目目 录录第第 九九 章章三羧酸循环三羧酸循环Tricarboxylic Acid Cycle第二篇第二篇 物质代谢与能量代谢物质代谢与能量代谢 目目 录录糖原糖原 三酯酰甘油三酯酰甘油 蛋白质蛋白质 葡萄糖葡萄糖 脂酸脂酸+甘油甘油 氨基酸氨基酸 乙乙酰CoA TCA循循环 2H 2H 呼呼吸吸链 H2O H2O ADP+Pi ATP CO2 CO2 * * 营养物在生物体内氧化的普经过程营养物在生物体内氧化的普经过程 目目 录录n在真核生物，在真核生物，TCA循环粒体中进展，循环粒体中进展，与呼吸链在功能和构造上相偶联与呼吸链在功能和构造上相偶联 目目 录录第第 一一 节 三三羧酸循酸循环的概念及其的概念及其发现史史Concept and Scientific History of Tricarboxylic Acid Cycle 目目 录录一、一、TCA循环是以构成柠檬酸为起始物循环是以构成柠檬酸为起始物的循环反响系统的循环反响系统nTCA循环是一个由一系列酶促反响构成的循环反循环是一个由一系列酶促反响构成的循环反响系统，在该反响过程中，首先由乙酰响系统，在该反响过程中，首先由乙酰CoA〔主〔主要来自于三大营养物质的分解代谢〕与草酰乙酸要来自于三大营养物质的分解代谢〕与草酰乙酸缩合生成含缩合生成含3个羧基的柠檬酸〔个羧基的柠檬酸〔citric acid〕，再〕，再经过经过4次脱氢、次脱氢、2次脱羧，生成次脱羧，生成4分子复原当量〔分子复原当量〔reducing equivalent〕和〕和2分子分子CO2，重新生成草，重新生成草酰乙酸的这一循环反响过程称为三羧酸循环。
酰乙酸的这一循环反响过程称为三羧酸循环 目目 录录n复原当量〔复原当量〔reducing equivalent 〕〕n普普通通是是指指以以氢氢原原子子或或氢氢离离子子方方式式存存在在的的一一个个电电子或一个电子当量子或一个电子当量 目目 录录三三羧酸酸循循环也也称称为柠檬檬酸酸循循环〔〔citric acid cycle〕〕，，这是是由由于于循循环反反响响中中的的第第一一个个中中间产物物是是一一个个含含三三个个羧基基的的柠檬檬酸酸由由于于Krebs正正式式提提出出了了三三羧酸酸循循环的的学学说，，故故此此循循环又称又称为Krebs循循环二、二、Hans Krebs创建了建了“TCA循循环〞学〞学说 目目 录录n1937年年，，Hans Krebs利利用用鸽鸽子子胸胸肌肌〔〔这这块块肌肌肉肉在在飞飞行行中中有有相相当当高高的的呼呼吸吸频频率率，，因因此此特特别别适适宜宜于于氧氧化化过过程程的的研研讨讨〕〕的的组组织织悬悬液液，，测测定定了了在在不不同同的的有有机机酸酸作作用用下下，，丙丙酮酮酸酸氧氧化化过过程程中中的的耗耗氧氧率率，，初初次次提出在动物组织中丙酮酸氧化途径的假说提出在动物组织中丙酮酸氧化途径的假说。
目目 录录nAlbert Szent-Gyorgyi等等曾曾经发现动物物肌肌肉肉组织中中某某些些4碳碳二二羧酸酸〔〔琥琥珀珀酸酸、、延延胡胡索索酸酸、、苹苹果果酸酸和和草草酰乙酸〕能刺激氧的耗乙酸〕能刺激氧的耗费nKrebs证明明了了这项发现，，并并且且发现它它们也也可可刺刺激激丙丙酮酸酸的的氧氧化化过程程而而且且他他还发现肌肌肉肉中中丙丙酮酸酸的的氧氧化化还可可被被6碳碳三三羧酸酸，，如如柠檬檬酸酸、、顺乌头酸酸和和异异柠檬檬酸酸及及5碳碳的的α-酮戊戊二二酸酸激激活活上上述述有有机机酸酸的的激激活活效效应是是显著著的的，，任任何何一一种种这些些有有机机酸酸的的添添加加，，甚甚至至是是很很少少量量的的添添加加都都能能大大大大激激活活丙丙酮酸酸的的氧氧化化过程 目目 录录nKrebs的的第第二二项艰苦苦发现是是察察看看到到丙丙二二酸酸对丙丙酮酸酸有氧氧化的抑制造用有氧氧化的抑制造用n丙丙二二酸酸是是琥琥珀珀酸酸的的类似似物物，，是是琥琥珀珀酸酸脱脱氢酶的的竞争争性性抑抑制制剂，，在在肌肌肉肉悬浮浮液液中中，，无无论参参与与上上述述哪哪一一种种有有机机酸酸，，只只需需丙丙二二酸酸存存在在，，丙丙酮酸酸的的有有氧氧氧氧化化过程程就就会会被被抑抑制制。
这阐明明在在涉涉及及丙丙酮酸酸氧氧化化的的酶促促反反响响中，琥珀酸和琥珀酸脱中，琥珀酸和琥珀酸脱氢酶必定是很关必定是很关键的成分nKrebs进一一步步发现，，当当用用丙丙二二酸酸去去抑抑制制肌肌肉肉组织悬液液中中的的丙丙酮酸酸的的有有氧氧氧氧化化时，，在在这个个悬液液介介质中中就就会会有有柠檬檬酸酸、、α-酮戊戊二二酸酸和和琥琥珀珀酸酸的的积累累，，这阐明明柠檬酸和檬酸和α-酮戊二酸通常戊二酸通常为琥珀酸的前体琥珀酸的前体 目目 录录n根根据据上上述述实实验验察察看看和和一一些些其其它它的的证证据据，，Krebs得得出出一一个个结结论论：：上上述述有有机机三三羧羧酸酸和和二二羧羧酸酸可可以以以以一一个个符符合合化化学学逻逻辑辑的的序序列列陈陈列列由由于于用用丙丙酮酮酸酸和和草草酰酰乙乙酸酸与与肌肌组组织织共共同同孵孵育育，，即即可可导导致致溶溶液液介介质质中中柠柠檬檬酸酸的的堆堆积积，，所所以以Krebs推推理理这这一一系系列列反反响响是是以以循循环环的的方方式式而而不不是是以以线线性性的的方方式式存存在在，，即即它它的的开开场场和结尾是连在一同的和结尾是连在一同的 目目 录录n从从这这些些简简单单的的实实验验和和逻逻辑辑推推理理中中，，Krebs假假定定他他所所称称的的柠柠檬檬酸酸循循环环是是肌肌肉肉中中碳碳水水化化合合物物氧氧化化的的主主要要途途径径。
柠柠檬檬酸酸循循环环也也称称TCA循循环环，，由由于于在在Krebs提提出出这这个个循循环环假假说说的的假假设设干干年年以以后后，，还还不不确确定定柠柠檬檬酸酸或或者者一一些些其其它它的的三三羧羧酸酸，，例例如如异异柠柠檬檬酸酸能能否否是是由由丙丙酮酮酸酸和和草草酰酰乙乙酸酸反反响响所所构构成成的的第第一一个个产产物物自自Krebs提提出出TCA循循环环的的假假设设后后，，研研讨讨发发现现该该循循环环不不仅仅在在肌肌肉肉组组织织中中起起作作用用，，而而且且在在需需氧氧动动物物和和植植物物的的一一切切组组织织中中，，以以及及许许多多需需氧氧微微生生物物中中均均发发扬着功能扬着功能 目目 录录nTCA循循环环最最初初只只是是建建立立在在实实验验根根底底上上的的假假说说随随后后，，在在体体外外对对参参与与循循环环中中酶酶的的研研讨讨证证明明并并阐阐明明了了该该循循环环的的细细节节但但是是这这些些酶酶能能否否在在完完好好的的活活细细胞胞的的循循环环中中真真正正发发扬扬功功能能？？细细胞胞内内该该循循环环的的效效率率能能否否足足以以解解释释动动物物组组织织中中葡葡萄萄糖糖氧氧化化的的效效率率？？这这些些问问题题曾曾经经经经过过用用同同位位素素标标志志的的代代谢谢物物研研讨讨〔〔如如丙丙酮酮酸酸或或乙乙酸酸酯酯分分子子中中特特定定碳碳原原子子的的13C或或14C标标志志等等同同位位素素示示踪踪实实验验〕〕，，证证明明TCA循循环环确确实实以以很很高高的的效效率率在在活活细细胞胞中中存存在在。
如如今今TCA循循环环已已被被公公以以为是营养物分解代谢的必经途径为是营养物分解代谢的必经途径 目目 录录第第 二二 节三三羧酸循酸循环的反响的反响过程及其程及其调控控 Reactions and Regulation of Tricarboxylic Acid Cycle 目目 录录一、三羧酸循环由一、三羧酸循环由8步代谢反响组成步代谢反响组成 目目 录录1. 乙酰乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的合与草酰乙酸缩合成柠檬酸的合成成n 乙酰辅酶乙酰辅酶A〔〔acetyl CoA〕与草酰乙酸〔〕与草酰乙酸〔oxaloacetate〕缩合成柠檬酸〔〕缩合成柠檬酸〔citrate〕；〕；n 反响由柠檬酸合酶〔反响由柠檬酸合酶〔citrate synthase〕催化 目目 录录2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸n此反响是由顺乌头酸酶催化的异构化反响；此反响是由顺乌头酸酶催化的异构化反响；n由两步反响构成，由两步反响构成，(1)：脱水反响；：脱水反响；(2)：水合反响水合反响 目目 录录3. 异异柠檬酸氧化脱檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸戊二酸羧n异异柠檬酸在异檬酸在异柠檬酸脱檬酸脱氢酶〔〔Isocitrate dehydrogenase〕作用下，氧化脱〕作用下，氧化脱羧而而转变成成 -酮戊二酸〔戊二酸〔 - Ketoglutarate〕。
〕 目目 录录4. α-酮戊二酸氧化脱戊二酸氧化脱羧生成琥珀生成琥珀酰 CoAn在在-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶复合体催化下复合体催化下-酮戊二酸戊二酸氧化脱氧化脱羧生成琥珀生成琥珀酰CoA(succinyl-CoA)；；n该脱脱氢酶复合体的复合体的组成及催化机理与丙成及催化机理与丙酮酸脱酸脱氢酶复合体复合体类似 目目 录录5. 琥珀酰琥珀酰CoA合成酶催化底物程度磷酸化反响合成酶催化底物程度磷酸化反响 n在在琥琥珀珀酰酰CoA合合成成酶酶催催化化下下，，琥琥珀珀酰酰CoA的的高高能能硫硫酯酯键键水水解与解与GDP磷酸化偶联，生成琥珀酸、磷酸化偶联，生成琥珀酸、GTP和辅酶和辅酶An这是三羧酸循环中唯不断接生成高能磷酸键的反响这是三羧酸循环中唯不断接生成高能磷酸键的反响 目目 录录GTPGDPATPADP核苷二磷核苷二磷酸激酶酸激酶 目目 录录6. 琥珀酸脱氢生成延胡索酸琥珀酸脱氢生成延胡索酸 n此步反响由琥珀酸脱氢酶催化，其辅酶是此步反响由琥珀酸脱氢酶催化，其辅酶是FAD，，是三羧酸循环中独一与内膜结合的酶是三羧酸循环中独一与内膜结合的酶 目目 录录7. 延胡索酸加水生成苹果酸延胡索酸加水生成苹果酸n苹果酸酶催化此步反响。
苹果酸酶催化此步反响 目目 录录8. 苹果酸脱氢生成草酰乙酸苹果酸脱氢生成草酰乙酸n苹果酸脱氢酶催化此步反响，辅酶是苹果酸脱氢酶催化此步反响，辅酶是NAD+ CoASHNADH+H+NAD+CO2CO2NAD+NADH+H+COCO2 2GTPGTPGDP+PiGDP+PiFADFADH2NADH+H+NAD+H2OH2OH2OCoASHCoASH⑧①①②③③④④⑤⑥⑦②H2O①①柠檬酸合檬酸合酶②②顺乌头酸酸酶③③异异柠檬酸脱檬酸脱氢酶④④α-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶复合体复合体⑤⑤琥珀琥珀酰CoA合成合成酶⑥⑥琥珀酸脱琥珀酸脱氢酶⑦⑦延胡索酸延胡索酸酶⑧⑧苹果酸脱苹果酸脱氢酶GTPGDPATPADP核苷二磷酸激酶核苷二磷酸激酶目目 录录 目目 录录2CO24×2[H] 目目 录录二、二、1次次TCA循环生成循环生成2分子分子CO2n在在TCA循循环反反响响过程程中中，，从从2个个碳碳原原子子的的乙乙酰CoA与与4个个碳碳原原子子的的草草酰乙乙酸酸缩合合成成6个个碳碳原原子子的的柠檬酸开檬酸开场，， 反复地脱反复地脱氢氧化nTCA循循环中中经过脱脱羧方方式式生生成成CO21个个二二碳碳单位位进入入TCA后后，，有有2次次脱脱羧反反响响，，生生成成2分分子子CO2，，这是体内是体内CO2的主要来源。
的主要来源nTCA循循环过程程中中，，共共有有4次次脱脱氢，，其其中中3次次脱脱氢由由NAD+接受，接受，1次由次由FAD接受 目目 录录nTCA循循环过程中，共有程中，共有4次脱次脱氢，其中，其中3次脱次脱氢由由NAD+接受，接受，1次由次由FAD接受nTCA循循环本身每循本身每循环一次只能以底物程度磷酸化一次只能以底物程度磷酸化生成生成1个个ATPTCA循循环总反响式：反响式：CH3CO~SCoA + 3NAD+ +FAD + GDP + Pi + 2H2O↓2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + HS~CoA + GTP 目目 录录三、三、TCA循环的中间产物本身并无量的变化循环的中间产物本身并无量的变化nTCA循循环的中的中间产物包括草物包括草酰乙酸在内起着催化乙酸在内起着催化剂的作用，本身并无量的的作用，本身并无量的变化n不能不能够经过TCA直接从乙直接从乙酰CoA合成草合成草酰乙酸或乙酸或其他中其他中间产物；同物；同样，，这些中些中间产物也不能物也不能够直直接在接在TCA循循环中被氧化生成中被氧化生成CO2和和H2OnTCA循循环中的草中的草酰乙酸主要来自丙乙酸主要来自丙酮酸的直接酸的直接羧化，也可化，也可经过苹果酸脱苹果酸脱氢产生。
无生无论何种来源，何种来源，其最其最终来源是葡萄糖来源是葡萄糖 目目 录录四、四、TCA循环受底物、产物和关键酶循环受底物、产物和关键酶活性调理活性调理nTCA循环的速度和流量主要受３种要素的调控：循环的速度和流量主要受３种要素的调控：•底物的供应量底物的供应量•催化循环最初几步反响的酶的反响别构抑制催化循环最初几步反响的酶的反响别构抑制•产物堆积的抑制造用产物堆积的抑制造用 目目 录录〔一〕〔一〕TCA循环中有３个关键酶循环中有３个关键酶nTCA循环中催化３个不可逆反响的酶：循环中催化３个不可逆反响的酶：•柠檬酸合檬酸合酶•异异柠檬酸脱檬酸脱氢酶•α-酮戊二酸脱戊二酸脱氢酶 目目 录录乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酰琥珀酰CoA α-酮酮戊二酸戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 NADH FADH2 GTPATP异异柠檬酸檬酸 脱脱氢酶柠檬酸合檬酸合酶 α-酮戊二酸戊二酸脱脱氢酶复合体复合体 –ATP +ADP ADP +ATP –柠檬酸檬酸 琥珀酰琥珀酰CoA NADH –琥珀酰琥珀酰CoA NADH +Ca2+ Ca2+ ①① ATP、、ADP的影响的影响②② 产物堆物堆积引起抑制引起抑制③③循循环中中后后续反反响响中中间产物物别位位反反响响抑抑制制前前面面反反响响中的中的酶④④其他，如其他，如Ca2+可可激活激活许多多酶三羧酸循环的调理三羧酸循环的调理 目目 录录〔二〕〔二〕TCA循环与上游和下游反响协调循环与上游和下游反响协调n在正常情况下，〔糖〕酵解途径和在正常情况下，〔糖〕酵解途径和TCA循环的循环的速度相协调；速度相协调；n氧化磷酸化的速率对氧化磷酸化的速率对TCA循环的运转也起着非循环的运转也起着非常重要的作用。
常重要的作用 目目 录录五、五、TCA循环中的多种酶以复合体循环中的多种酶以复合体方式存在于线粒体方式存在于线粒体nTCA循环中的酶粒体中是以多种酶组成的循环中的酶粒体中是以多种酶组成的复合体方式存在，这种酶复合体被称为代谢区复合体方式存在，这种酶复合体被称为代谢区室〔室〔metabolons〕，它在细胞内可以有效地将〕，它在细胞内可以有效地将代谢中间产物从一种酶传送给另一种酶这些代谢中间产物从一种酶传送给另一种酶这些复合体具有高效介导中间产物流通的功能，因复合体具有高效介导中间产物流通的功能，因此也可影响代谢的速率此也可影响代谢的速率 目目 录录第三第三节三三羧酸循酸循环的生理意的生理意义 Physiologic Significance Physiologic Significance of Tricarboxylic Acid of Tricarboxylic Acid CycleCycle 目目 录录一、一、TCA循循环是一条是一条“两用代两用代谢途径〞途径〞nTCA循循环在大多数生物中是分解代在大多数生物中是分解代谢途径途径;n多种生物合成途径也利用多种生物合成途径也利用TCA循循环的中的中间产物物作作为合成反响的起始物。
合成反响的起始物〔一〕〔一〕TCA循循环参与合成和分解途径的参与合成和分解途径的组成成 目目 录录TCA中中间产物物〔二〕〔二〕TCATCA循环中间产物是合成糖、脂肪酸和循环中间产物是合成糖、脂肪酸和氨基酸的前体氨基酸的前体1. TCA循循环中中间产物可以异生物可以异生为糖糖草草酰乙酸乙酸异生异生为葡萄糖葡萄糖氨基酸氨基酸 目目 录录乙乙酰CoA2. TCA循环中间产物可为脂酸合成提供原料循环中间产物可为脂酸合成提供原料合成脂酸合成脂酸柠檬酸檬酸-丙丙酮酸循酸循环 目目 录录α-酮酮戊二酸戊二酸 + 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谷氨酸脱谷氨酸脱氢酶NADH + H+NAD+ 目目 录录 目目 录录〔三〕添补反响补充〔三〕添补反响补充TCA循环中间产物循环中间产物n参与其他代参与其他代谢途径而耗途径而耗费的的TCA循循环中中间产物必物必需及需及时补充，才干充，才干坚持持TCA循循环顺利利进展这类反响被称反响被称为添添补反响〔反响〔anaplerotic reaction〕n最重要的添最重要的添补反响是由丙反响是由丙酮酸酸羧化化酶催化的，从催化的，从丙丙酮酸生成草酸生成草酰乙酸的反响。
乙酸的反响丙酮酸丙酮酸 + CO2草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶ATPADP + Pi 目目 录录n乙乙酰CoA是丙是丙酮酸酸羧化化酶的激活的激活剂；；nTCA循循环中的中的酶促反响可以将草促反响可以将草酰乙酸乙酸转变为其其他中他中间产物；物；n此外，可由此外，可由别的途径生成一些中的途径生成一些中间产物，如：物，如：奇数碳链脂肪酸奇数碳链脂肪酸琥珀酰琥珀酰CoA某些氨基酸某些氨基酸α-α-酮酮戊二酸、草戊二酸、草酰酰乙酸乙酸 目目 录录二、二、TCA循环在循环在3大营养物质代谢中大营养物质代谢中具有重要生理意义具有重要生理意义〔一〕〔一〕TCA循环是三大营养物质的最终代谢循环是三大营养物质的最终代谢通路通路〔二〕〔二〕TCA循环是糖、脂肪和氨基酸代谢联循环是糖、脂肪和氨基酸代谢联络的枢纽络的枢纽 。