第二十章 檸檬酸循環(huán)

第20章檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)是有氧呼吸的重要環(huán)節(jié)。是丙酮酸氧化的重要途徑。乙酰CoA生成檸檬酸循環(huán)概述檸檬酸循環(huán)的反應(yīng)機(jī)制檸檬酸循環(huán)的能量計(jì)算檸檬酸循環(huán)的調(diào)控乳酸◆葡萄糖的有氧氧化包括四個(gè)階段。

①葡萄糖到丙酮酸（2丙酮酸、2ATP、2NADH）,與糖酵解的此階段相似.

②丙酮酸氧化脫羧生成乙酰CoA

③三羧酸循環(huán)（CO2、H2O、ATP、NADH）

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

酵解細(xì)胞溶膠中三羧酸循環(huán)有氧分解線粒體膜線粒體中一、丙酮酸生成乙酰CoA丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴oA由丙酮酸脫H酶系催化，丙酮酸脫H酶系由三種酶和五種輔因子組成:三種酶:丙酮酸脫氫酶（E1）、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)乙?；福‥2）和二H硫辛酸脫H酶（E3）。五種輔因子是:TPP,硫辛酸,HS-CoA,FAD,NAD+丙酮酸脫氫酶系的活性調(diào)節(jié)高濃度的ATP或GTP對(duì)丙酮酸脫H酶的活性具有抑制作用，高濃度的AMP對(duì)丙酮酸脫H酶的活性具有促進(jìn)作用。羥乙基-TPP-E1丙酮酸脫H酶ATP或GTP（-）（+）AMP丙酮酸乙酰CoA與CoA、NADH與NAD+競(jìng)爭(zhēng)酶的活性中心，高濃度的NADH和乙酰CoA使E2和E3催化的反應(yīng)向相反方向進(jìn)行，并使E2停留在乙?；男问蕉荒芙邮茉贓1-TPP上的羥乙基，使E1停留在羥乙基化的形式，最終抑制丙酮酸脫羧作用。

二、檸檬酸循環(huán)（TCA）循環(huán)的反應(yīng)步驟（一）檸檬酸的合成（二）異檸檬酸的生成（三）α_酮戊二酸的生成（四）琥珀酰CoA的生成（五）從琥珀酰輔酶A到琥珀酸（六）琥珀酸被氧化成延胡索酸（七）蘋果酸的生成（八）蘋果酸被氧化為草酰乙酸CH3COSCoA+2H2O+3NAD++FAD+ADP+Pi2CO2+3NADH+3H++FADH2+CoASH+ATPC6H12O6+6H2O+10NAD++2FAD+4ADP+4Pi6CO2+10NADH+10H++2FADH2+4ATPG→CO2+H2O產(chǎn)生ATP38個(gè)G→CO2+H2O產(chǎn)生ATP39個(gè)（肌肉、神經(jīng)組織中36個(gè)）三、檸檬酸循環(huán)的化學(xué)總結(jié)算（一）總化學(xué)反應(yīng)式：（二）三羧酸循環(huán)的與特點(diǎn)1.三羧酸循環(huán)，檸檬酸循環(huán),克雷布斯(Krebs)循環(huán)2.整個(gè)反應(yīng)是單向的，因檸檬酸合酶和α-酮戊二酸脫H酶系催化的反應(yīng)是不可逆的.3.每循環(huán)一圈都納入一個(gè)乙酰CoA，兩個(gè)碳原子進(jìn)入循環(huán)，兩個(gè)碳又以2CO2的形式離開循環(huán)，三羧酸循環(huán)的第一輪循環(huán)釋放的CO2全來自草酰乙酸部分，乙酰CoA羰基碳在第二輪循環(huán)中釋放。甲基碳在第三輪循環(huán)中釋放。4.放能過程：有四次脫H，三次脫酶的輔酶是NAD+，一次脫酶的輔酶是FAD它們把H經(jīng)呼吸鏈傳給氧生成水偶聯(lián)ATP生成。5.產(chǎn)能的方式是底物水平磷酸化（每一循環(huán)生成1molGTP），消耗兩分子水。6.限制酶是檸檬酸合酶、異檸檬酸脫H酶和α-酮戊二酸脫H酶系7、反應(yīng)場(chǎng)所是線粒體（三）三羧酸循環(huán)的意義1、為機(jī)體提供大量的能量，是機(jī)體利用糖和其它物質(zhì)氧化獲得能量的有效方式。2、是糖類、脂類和蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)氧化的共同途徑，是三大物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的樞紐。是生物利用糖或其他物質(zhì)氧化而獲得能量的最有效方式。3、三羧酸循環(huán)雖是分解途徑又與合成途徑相溝通，因在TCA途徑中的一些中間產(chǎn)物（檸檬酸、蘋果酸α-酮戊二酸）是許多物質(zhì)的合成原料。提供多種化合物的碳骨架，所以檸檬酸循環(huán)具有雙重作用。（四）檸檬酸循環(huán)的調(diào)控草酰乙酸+乙酰CoA檸檬酸合成酶檸檬酸草酰乙酸，乙酰CoA蘋果酸，丙酮酸（-）ATP，NADH琥珀酰CoA（+）異檸檬酸異檸檬酸脫氫酶α-酮戊二酸ATP，NADH（-）ADP，Ga2+（+）（+）ADPα-酮戊二酸α-酮戊二酸脫H酶系檸檬酸NADH、琥珀酰CoACa2+、ATP、GTP（-）（五）TCA的回補(bǔ)反應(yīng)在正常情況下線粒體中乙酰CoA和草酰乙酸的濃度就不能被檸檬酸合成酶飽和，所以這些中間產(chǎn)物必須不斷補(bǔ)充，以維持TCA循環(huán)。

產(chǎn)生草酰乙酸的途徑有三個(gè)：

（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（輔酶為生物素）是一個(gè)調(diào)節(jié)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轉(zhuǎn)化成草酰乙酸，消耗能量。該酶催化可逆反應(yīng),在腦、心臟中存在這個(gè)反應(yīng)。

（3）Asp、Glu轉(zhuǎn)氨可生成草酰乙酸和α-酮戊二酸

Ile、Val、Thr、Met也會(huì)形成琥珀酰CoA，最后生成草酰乙酸。三、三羧酸循環(huán)的支路---乙醛酸循環(huán)(一)乙醛酸循環(huán)特點(diǎn)1、催化乙醛酸循環(huán)的酶既存在與線粒體中，也存在一種植物特有的乙醛酸循環(huán)體中。2、這條途徑動(dòng)物體內(nèi)沒有，只存在于植物和微生物中3、該途徑中有兩種酶:異檸檬酸裂解酶和蘋果酸脫氫酶存在于乙醛循環(huán)體中。（二）乙醛酸途徑的過程1、線粒體的草酰乙酸轉(zhuǎn)變?yōu)樘於彼?，天冬氨酸被轉(zhuǎn)運(yùn)到乙醛酸循環(huán)體中，再轉(zhuǎn)變?yōu)椴蒗Ｒ宜帷?、草酰乙酸與乙酰CoA縮合為檸檬酸。3、檸檬酸轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕帷?、異檸檬酸裂解酶將異檸檬酸裂解為琥珀酸和乙醛酸，琥珀酸被運(yùn)送到線粒體內(nèi)，進(jìn)入TCA循環(huán)重新生成草酰乙酸，完成一次循環(huán)，由此可見乙醛酸途徑導(dǎo)致乙酰CoA凈轉(zhuǎn)變?yōu)橐胰┧帷?、蘋果酸合成酶催化乙醛酸和另一乙酰CoA縮合為蘋果酸。6、蘋果酸從乙醛酸循環(huán)體中轉(zhuǎn)運(yùn)出來，進(jìn)入胞液，在胞液中,在蘋果酸脫氫酶催化下氧化為草酰乙酸，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進(jìn)入糖異生途徑?！镆胰┧嵫h(huán)中生成的四碳二羧酸仍可返回三羧酸循環(huán)，所以乙醛酸循環(huán)可以看作是三羧酸循環(huán)的支路。（三）乙醛酸循環(huán)總反應(yīng)式此途徑可看作是將2乙酰CoA轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)草酰乙酸，同時(shí)將2分子NAD+和1分子的FAD還原。乙醛酸循環(huán)總反應(yīng)式：2CH3COSCoA+2H2O+NAD+CH2COOHCH2COOH+2CoASH+NADH+H+

（四）乙醛酸循環(huán)的生物學(xué)意義★以二碳物為原料合成三羧酸循環(huán)中的二羧酸與三羧酸，作為三羧酸循環(huán)上化合物的補(bǔ)充。

★由于丙酮酸的氧化脫羧生成乙酰輔酶A是不可逆反應(yīng),因脂肪酸和甘油在分解代謝中都會(huì)生成乙酰CoA