第六章? ? 三羧酸循環(huán)

第一節(jié)? 三羧酸循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

第二節(jié)? 三羧酸循環(huán)的全部反應(yīng)

一、反應(yīng)歷程

1.檸檬酸的合成（不可逆反應(yīng)）

由檸檬酸合酶進(jìn)行催化

草酰乙酸先和檸檬酸合酶結(jié)合，誘導(dǎo)酶的活性中心結(jié)合乙酰輔酶A；乙酰輔酶A結(jié)合草酰乙酸后，形成檸檬酰輔酶A，使酶的活性中心再次變化，切開硫脂鍵，產(chǎn)生輔酶A和檸檬酸

乙酸類似物如氟代乙酸是三羧酸循環(huán)的抑制劑，在細(xì)胞中進(jìn)行一系列反應(yīng)生成的4-羥基反烏頭酸是檸檬酸合酶的不可逆性抑制劑

2.異檸檬酸的形成

是一步將檸檬酸變成異檸檬酸的異構(gòu)化反應(yīng)，反應(yīng)經(jīng)過順烏頭酸中間物（先脫水，再水解），由順烏頭酸酶進(jìn)行催化。改變了檸檬酸上的氫原子的位置，有利于后續(xù)反應(yīng)

順烏頭酸酶含有鐵硫蛋白，直接參與反應(yīng)；在細(xì)胞中，順烏頭酸酶的作用有兩個(gè)：在線粒體基質(zhì)中參與三羧酸循環(huán)和作為細(xì)胞中鐵離子的感受器，參與鐵蛋白和轉(zhuǎn)鐵蛋白在翻譯水平上的表達(dá)和調(diào)控

3.異檸檬酸的氧化脫羧（不可逆）

由異檸檬酸脫氫酶（IDH）進(jìn)行催化，先是脫氫生成草酰乙酸，然后是β碳進(jìn)行脫羧

真核細(xì)胞中有三種異檸檬酸脫氫酶（IDH1、IDH2、IDH3），參與三羧酸循環(huán)的主要是IDH3，IDH1和IDH2主要參與缺氧和呼吸鏈變化時(shí)還原型谷氨酸的代謝，將谷氨酰胺衍生出的α-酮戊二酸還原成異檸檬酸

4.α-酮戊二酸的氧化脫羧（不可逆）

由α-酮戊二酸脫氫酶、二氫硫辛酸轉(zhuǎn)琥珀酰酶和二氫硫辛酸脫氫酶三個(gè)酶組成的α-酮戊二酸脫氫酶系進(jìn)行催化。（具體反應(yīng)類似于糖酵解的丙酮酸的氧化脫羧）

5.底物水平的磷酸化

由琥珀酰輔酶A合成酶（琥珀酸硫激酶）進(jìn)行催化，此反應(yīng)將會(huì)生成GTP或ATP和琥珀酸

6.琥珀酸的脫氫（將會(huì)把電子給到FADH2）

由琥珀酸脫氫酶進(jìn)行催化，產(chǎn)物是反丁烯二酸（延胡索酸）。琥珀酸的類似物丙二酸是此酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑

7.蘋果酸的合成

這是一步水合反應(yīng)，由延胡索酸酶進(jìn)行催化，形成L-蘋果酸

8.草酰乙酸的再生

由蘋果酸脫氫酶催化

二、三羧酸循環(huán)的總結(jié)

（1）有一步底物水平磷酸化反應(yīng)

（2）有兩步氧化脫羧反應(yīng)

（3）有三步不可逆反應(yīng)，先后由檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶進(jìn)行催化，也是重要的限速步驟

（4）有四步氧化還原反應(yīng)，將會(huì)有四對(duì)電子離開循環(huán)進(jìn)入呼吸鏈

（5）有兩個(gè)水分子被消耗，分別用來作為檸檬酸合酶和延胡索酸酶的底物

（6）氧氣通過影響呼吸鏈從而對(duì)三羧酸循環(huán)進(jìn)行影響（影響NAD+和FAD）

第三節(jié)? 三羧酸循環(huán)的生理功能

（1）作為需氧生物所有的代謝燃料最終氧化分解的共同代謝途徑

（2）比呼吸鏈可以產(chǎn)生更多的ATP，一分子的葡萄糖經(jīng)過三羧酸循環(huán)最終徹底氧化為20分子的ATP

（3）提供生物大分子的合成的前體，參與代謝合成

（4）三羧酸循環(huán)中有一些中間產(chǎn)物可作為別構(gòu)效應(yīng)物去調(diào)節(jié)其他的代謝途徑

eg.檸檬酸從線粒體進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)之后，還有三個(gè)功能：1.作為磷酸果糖激酶（PFK-1）的負(fù)別構(gòu)效應(yīng)物，抑制糖酵解的活性；2.作為1，6-二磷酸果糖磷酸激酶的正別構(gòu)效應(yīng)物，激活糖異生；3.還可以作為乙酰輔酶A羧化酶的正別構(gòu)效應(yīng)物，刺激脂肪酸的生物合成

（5）產(chǎn)生二氧化碳

（6）有一些厭氧的古菌和細(xì)菌利用還原型的三羧酸循環(huán)進(jìn)行二氧化碳的同化，即三羧酸循環(huán)的完全逆反應(yīng)：不是將乙酰輔酶A氧化分解為二氧化碳，而是將二氧化碳同化為有機(jī)分子（消耗ATP和高能電子【NADH、FADH2和鐵還原蛋白Fd】

注意：有一些酶和三羧酸循環(huán)中不同：檸檬酸裂解酶---ATP檸檬酸裂合酶、α-酮戊二酸脫氫酶---α-酮戊二酸合酶、延胡索酸酶---延胡索酸還原酶

第四節(jié)? 乙醛酸循環(huán)

乙酸無法直接進(jìn)入乙醛酸循環(huán)，在細(xì)胞中首先需要被乙酰輔酶A合成酶的催化下，被活化為乙酰輔酶A

乙醛酸循環(huán)和三羧酸循環(huán)的差別有：在每一輪循環(huán)之中，乙醛酸循環(huán)有兩分子的乙酰輔酶A進(jìn)入，三羧酸循環(huán)只有一分子乙酰輔酶A進(jìn)入；乙醛酸循環(huán)只產(chǎn)生NADH，不產(chǎn)生FADH2；乙醛酸循環(huán)無底物水平磷酸化反應(yīng)，因此無法通過此過程合成ATP；乙醛酸循環(huán)不產(chǎn)生二氧化碳，三羧酸循環(huán)每一輪都有兩分子的二氧化碳釋放

注意乙醛酸所特有的酶：異檸檬酸裂合酶和蘋果酸合酶

細(xì)胞的狀態(tài)可以影響到異檸檬酸裂合酶的活性以及一種蛋白激酶的活性，這種蛋白激酶的活性可以通過磷酸化或去磷酸化修飾來調(diào)控酶的活性。當(dāng)細(xì)胞的能量狀態(tài)較低時(shí)，異檸檬酸裂合酶的活性被抑制，三羧酸循環(huán)正常進(jìn)行；當(dāng)細(xì)胞的能量狀態(tài)較高時(shí)，異檸檬酸裂合酶的活性被激活，三羧酸循環(huán)被抑制，乙醛酸循環(huán)被激活

乙醛酸循環(huán)的生理意義在于凈生成糖異生的前體—琥珀酸。琥珀酸可以離開乙醛酸循環(huán)體，通過三羧酸循環(huán)形成草酰乙酸，并作為糖異生的原料

乙醛酸循環(huán)體的存在使脂肪在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)變成葡萄糖

第五節(jié)? 三羧酸循環(huán)的回補(bǔ)反應(yīng)（及時(shí)補(bǔ)充在三羧酸循環(huán)中消耗的中間物，提高細(xì)胞對(duì)二碳單位的氧化速率）

（1）草酰乙酸的回補(bǔ)反應(yīng)：相關(guān)酶有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶、丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸激酶

（2）α-酮戊二酸的回補(bǔ)反應(yīng)：谷丙轉(zhuǎn)氨酶（轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)）或谷氨脫氫酶（氧化脫氨基）催化谷氨酸轉(zhuǎn)化為α-酮戊二酸

（3）琥珀酰輔酶A的回補(bǔ)反應(yīng)：異亮氨酸、纈氨酸、甲硫氨酸和酪氨酸都可以在細(xì)胞內(nèi)被氧化變成琥珀酰輔酶A

（4）蘋果酸的回補(bǔ)反應(yīng)：由蘋果酸酶進(jìn)行催化

第六節(jié)? 三羧酸循環(huán)的調(diào)控（別構(gòu)效應(yīng)物基本上都是反應(yīng)細(xì)胞能量的變化的物質(zhì)）

一、檸檬酸合酶的調(diào)控

別構(gòu)調(diào)節(jié)，別構(gòu)抑制劑：ATP、NADH、琥珀酰輔酶A? ? 高濃度的檸檬酸可以通過競(jìng)爭(zhēng)性抑制反饋抑制檸檬酸合酶

別構(gòu)激活劑：ADP

二、異檸檬酸脫氫酶的調(diào)控

共價(jià)修飾（只存在于植物之中，見前文）

別構(gòu)調(diào)節(jié)：負(fù)別構(gòu)效應(yīng)物：ATP? ? ?正別構(gòu)效應(yīng)物：ADP和Ca+

三、α-酮戊二酸脫氫酶系的調(diào)控

只有別構(gòu)效應(yīng)物和產(chǎn)物的競(jìng)爭(zhēng)性抑制

四、丙酮酸脫氫酶系的調(diào)控

競(jìng)爭(zhēng)性反饋抑制：乙酰輔酶A和NADH

別構(gòu)調(diào)節(jié)的效應(yīng)物：細(xì)胞能量狀態(tài)的指示劑

共價(jià)修飾：丙酮酸脫氫酶激酶和磷蛋白磷酸酶，催化丙酮酸脫氫酶系特定位點(diǎn)的絲氨酸殘基的磷酸化和去磷酸化