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1、第四节 三羧酸循环,概念：在有氧的情况下，葡萄糖酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA经一系列氧化、脱羧，最终生成C2O和H2O并产生能量的过程，称为柠檬酸循环，亦称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle), 简称TCA循环。由于它是由H.A.Krebs（德国）正式提出的，所以又称Krebs循环。,三羧酸循环在线粒体基质中进行。,三羧酸循环,一. 由丙酮酸形成乙酰CoA 二. 三羧酸循环的过程 三. 三羧酸循环的化学计量 四. 三羧酸循环的回补反应 五. 三羧酸循环的调控 六. 三羧酸循环的生物学意义,丙酮酸进入线粒体转变为乙酰CoA,这是连接糖酵解和三羧酸
2、循环的纽带：丙酮酸+CoA+NAD+ 乙酰CoA+ C2O+NADH+H+,一、由丙酮酸形成乙酰CoA,反应不可逆，分5步进行，由丙酮酸脱氢酶复合体催化。,丙酮酸脱氢酶复合体是一个十分大的多酶复合体，包括丙酮酸脱氢酶E1、二氢硫辛酸乙酰转移酶E2、二氢硫辛酸脱氢酶E3三种不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，FAD, NAD+,CoA 及Mg2+六种辅助因子组装而成。,大肠杆菌丙酮酸脱氢酶复合体的内容,缩写 肽链数 辅基 催化反应丙酮酸脱氢（羧）酶 E1 24 TPP 丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酸乙 E2 24 硫辛酸 将乙酰基转移到CoA酰转移酶二氢硫辛酸脱氢酶 E3 12 FAD 将还原型
3、硫辛酰胺转变为氧化型,反应步骤（P93）,羟乙基TPP,丙酮酸氧化脱羧的调控,由丙酮酸到乙酰CoA是一个重要步骤，处于代谢途径的分支点，所以此体系受到严密的调节控制： 1、产物抑制：乙酰CoA抑制乙酰转移酶E2组分，NADH抑制二氢硫辛酸脱氢酶E3组分。抑制效应被CoA和NAD+逆转。 2、核苷酸反馈调节：丙酮酸脱氢酶E1受GTP抑制，被AMP活化。 3、砷化物与E2中的辅基硫辛酰胺形成无催化能力的砷化物。 4、可逆磷酸化作用的调节：丙酮酸脱氢酶E1的磷酸化状态无活性，反之有活性。 5、Ca2+激活,二 TCA循环的过程,C-CH3,S-COA,O,CH2,COO-,HO-C -COO-,CO
4、O-,CH2,柠檬酸合酶,+,+ HS-COA+H+,H2O,COA,1 、乙酰COA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,单向不可逆可调控的限速步骤氟乙酰CoA导致致死合成常作为杀虫药,三羧酸,HO- CH,COO-,CH-COO-,COO-,CH2,2、 柠檬酸异构化成异柠檬酸（顺乌头酸酶）,H2O,H2O,顺乌头酸,在pH7.0，25C的平衡态时，柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：4：6,柠檬酸,异柠檬酸,3 、 由异柠檬酸氧化脱羧生成-酮戊二酸（异柠檬酸脱氢酶）,NAD+,NADH+H+,H+,CO2,TCA中第一次氧化作用、脱羧过程异柠檬酸脱氢酶为第二个调节酶 三羧酸到二羧酸的转变,草酰琥珀酸,
5、-酮戊二酸,Mg 2+,4 、 -酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰COA（ -酮戊二酸脱氢酶复合体）,+COASH+NAD+,+NADH+H+ +CO2,TCA中第二次氧化作用、脱羧过程-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合体相似-酮戊二酸脱氢酶E1琥珀酰转移酶E2二氢硫辛酸脱氢酶E3 TPP、硫辛酸、COA、FAD、NAD+、Mg2+,5 、琥珀酰COA转化成琥珀酸，并产生GTP（琥珀酰COA 合成酶）,GDP+Pi,GTP+HSCOA,TCA中唯一底物水平磷酸化直接产生高能磷酸化合物的步骤GTP+ADP GDP+ATP,6 、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸,+FAD,+FADH2,TCA中第三次氧化
6、的步骤丙二酸为该酶的竞争性抑制剂开始四碳酸之间的转变,琥珀酸脱氢酶,HC,COOH CH2 COOH,嵌入线粒体内膜,7 、 延胡索酸被水化生成苹果酸（延胡索酸酶）,+H2O,延胡索酸酶,8 、 苹果酸脱氢生成草酰乙酸（苹果酸脱氢酶）,+NAD+,+NADH+H+,TCA中第四次氧化的步骤，最后一步。,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环的过程,TCA经四次氧化，二次脱羧，通过一个循环，可以认为乙酰COA,三、三羧酸循环的化学计量乙酰CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O2C2O+3NADH+FADH2+GTP+Co
7、A+3H+循环有以下特点：1、乙酰CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个C原子进入循环。在以后的两步脱羧反应中，有两个C原子以CO2的形式离开循环，相当于乙酰CoA的2个C原子形成CO2。2、在循环中有4对H原子通过4步氧化反应脱下，其中3对用以还原NAD+生成3个NADH+H+,1对用以还原FAD,生成1个FADH2。3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸时，偶联有底物水平磷酸化生成1个GTP, 1GTP 1ATP。4、循环中消耗两分子水。 5、3NADH 7.5 ATP ， 1FADH2 1.5ATP，再加上1个GTP6、单向进行7、整个循环不需要氧，但离开氧无法进行。 1分子乙酰CoA通过TCA循
8、环被氧化，可生成10分子ATP。,若从丙酮酸开始，加上纽带 生成的1个NADH，则共产生10+2.5=12.5个ATP。若从葡萄糖开始，共可产生12.52+7=32个ATP。(二版及其他教材为38个ATP，NADH3ATP，FADH2 2ATP)可见由糖酵解和TCA循环相连构成的糖的有氧氧化途径，是机体利用糖氧化获得能量的最有效的方式，也是机体产生能量的主要方式。,-酮戊二酸 谷氨酸草酰乙酸 天冬氨酸 琥珀酰CoA 卟啉环上述过程均可导致草酰乙酸浓度下降，从而影响三羧酸循环的运转，因此必须不断补充才能维持其正常进行，这种补充称为回补反应(anaplerotic reaction)。,四、三羧酸
9、循环的回补反应,三羧酸循环不仅是产生ATP的途径，它的中间产物也是生物合成的前体，如,丙酮酸羧化PEP的羧化苹果酸脱氢由氨基酸形成,草酰乙酸的回补反应主要通过4个途径：,丙酮酸羧化(动物体内的主要回补反应),草酰乙酸或循环中任何一种中间产物不足,TCA循环速度降低,乙酰-CoA浓度增加,高水平的乙酰CoA激活,丙酮酸羧化酶,产生更多的草酰乙酸,生物素Mg2+,在线粒体内进行,PEP羧化（在植物、酵母、细菌）,反应在胞液中进行,苹果酸脱氢,丙酮酸,苹果酸,氨基酸转化,-酮戊二酸,天冬氨酸,谷氨酸,草酰乙酸,五、三羧酸循环的调控三羧酸循环的速度主要取决于细胞对ATP的需求量，另外也受细胞对于中间产
10、物需求的影响。有 3个调控部位。1、柠檬酸合成酶（限速酶） ATP、NADH是该酶的变构抑制剂，高浓度的ATP 和NADH抑制柠檬酸的合成，即抑制三羧酸循环地进行。高农度的琥珀酰-CoA抑制该酶的活性。2、异柠檬酸脱氢酶 该酶受ATP和NADH变构抑制，受ADP变构促进和Ca2+激活。3、-酮戊二酸脱氢酶 该酶受产物琥珀酰CoA和NADH抑制，也受高能荷抑制。Ca2+激活。,六、三羧酸循环的生物学意义与糖酵解构成糖的有氧代谢途径，为机体提供大量的能量，一分子葡萄糖经EMP、TCA循环和呼吸链氧化共可产生32个ATP。TCA循环是糖、脂类、蛋白质代谢联络的枢纽。,TCA循环,中间产物,脂肪酸、氨基酸,合成代谢,分解代谢产物,C2O+H2O+能量,TCA循环既是物质分解代谢的组成部分，亦是物质合成的重要步 骤，为其他生物合成提供原料。,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,a-酮戊二酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环的过程及其调控,1 ATP、NADH琥珀酰-CoA抑制,2 ATP、NADH抑制ADP、Ca2+激活,3 ATP、NADH琥珀酰-CoA抑制ADP、Ca2+激活,
