-酮戊二酸羧,异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转变成 -酮戊二酸（ - Ketoglutarate）。,NAD+,NADH+H+,4. -酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA,在-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)； 该脱氢酶复合体的组成及催化机理与丙酮酸脱氢酶复合体类似。,5. 琥珀酰CoA合成酶催化底物水平磷酸化反应,琥珀酰CoA合成酶催化，琥珀酰CoA的
7、高能硫酯键水解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、GTP和辅酶A。 这是三羧酸循环中唯一直接生成高能磷酸键的反应。,6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸,琥珀酸脱氢酶催化，辅酶是FAD，是三羧酸循环中唯一与内膜结合的酶。,7. 延胡索酸加水生成苹果酸,苹果酸酶催化此步反应。,8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸,苹果酸脱氢酶催化此步反应，辅酶是NAD+。,NADH+H+,NAD+,NAD+,NADH+H+,GTP,GDP+Pi,FAD,FADH2,NADH+H+,NAD+,柠檬酸合酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶复合体,琥珀酰CoA合成酶,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹果酸脱氢酶,目 录,消耗：1分
8、子乙酰辅酶A 生成：2次脱羧：2分子CO24次脱氢：3分子NADH+H+ 3 x 2.5 =7.5 ATP1分子FADH2 1 x 1.5 =1.5 ATP1次底物水平磷酸化：1分子GTP 1 ATP合计： 10 ATP,TCA循环总反应式：,CH3COSCoA + 3NAD+ +FAD + GDP + Pi + 2H2O2CO2 + HSCoA + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP,二、1 次TCA循环生成2分子CO2,三、TCA循环的中间产物本身并无量的变化,底物: 乙酰CoA; 产物: CO2, H+, ATP 中间产物: 催化剂作用，本身无量的变化；不能直接在三羧酸循
9、环中被氧化为CO2；乙酰CoA不能通过三羧酸循环直接合成草酰乙酸或三羧酸循环中其他产物；,表面上看来，草酰乙酸在三羧酸循环中是不会消耗的，但实际上它可被反复利用。,例如：,TAC中的中间代谢物能够转变为其他物质，借以沟通糖和其他物质代谢之间的联系。,草酰乙酸的来源如下：,草酰乙酸必须不断被更新补充。,草酰乙酸的主要来源G丙酮酸,机体糖供不足时，可能引起TAC运转障碍,四、TCA循环受底物、产物和关键酶活性调节,TCA循环的速度和流量主要受种因素的调控：,底物的供应量：乙酰辅酶A、 酶的反馈别构抑制：催化循环最初几步反应 产物堆积的抑制作用：ATP,（一）TCA循环中有个关键酶,TCA循环中催化
10、个不可逆反应的酶：,柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶,柠檬酸合酶,-酮戊二酸 脱氢酶复合体,柠檬酸,Ca2+, ATP、ADP的影响, 产物堆积引起抑制,循环中后续反应中间产物别位反馈抑制前面反应中的酶,其他，如Ca2+可激活许多酶,三羧酸循环的调节,（二）TCA循环与上游和下游反应协调,在正常情况下，（糖）酵解途径和TCA循环的速度相协调； 氧化磷酸化的速率对TCA循环的运转也起着非常重要的作用。,五、TCA循环中的多种酶以复合体形式存在于线粒体,代谢区室（metabolons）TCA循环中的酶在线粒体中是以多种酶组成的复合体形式存在，这种酶复合体被称为代谢区室。
11、作用：具有高效介导中间产物流通的功能，将代谢中间产物从一种酶传递给另一种酶。,第三节 三羧酸循环的生理意义 Physiologic Significance of Tricarboxylic Acid Cycle,一、TCA循环是一条“两用代谢途径”,TCA循环在大多数生物中是分解代谢途径; 多种生物合成途径也利用TCA循环的中间产物作为合成反应的起始物。,（一）TCA循环参与合成和分解途径的组成,TCA中间产物,（二）TCA循环中间产物是合成糖、脂肪酸和氨基酸的前体,1. TCA循环中间产物可以异生为糖,草酰乙酸,异生为葡萄糖,氨基酸,乙酰CoA,2. TCA循环中间产物可为脂酸合成提供原料
12、,合成脂酸,柠檬酸-丙酮酸循环,-酮戊二酸 + NH4+,3. TCA循环中间产物可为非必需氨基酸合成提供碳架,谷氨酸,谷氨酸脱氢酶,NADH + H+,NAD+,（三）添补反应补充TCA循环中间产物,添补反应（anaplerotic reaction）：参与其他代谢途径而消耗的TCA循环中间产物必须及时补充，才能保持TCA循环顺利进行。这类反应被称之。 最重要的添补反应是由丙酮酸羧化酶催化的，从丙酮酸生成草酰乙酸的反应。,二、TCA循环在3大营养物质代谢中具有重要生理意义,（一）TCA循环是三大营养物质的最终代谢通路,（二）TCA循环是糖、脂肪和氨基酸代谢联系的枢纽,教学目的与要求 掌握：三羧酸循环的反应过程、产物生成、中间产物变化和生理意义。 熟悉：三羧酸循环的调节。 了解：三羧酸循环的概念及其发展史。,
