第二十章 柠檬酸循环

第20章柠檬酸循环柠檬酸循环是有氧呼吸的重要环节。是丙酮酸氧化的重要途径。乙酰CoA生成柠檬酸循环概述柠檬酸循环的反应机制柠檬酸循环的能量计算柠檬酸循环的调控乳酸◆葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。

①葡萄糖到丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、2NADH）,与糖酵解的此阶段相似.

②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA

③三羧酸循环（CO2、H2O、ATP、NADH）

④氧化磷酸化（NADH-----ATP）葡萄糖→→→丙酮酸→→乙酰辅酶A→→→CO2+H2O

酵解细胞溶胶中三羧酸循环有氧分解线粒体膜线粒体中一、丙酮酸生成乙酰CoA丙酮酸转变为乙酰CoA由丙酮酸脱H酶系催化，丙酮酸脱H酶系由三种酶和五种辅因子组成:三种酶:丙酮酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酸转乙酰基酶（E2）和二H硫辛酸脱H酶（E3）。五种辅因子是:TPP,硫辛酸,HS-CoA,FAD,NAD+丙酮酸脱氢酶系的活性调节高浓度的ATP或GTP对丙酮酸脱H酶的活性具有抑制作用，高浓度的AMP对丙酮酸脱H酶的活性具有促进作用。羟乙基-TPP-E1丙酮酸脱H酶ATP或GTP（-）（+）AMP丙酮酸乙酰CoA与CoA、NADH与NAD+竞争酶的活性中心，高浓度的NADH和乙酰CoA使E2和E3催化的反应向相反方向进行，并使E2停留在乙酰化的形式而不能接受在E1-TPP上的羟乙基，使E1停留在羟乙基化的形式，最终抑制丙酮酸脱羧作用。

二、柠檬酸循环（TCA）循环的反应步骤（一）柠檬酸的合成（二）异柠檬酸的生成（三）α_酮戊二酸的生成（四）琥珀酰CoA的生成（五）从琥珀酰辅酶A到琥珀酸（六）琥珀酸被氧化成延胡索酸（七）苹果酸的生成（八）苹果酸被氧化为草酰乙酸CH3COSCoA+2H2O+3NAD++FAD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H++FADH2+CoASH+ATPC6H12O6+6H2O+10NAD++2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H++2FADH2+4ATPG→CO2+H2O产生ATP38个G→CO2+H2O产生ATP39个（肌肉、神经组织中36个）三、柠檬酸循环的化学总结算（一）总化学反应式：（二）三羧酸循环的与特点1.三羧酸循环，柠檬酸循环,克雷布斯(Krebs)循环2.整个反应是单向的，因柠檬酸合酶和α-酮戊二酸脱H酶系催化的反应是不可逆的.3.每循环一圈都纳入一个乙酰CoA，两个碳原子进入循环，两个碳又以2CO2的形式离开循环，三羧酸循环的第一轮循环释放的CO2全来自草酰乙酸部分，乙酰CoA羰基碳在第二轮循环中释放。甲基碳在第三轮循环中释放。4.放能过程：有四次脱H，三次脱酶的辅酶是NAD+，一次脱酶的辅酶是FAD它们把H经呼吸链传给氧生成水偶联ATP生成。5.产能的方式是底物水平磷酸化（每一循环生成1molGTP），消耗两分子水。6.限制酶是柠檬酸合酶、异柠檬酸脱H酶和α-酮戊二酸脱H酶系7、反应场所是线粒体（三）三羧酸循环的意义1、为机体提供大量的能量，是机体利用糖和其它物质氧化获得能量的有效方式。2、是糖类、脂类和蛋白质在生物体内氧化的共同途径，是三大物质相互转化的枢纽。是生物利用糖或其他物质氧化而获得能量的最有效方式。3、三羧酸循环虽是分解途径又与合成途径相沟通，因在TCA途径中的一些中间产物（柠檬酸、苹果酸α-酮戊二酸）是许多物质的合成原料。提供多种化合物的碳骨架，所以柠檬酸循环具有双重作用。（四）柠檬酸循环的调控草酰乙酸+乙酰CoA柠檬酸合成酶柠檬酸草酰乙酸，乙酰CoA苹果酸，丙酮酸（-）ATP，NADH琥珀酰CoA（+）异柠檬酸异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸ATP，NADH（-）ADP，Ga2+（+）（+）ADPα-酮戊二酸α-酮戊二酸脱H酶系柠檬酸NADH、琥珀酰CoACa2+、ATP、GTP（-）（五）TCA的回补反应在正常情况下线粒体中乙酰CoA和草酰乙酸的浓度就不能被柠檬酸合成酶饱和，所以这些中间产物必须不断补充，以维持TCA循环。

产生草酰乙酸的途径有三个：

（1）丙酮酸羧化酶催化丙酮酸固定CO2生成草酰乙酸

丙酮酸羧化酶（辅酶为生物素）是一个调节酶，乙酰CoA可以增加其活性。

（2）磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸固定CO2转化成草酰乙酸，消耗能量。该酶催化可逆反应,在脑、心脏中存在这个反应。

（3）Asp、Glu转氨可生成草酰乙酸和α-酮戊二酸

Ile、Val、Thr、Met也会形成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸。三、三羧酸循环的支路---乙醛酸循环(一)乙醛酸循环特点1、催化乙醛酸循环的酶既存在与线粒体中，也存在一种植物特有的乙醛酸循环体中。2、这条途径动物体内没有，只存在于植物和微生物中3、该途径中有两种酶:异柠檬酸裂解酶和苹果酸脱氢酶存在于乙醛循环体中。（二）乙醛酸途径的过程1、线粒体的草酰乙酸转变为天冬氨酸，天冬氨酸被转运到乙醛酸循环体中，再转变为草酰乙酸。2、草酰乙酸与乙酰CoA缩合为柠檬酸。3、柠檬酸转变为异柠檬酸。4、异柠檬酸裂解酶将异柠檬酸裂解为琥珀酸和乙醛酸，琥珀酸被运送到线粒体内，进入TCA循环重新生成草酰乙酸，完成一次循环，由此可见乙醛酸途径导致乙酰CoA净转变为乙醛酸。5、苹果酸合成酶催化乙醛酸和另一乙酰CoA缩合为苹果酸。6、苹果酸从乙醛酸循环体中转运出来，进入胞液，在胞液中,在苹果酸脱氢酶催化下氧化为草酰乙酸，草酰乙酸又在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶催化下生成磷酸烯醇式丙酮酸进入糖异生途径。★乙醛酸循环中生成的四碳二羧酸仍可返回三羧酸循环，所以乙醛酸循环可以看作是三羧酸循环的支路。（三）乙醛酸循环总反应式此途径可看作是将2乙酰CoA转变为1个草酰乙酸，同时将2分子NAD+和1分子的FAD还原。乙醛酸循环总反应式：2CH3COSCoA+2H2O+NAD+CH2COOHCH2COOH+2CoASH+NADH+H+

（四）乙醛酸循环的生物学意义★以二碳物为原料合成三羧酸循环中的二羧酸与三羧酸，作为三羧酸循环上化合物的补充。

★由于丙酮酸的氧化脱羧生成乙酰辅酶A是不可逆反应,因脂肪酸和甘油在分解代谢中都会生成乙酰CoA