三羧酸循环

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1、三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)是需氧生物体内普遍存在的代谢途径，因为在这 个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的柠檬酸，所以叫做三羧酸循环，又称为柠 檬酸循环；或者以发现者Hans Adolf Krebs (英1953年获得诺贝尔生理学或医学奖)命名 为Krebs循环。三羧酸循环是三大营养素(糖类、脂类、氨基酸)的最终代谢通路，又是 糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。目录1基本介绍2发现过程3定义4化学反应5生理意义6循环过程7循环总结8生理意义9调节功能10生物学意义Kerbs Cycle柠檬酸循环(tricarboxylicacidcycle)：也称为

2、三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle, TCA), Krebs循环。是用于将乙酰CoA中的乙酰基氧化成二氧化碳和还原当量的酶促反应的循环 系统，该循环的第一步是由乙酰 CoA与草酰乙酸缩合形成柠檬酸。反应物 乙酰辅酶 A(cetyl-CoA)(分子辅酶A和一个乙酰相连)是糖类、脂类、氨基酸代谢的共同的中间产物, 进入循环后会被分解最终生成产物二氧化碳并产生H, H将传递给辅酶-尼克酰胺腺嘌吟二 核苷酸(NAD+)和黄素腺嘌吟二核苷酸(FAD),使之成为NADH + H+和 FADH2。NADH + H+和FADH2携带H进入呼吸链，呼吸链将电子传递给02产生水，同时偶联氧化

3、磷酸 化产生ATP,提供能量。真核生物的线粒体和原核生物的细胞质是三羧酸循环的场所。它是呼吸作用过程中的一 步，但在需氧型生物中，它先于呼吸链发生。厌氧型生物则首先遵循同样的途径分解高能有 机化合物，例如糖酵解，但之后并不进行三羧酸循环，而是进行不需要氧气参与的发酵过程。2发现过程三羧酸循环如果国泰民安，克雷布斯博士也许一辈子就是一位普通的医生。但是第二次世界大战爆 发了，他受到纳粹的迫害，不得不逃往英国。在德国，他是位非常优秀的医生，但是在英国， 由于没有行医许可证，得不到社会的承认。他只好打消当一名每天给患者看病的医生的念头, 转而从事基础医学的研究。刚开始选择课题时，仅仅出于对食物在体内

4、究竟是如何变成水和二氧化碳的现象充满了 兴趣，他毫不犹豫地选择了这个课题，并且着手调查前人研究这一课题的各种材料。有的学 者报告说：“A物质经过氧化变成了 B物质。”有的学者说：“C物质经过氧化变成了 D 物质，然后又进一步变成E物质。”还有的学者认为：“C物质是从B物质中得到的。或 者可以说，是F物质变成了 G物质。”另外一些学者则认为，是“G物质经过氧化变成A 物质”等等。看着来自四面八方的研究报告，克雷布斯想，如果把这些零散的数据整理出来, 说不定可以发现食物代谢的结构。就像玩解谜游戏那样，克雷布斯将这些数据仔细整理了一 番，结果发现食物在体内是按F、G、A、B、C、D、E这样一个顺序变

5、化的。再仔细了解 从A到F这些化学物质，发现E和F之间断了链。如果E和F之间存在一种X物质，那么， 这条食物循环反应链就完整了。马上集中精力，全力寻找X物质。4年后终于查明，X物质 就是如今放在饮料中作为酸味添加剂的柠檬酸。他完成了食物的循环链，并且将它命名为柠 檬酸循环。克雷布斯的循环理论解释了食物在体内进入柠檬酸循环后，按照A、B、C、D、 E、X、F、G的顺序循环反应，最终氧化成二氧化碳和水。他的伟大不仅仅是发现了几个化 学物质的变化，而且在于将每一个活的变化整理出来，找出了可以解释动态生命现象的结构。 由于这一业绩，他在1953年获诺贝尔生理学或医学奖。柠檬酸循环也叫三羧酸循环或TCA

6、 循环。进入体内的营养成分在糖酵解一柠檬酸循环一电子传递系统等一系列呼吸作用下得到 分解，产生能量3定义三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle acid cycle，TCA cycle,TCA循环)是一个由一系 列酶促反应构成的循环反应系统，在该反应过程中，首先由乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生 成含有3个羧基的柠檬酸，经过4次脱氢，2次脱羧，生成四分子还原当量和2分子CO2,重 新生成草酰乙酸的这一循环反应过程成为三羧酸循环。4化学反应乙酰辅酶A在循环中出现：柠檬酸(I)是循环中第一个产物，它是通化学反应过草酰乙酸(X)和乙酰辅酶A(XI)的乙酰基间的缩合反应生成的。如上所述，乙

7、酰辅酶A 是早先进行的糖酵解，蛋白质代谢或脂肪酸代谢的一个产物。化学反应5生理意义1 三大营养素的最终代谢通路糖、脂肪和蛋白质在分解代谢过程都先生成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A与草酰乙酸结合 进入三羧酸循环而彻底氧化。所以三羧酸循环是糖、脂肪和蛋白质分解的共同通路。2. 糖、脂肪和氨基酸代谢的联系通路0OH三羧酸循环另一重要功能是为其他合成代谢提供小分子前谷氨酸体。a-酮戊二酸和草酰乙酸分别是合成谷氨酸和天冬氨酸的前体；草酰乙酸先转变成 丙酮酸再合成丙氨酸；许多氨基酸通过草酰乙酸可异生成糖。所以三羧酸循环是糖、脂肪酸 (不能异生成糖)和某些氨基酸相互转变的代谢枢纽。6循环过程乙酰-CoA进入由一连串

8、反应构成的循环体系，被氧化生成HQ和CO2o由于这个循环 反应开始于乙酰CoA与草酰乙酸(oxaloaceticacid)缩合生成的含有三个羧基的柠檬酸，因此 称之为三羧酸循环或柠檬酸循环(citratecycle)。在三羧酸循环中，柠檬酸合成酶催化的反应 是关键步骤，草酰乙酸的供应有利于循环顺利进行。其详细过程如下：1、乙酰-CoA进入三羧酸循环乙酰CoA具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型缩合。首先柠 檬酸合酶的组氨酸残基作为碱基与乙酰-CoA作用，使乙酰-CoA的甲基上失去一个H+,生 成的碳阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰-CoA中间体，然后高能硫酯

9、键水解放出游离的柠檬酸，使反应不可逆地向右进行。该反应由柠檬酸合酶(citratesy nthase) 催化，是很强的放能反应。由草酰乙酸和乙酰-CoA合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点, 柠檬酸合酶是一个变构酶，ATP是柠檬酸合酶的变构抑制剂，此外，a-酮戊二酸、NADH 能变构抑制其活性，长链脂酰-CoA也可抑制它的活性，AMP可对抗ATP的抑制而起激活 作用2、异柠檬酸形成柠檬酸的叔醇基不易氧化，转变成异柠檬酸而使叔醇变成仲醇，就易于氧化，此反应由顺乌头酸酶催化，为可逆反应。3、第一次氧化脱羧在异柠檬酸脫氢酶作用下，异柠檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸 (oxalosuccinica

10、cid)的中间产物，后者在同一酶表面，快速脫羧生成a -酮戊二酸 (a-ketoglutarate)、NADH和CO2，此反应为B -氧化脫羧，此酶需要镁离子作为激活剂。 此反应是不可逆的，是三羧酸循环中的限速步骤,ADP是异柠檬酸脫氢酶的激活剂，而ATP， NADH是此酶的抑制剂。4、第二次氧化脱羧在a-酮戊二酸脫氢酶系作用下，a-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰-CoA、NADHH+ 和CO,反应过程完全类似于丙酮酸脫氢酶系催化的氧化脫羧，属于a?氧化脫羧，氧化产 生的能量中一部分储存于琥珀酰coa的高能硫酯键中。a -酮戊二酸脫氢酶系也由三个酶(a - 酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二

11、氢硫辛酸脫氢酶)和五个辅酶(tpp、硫辛酸、 hscoa、NAD+、FAD)组成。此反应也是不可逆的。a -酮戊二酸脫氢酶复合体受ATP、GTP、 NADH和琥珀酰-CoA抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的调控。5、底物磷酸化生成ATP在琥珀酸硫激酶(succinatethiokinase)的作用下，琥珀酰-CoA的硫酯键水解，释放的自由能用于合成gtp,在细菌和高等生物可直接生成ATP，在哺乳动物中，先生成GTP，再生成ATP,此时，琥珀 酰-CoA生成琥珀酸和辅酶Ao6、琥珀酸脱氢琥珀酸脫氢酶(succinatedehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。该酶结合在线 粒体内膜上

12、，而其他三羧酸循环的酶则都是存在线粒体基质中的，这酶含有铁硫中心和共价 结合的fad,来自琥珀酸的电子通过fad和铁硫中心，然后进入电子传递链到0 ,丙二酸是 琥珀酸的类似物，是琥珀酸脫氢酶强有力的竞争性抑制物，所以可以阻断三羧酸循环。7、延胡索酸的水化延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用，而对顺丁烯二酸(马来酸)则无催化作用 因而是高度立体特异性的。8、草酰乙酸再生在苹果酸脫氢酶(malicdehydrogenase)作用下，苹果酸仲醇基脫氢氧化成羰基，生成草 酰乙酸(oxalocetate), NAD+是脫氢酶的辅酶，接受氢成为NADHH+(图4-5)。在此循环中，最初草酰乙酸因参加反应

13、而消耗，但经过循环又重新生成。所以每循环一 次，净结果为1个乙酰基通过两次脫羧而被消耗。循环中有机酸脫羧产生的二氧化碳，是机 体中二氧化碳的主要来源。在三羧酸循环中，共有4次脫氢反应，脫下的氢原子以NADH+H+ 和FADH2的形三羧酸循环式进入呼吸链，最后传递给氧生成水，在此过程中释放的能量可以合成ATP。乙酰辅 酶A不仅来自糖的分解，也可由脂肪酸和氨基酸的分解代谢中产生，都进入三羧酸循环彻 底氧化。并且，凡是能转变成三羧酸循环中任何一种中间代谢物的物质都能通过三羧酸循环 而被氧化。所以三羧酸循环实际是糖、脂、蛋白质等有机物在生物体内末端氧化的共同途径。 三羧酸循环既是分解代谢途径，但又为一

14、些物质的生物合成提供了前体分子。如草酰乙酸是 合成天冬氨酸的前体，a-酮戊二酸是合成谷氨酸的前体。一些氨基酸还可通过此途径转化 成糖。7循环总结乙酰-C0A+3NAD+FAD+ADP+P-2CO2+3NADH+FADH2+ATP+2H+CoA-SH1、CO2的生成，循环中有两次脱羧基反应（反应3和反应4）两次都同时有脱氢作用，但 作用的机理不同，由异柠檬酸脱氢酶所催化的B氧化脱羧，辅酶是nad+,它们先使底物脱 氢生成草酰琥珀酸，然后在Mn 2+或Mg2+的协同下，脱去羧基，生成a-酮戊二酸a-酮 戊二酸脱氢酶系所催化的a氧化脱羧反应和前述丙酮酸脱氢酶系所催经的反应基本相同。 应当指出，通过脱

15、羧作用生成CO2,是机体内产生CO?的普遍规律，由此可见，机体CO2 的生成与体外燃烧生成Co2的过程截然不同。2、三羧酸循环的四次脱氢，其中三对氢原子以NAD+为受氢体，一对以FAD为受氢体， 分别还原生成NADH+H+和FADH2。它们又经线粒体内递氢体系传递，最终与氧结合生成水，在此过程 中释放出来的能量使adp和pi结合生成ATP，凡NADH+H+参与的递氢体系，每2H氧化 成一分子HQ,生成分子2.5ATP,而FADH2参与的递氢体系则生成1.5分子ATP，再加上 三羧酸循环中一次底物磷酸化产生一分子ATP，那么，一分子柠檬酸参与三羧酸循环，直 至循环终末共生成10分子ATP。3、乙酰-CoA中乙酰基的碳原子，乙酰-CoA进入循环，与四碳受体分子草酰乙酸缩合， 生成六碳的柠檬酸，在三羧酸循环中有二次脱羧生成2分子CO2,与进入循环的二碳乙酰基 的碳原子数相等，但是，以Co2方式失去的碳并非来自乙酰基的两个碳原子，而是来自草 酰乙酸。4、三羧酸循环的中间产物，从理论上讲，可以循环不消耗，但是由于循环中的某些组 成成分还可参与合成其他物质，而其他物质也可不断通过多种途径而生成中间产物，所以说 三羧酸循环组成成分处于不断更新之中。例如草酰乙酸天门冬氨酸a酮戊二酸谷氨酸草酰乙酸丙酮酸丙氨酸其中丙酮酸羧化酶催化的生成草酰乙酸的反应最为重要。因为草酰乙酸的含量多少，直 接影响循