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1、第23章、三羧酸循环,丙酮酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环,使糖最终氧化成CO2和H2O的过程包括三羧酸循环。 在有氧的情况下，酵解产生的丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA。乙酰CoA在三羧酸循环中经一系列氧化、脱羧，最终生成CO2 。 三羧酸循环是呼吸作用的中心氧化途径，使糖，脂肪和蛋白质在需氧生物和组织中彻底分解。 三羧酸循环的讨论集中在可氧化物质的去路，生物氧化的讨论集中在电子传递链和ATP合成。如果从呼吸的最终产物（CO2和H2O）的角度考虑，三羧酸循环强调CO2的产生，生物氧化强调H2O的产生。 呼吸是指有机分子在体内氧化分解并释放能量的过程。呼吸的最终产物是CO2和H2O。,第一阶段,第二阶段
2、,第三阶段,丙酮酸,脂肪酸,氨基酸,还原的电子载体 NADH/FADH2,呼 吸 链,e-,e-,e-,e-,e-,e-,e-,呼吸的三阶段,三羧酸循环,第一阶段：乙酰基的产生，这是个活化的二碳片段，可与辅酶A形成乙酰辅酶A ； 第二阶段：乙酰辅酶A在三羧酸循环中的氧化； 第三阶段：在三羧酸循环中产生的还原电子载体在氧化磷酸化中再氧化，并伴随ATP的产生。,辅酶A是根据它活化酰基(acyl group)的作用命名的。 辅酶A是从ATP,维生素泛酸(pantothenic acid),和巯基乙胺产生。 辅酶A的巯基是功能部分。其余部分提供酶结合位点。 在酰化辅酶A中，如乙酰辅酶A，酰基与巯基相连
3、形成硫酯。, 辅酶A和碳的活化,自由能，G,硫酯和一般酯的共振和G的关系,硫酯键和一般酯键比较，是富能的。这主要与共振稳定性有关。 电子的重叠使C-O键有部分双键特征。 由于S原子比氧原子大，C和S之间的电子不能重叠，C = S这种形式基本上不存在。硫酯比一般酯不稳定，水解的G0增高。酰基辅 酶A的C-S键比一般酯键中的C-O键要弱。酰基很容易转移到其他中间代谢物。, 三羧酸循环的发现 三羧酸循环的基本要点是乙酰辅酶A上的两个活化碳与一个4碳底物连接，连接产物被其他反应氧化释放两个CO2，并再产生起始的4碳底物。这个途径是环状的。 因为末端产物与起始产物之一相同，可以通过与另一分子乙酰辅酶A的
4、反应开始另一轮新的循环。 三羧酸循环也称为柠檬酸循环。因为循环途径是由Krebs1937年正式提出的，所以又称Krebs循环。 Krebs和Lipmann共同获得了诺贝尔奖金。Lipmann发现了乙酰CoA。,1早期工作： 从1920到1935年，Thunberg，Krebs和Szent发现，在肌肉糜中加入柠檬酸和四碳二羧酸如琥珀酸，延胡索酸，苹果酸，草酰乙酸可刺激氧的消耗。 1937年Martins和Knoop阐明了从柠檬酸经顺乌头酸，异柠檬酸，酮戊二酸到琥珀酸的氧化途径。,2Krebs在研究鸽胸肌的耗氧中观察到六碳三羧酸（柠檬酸，顺乌头酸，异柠檬酸）和酮戊二酸，以及四碳二羧酸（琥珀酸，延胡
5、索酸，苹果酸，草酰乙酸）强烈刺激肌肉中丙酮酸氧化的活性，其他天然存在的有机酸都没有上述几种酸活性强。,3Krebs发现丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，即使在肌肉糜悬浮液中加入活性有机酸，也还有抑制效应，说明此酶催化的反应在丙酮酸氧化途径中起重要作用。 在丙二酸抑制的肌肉糜悬浮液中有柠檬酸，-酮戊二酸和琥珀酸的积累，证明没有丙二酸时，柠檬酸和-酮戊二酸转化成琥珀酸。,4被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中加入琥珀酸脱氢酶催化的反应产物如延胡索酸，苹果酸或草酰乙酸也可引起琥珀酸的进一步积累，说明另有一条途径氧化成琥珀酸，因此Krebs提出环状氧化途径的概念。,5将草酰乙酸加入被丙二酸抑制的肌肉悬浮液中可
6、以消除对丙酮酸氧化的抑制，悬浮液中有柠檬酸积累。Krebs的解释是丙酮酸氧化需消耗草酰乙酸，合成柠檬酸，若加入丙二酸，由于不能再生成草酰乙酸，所以丙酮酸氧化被抑制。,6由于环中每个有机酸的加入都可以使丙酮酸氧化量增加数倍，每个有机酸的最大反应速度都与丙酮酸氧化的最大速度相同，所以环状氧化是丙酮酸氧化的主要途径。 通过总结前人的实验和上述一系列实验，Krebs在1937年提出了三羧酸循环。后来发现这一途径在动、植物，微生物中普遍存在，不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪，蛋白质分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义。,图3-3. 三羧酸循环的反应,乙酰辅酶A,草酰乙酸,柠檬酸,顺 乌 头 酸,水
7、合,脱 氢,异柠檬酸,氧化脱羧,- 酮戊二酸,氧化脱羧,琥珀酰辅酶A,底物水平磷酸化,脱氢,丁烯二酸,丁二酸,苹果酸,脱 氢,缩合,水合,-,2H,CO2, 2H,CO2, 2H,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,2H,2H,-酮戊二酸,顺乌头酸,柠檬酸,异柠檬酸,脱水,水合,脱氢,脱氢,氧化脱羧,氧化脱羧,水合,底物水平磷酸化,缩合,GTP,GDP+Pi,乙酰辅酶A,三羧酸循环要略,丙酮酸到乙酰辅酶A的总反应,0,总反应是高度放能的，在细胞中是不可逆的。 丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA的反应是在真核细胞的线粒体基质中进行的，这是一个连接酵解和三羧酸循环的中心环节。 这个反应由丙
8、酮酸脱氢酶复合体催化。丙酮酸脱氢酶复合体包括3个不同的酶和5种不同的辅酶，包括焦磷酸硫胺素（TPP），硫辛酸，FAD，NAD+和CoA。,焦磷酸硫氨(TPP),硫氨,焦磷酸硫氨,+,+,H3C,因为这是第一个鉴定的B维生素，又称维生素B1。,TPP反应机制 TPP噻唑环硫和氮之间的酸性碳是活性部位。 1）这个碳形成碳负离子； 2）它可以攻击-酮酸的羰基; 3）当-酮酸是底物时，产生的加成化合物进一步非氧化脱羧； 4）加氢后形成羟乙基-TPP（活化乙醛）,这个二碳片断转移到其他辅酶时被氧化成乙醛。,+,_,+,1,2,3,4,5,6,O,硫辛酸(Lipoic acid),硫辛酸的羧基与酶2（二氢硫辛酸乙酰转移酶）赖氨酸的-氨基形成酰氨键，产生硫辛酰氨。 活化乙醛部分从TPP转移到硫辛酰氨C6的S上包括羟乙基的氧化和二硫的还原，这在丙酮酸脱氢酶中产生一个乙酰基，这个乙酰基再转移到辅酶A。,