反应的能量由乙酰CoA的高能硫酯键提供，所以 使反应不可逆。此为醇醛缩合反应，先缩合成柠檬 酰CoA，然后水解。
这步反应由 C4 → C6 。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 2. 柠檬酸异构化成异柠檬酸
Iron-sulfur (red), cysteines (yellow) and isocitrate (white)
E3 —— 二 氢 硫 辛 酸 脱 氢 酶 ( dihydrolipoyl dehydrogenase DLD)。催化还原型硫辛酸→氧化型。 具有辅基FAD。
一、丙酮酸氧化脱羧 整个过程涉及到的6个辅因子：TPP(焦磷酸硫胺素)、 SSL(硫辛酸)、FAD、NAD+、CoA、Mg2+等。
丙酮酸脱氢酶复合体呈圆球形，每个复合体含有： 6个PDH、24个TA、6个DLD 其中TA为复合物的核心，它的一条硫辛酸臂可以旋转。
a-酮戊二酸脱氢酶复合体与丙酮酸脱氢酶复合
体非常相似，也包含三种酶、五六种辅因子。
TPP
lipoate FAD
(E1, E2, E3)
Reaction 4
Decarboxylated first, then oxidized; the carbon released as CO2 is not from the acetyl group joined; The a-ketoglutarate dehydrogenase complex closely resembles the pyruvate dehyrogenase complex in structure and function (the two E1s and two E2s are similar, the two E3s are identical).
4. 注意点
二、TCA循环
1. 定位：线粒体
2. 不可逆反应与调节： A 柠檬酸合酶:该酶有负变构剂ATP，它使酶与底物的
亲和力下降，从而Km值增大。
B 异柠檬脱氢酶:该酶有正变构剂ADP，它使酶与底物
的亲和力增加。此外，NAD+、底物异柠檬酸使酶活升
高；NADH、ATP使酶活下降。 C a-酮二酸脱氢酶: ATP、NADH及产物琥珀酰CoA抑制 酶的活性。
Rate of the citric acid cycle is controlled at three exergonic irreversible steps catalyzed by:
Citrate synthase, isocitrate dehydrogenase and aketoglutarate dehydrogenase
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 1.乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
这步反应由 C4 → C6 。
Citrate synthase. Citrate is shown in green and CoA pink
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸
分子ATP。 消耗2分子水，分别用于合成柠檬酸（水解柠檬 酰CoA）和延胡索酸的加水。
2. TCA循环的总反应
二、TCA循环
产物NADH和FADH2的去路:
由TCA循环产生的NADH和FADH2 必须经呼
吸链将电子交给O2，才能回复成氧化态，再去接 受TCA循环脱下的氢。
所以， TCA循环需要在有氧的条件下进行。否
能 量
共 15ATP
3.能量的化学计量
二、TCA循环
葡萄糖彻底氧化经由的途径： EMP途径、丙酮酸氧化脱羧、TCA循环、呼吸链氧化磷酸化。
对于原核生物：
碳 源
能 量
葡萄糖 → 2丙酮酸 → 6CO2
葡萄糖有氧酵解：2ATP + 2NADH → 8 ATP 共 38ATP
丙酮酸有氧氧化：15×2 = 30 ATP
2. 循环中的中间物为生物合成提供原料； 如草酰乙酸、a-酮戊二酸可转变为氨基酸，琥珀 酰CoA可用于合成叶绿素及血红素分子中的卟啉。
第三节 丙酮酸氧化脱羧与三羧酸循环
Chapter 3
The pyruvate oxidization and citric acid cycle
一、丙酮酸氧化脱羧 在有氧条件下，丙酮酸氧化脱羧形成乙酰CoA， 后者可进入三羧酸循环彻底氧化。
丙酮酸的氧化脱羧的部位：线粒体
The oxidative decarboxylation of pyruvate in mitochondria: the overall chemical transformation, involving five cofactors and three enzymes.
一、丙酮酸氧化脱羧
一、丙酮酸氧化脱羧 催化此过程的是丙酮酸脱氢酶复合体，它由3种酶有 机地组合在一起： E1 —— 丙 酮 酸 脱 氢 酶 ( pyruvate dehydrogenase PDH)。催化丙酮酸的脱羧及脱氢，形成二碳单位乙酰 基。具有辅基TPP。
E2 —— 二 氢 硫 辛 酸 转 乙 酰 基 酶 ( dihydrolipoyl transacetylase TA)。催化二碳单位乙酰基的转移。 具有辅基硫辛酸。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
三羧酸循环 (tricarboxylic acid cycle)，又叫
做TCA循环，是由于该循环的第一个产物是柠檬酸
，它含有三个羧基，故此得名。
该 循环 的提出 的主要 贡献者 是英国 生化学 家
Krebs，所以又称Krebs循环。
该循环还叫做柠檬酸循环。
1. 化学反应过程
一、丙酮酸氧化脱羧
Pyruvate dehydrogenase complexes from E. coli: the electron micrograph
a huge multimeric assembly of three kinds of enzymes, having 60 subunits in bacteria and more in mammals.
1. 化学反应过程
二、TCA循环
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Step 8. 苹果酸至草酰乙酸（再生）
Oxaloacetate is regenerated!
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 8. 苹果酸至草酰乙酸（再生）
The active site of malate dehydrogenase. Malate is shown in red; NAD+ blue.
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 6. 琥珀酸氧化成延胡索酸
这一阶段的反应为C4的变化；
产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 7.延胡索酸至苹果酸
这阶段需要经历三步反应 —— 脱氢、加水、脱氢
这一阶段的反应为C4的变化；
产生1分子FADH2、1分子NADH。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 4. a-酮戊二酸氧化脱羧
这阶段又放出了1分子CO2，由 C5 → C4 ；
又产生1分子NADH；形成1个高能硫酯键。
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 5. 由琥珀酰CoA生成高能磷酸键
Malonate (丙二酸) is a strong competitive inhibitor 这阶段合成了1分子高能磷酸化合物GTP
Inhibited by products and high energy charge; Activated by a low energy charge or a signal for energy requirement (Ca2+).
5. TCA循环的生物学意义
二、TCA循环
1. 为生物体提供能量，是体内主要产生ATP的途径 ；
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 3. 异柠檬酸氧化脱羧
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 3. 异柠檬酸氧化脱羧
这阶段放出了1分子CO2，由 C6 → C5 ；产生1分子NADH
NADP+(gold); Ca2+(red))
1. 化学反应过程
二、TCA循环
Step 4. a-酮戊二酸氧化脱羧
Pyruvate
CO2 Acetyl-CoA
Hydroxyethyl-TPP
E2 (dihydrolipoyl transacetylase): consisting the core, 24 subunits; E1 (pyruvate dehydrogenase): bound to the E2 core, 24 subunits; E3 (dihydrolipoyl dehydrogenase): bound to the E2 core, 12 subunits.
则NADH和FADH2携带的H无法交给氧，即呼吸链
氧化磷酸化无法进行，NAD+及FAD不能被再生，
使TCA循环中的脱氢反应因缺乏氢的受体而无法进
行。
3.能量的化学计量
二、TCA循环
乙酰CoA通过TCA循环脱下的氢由 NADH及 FADH2经呼吸链传递给O2，由此而形成大量ATP
碳 源 乙酰CoA → 2CO2
3.能量的化学计量
二、TCA循环
对于原核生物： 对于真核生物（高等植物、真菌、动物的肌细胞）:
由于在EMP途径中生成的NADH在线粒体外，其磷氧比 为2，所以1分子葡萄糖彻底氧化只能合成 36 ATP。
The complete oxidation of one glucose may yield as many as 32 ATP