第23章檸檬酸循環(Citricacidcycle)一、丙酮酸進入檸檬酸循環的準備階段

——形成乙酰CoA二、檸檬酸循環概貌三、檸檬酸循環的反應機制四、檸檬酸循環的化學總結算五、檸檬酸循環的調控六、檸檬酸循環的雙重作用七、檸檬酸循環的發現歷史生物化學第23章檸檬酸循環檸檬酸循環

檸檬酸循環（citricacidcycle）也叫三羧酸循環（tricarboxylicacidcycle，TCA循環），

因為德國科學家HansKrebs在闡明檸檬酸循環中作出了突出貢獻，又將此途徑稱為Krebs循環。

在有氧條件下，糖酵解途徑產生的丙酮酸進入線粒體，先轉變成乙酰CoA，乙酰CoA再進入檸檬酸循環徹底氧化成CO2。在真核細胞中，檸檬酸循環是在線粒體中進行的。生物化學第23章檸檬酸循環一、丙酮酸進入檸檬酸循環的準備階段——形成乙酰CoA

生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸到乙酰CoA的總反應式OCH3CCOO－

+HS－CoA+NAD+

——————————→OCH3C－SCoA+CO2+NADH

丙酮酸脫氫酶復合體生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸脫氫酶復合體的組成組分縮寫肽鏈數輔基催化的反應丙酮酸脫氫酶組分E124TPP丙酮酸氧化脫羧二氫硫辛酰轉乙酰基酶E224硫辛酰胺將乙酰基轉移到CoA二氫硫辛酸脫氫酶E312FAD將還原型硫辛酰胺轉變為氧化型生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸轉變為乙酰CoA的反應步驟

（丙酮酸脫羧反應）E1

丙酮酸TPP丙酮酸TPP加成化合物丙酮酸TPP加成化合物羥乙基-TPP共振形式生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸轉變為乙酰CoA的反應步驟（丙酮酸脫羧反應）E2的硫辛酰胺輔基羥乙基-TPP乙酰二氫硫辛酰胺TPP-E1E2生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸轉變為乙酰CoA的反應步驟乙酰二氫硫辛酰胺乙酰CoA二氫硫辛酰胺（乙酰基轉移到CoA分子上形成乙酰CoA）生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸轉變為乙酰CoA的反應步驟（還原型E2被氧化反應）

氧化型E3還原型E2還原型E3

氧化型E2

還原型E3還原型E3氧化型E3E3生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸脫氫酶復合體結構

丙酮酸脫氫酶復合體由60條肽鏈組成，總分子量為50,000kD，直徑約30nm，在電子顯微鏡下可以看到。E2是復合體的核心，E1及E3結合在E2的外面。E2有一個由賴氨酸殘基與硫辛酰胺相連的長鏈，這個長臂伸長后可達1.4nm，它具有極大的轉動靈活性，可將底物從一個酶轉送到另一個酶。生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸脫氫酶復合體生物化學第23章檸檬酸循環硫辛酰賴氨酰臂生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸轉變為乙酰CoA的總圖生物化學第23章檸檬酸循環砷化物對硫辛酰胺的毒害作用生物化學第23章檸檬酸循環丙酮酸脫氫酶復合體的調控

丙酮酸脫氫酶復合體催化的這個反應是哺乳動物體內使丙酮酸轉變為乙酰CoA的唯一途徑。乙酰CoA既是檸檬酸循環的入口，又是脂類生物合成的起始物質。1．產物控制

產物NADH抑制E3，乙酰CoA抑制E2。2．磷酸化和去磷酸化的調控

E2分子上結合著兩種特殊的酶，一種是激酶，另一種是磷酸酶，它們分別使E1磷酸化和去磷酸化，去磷酸化形式是E1的活性形式。Ca2+通過激活磷酸酶的作用，也能使E1活化。生物化學第23章檸檬酸循環二、檸檬酸循環概貌生物化學第23章檸檬酸循環檸檬酸循環總圖return生物化學第23章檸檬酸循環三、檸檬酸循環的反應生物化學第23章檸檬酸循環草酰乙酸與乙酰CoA縮合形成檸檬酸

草酰乙酸乙酰CoA

檸檬酰CoA

檸檬酸CoA檸檬酸合酶①112212生物化學第23章檸檬酸循環檸檬酸異構化形成異檸檬酸

檸檬酸順-烏頭酸異檸檬酸烏頭酸酶烏頭酸酶②222111生物化學第23章檸檬酸循環烏頭酸酶中的Fe-S聚簇（中心）含有這類結構的蛋白質稱為鐵硫蛋白生物化學第23章檸檬酸循環異檸檬酸氧化形成α∣酮戊二酸異檸檬酸脫氫酶

異檸檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸③1212生物化學第23章檸檬酸循環從異檸檬酸的分支途徑異檸檬酸異檸檬酸裂解酶琥珀酸

乙醛酸（植物和有些細菌中發生）生物化學第23章檸檬酸循環α－酮戊二酸氧化脫羧形成琥珀酰CoA

α－酮戊二酸琥珀酰CoAα-酮戊二酸脫氫酶復合體

④1122生物化學第23章檸檬酸循環琥珀酰CoA轉化成琥珀酸

烯醇化酶

琥珀酰CoA琥珀酸琥珀酰CoA合成酶⑤1122生物化學第23章檸檬酸循環琥珀酸脫氫形成延胡索酸琥珀酸脫氫酶琥珀酸

延胡索酸⑥（反丁烯二酸）生物化學第23章檸檬酸循環FAD與琥珀酸脫氫酶的共價結合生物化學第23章檸檬酸循環線粒體結構示意圖琥珀酸脫氫酶嵌合在線粒體的內膜上。

生物化學第23章檸檬酸循環延胡索酸水合形成L-蘋果酸延胡索酸酶

延胡索酸

L-蘋果酸⑦生物化學第23章檸檬酸循環L-蘋果酸脫氫形成草酰乙酸蘋果酸脫氫酶

L-蘋果酸草酰乙酸⑧生物化學第23章檸檬酸循環四、檸檬酸循環的化學總結算乙酰CoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O→2CO2+3NADH+3H++FADH2+GTP+CoA檸檬酸循環的總反應式生物化學第23章檸檬酸循環ATP的產量

從丙酮酸開始，檸檬酸循環中循環一圈，共產生4個NADH，1個FADH2，1個GTP（ATP），按每個NADH可以產生2.5個ATP、每個FADH2可以產生1.5個ATP計算，共產生2.5×4（NADH）+1.5×1（FADH2）+1（GTP）

=12.5

個ATP

每個葡萄糖分子（2個丙酮酸）在進入檸檬酸循環后可以產生25個ATP。

每個葡萄糖分子在糖酵解中可以產生2個ATP和2個NADH，共產生

2（ATP）+2.5×2（NADH）=7個ATP

每個葡萄糖分子徹底氧化后共產生32個ATP。生物化學第23章檸檬酸循環五、檸檬酸循環的調控

在檸檬酸循環中，雖然有8種酶參加反應，但在調節循環速度中起關鍵作用的是3種酶：檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α－酮戊二酸脫氫酶復合體。其調控可以分為兩個方面：①檸檬酸循環本身各種物質對酶活性的調控；②ADP、ATP和Ca2+的調控。生物化學第23章檸檬酸循環檸檬酸循環本身制約系統的調節1．乙酰CoA和草酰乙酸的供應情況。乙酰CoA來源于丙酮酸，受到丙酮酸脫氫酶復合體活性的控制；草酰乙酸的供應取決于循環是否運行暢通，以及中間產物離開循環的速率和補充的速率。2．[NADH]/[NAD+]的比值。檸檬酸合酶和異檸檬酸脫氫酶都受到NADH的抑制，但異檸檬酸脫氫酶對NADH更為敏感。α－酮戊二酸脫氫酶復合體也受NADH的抑制。3．產物的反饋抑制。檸檬酸合酶受高濃度檸檬酸的抑制；α－酮戊二酸脫氫酶復合體受琥珀酰CoA的抑制。go生物化學第23章檸檬酸循環ATP、ADP和Ca2+對檸檬酸循環的調節1．[ATP]/[ADP]的比值。

[ATP]/[ADP]的比值對檸檬酸循環中的酶有調節作用，ADP是異檸檬酸脫氫酶的別構促進劑，可降低該酶的Km值，促進酶與底物的結合；而ATP抑制該酶。2．Ca2+濃度。

Ca2+可激活丙酮酸脫氫酶的磷酸酶，使丙酮酸脫氫酶去磷酸化而活化，從而增加乙酰CoA的供應。同時Ca2+也能激活異檸檬酸脫氫酶和α－酮戊二酸脫氫酶。生物化學第23章檸檬酸循環乙酰CoA形成和檸檬酸循環中的激活和抑制部位示意圖激活×抑制

反饋抑制·生物化學第23章檸檬酸循環六、檸檬酸循環的雙重作用

許多合成代