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1、第23章 柠檬酸循环(Citric acid cycle)一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段 形成乙酰形成乙酰CoA二、柠檬酸循环概貌二、柠檬酸循环概貌三、柠檬酸循环的反应机制三、柠檬酸循环的反应机制四、柠檬酸循环的化学总结算四、柠檬酸循环的化学总结算五、柠檬酸循环的调控五、柠檬酸循环的调控六、柠檬酸循环的双重作用六、柠檬酸循环的双重作用七、七、柠檬酸循环的发现历史柠檬酸循环的发现历史柠檬酸循环 柠柠檬檬酸酸循循环环（citric acid cycle）也也叫叫三三羧羧酸酸循循环环（tricarboxylic acid cycle， TCA循循环环）， 因因为
2、为德德国国科科学学家家Hans Krebs在在阐阐明明柠柠檬檬酸酸循循环环中中作作出出了了突出贡献，又将此途径称为突出贡献，又将此途径称为Krebs循环。循环。 在在有有氧氧条条件件下下，糖糖酵酵解解途途径径产产生生的的丙丙酮酮酸酸进进入入线线粒粒体体，先先转转变变成成乙乙酰酰CoA，乙乙酰酰CoA再再进进入入柠柠檬檬酸酸循循环环彻彻底底氧氧化化成成CO2。在在真真核核细细胞胞中中，柠柠檬檬酸酸循循环是在线粒体中进行的。环是在线粒体中进行的。一、丙酮酸进入柠檬酸循环的准备阶段形成乙酰CoA 丙酮酸到乙酰CoA的总反应式 OCH3CCOO + HSCoA + NAD+ O CH3CSCoA +
3、CO2 + NADH 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组分组分缩写缩写肽链肽链数数辅基辅基催化的反应催化的反应丙酮酸脱氢丙酮酸脱氢酶组分酶组分E124TPP丙酮酸氧化脱羧丙酮酸氧化脱羧二氢硫辛酰二氢硫辛酰转乙酰基酶转乙酰基酶E224硫辛酰胺硫辛酰胺 将乙酰基转移到将乙酰基转移到CoA二氢硫辛酸二氢硫辛酸脱氢酶脱氢酶E312FAD将将还还原原型型硫硫辛辛酰酰胺胺转转变变为为氧化型氧化型丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤 （丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应）E1 丙酮酸丙酮酸 TPP 丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物丙酮酸丙酮酸TPP加成化合物加成化合物 羟乙基羟乙基-
4、TPP共振形式共振形式丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤（丙酮酸脱羧反应丙酮酸脱羧反应）E2的硫辛酰胺辅基的硫辛酰胺辅基羟乙基羟乙基-TPP乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 TPP-E1E2丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤乙酰二氢硫辛酰胺乙酰二氢硫辛酰胺 乙酰乙酰CoA 二氢硫辛酰胺二氢硫辛酰胺（乙酰基转移到乙酰基转移到CoA分子上形成乙酰分子上形成乙酰CoA）丙酮酸转变为乙酰CoA的反应步骤（还原型还原型E2被氧化反应被氧化反应） 氧化型氧化型E3 还原型还原型E2 还原型还原型E3 氧化型氧化型E2 还原型还原型E3 还原型还原型E3 氧化型氧化型E3E3丙酮酸脱氢酶复合体结构 丙丙酮酮酸酸
5、脱脱氢氢酶酶复复合合体体由由60条条肽肽链链组组成成，总总分分子子量量为为50,000kD，直直径径约约30nm，在在电电子子显显微微镜镜下下可可以以看看到到。E2是是复复合合体体的的核核心心，E1及及E3结结合合在在E2的的外外面面。E2nm，它它具具有有极极大大的的转转动动灵灵活活性性，可将底物从一个酶转送到另一个酶。可将底物从一个酶转送到另一个酶。 丙酮酸脱氢酶复合体硫辛酰赖氨酰臂丙酮酸转变为乙酰CoA的总图砷化物对硫辛酰胺的毒害作用 丙酮酸脱氢酶复合体的调控 丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶复复合合体体催催化化的的这这个个反反应应是是哺哺乳乳动动物物体体内内使使丙丙酮酮酸酸转转变变为为乙乙酰酰
6、CoA的的唯唯一一途途径径。乙乙酰酰CoA既既是是柠柠檬檬酸酸循循环环的的入入口口，又又是是脂脂类类生生物物合合成成的的起起始始物物质。质。1产物控制产物控制 产物产物NADH抑制抑制E3，乙酰，乙酰CoA抑制抑制E2。2磷酸化和去磷酸化的调控磷酸化和去磷酸化的调控 E2分分子子上上结结合合着着两两种种特特殊殊的的酶酶，一一种种是是激激酶酶，另另一一种种是是磷磷酸酸酶酶，它它们们分分别别使使E1磷磷酸酸化化和和去去磷磷酸酸化化，去去磷磷酸酸化化形形式式是是E1的的活活性性形形式式。Ca2+通通过过激激活活磷磷酸酸酶酶的的作用，也能使作用，也能使E1活化。活化。二、柠檬酸循环概貌柠檬酸循环总图r
7、eturnreturn三、柠檬酸循环的反应草酰乙酸与乙酰CoA缩合形成柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 乙酰乙酰CoA 柠檬酰柠檬酰CoA 柠檬酸柠檬酸 CoA 柠檬酸合酶柠檬酸合酶1 11 1221 12柠檬酸异构化形成异柠檬酸 柠檬酸柠檬酸 顺顺-乌头酸乌头酸 异柠檬酸异柠檬酸乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶乌头酸酶2221 11 11 1乌头酸酶中的Fe-S聚簇（中心）含含有有这这类类结结构构的的蛋蛋白白质质称称为为铁铁硫硫蛋蛋白白异柠檬酸氧化形成酮戊二酸 异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶 异柠檬酸异柠檬酸 草酰琥珀酸草酰琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸1 12 21 12 2从异柠檬酸的分支途径异柠檬酸异柠檬酸异柠
8、檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶琥珀酸琥珀酸 乙醛酸乙醛酸（植物和有些细菌中发生）（植物和有些细菌中发生）酮戊二酸氧化脱羧形成琥珀酰CoA 酮戊二酸酮戊二酸 琥珀酰琥珀酰CoA-酮戊酮戊二酸脱氢二酸脱氢酶复合体酶复合体 1 11 12 22 2琥珀酰CoA转化成琥珀酸 烯醇化酶烯醇化酶 琥珀酰琥珀酰CoA CoA 琥珀酸琥珀酸琥珀酰琥珀酰CoA合成酶合成酶1 11 12 22 2琥珀酸脱氢形成延胡索酸琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸 延胡索酸延胡索酸（反丁烯二酸）（反丁烯二酸）FAD与琥珀酸脱氢酶的共价结合线粒体结构示意图琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。琥珀酸脱氢酶嵌合在线粒体的内膜上。 延胡索
9、酸水合形成L-苹果酸延胡索酸酶延胡索酸酶 延胡索酸延胡索酸 L-苹果酸苹果酸L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸脱氢酶 L-苹果酸苹果酸 草酰乙酸草酰乙酸四、柠檬酸循环的化学总结算乙酰乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2O 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA柠檬酸循环的总反应式柠檬酸循环的总反应式ATP的产量 从从丙丙酮酮酸酸开开始始，柠柠檬檬酸酸循循环环中中循循环环一一圈圈，共共产产生生4个个NADH，1个个FADH2，1个个GTP（ATP），按按每每个个NADH可可以以产产生生个个ATP、每每个个FADH2
10、可可以以产产生生个个ATP计计算，共产生算，共产生4（NADH1（FADH2）+ 1（GTP） = 个个ATP 每每个个葡葡萄萄糖糖分分子子（2个个丙丙酮酮酸酸）在在进进入入柠柠檬檬酸酸循循环环后可以产生后可以产生25个个ATP。 每每个个葡葡萄萄糖糖分分子子在在糖糖酵酵解解中中可可以以产产生生2个个ATP和和2个个NADH，共产生，共产生 2（2（NADH）= 7个个ATP 每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生每个葡萄糖分子彻底氧化后共产生32个个ATP。五、柠檬酸循环的调控 在在柠柠檬檬酸酸循循环环中中，虽虽然然有有8种种酶酶参参加加反反应应，但但在在调调节节循循环环速速度度中中起起关关键键作作
11、用用的的是是3种种酶酶：柠柠檬檬酸酸合合酶酶、异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶和和酮酮戊戊二二酸酸脱氢酶复合体脱氢酶复合体。其调控可以分为两个方面：。其调控可以分为两个方面：柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；柠檬酸循环本身各种物质对酶活性的调控；ADP、ATP和和Ca2+的调控。的调控。 柠檬酸循环本身制约系统的调节1乙乙酰酰CoA和和草草酰酰乙乙酸酸的的供供应应情情况况。乙乙酰酰CoA来来源源于于丙丙酮酮酸酸，受受到到丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶复复合合体体活活性性的的控控制制；草草酰酰乙乙酸酸的的供供应应取取决决于于循循环环是是否否运运行行畅畅通通，以以及中间产物离开循环的速率和补充的速率。及
12、中间产物离开循环的速率和补充的速率。2NADH/NAD+的的比比值值。柠柠檬檬酸酸合合酶酶和和异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶都都受受到到NADH的的抑抑制制，但但异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶对对NADH更更为为敏敏感感。酮酮戊戊二二酸酸脱脱氢氢酶酶复复合合体体也受也受NADH的抑制。的抑制。3产产物物的的反反馈馈抑抑制制。柠柠檬檬酸酸合合酶酶受受高高浓浓度度柠柠檬檬酸酸的的抑抑制制；酮酮戊戊二二酸酸脱脱氢氢酶酶复复合合体体受受琥琥珀珀酰酰CoA的抑制。的抑制。 goATP、ADP和Ca2+对柠檬酸循环的调节 1ATP/ADP的的比比值。 ATP/ADP的的比比值对对柠柠檬檬酸酸循循环环中中的的酶
13、酶有有调调节节作作用用，ADP是是异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶的的别别构构促促进进剂剂，可可降降低低该该酶酶的的Km值值，促促进进酶酶与与底物的结合；而底物的结合；而ATP抑制该酶。抑制该酶。2Ca2+浓度度。 Ca2+可可激激活活丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶的的磷磷酸酸酶酶，使使丙丙酮酮酸酸脱脱氢氢酶酶去去磷磷酸酸化化而而活活化化，从从而而增增加加乙乙酰酰CoA的的供供应应。同同时时Ca2+也也能能激激活活异异柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶和和酮戊二酸脱氢酶。酮戊二酸脱氢酶。 乙酰CoA形成和柠檬酸循环中的激活和抑制部位示意图激活激活 抑制抑制 反馈抑制反馈抑制六、柠檬酸循环的双重作用 许许多多合合成成代代谢谢都都利利用用柠柠檬檬酸酸循循环环的的中中间间产产物物作作为为生生物物合合成成的的前前体体来来源源。柠柠檬檬酸酸循循环环中中由由于于参参与与其其它它代代谢谢而而失失去去的的中中间间产产物物，必必须须及及时时补补充充，才才能能保保持持柠柠檬檬酸酸循循环环顺顺利利地地、不不间间断断地地运运转转。对对柠柠檬檬酸酸循循环中间产物有补充作用的反应称为填补反应。环中间产物有补充作用的反应称为填补反应。 柠檬酸循环是新陈代谢的中心环节。柠檬酸循环是新陈代谢的中心环节。柠檬酸循环的填补反应柠檬酸循环双重作用示意图分解代谢和合成代谢分解代谢和合成代谢双重作用双重作用
