第23章檸檬酸循環(huán)在無氧條件下，葡萄糖經(jīng)分解代謝形成丙酮酸，丙酮酸繼續(xù)形成乳酸或乙醇。在有氧條件下，丙酮酸可繼續(xù)進(jìn)行有氧分解，最后完全氧化，形成CO2和水。此途徑分為檸檬酸循環(huán)和氧化磷酸化兩個(gè)階段。檸檬酸循環(huán)的概念：在有氧的情況下，葡萄糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸氧化脫羧形成乙酰CoA。乙酰CoA經(jīng)一系列氧化、脫羧，最終生成CO2和H2O并產(chǎn)生能量的過程，稱為檸檬酸循環(huán)，由于檸檬酸含三個(gè)羧基，所以亦稱為三羧酸循環(huán)。(tricarboxylicacidcycle),簡(jiǎn)稱TCA循環(huán)。由于它是由H.A.Krebs（德國(guó)）正式提出的，所以又稱Krebs循環(huán)。三羧酸循環(huán)在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行。有氧氧化的反應(yīng)過程

第一階段：葡萄糖→→→丙酮酸（細(xì)胞液）第二階段：丙酮酸→乙酰CoA（線粒體）第三階段：三羧酸循環(huán)及氧化磷酸化（線粒體）糖的有氧氧化：葡萄糖或糖原在有氧的條件下，徹底氧化成CO2和水的過程。檸檬酸循環(huán)是糖、脂肪、蛋白質(zhì)和氨基酸等氧化所共同經(jīng)歷的途徑。此外，檸檬酸循環(huán)生成的中間物質(zhì)也是許多生物合成的前體。因次檸檬酸循環(huán)是兩用代謝途徑。一、由丙酮酸形成乙酰CoA丙酮酸進(jìn)入線粒體轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA,這是連接糖酵解和三羧酸循環(huán)的紐帶：丙酮酸+CoASH+NAD+

乙酰CoA+CO2+NADH+H+反應(yīng)不可逆，分5步進(jìn)行，由丙酮酸脫氫酶復(fù)合體（丙酮酸脫氫酶系）催化。丙酮酸脫氫酶復(fù)合體是一個(gè)十分大的多酶復(fù)合體，包括丙酮酸脫氫酶組分E1、二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙?；窫2、二氫硫辛酸脫氫酶E3三種不同的酶及焦磷酸硫胺素(TPP)、硫辛酸，F(xiàn)AD(黃素腺嘌呤二核苷酸),NAD+,CoASH

及Mg2+六種輔助因子組裝而成。檸檬酸循環(huán)

一.由丙酮酸形成乙酰CoA

二.三羧酸循環(huán)的過程

三.三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量

四.三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)

五.三羧酸循環(huán)的調(diào)控

六.三羧酸循環(huán)的生物學(xué)意義大腸桿菌丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的內(nèi)容縮寫肽鏈數(shù)輔基催化反應(yīng)丙酮酸脫氫酶

E124TPP丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛酰轉(zhuǎn)乙

E224硫辛酰胺將乙?；D(zhuǎn)移到CoA

?；付淞蛐了崦摎涿窫312FAD將還原型硫辛酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸虴2E3E1三種酶60條肽鏈形成的復(fù)合體乙酰二氫硫辛酰胺硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；噶蛐了狨０范淞蛐刘０繁崦擊让付淞蛐了崦摎涿副嵋阴oAE1E3E2E2～Ⅰ.丙酮酸脫氫酶復(fù)合體CO2CH3OCOOCTPPCH3CHOHTPPS(CH2)4COSOCH3CS(CH2)4COSHSH(CH2)4COSHFADH2FADNADNADH+H++SCoACH3CSCoAOHH乙酰二氫硫辛酸硫辛酸乙酰轉(zhuǎn)移酶硫辛酸二氫硫辛酸丙酮酸脫羧酶二氫硫辛酸脫氫酶丙酮酸乙酰CoAE1E3E2E2多肽鏈中間產(chǎn)物在氨基酸臂作用下進(jìn)入酶活性中心快速準(zhǔn)確！形成酶復(fù)合體有什么好處呢？砷化物與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體E2中的輔基硫辛酰胺的毒害作用。（由于酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體也含硫辛酰胺輔基，因此，砷化物也有毒害作用）-O-AsOHOH+HSHSRSSR-O-As+2H2O亞砷酸二氫硫辛酰胺R-As=O+HSHSRSSRR-As+H2O有機(jī)砷化物丙酮酸脫氫酶復(fù)合體的調(diào)控由丙酮酸到乙酰CoA是一個(gè)重要步驟，處于代謝途徑的分支點(diǎn)，所以此體系受到嚴(yán)密的調(diào)節(jié)控制：1、產(chǎn)物抑制：受乙酰CoA和NADH的控制。乙酰CoA抑制轉(zhuǎn)乙?；窫2組分，NADH抑制二氫硫辛酰脫氫酶E3組分。抑制效應(yīng)被CoA和NAD+逆轉(zhuǎn)。2、磷酸化和去磷酸化作用的調(diào)節(jié)：丙酮酸脫氫酶組分E1的磷酸化狀態(tài)無活性，反之有活性。其磷酸化受E2上結(jié)合的激酶和磷酸酶作用。Ca2+通過激活磷酸酶，使丙酮酸脫氫酶組分活化。E2激酶磷酸酶使E1磷酸化（無活性形式）使磷酸化的E1去磷酸化（有活性形式）Ca2+激活

(4)(7)(8)(10)CH3COCOOHNAD+NADH

+

H+CoASHCO2CH3CO~SCoAOCCOOHCH2COOHCH2COOHC(OH)COOHCH2COOHCH2COOHCHCOOHCH(OH)COOHNAD(P)NAD(P)H+HCH2COOHCHCOOHCOCOOHCH2COOHCH2COCOOHNADH+HNADNADH

+

H++CO~SCoACH2CH2COOHGDP+PiGTPCoASHH2

OCH2COOHCH2COOHFADH2FADCHCOOHCHCOOHHOCCOOHCH2COOHH+NAD+CO2++CoASHH2OCoASHCO2丙酮酸乙酰CoA(2)(1)(7)(8)(9)(10)(5)(6)(3)(4)檸檬酸異檸檬酸草酰琥珀酸α-酮戊二酸琥珀酰CoA琥珀酸延胡索酸L-蘋果酸草酰乙酸HO2(1)丙酮酸脫氫酶復(fù)合體(2)檸檬酸合成酶(3)順烏頭酸酶(4)(5)異檸檬酸脫氫酶(6)

α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體(7)琥珀酰CoA合成酶(8)琥珀酸脫氫酶(9)延胡索酸酶(10)L-蘋果酸脫氫酶三羧酸循環(huán)產(chǎn)能步驟2NAD(P)H1FADH21GTP(1)(6)-產(chǎn)能脫碳2NADH+2CO2(5)-脫碳-1CO2→

3步不可逆反應(yīng)C=OCOO-CH2COO-

C-CH3S-COAOCH2C-SCOAHO-C-COO-COO-CH2OCH2COO-HO-C-COO-COO-CH2檸檬酸合酶++HS-COA+H+H2OCOA1、乙酰-COA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸單向不可逆可調(diào)控的限速步驟氟乙酰CoA導(dǎo)致致死合成常作為殺蟲藥三羧酸檸檬酸合酶是檸檬酸循環(huán)的關(guān)鍵酶?；钚允蹵TP、NADH、琥珀酰-CoA、酯酰-CoA等的抑制。由氟乙酸形成的氟乙酰-CoA可被檸檬酸合酶催化與草酰乙酸縮合生成氟檸檬酸，氟檸檬酸結(jié)合到順-烏頭酸酶的活性部位上，抑制檸檬酸循環(huán)向下進(jìn)行。氟乙酸和氟乙酰-CoA可做殺蟲劑或滅鼠藥。各種有毒植物的葉子大部分含有氟乙酸，可作為天然殺蟲劑。F-CH2-COOHF-CHCOO-HO-C-COO-COO-CH2氟乙酸氟檸檬酸丙酮酰-CoACH3-C-CH2-SCoAO=是另一抑制劑CH2COO-HO-C-COO-COO-CH2CHCOO-

C-COO-COO-CH2HO-CHCOO-

CH-COO-COO-CH22、檸檬酸異構(gòu)化成異檸檬酸（順烏頭酸酶）H2OH2O順烏頭酸在pH7.0，25C的平衡態(tài)時(shí)，檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸=90：4：6檸檬酸異檸檬酸HO-CHCOOH

CH-COOHCOOHCH23、由異檸檬酸氧化脫羧生成α-酮戊二酸（異檸檬酸脫氫酶）

COCOOH

CH-COOHCOOHCH2

C=OCOOH

CH2COOHCH2NAD+NADH+H+

H+

CO2

TCA中第一次氧化脫羧過程異檸檬酸脫氫酶為第二個(gè)調(diào)節(jié)酶三羧酸到二羧酸的轉(zhuǎn)變草酰琥珀酸α-酮戊二酸Mg2+NADP+NADPH+H+高等動(dòng)植物及大多數(shù)微生物中異檸檬酸脫氫酶有兩類：一類以NAD+為輔酶，存在于線粒體中，一類以NAPD+為輔酶，存在與線粒體和細(xì)胞質(zhì)中。異檸檬酸脫氫酶是一個(gè)變構(gòu)酶，活性受ADP變構(gòu)激活。該酶與異檸檬酸、Mg2+、NAD+、ADP的結(jié)合有相互協(xié)同作用。NADH、ATP對(duì)該酶起變構(gòu)抑制作用。細(xì)菌中的異檸檬酸脫氫酶還受磷酸化（活化形式）和去磷酸化（失活形式）作用調(diào)節(jié)。異檸檬酸的轉(zhuǎn)變有兩條途徑：一是當(dāng)需要能量時(shí)，進(jìn)行氧化脫羧形成-酮戊二酸，二是在能量充足時(shí)，經(jīng)異檸檬酸裂解酶作用，生成琥珀酸和乙醛酸乙醛酸循環(huán)（2）乙醛酸循環(huán)——三羧酸循環(huán)支路三羧酸循環(huán)在異檸檬酸與蘋果酸間搭了一條捷徑。（省了6步）異檸檬酸檸檬酸琥珀酸蘋果酸草酰乙酸CoASH三羧酸循環(huán)乙酰CoA乙醛酸乙酰CoACoASH①②4、α-酮戊二酸氧化脫羧成為琥珀酰COA（α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體）

C=OCOOH

CH2COOHCH2+COASH+NAD+

C=OSCOA

CH2COOHCH2+NADH+H+

+CO2

TCA中第二次氧化作用、脫羧過程

α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體（受產(chǎn)物琥珀酰-CoA和NADH抑制，受高能荷抑制）與丙酮酸脫氫酶復(fù)合體相似α-酮戊二酸脫氫酶E1（不受磷酸化和去磷酸化調(diào)節(jié)）氫硫辛酰轉(zhuǎn)琥珀酰酶E2二氫硫辛酰脫氫酶E3

輔助因子：TPP、硫辛酸、CoA、FAD、NAD+、Mg2+5、琥珀酰COA轉(zhuǎn)化成琥珀酸，并產(chǎn)生GTP（琥珀酰COA合成酶）

C=OSCOA

CH2COOHCH2

COOH

CH2COOHCH2GDP+PiGTP+HSCOA

TCA中唯一底物水平磷酸化直接產(chǎn)生高能磷酸化合物的步驟產(chǎn)生一個(gè)高能磷酸鍵，哺乳動(dòng)物中形成一分子GTP，植物和微生物中直接形成ATP

GTP+ADPGDP+ATP6、琥珀酸脫氫生成延胡索酸（反丁烯二酸）

COOH

CH2COOHCH2

COOH

CHCOOH+FAD+FADH2

TCA中第三次氧化的步驟丙二酸為該酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑該酶含F(xiàn)AD外，還有三種鐵硫聚簇，2Fe-2S，3Fe-4S，4Fe-4S

開始四碳酸之間的轉(zhuǎn)變琥珀酸脫氫酶HCCOOHCH2COOH嵌入線粒體內(nèi)膜

COOH

CHCOOHCH7、延胡索酸被水化生成L-蘋果酸（延胡索酸酶）

COOH

HO-CHCOOHH-C-H+H2O延胡索酸酶

COOH

HO-CHCOOHH-C-H8、蘋果酸脫氫生成草酰乙酸（蘋果酸脫氫酶）+NAD+

COOH

C=OCOOH

CH2+NADH+H+

TCA中第四次氧化的步驟，最后一步。草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸a-酮戊二酸琥珀酰輔酶A琥珀酸延胡索酸蘋果酸乙酰輔酶A三羧酸循環(huán)的過程

TCA經(jīng)四次氧化，二次脫羧，通過一個(gè)循環(huán)，可以認(rèn)為乙酰CoA2CO2乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O2CO2+3NADH+FADH2+GTP+CoA+3H+

循環(huán)有以下特點(diǎn)：

1、乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸，使兩個(gè)C原子進(jìn)入循環(huán)。在以后的兩步脫羧反應(yīng)中，有兩個(gè)C原子以CO2的形式離開循環(huán)，相當(dāng)于乙酰CoA的2個(gè)C原子形成CO2。

2、在循環(huán)中有4對(duì)H原子通過4步氧化反應(yīng)脫下，其中3對(duì)用以還原NAD+生成3個(gè)NADH+H+,1對(duì)用以還原FAD,生成1個(gè)FADH2。

3、由琥珀酰CoA形成琥珀酸時(shí)，偶聯(lián)有底物水平磷酸化生成1個(gè)GTP,1GTP1ATP。4、循環(huán)中消耗兩分子水。

5、3NADH7.5ATP，1FADH21.5ATP，再加上1個(gè)GTP6、單向進(jìn)行

7、整個(gè)循環(huán)不需要氧，但離開氧無法進(jìn)行。1分子乙酰CoA通過TCA循環(huán)被氧化，可生成10分子ATP。三、三羧酸循環(huán)的化學(xué)計(jì)量接上一張1ATP、NADH、檸檬酸、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+激活若從丙酮酸開始，加上紐帶生成的1個(gè)NADH，則共產(chǎn)生10+2.5=12.5個(gè)ATP。

若從葡萄糖開始，共可產(chǎn)生12.5×2+7=32個(gè)ATP。(二版及其他教材為38個(gè)ATP，NADH3ATP，F(xiàn)ADH22ATP)

可見由糖酵解和TCA循環(huán)相連構(gòu)成的糖的有氧氧化途徑，是機(jī)體利用糖氧化獲得能量的最有效的方式，也是機(jī)體產(chǎn)生能量的主要方式。

α-酮戊二酸谷氨酸

草酰乙酸天冬氨酸琥珀酰CoA卟啉環(huán)

上述過程均可導(dǎo)致草酰乙酸濃度下降，從而影響三羧酸循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此必須不斷補(bǔ)充才能維持其正常進(jìn)行，這種補(bǔ)充稱為回補(bǔ)反應(yīng)或填補(bǔ)反應(yīng)(anapleroticreaction)。