三羧酸循环.doc

1 基本介绍Kerbs Cycle柠檬酸循环（tricarboxylicacidcycle）：也称为三羧酸循环（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)(一分子辅酶 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--尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 和黄素腺嘌呤二核苷酸（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 O2 产生水，同时偶联氧化磷酸化产生 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 循环进入体内的营养成分在糖酵解→柠檬酸循环→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 α-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 进入由一连串反应构成的循环体系，被氧化生成 H₂O 和CO₂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(citratesynthase)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，α-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，为一 可逆反应3、第一次氧化脱羧在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸(oxalosuccinicacid) 的中间产物，后者在同一酶表面，快速脱羧生成 α-酮戊二酸(α-ketoglutarate)、NADH 和 CO2，此反应为 β-氧化脱羧，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 是异柠檬酸脱氢酶的激活剂，而 ATP，NADH 是此酶的抑制剂。

4、第二次氧化脱羧在 α-酮戊二酸脱氢酶系作用下，α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰-CoA、NADH·H+和 CO₂，反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧，属于 α?氧化脱羧，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α-酮戊二酸脱氢酶系也由三个酶(α-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(tpp、硫辛酸、hscoa、NAD+、FAD)组成此反应也是不可逆的α-酮戊二酸脱氢酶复合体受 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 A6、琥珀酸脱氢琥珀酸脱氢酶(succinatedehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸该酶结合粒体内膜上，而其他三羧酸循环的酶则都是存粒体基质中的，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O₂，丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱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脱氢酶(malicdehydrogenase)作用下，苹果酸仲醇基脱氢氧化成羰基，生成草酰乙酸(oxalocetate)，NAD+是脱氢酶的辅酶，接受氢成为NADH·H+(图 4-5)在此循环中，最初草酰乙酸因参加反应而消耗，但经过循环又重新生成所以每循环一次，净结果为 1个乙酰基通过两次脱羧而被消耗循环中有机酸脱羧产生的二氧化碳，是机体中二氧化碳的主要来源在三羧酸循环中，共有 4 次脱氢反应，脱下的氢原子以 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，α-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-CoA+3NAD++FAD+ADP+Pi—→2CO2+3NADH+FADH2+ATP+2H++CoA-SH1、CO ₂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 β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 Mn2+或 Mg2+的协同下，脱去羧基，生成α-酮戊二酸α-酮戊二酸脱氢酶系所催化的 α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，通过脱羧作用生成CO₂，是机体内产生 CO₂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 NA DH+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 H₂O，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α－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，直接影响循环的速度，因此不断补充草酰乙酸是使三羧酸循环得以顺利进行的关键三羧酸循环中生成的苹果酸和草酰乙酸也可以脱羧生成丙酮酸，再参与合成许多其他物质或进一步氧化8 生理意义1、三羧酸循环是生物机体 获取能量的主要方式1 个分子葡萄糖 经无氧酵解净生成 2 个分子 ATP，而有氧氧化可净生成 38 个 ATP（不同生物化学书籍上数字不同，近年来大多数倾向于 32 个 ATP） ，其中三羧酸循环生成 24 个 ATP，在一般生理条。