柠檬酸循环柠檬酸循环 一、柠檬酸循环简介一、柠檬酸循环简介1. 概念概念•柠檬酸循环柠檬酸循环:（（citrate cycle，三羧酸循环，三羧酸循环tricarboxylic acid cycle，，TCA循环，循环，Krebs循循环）环）在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为在有氧条件下，丙酮酸通过柠檬酸循环被氧化分解为CO2和水，同时释放能量和水，同时释放能量•由英国生化学家由英国生化学家Hans Krebs发现发现 柠檬酸合酶柠檬酸合酶2. 柠檬酸循环柠檬酸循环的全貌的全貌 二、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段二、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段——形成乙酰形成乙酰-CoA •粒体内，不可逆反应粒体内，不可逆反应丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体 •丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体的组成的组成：： 丙酮酸脱氢酶（丙酮酸脱氢酶（E E1 1）） 二氢硫辛酸转乙酰酶（二氢硫辛酸转乙酰酶（E E2 2）） 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 （（E E3 3））•酶的辅助因子酶的辅助因子: : NADNAD+ +——VPP——VPP FAD ——VB FAD ——VB2 2 辅酶辅酶A A（（CoACoA））————泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPTPP））——VB——VB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺————硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+ 缩写缩写辅基辅基催化反应催化反应丙酮酸脱氢酶E E1 1TPP丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰胺乙酰转移酶E E2 2硫辛酰胺硫辛酰胺将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酰胺脱氢酶E E3 3FAD将还原型硫辛酰胺转变硫辛酰胺转变为氧化型为氧化型大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成大肠杆菌的丙酮酸脱氢酶复合体组成 二氢硫辛酸转乙酰酶：二氢硫辛酸转乙酰酶：2424个亚基（个亚基（3 3个个8 8聚体）聚体）(Science,1992)4 4个亚基个亚基 反应过程反应过程1.脱羧，生成脱羧，生成羟乙基羟乙基TPP，由，由E1催化。
催化丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶羟乙基羟乙基-TPP 2.羟乙基被氧化成乙酰基，转移给羟乙基被氧化成乙酰基，转移给硫辛酰胺硫辛酰胺由E2催化E2E2乙酰乙酰-二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺羟乙基羟乙基-TPP3.乙酰基转给乙酰基转给CoA形成形成乙酰乙酰-CoA由E2催化E2E2乙酰乙酰-CoA二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺乙酰转移酶乙酰转移酶Mg2+ 4.氧化硫辛酰胺，生成氧化硫辛酰胺，生成FADH2由E3催化E2E2二氢硫辛酰胺脱氢酶二氢硫辛酰胺脱氢酶5.氧化氧化FADH2，生成，生成NADHFADH2-E3 + NAD+ FAD-E3 + NADH + H+ 反反应过程程 丙酮酸脱氢酶复合体的调节丙酮酸脱氢酶复合体的调节a.变构调节变构调节：乙酰：乙酰-CoA抑制抑制E2, NADH抑制抑制E3 磷酸化失活；胰岛素和磷酸化失活；胰岛素和Ca2+促进其失去磷促进其失去磷酸化，使其活性增加酸化，使其活性增加b.b.共价修饰调节：共价修饰调节：丙酮酸脱氢酶激酶丙酮酸脱氢酶激酶 三、柠檬酸循环的各个反应步骤三、柠檬酸循环的各个反应步骤 •线粒体基质线粒体基质•由由8种酶催化完成。
种酶催化完成•由乙酰辅酶由乙酰辅酶A和草酰乙酸缩合开始和草酰乙酸缩合开始，经过一，经过一连串反应使一分子乙酰基完全氧化连串反应使一分子乙酰基完全氧化,再生成草再生成草酰乙酸而完成一个循环酰乙酸而完成一个循环 每循环一次，经历每循环一次，经历两次脱羧两次脱羧，使乙酰辅酶，使乙酰辅酶A氧氧化生成化生成CO2和水 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 ①① 柠檬酸的合成柠檬酸的合成 反应不可逆反应不可逆,第一个调节酶第一个调节酶柠檬酸合酶柠檬酸合酶 二聚体草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰-CoA构象改变 ②②异柠檬酸的生成：异柠檬酸的生成：两步均为可逆反应两步均为可逆反应 反应不可逆，第二个调节酶反应不可逆，第二个调节酶第一个氧化脱羧第一个氧化脱羧③③ 异柠檬酸被异柠檬酸被氧化脱羧氧化脱羧生成生成α-酮戊二酸酮戊二酸 ④④α-酮戊二酸酮戊二酸氧化脱羧氧化脱羧生成琥珀酰生成琥珀酰-CoA•反应不可逆反应不可逆•第二个氧化脱羧第二个氧化脱羧 •α-α-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体的组成的组成：： α-α-酮戊二酸酮戊二酸脱氢酶（脱氢酶（E E1 1）） 转琥珀酰酶转琥珀酰酶（（E E2 2））————核心核心 二氢硫辛酸脱氢酶二氢硫辛酸脱氢酶 （（E E3 3））•酶的辅助因子酶的辅助因子: : NADNAD+ +——VPP——VPP FAD ——VB FAD ——VB2 2 辅酶辅酶A A（（CoACoA））————泛酸泛酸 硫胺素焦磷酸（硫胺素焦磷酸（TPPTPP））——VB——VB1 1 硫辛酰胺硫辛酰胺————硫辛酸硫辛酸 MgMg2+2+ ⑤⑤ 琥珀酰琥珀酰-CoA→琥珀酸琥珀酸•唯一直接产生高能磷酸键的反应（唯一直接产生高能磷酸键的反应（底物磷酸化底物磷酸化））•哺乳动物：哺乳动物：GTP；；植物和细菌：植物和细菌：ATP ⑥琥珀酸氧化成延胡索酸琥珀酸氧化成延胡索酸丙二酸是很强的竞争性抑制剂丙二酸是很强的竞争性抑制剂第三个氧化还原反应第三个氧化还原反应反丁烯二酸反丁烯二酸 •反式加成，反式加成，生成生成L型型苹果酸。
苹果酸 ⑦ ⑦ 延胡索酸生成延胡索酸生成L-苹果酸苹果酸 ⑧⑧ L-苹果酸生成草酰乙酸苹果酸生成草酰乙酸第四个氧化还原反应第四个氧化还原反应 柠檬酸循环柠檬酸循环 柠檬酸合酶柠檬酸合酶 NAD+NADH+ H+NADH+HNADNADH + H++GDP+PiGTPFADH2FAD+NAD+CO2H 2 OCO2乙酰乙酰-CoA(1)(5)(6)(7)(8)(3)(4)(2)柠檬酸柠檬酸异柠檬酸异柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸α-α-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰-CoA-CoA琥珀酸琥珀酸延胡索酸延胡索酸苹果酸苹果酸草酰乙酸草酰乙酸H O2(1) 柠檬酸合酶(2) 乌头酸酶(3) 异柠檬酸脱氢酶(4) α-酮戊二酸脱氢酶复合体(5) 琥珀酰-CoA合成酶(6) 琥珀酸脱氢酶(7) 延胡索酸酶(8) 苹果酸脱氢酶三羧酸循环H2OHSCoAHSCoAHSCoAH 2 OH 2 O1 12 23 34 4 三羧酸循环的总反应式三羧酸循环的总反应式 CH3COSCoA＋＋3NAD＋＋＋＋FAD＋＋GDP＋＋Pi＋＋2H2O 2CO2＋＋3NADH＋＋3H＋＋＋＋FADH2＋＋GTP＋＋CoASH 柠檬酸循环的特点柠檬酸循环的特点•线粒体基质。
线粒体基质•加入2C以2个CO2释放，参与反应的物质没减少•消耗了两个水•共有4步脱氢反应,生成3个NADH 和1个FADH2 进入呼吸链•柠檬酸循环严格需氧 从从乙酰乙酰CoA开始开始 （（7）） GTP 1ATP（（4），（），（6），（），（10）） 3NADH 3×2.5ATP（（8）） 1FADH2 1.5ATP10ATP从从丙酮酸丙酮酸开始开始 2.5+10=12.5ATP从从葡萄糖葡萄糖开始开始 7ATP(or 5ATP)+ 12.5ATP×2=32ATP(or 30ATP) 四、化学总结算 P342NADH 1.5或或2.5 +3 或或5NADH 2.5 + 5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5NADH 2.5 +5FADH2 1.5 +330或或321.5或或2.56C3C1 ATP1 ATP1 GTP(ATP)2 ×细胞液细胞液线粒体线粒体线粒体线粒体1 ATP1 ATP葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量葡萄糖彻底氧化分解所释放的能量 •柠檬酸合酶：柠檬酸合酶：抑制：抑制： ATP和和NADH ，，琥珀酰琥珀酰-CoA，，柠檬酸柠檬酸激活：激活： ADP•异柠檬酸脱氢酶：异柠檬酸脱氢酶：抑制：抑制： ATP激活：激活： ADP，，Ca2+•α-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶抑制：抑制： NADH ，，琥珀酰琥珀酰-CoA激活：激活： Ca2+五、柠檬酸循环的调节柠檬酸循环的调节 柠檬酸合酶柠檬酸合酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶酮戊二酸脱氢酶 六、柠檬酸循环的双重作用六、柠檬酸循环的双重作用 •主要：供能主要：供能•为生物合成提供中间物。
为生物合成提供中间物•三大营养物质的最终代谢通路三大营养物质的最终代谢通路•是是CO2的重要来源之一的重要来源之一两用代谢途径两用代谢途径 代谢枢纽代谢枢纽两用代谢途径两用代谢途径 •回补反应：回补反应：酶催化的补充酶催化的补充TCA循环中间代谢物的供给循环中间代谢物的供给的反应丙酮酸丙酮酸+CO2+ATP+H2O → 草酰乙酸草酰乙酸+ADP+Pi+2H+丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶: 激活剂激活剂——乙酰乙酰-CoA 七、乙醛酸循环七、乙醛酸循环存在于存在于植物和植物和微生物微生物中P344 草酰乙酸草酰乙酸+乙酰乙酰-CoA→柠檬酸柠檬酸 → 异柠檬酸异柠檬酸 ↓异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶 琥珀酸琥珀酸+乙醛酸乙醛酸 ↓ +乙酰乙酰-CoA 苹果酸苹果酸 ↓ 草酰乙酸草酰乙酸 2乙酰乙酰-CoA+NAD++2H2O →琥珀酸琥珀酸+2CoASH+NADH+2H+ 名词解释名词解释•柠檬酸循环（柠檬酸循环（citrate cycle，，三羧酸循环三羧酸循环 tricarboxylic acid cycle，，TCA循环，循环，Krebs循环循环）） 。