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）
O CH3-C-SCoA
CoASH
NADH
NAD+
草酰乙酸
柠檬酸
1.三羧酸循环 途径
（TCA）
顺乌头酸
H2O
苹果酸
异柠檬酸 NAD+
柠檬酸合酶
ADP
ATP、琥珀酰CoA、 柠檬酸 NADH
异柠檬酸脱氢酶 ADP 、Ca2+ ATP、 NADH
α-酮戊二酸脱氢酶系 Ca2+
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
❖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
酵解阶段： 2 ATP 2 1 NADH
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
O CH3-C-SCoA
CoASH
柠檬酸合成酶
顺乌头 酸酶 H2O
H2O
TCA第二阶段：氧化脱羧
NAD+ NADH+H+ CO2
• 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。
3
O
、
CH3-C-SCoA
CoASH
三
羧
-
柠檬酸
酸
草酰乙酸
琥珀酰CoA
NADH
循
ATP
顺乌头酸
环
的
苹果酸
调
NADH ATP
异柠檬酸
-
+
ADP
节
调节位点
延胡索酸
•柠檬酸合成酶 •异柠檬酸脱氢酶（限速酶）
•－酮戊二酸脱氢酶
琥珀酸
－酮戊二酸
琥珀酰CoA
-
琥珀酰CoA
NADH
三羧酸循环的调节酶及其调节:
酶 的 名 称 变构激活剂 变构抑制剂
❖ 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
• 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。
三羧酸循环
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、 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。
+能FA量D“H现2金+”GT:P1 GTP
能量“支票”: NADH
3兑换率 1：3
兑换率 1：2
1 FADH2
1ATP 9ATP 2ATP
12ATP
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产生ATP。
❖ 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
琥珀酰CoA合 成酶
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
6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸
异柠檬酸脱氢酶
NAD+ NADH+H+
CO2
－酮戊二酸 脱氢酶
琥珀酸 硫激酶
GDP＋Pi
GTP
CoASH
TCA第三阶段：草酰乙酸再生
FAD FADH2
H2O
琥珀酸脱氢酶
延胡索酸酶
草酰乙酸
苹果酸 脱氢酶
NAD+
NADH+H+
苹果酸
乙酰辅酶A 草酰乙酸
延胡索酸 琥珀酸
三羧酸循环
柠檬酸 异柠檬酸
琥珀酸 辅酶A
• 三羧酸循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
琥珀酸
丙二酸、戊二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂
7）延胡索酸被水化生成L-苹果酸
• A．12.5 • B． 14 • C． 15 • D．11.5
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 。
2 ATP
1：3 (或2) 2 (3或2 ATP )
丙酮酸氧化：2 1NADH
1：3
2 3 ATP
三羧酸循环：2 1 GTP 2 3 NADH 2 1 FADH2
1：3 1：2
2 1 ATP 2 9 ATP 2 2ATP
总计：368 ATP或36ATP
葡萄糖有氧氧化过程中产生的总能量
—酮戊二酸脱 氢酶复合体
三羧酸循环中第二个氧化脱羧反应，
α-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
三个酶:
α-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
六个辅助因子： 辅酶A、FAD、NAD+、 镁离子、硫辛酸、TPP
—酮戊二酸脱氢酶复合体
柠檬酸合成酶的调控
• ATP、 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
酶
顺乌头酸
异柠檬酸
3）异柠檬酸氧化脱羧生成—酮戊二酸
异柠檬酸脱氢酶 • 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
异柠檬酸脱氢酶的调控
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
b、三羧2酸CO循2环+C的o能AS量H计+量3NADH+3H+
（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
糖分解方式
有氧氧化
• 三羧酸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。
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。