三羧酸循环过程.doc

1、三羧酸循环糖酵解的最终产物丙酮酸，在有氧条件下进入线粒体，通过一个包括三羧酸和二羧酸的循环逐步脱羧脱氢，彻底氧化分解 ,这一过程称为三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle ，TCAC)。这个循环是英国生物化学家克雷布斯(H.Krebs)首先发现的，所以又名Krebs 循环 (Krebs cycle)。 1937 年他提出了一个环式反应来解释鸽子胸肌内的丙酮酸是如何分解的，并把这一途径称为柠檬酸循环(citric acid cycle) ，因为柠檬酸是其中的一个重要中间产物。TCA循环普遍存在于动物、植物、微生物细胞中，是在线粒体基质中进行的。TCA 循环的起始底物乙酰Co

2、A 不仅是糖代谢的中间产物，也是脂肪酸和某些氨基酸的代谢产物。因此，TCA 循环是糖、脂肪、蛋白质三大类物质的共同氧化途径。（一）三羧酸循环的化学历程TCA循环共有9 步反应 (图 5-6)。1.反应 (1) 丙酮酸在丙酮酸脱氢酶复合体催化下氧化脱羧生成乙酰CoA，这是连结EMP 与 TCAC的纽带。丙酮酸脱氢酶复合体(pyruvic acid dehydrogenase complex) 是由 3 种酶组成的复合体，含有6 种辅助因子。这3 种酶是：丙酮酸脱羧酶(pyruvic acid decarboxylase) 、二氢硫辛酸乙酰基转移酶(dihydrolipoyl transacety

3、lase) 、二氢硫辛酸脱氢酶 (dihydrolipoic acid dehydrogenase) 。6 种辅助因子。6 种辅助因子分别是硫胺素焦磷酸(thiamine pyrophosphate,TPP)、辅酶 A (coenzymeA)、硫辛酸 (lipoicacid)、FAD(flavin adenine dinucleotide) 、 NAD+(nicotinamideadenine dinucleotide) 和Mg 2+。图 5-6 三羧酸循环的反应过程上述反应中从底物上脱下的氢是经FADFADH2 传到 NAD+再生成 NADH H+。2.反应 (2) 乙酰 CoA 在柠檬酸合

4、成酶催化下与草酰乙酸缩合为柠檬酸，并释放CoASH，此反应为放能反应 (G，-1-32.22kJ mol)。3.反应 (3)由顺乌头酸酶催化柠檬酸脱水生成顺乌头酸，然后加水生成异柠檬酸。4.反应 (4)在异柠檬酸脱氢酶催化下，异柠檬酸脱氢生成NADH，其中间产物草酰琥珀酸是一个不稳定的酮-酸，与酶结合即脱羧形成 酮-戊二酸。5.反应 (5) 酮戊二酸在 酮戊二酸脱氢酶复合体催化下形成琥珀酰辅酶A 和 NADH，并释放 CO2。 酮戊二酸脱氢酶复合体是由 酮戊二酸脱羧酶 ( -ketoglutaric acid decarboxylase)、二氢硫辛酸琥珀酰基转移酶(dihydrolipoyl

5、transsuccinylase)及二氢硫辛酸脱氢酶所组成的，含有6 种辅助因子：+TPP、 NAD 、辅酶 A、 FAD、硫辛酸及 Mg2+。该反应不可逆。6.反应 (6)含有高能硫酯键的琥珀酰CoA 在琥珀酸硫激酶催化下，利用硫酯键水解释放的能量，使ADP 磷酸化成ATP。该反应是 TCA循环中唯一的一次底物水平磷酸化，即由高能化合物水解，放出能量直接形成ATP的磷酸化作用。7.反应 (7)琥珀酸在琥珀酸脱氢酶催化下，脱氢氧化生成延胡索酸，脱下的氢生成FADH 。丙二酸、戊二酸与琥珀2酸的结构相似，是琥珀酸脱氢酶特异的竞争性抑制剂。8.反应 (8)延胡索酸经延胡索酸酶催化加水生成苹果酸。9

6、.反应 (9)苹果酸在苹果酸脱氢酶的催化下氧化脱氢生成草酰乙酸和NADH。草酰乙酸又可重新接受进入循环的乙酰 CoA，再次生成柠檬酸，开始新一轮TCA循环。TCA循环的总反应式为：+CH3COCOOH+4NAD FAD ADP Pi2H2O3CO2+4NADH4H FADH2 ATP(5-8)（二）三羧酸循环的回补机制TCA循环中某些中间产物是合成许多重要有机物的前体。例如草酰乙酸和 酮戊二酸分别是天冬氨酸和谷氨酸合成的碳架，延胡索酸是苯丙氨酸和酪氨酸合成的前体，琥珀酰CoA 是卟啉环合成的碳架。如果TCA循环的中间产物大量消耗于有机物的合成，就会影响TCA循环的正常运行，因此必须有其他的途径

7、不断地补充，这称之为TCA循环的回补机制 (replenishing mechanism) 。主要有三条回补途径：1.丙酮酸的羧化 丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下形成草酰乙酸。Pyr CO2 H2O ATPOAA+ADP+Pi (5-9)丙酮酸羧化酶的活性平时较低，当草酰乙酸不足时，由于乙酰CoA 的累积可提高该酶活性。这是动物中最重要的回补反应。2.PEP的羧化作用 在糖酵解中形成的PEP不转变为丙酮酸，而是在PEP羧化激酶作用下形成草酰乙酸，草酰乙酸再被还原为苹果酸， 苹果酸经线粒体内膜上的二羧酸传递体与Pi 进行电中性的交换， 进入线粒体基质， 可直接进入 TCA循环；苹果酸也可在苹果酸酶的

8、作用下脱羧形成丙酮酸，再进入TCA 循环都可起到补充草酰乙酸的作用。这一回补反应存在于高等植物、酵母和细菌中，动物中不存在。PEP CO2 H2O OAA+Pi (5-10)3.天冬氨酸的转氨作用天冬氨酸和 酮戊二酸在转氨酶作用下可形成草酰乙酸和谷氨酸：ASP 酮-戊二酸 OAA+Glu (5-11)通过以上这些回补反应，保证有适量的草酰乙酸供TCA循环的正常运转。（三）三羧酸循环的特点和生理意义1.在 TCA循环中底物 (含丙酮酸 )脱下 5 对氢原子，其中4 对氢在丙酮酸、异柠檬酸、酮-戊二酸氧化脱羧和苹果酸氧化时用以还原NAD+，一对氢在琥珀酸氧化时用以还原FAD。生成的 NADH 和

9、FADH ，经呼吸链将 H+和电子传给 O22生成 H2O,同时偶联氧化磷酸化生成ATP。此外，由琥珀酰CoA 形成琥珀酸时通过底物水平磷酸化生成ATP。因而， TCA循环是生物体利用糖或其它物质氧化获得能量的有效途径。2.乙酰 CoA 与草酰乙酸缩合形成柠檬酸，使两个碳原子进入循环。在两次脱羧反应中，两个碳原子以CO2 的形式离开循环，加上丙酮酸脱羧反应中释放的CO2，这就是有氧呼吸释放CO2 的来源，当外界环境中二氧化碳浓度增高时，脱羧反应减慢，呼吸作用就减弱。 TCA循环中释放的 CO2 中的氧，不是直接来自空气中的氧，而是来自被氧化的底物和水中的氧。3.在每次循环中消耗 2 分子 H2

10、O。一分子用于柠檬酸的合成，另一分子用于延胡索酸加水生成苹果酸。水的加入相当于向中间产物注入了氧原子，促进了还原性碳原子的氧化。4.TCA 循环中并没有分子氧的直接参与，但该循环必须在有氧条件下才能进行，因为只有氧的存在，才能使 NAD+ 和 FAD在线粒体中再生，否则 TCA循环就会受阻。5.该循环既是糖、脂肪、蛋白彻底氧化分解的共同途径；又可通过代谢中间产物与其他代谢途径发生联系和相互转变。三羧酸循环记忆一：糖无氧酵解过程中的“、”： 1 分子的葡萄糖：此中归纳为：6 个 2（） 2 个阶段；经过2 个阶段生成乳酸（葡萄糖丙酮酸乳酸）（） 2 个磷酸化（葡萄糖- 磷酸葡萄糖、- 磷酸果糖，- 双磷酸糖）；（） 2 个异构化，即可逆反应（- 磷酸葡萄糖- 磷酸果糖、 - 磷酸甘油酸- 磷酸甘油酸）；（） 2 个底物水平磷酸化（，- 二磷酸甘油酸- 磷酸甘油酸、磷酸希醇式丙酮酸丙酮酸）；（） 2 个消耗（两个磷酸化中消耗了），净得 2 个分子的；（）产生2 分子（个个）：整个过程需要3 个关键酶（第一步：己糖激酶、第二步：磷酸果糖激酶、第三步：丙酮酸激酶）：生成分子的二：糖有氧氧化中的“、”： 1 分子的葡萄糖： 2 分子的丙酮酸、2 个定位（胞浆、线粒体）： 3 个阶段