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1、第二节、三羧酸循环,三羧酸循环是由四碳原子的草酰乙酸与二碳原子的乙酰辅酶A(丙酮酸氧化脱羧的产物)缩合生成具有三个羧基的柠檬酸开始，经过一系列脱氢和脱羧反应后又以草酰乙酸的再生成结束，在循环过程中，乙酰CoA被氧化成 H2O 和CO2，并释放出大量能量。 由于循环中首先生成含有三个羧基的柠檬酸，并且循环中有三个三元羧酸（柠檬酸、异柠檬酸和草酰琥珀酸），故被称为三羧酸循环或柠檬酸循环，简称TCA循环。,三羧酸循环,三羧酸循环是德国科学家Hans Krebs于1937年正式提出 ， 故三羧酸循环也被称为Krebs循环。 这一途径在动、植物，微生物细胞中普遍存在，不仅是糖分解代谢的主要途径，也是脂肪
2、、蛋白质分解代谢的最终途径，具有重要的生理意义。 1953年Krebs获得诺贝尔奖，并被称为ATP循环之父。,三羧酸循环,1、三羧酸循环的化学历程 2、三羧循环及葡萄糖有氧氧化的化学计量和能量计量 3、 三羧循环的生物学意义 4、 三羧酸循环的调控 5、草酰乙酸的回补反应（一般了解）,CoASH,+CO2,+CO2,1.三羧酸循环途径 （TCA）,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,苹果酸,草酰乙酸,NAD+,NAD+,FAD,NAD+,1）乙酰CoA 与草酰乙酸缩合形成柠檬酸,柠檬酸合成酶 Citrate synthase,调控步骤,柠檬酸合成酶的调控,AT
3、P、 NADH、 琥珀酰CoA等抑制酶活性； 草酰乙酸和乙酰CoA激活酶活性,2）柠檬酸异构化生成异柠檬酸,顺乌头酸,顺乌头酸酶,异柠檬酸,3）异柠檬酸氧化脱羧生成酮戊二酸,三羧酸循环中第一次氧化脱羧作用 异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环的限速酶,异柠檬酸脱氢酶,异柠檬酸脱氢酶的调控,异柠檬酸脱氢酶被Mg2+、Mn2+活化，它是一个别构酶. 正调控物是ADP，ADP可增加酶和底物的亲和力。NAD+ 、 Mg2+和ADP有协同作用。 NADH和ATP可以抑制酶活性。 总之，细胞在具有高能状态时酶活性被抑制; 在低能状态时酶活性被激活.,4）酮戊二酸 氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A,三羧酸循环中第二个氧化脱羧
4、反应，,酮戊二酸脱氢酶复合体,-酮戊二酸氧化脱羧酶反应机制与丙酮 酸氧化脱羧相同，组成类似：,含三个酶及六个辅助因子,-酮戊二酸脱羧酶、 二 氢硫辛转琥珀酰基酶、 二氢硫辛酸还原酶,辅酶A、FAD、NAD+、 镁离子、硫辛酸、TPP,三个酶:,六个辅助因子：,酮戊二酸脱氢酶复合体,此酶也是一个调节酶，受其产物NADH、琥珀酰CoA和Ca2+抑制，细胞高能荷时，ATP，GTP也可反馈抑制酶的活性。,5）琥珀酰CoA转化成琥珀酸，并产生GTP,这是三羧酸循环中唯一的底物水平磷酸化直接产生高能磷酸键的步骤。 GTP+ ADP GDP +ATP,琥珀酰CoA合成酶,6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸,三羧酸循
5、环中第三步氧化还原反应 琥珀酸脱氢酶是三羧酸循环中唯一掺入线粒体内膜的酶，直接与呼吸链联系。 延胡索酸是反丁烯二酸，而不是顺丁烯二酸(马来酸)，后者不能参加代谢，对有机体有毒性。,延胡索酸,马来酸,苹果酸,丙二酸、戊二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂,丙二酸,琥珀酸,7）延胡索酸被水化生成L-苹果酸,延胡索酸酶(fumarase)酶具有立体异构特异性,延胡索酸,马来酸,苹果酸,8）L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸,三羧酸循环中第4次氧化还原反应,TCA第一阶段：柠檬酸生成,草酰乙酸,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,TCA第二阶段：氧化脱羧,TCA第三阶段：草酰乙酸再生,草酰乙酸,琥珀酸脱氢酶,延胡索酸酶,苹
6、果酸脱氢酶,三羧酸循环,草酰乙酸,柠檬酸,异柠檬酸,琥珀酸辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,苹果酸,乙酰辅酶A,三羧酸循环循环一次的产物,三羧酸循环特点:,一次底物水平磷酸化 二次脱羧 三个不可逆反应 四次脱氢 1 mol乙酰CoA经三羧酸循环彻 底氧化净生成10 molATP。,2、三羧循环的化学计量和能量计量,a、总反应式: CH3COSCoA+3NAD+FAD+GDP+Pi+2H2O 2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP,葡萄糖分解代谢过程中能量的产生,葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式：直接产生ATP；生成高能分子NADH或FADH2，后者在线粒体呼吸链氧化并
7、产生ATP。 糖酵解：1分子葡萄糖 2分子丙酮酸，净生成了2个ATP，同时产生2个NADH。 丙酮酸氧化脱羧：丙酮酸 乙酰CoA，生成1个NADH。 三羧酸循环：乙酰CoA CO2和H2O，产生一个GTP（即ATP）、3个NADH和1个FADH2。,葡萄糖完全氧化产生的ATP,总计：368 ATP或36ATP,葡萄糖有氧氧化过程中产生的总能量,葡萄糖分解代谢总反应式 C6H6O6 + 6 H2O + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4Pi 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP 按照一个NADH能够产生3个ATP，1个FADH2能
8、够产生2个ATP计算，1分子葡萄糖在分解代谢过程中共产生38个ATP： 4 ATP +（10 3）ATP + （2 2）ATP = 38 ATP,强调,尽管分子氧不直接参与到TCA循环，但TCA循环却严格需要氧，是糖的有氧氧化途径。 若在无氧条件，NADH 和 FADH2 不能进入氧化呼吸链再生，从而使TCA循环无法进行。,CoASH,3、三羧酸循环的调节,柠檬酸,异柠檬酸,顺乌头酸,酮戊二酸,琥珀酸,琥珀酰CoA,延胡索酸,调节位点 柠檬酸合成酶 异柠檬酸脱氢酶（限速酶） 酮戊二酸脱氢酶,苹果酸,草酰乙酸,三羧酸循环的调节酶及其调节:,酶 的 名 称 柠檬酸合酶 异柠檬酸脱氢酶 -酮戊二酸脱
9、氢酶系,变构激活剂 ADP ADP 、Ca2+,Ca2+,变构抑制剂 ATP、琥珀酰CoA、 柠檬酸 NADH ATP、 NADH ATP、NADH、 琥珀酰CoA,4、三羧循环的生物学意义,是有机体获得生命活动所需能量的主要途径 是糖、脂、蛋白质等物质代谢和转化的中心枢纽 形成多种重要的中间产物 是发酵产物重新氧化的途径,柠檬酸循环中间产物是生物合成的前体,直接利用柠檬酸循环中间产物的生物合成途径： 葡萄糖生物合成（糖异生） 脂类的生物合成：脂肪酸和胆固醇 氨基酸的生物合成 卟啉类的生物合成：卟啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA,糖与氨基酸、脂肪代谢的联系,返回,5、三羧酸循环的回补反应,三羧酸
10、循环由于参与其他代谢途径而失去的中间产物必须及时补充，才能维持三羧酸循环的正常进行。 对柠檬酸循环中间产物有补充作用的反应称为三羧酸循环的回补反应。,产生草酰乙酸的3个途径,（1） 丙酮酸在丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase)催化下形成草酰乙酸，需要生物素为辅酶。 丙酮酸羧化酶是一个调节酶，乙酰CoA是该酶的激活剂。 高水平的乙酰CoA可以作为需要更多草酰乙酸的信号。,（2） 磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶的催化下形成草酰乙酸。 在脑和心脏中存在这个反应。 （3）天冬氨酸及谷氨酸的转氨作用可以形成草酰乙酸和酮戊二酸。 （4）异亮氨酸、缬氨酸和苏氨酸、甲硫氨酸也会
11、形成琥珀乙酰CoA。,三羧酸循环的回补反应,6、糖无氧酵解和有氧氧化的总结,Pasteur效应：,Pasteur效应： 氧存在下酵解速度降低的现象，即糖的有氧氧化对糖无氧酵解的抑制作用,机理： 有氧时，NADH + H+ 可进入线粒体内氧化，于是丙酮酸就进行有氧氧化而不生成乳酸-有氧氧化可抑制糖无氧酵解。 缺氧时，氧化磷酸化受阻，ADP与Pi不能合成ATP，致使ADP/ATP比值升高，而激活糖酵解途径的限速酶，故糖酵解消耗的葡萄糖量增加。,实验现象： 在癌细胞中有Crabtree现象，后发现某些正常组织细胞(如视网膜、睾丸、小肠粘膜、颗粒性白细胞、肾髓质、成熟红细胞等)亦有此现象。,解释：,此
12、类细胞糖酵解酶系较强，而线粒体中某些氧化酶系如细胞色素氧化酶活性较低，争夺氧化磷酸化底物处劣势。 返回,Crabtree效应：,Crabtree效应（亦称反Pasteur作用）： 一些组织细胞给予葡萄糖时，无论供氧充足与否，均呈现很强的酵解反应，而糖的有氧氧化受抑制，这种作用称为Crabtree效应。,下列哪一化合物进入三羧酸循环的目的是为了进一步的分解代谢(2008年联赛试题 A) A乙酰-CoA B酮酸 C苹果酸 D乙醇,若NADH(H+)和FADH2分别计2.5和1.5ATP，则1分子丙酮酸彻底氧化成C02和H20，释放的ATP数是多少? (2007年联赛试题 A) A12.5 B 14
13、 C 15 D11.5,例题,例2 右图表示大气中氧的含量对 植物组织内产生CO2的影响， 请据图回答问题。 （1）A点表示植物组织释放的CO2较多，这些CO2是 的产物。 （2）AB段CO2的释放量急剧减少，其原因是 。 （3）BC段CO2释放量又不断增加，主要原因是 。 （4）为了有利于贮藏蔬莱或水果，贮藏室内的氧气应调节到图中哪一点所对应的氧浓度？ 。采取这一措施的理由是 。,解答,高等植物呼吸作用的主要方式是有氧呼吸，但仍保留了无氧呼吸的能力，所以在A点时氧含量接近0，释放较多CO2，这是无氧呼吸产生酒精和CO2的缘故。 AB段随着氧含量增加，无氧呼吸受到抑制，CO2释放量减少。 BC段氧含量不断增加，有氧呼吸越来越旺盛，CO2的释放量达到新高峰。 贮存蔬菜水果时，要尽量降低呼吸作用，减少有机物的消耗，应选择B点所对应的氧的含量，这时的有氧呼吸已明显降低，同时又抑制了无氧呼吸。,