1、,糖代谢之TCA循环,三羧酸循环首先从乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，经多步反应回到草酰乙酸，消耗乙酰CoA产生CO2、NADH、FADH2和ATP。此循环定义在线粒体内膜上，全部酶也在此内膜上，分8步反应。,草酰乙酸,TCA循环,一 TCA循环的化学途径 二 TCA循环的生理意义 三 回补反应 四 三羧酸循环的调节,TCA循环 是燃料物质氧化分解的中心途径,?,TCA循环的三个名字,三羧酸循环柠檬酸循环Krebs循环,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953,“for his discovery of the citric acid
2、cycle“,Hans Adolf Krebs (1900-1981) United Kingdom,Krebs discovered the urea cycle in 1932 before he elucidated the citric acid cycle!,三羧酸循环的途径,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,乙酰CoA,8步反应,（一）TCA循环的具体过程,1 强放能反应，不可逆，第一个限速步骤 2 催化的酶为柠檬酸（缩）合酶 3柠檬酸合酶属于别构酶，活性受ATP、NADH、琥珀酰CoA、酯酰CoA等抑制，是柠檬酸循环中的限速酶,乙酰C
3、oA,草酰乙酸,柠檬酸,柠檬酸合酶,第一步： 乙酰辅酶A+草酰乙酸柠檬酸（三羧基）,1 该反应可逆，中间物为顺乌头酸 2 催化的酶为乌头酸酶,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,乌头酸酶,乌头酸酶,第二步： 柠檬酸异柠檬酸（三羧基）,1 放能反应，氧化还原反应之一，受氢体为NAD或NADP 2 催化的酶为异柠檬酸脱氢酶 3 异柠檬酸脱氢酶是一种别构调节酶。活性受ADP、NAD+激活，受ATP、NADH抑制,-酮戊二酸,异柠檬酸,异柠檬酸脱氢酶,第三步：异柠檬酸 -酮戊二酸（二羧基）,1 氧化还原反应之二，受氢体为NAD 2 催化的酶为-酮戊二酸脱氢酶系，此酶系与丙酮酸脱氢酶系非常类似。 3 第三个调控
4、步骤，产生能量用于推动反应向氧化方向进行，大部分能量保存于高能硫酯键,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,-酮戊二酸脱氢酶系,第四步： -酮戊二酸琥珀酰辅酶A（一羧基）,1 琥珀酰CoA的高能硫酯键断裂与GDP的磷酸化偶联，在哺乳动物中生成GTP，在植物和微生物中生成ATP，是TCA循环中唯一的底物磷酸化 2 催化的酶为琥珀酰合成酶,琥珀酰CoA,琥珀酸,琥珀酰合成酶,H2O,第五步：琥珀酰CoA 琥珀酸（二羧基）,1 氧化还原反应之三，可逆，受氢体为FAD 2 催化的酶为琥珀酸脱氢酶.,琥珀酸,延胡索酸,琥珀酸脱氢酶,第六步：琥珀酸延胡索酸（二羧基）,1 催化的酶是延胡索酸酶 2 延胡索酸具有严格的立
5、体专一性,延胡索酸,L-苹果酸,延胡索酸酶,第七步：延胡索酸L-苹果酸（二羧基）,1 催化的酶是苹果酸脱氢酶 2 氧化还原反应之四，受氢体为NAD 3 尽管该反应从自由能看应逆向进行，但由于乙酰CoA和草酰乙酸是强放能反应，因此反应向草酰乙酸方向进行,L-苹果酸,草酰乙酸,苹果酸脱氢酶,第八步： L-苹果酸草酰乙酸（二羧基）,三羧酸循环的途径,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,乙酰CoA,Overview,Citric Acid Cycle,一次TCA循环的净结果是： 乙酰基(carried by CoA)被氧化生成2CO2，同时合成1GTP，3N
6、ADH和1FADH2。,请思考，如果将柠檬酸和琥珀酸加到TCA循环中，当它们完全氧化成CO2和H2O，需要经过几轮循环?,（二）TCA循环的化学计量,通过TCA循环产生的NADH和FADH2全部进入到线粒体内的电子传递链中，将所携带的H传递给O2，而本身重新生成NAD和FAD每分子NADH+H通过电子传递链产生2.5个ATP，每分子FADH2通过电子传递链产生1.5个ATP,请大家分别计算，经过一轮TCA循环，动植物分别产生多少ATP?,哺乳动物TCA产生ATP: 3NADH, 1FADH2 3X2.5+1.5=9植物和微生物TCA产生ATP： 3NADH, 1FADH2, 1ATP 3X2.
7、5+1.5+1=10,计算一分子葡糖糖彻底氧化 分解所产生的ATP数量！糖酵解 ：2ATP, 2NADH 2+5=72丙酮酸2乙酰辅酶A: 2NADH 2.5x2=5TCA循环 9x2=18 或10x2=20,30或32,2从G开始，有氧氧化中水分子的产生与消耗,3 从G开始，有氧氧化过程中CO2的产生,（三）三羧酸循环的特点,1 从和开始，到结束。每循环一周消耗一个，进行次脱羧，次脱氢，次底物磷酸化，能量和CO2主要在三羧酸循环中产生。 2 三羧酸循环必须在氧条件下进行，若无氧，脱下的H无法进入呼吸链彻底氧化。 3 在3、4、8步反应，生成NADH，在6步中生成FADH2，在第5步进行一次底
8、物水平磷酸化。,二 TCA循环的生理意义,1 糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解的共同途径2 为各种生物分子的合成提供原料3 通过TCA循环释放出ATP以及NADH+H，而NADH+H进入电子传递链将H传递给氧，同时释放出大量ATP的过程,Amino acids 氨基酸 Fatty acids 脂肪酸 Glucose 葡萄糖 Glycolysis 糖酵解 Pyruvate 丙酮酸 Acety1-CoA 乙酰CoA Citrate 柠檬酸 Oxaloacetate草酰乙酸 Respiratory呼吸链,1 糖类代谢、脂类代谢以及氨基酸代谢的共同途径，即燃料物质氧化分解
9、的共同途径,2 TCA循环为生物合成提供原料,-酮戊二酸,柠檬酸,谷氨酸,嘌呤,脂肪酸,琥珀酰CoA,卟啉,苹果酸,草酰乙酸,丙酮酸,乙酰CoA,磷酸烯醇式丙酮酸,葡萄糖,天冬酰氨,天冬氨酸,嘧啶,各种氨基酸,三羧酸循环的途径,柠檬酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,乙酰CoA,8步反应,三 回补反应,当柠檬酸循环的中间物因用于其他物质合成时，尤其当蛋白质合成旺盛时，其中间物的浓度会减少，从而导致该循环的终端产物草酰乙酸不能重复生成影响TCA循环正常进行。在这种情况下，为确保TCA循环，必须有相应补充中间物的途径，即回补途径,1.丙酮酸羧化支路 2.乙醛
10、酸途径 3.其他途径,回补反应,1. 丙酮酸羧化支路,植物和微生物,动物,2. 乙醛酸循环 The Glyoxylate Cycle,植物（plants）、藻类（algae）和某些细菌（bacteria）通过乙醛酸循环途径可以利用乙酸作为唯一碳源和能源异柠檬酸裂解酶（Isocitrate lyase）和苹果酸合酶（malate synthase）是乙醛酸循环特有的两种酶动物组织没有乙醛酸循环，不能通过该循环将脂肪酸转变为糖类,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙醛酸,异柠檬酸,柠檬酸,草酰乙酸,苹果酸合酶,异柠檬酸裂解酶,3. 其他途径,某些氨基酸通过转氨基作用生成草酰乙酸或-酮戊二酸等,NH2,NH
11、2,四 三羧酸循环的调节,1 柠檬酸合酶（Citrate synthase - ATP, NADH and succinyl-CoA inhibit） 第一步反应不可逆，这里有一个水解高能硫酯键的放能反应。 柠檬酸合酶受底物（乙酰CoA，草酰乙酸）控制，也受NAD/NADH比例影响，同时受琥珀酰CoA 竞争抑制，还被ATP抑制。,四 三羧酸循环的调节,2 异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase - ATP inhibits, ADP and NAD+ activate）第三步在生理条件下不可逆，向酮戊二酸方向进行，是三羧酸循环的限速酶。受ADP、NAD激活，受ATP、NADH抑制。当ATP含量增加，异柠檬酸酶受抑制，三羧酸循环速率下降，柠檬酸积累到一定程度，将运出线粒体，进入胞质抑制糖酵解中的两个关键酶磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶活性。,四 三羧酸循环的调节,-酮戊二酸脱氢酶复合体 （-Ketoglutarate dehydrogenase ）该多酶复合体受NADH、琥珀酰CoA抑制。,FADH2 NADH,葡萄糖,己糖磷酸,丙糖磷酸,丙 酮 酸,乙酰CoA,无O2,乙醇,酒精发酵,乳酸,乳酸发酵,有O2,糖酵解,三羧酸循环,电子传递和 氧化磷酸化,总结与提示,ATP H2O,
