中国海洋大学海洋生命学院 生物化学讲义 2008年修订
第十六章 柠檬酸循环
目的和要求：掌握柠檬酸循环的过程、机理、能量代谢、调节和生理意义；了解柠檬酸循环的回补反应和乙醛酸循环途径。
一、柠檬酸循环概貌
柠檬酸循环的大致轮廓：碳骨架变化，化学结构式的变化
关键的反应物柠檬酸的存在, 称柠檬酸循环；循环过程中有三种羧酸化合物参与, 称三羧酸循环或TCA 循环；Krebs 循环, 为纪念Hans Krebs
真核生物线粒体发生
二、柠檬酸循环的反应机制
㈠、草酰乙酸与乙酰CoA 缩合形成柠檬酸
柠檬酸合酶，两个亚基构成的二聚体, 每个亚基的两个结构域形成一个裂缝，活性部位有组氨酸残基，变构酶, 活性受ATP,NADH, 琥珀酸CoA, 酯酰CoA 抑制, 该途径中第一个调控, 限速步骤
反应机理：
致死性合成反应
该步反应特点：参与反应的酶为柠檬酸合酶；, 柠檬酸循环中第一个调控限速步骤；氟乙酸产生致死性合成反应
㈡、柠檬酸异构化形成异柠檬酸
㈢、异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸
异柠檬酸脱氢酶：NAD + 2+2+，NADP +为辅酶：线粒体和细胞溶胶；变构调节酶，活性受能荷和调节；细菌中异柠檬酸脱氢酶受磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节
反应机理
该步反应特点：异柠檬酸脱氢酶催化该反应；柠檬酸循环中第一次氧化作用, 第一次脱羧；第二个调控步骤
㈣、α-酮戊二酸生成琥珀酰-CoA
α-酮戊二酸脱氢酶系：α-酮戊二酸脱氢酶(E1)；二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2)；二氢硫辛酰脱氢酶(E3)；需要六种辅助因子:硫辛酸TPP,CoA,FAD,NAD +和Mg 2+；受反应产物和能荷抑制调节, 但E1 无修饰调节。
催化反应机理与丙酮酸脱氢酶系相一致
该反应特点：α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化此反应；第二次氧化脱羧反应；柠檬酸循环中第三个调节步骤
㈤、琥珀酰- CoA 转化成琥珀酸
该反应特点：琥珀酸CoA 合成酶(或琥珀酸硫激酶) 催化，四聚体，催化反应可逆；唯一底物磷酸化反应, 产生1 摩尔ATP
㈥、琥珀酸脱氢形成延胡索酸
中国海洋大学海洋生命学院 生物化学讲义 2008年修订
琥珀酸脱氢酶：辅基是FAD, 辅基与酶以共价键结合；酶含有铁硫聚簇组分；催化反应具有立体专一性；嵌入到线粒体内膜, 线粒体内膜组成成分；丙二酸是其该酶的竞争性抑制剂
该反应特点：琥珀酸脱氢酶催化, 是柠檬酸循环中唯一渗入线粒体内膜的酶, 氢受体为FAD ，第三次氧化还原反应
㈦、延胡索酸水合形成L-苹果酸
延胡索酸酶：四个亚基，活性中心-SH ，具有立体专一性, 产生L-苹果酸
㈧、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶，第四次氧化还原反应，NADH
三、柠檬酸循环总结
经历八步反应涉及八种酶
每一循环过程中两个碳原子以乙酰CoA 形式进入, 两次脱酸反应脱掉两分子CO 2
共有四次氧化反应，产生一分子ATP 和三分子NADH, 一分子FAD
四、柠檬酸循环的生理意义
循环过程中产生ATP 和还原型NADH 和FADH 2，进一步氧化分解产生ATP
CoA 可用来合成脂类物质；琥珀酰CoA 可用来合成卟啉环, , 通过糖异生途径生成葡萄糖；草酰乙酸, α-酮戊二酸等可用来合成氨基酸。
五、柠檬酸循环的回补反应
CoA 可用来合成卟啉环, 进而合成血红素；, 通过糖异生途径生成葡萄糖；草酰乙酸, α-程中产生草酰乙酸, α-，缬氨酸、甲硫氨酸分解可产生琥珀酰-CoA
六、柠檬酸循环的调控
柠檬酸循环本身制约系统的调节；能荷调节；Ca 2+调节。
1、调控的步骤
（1）柠檬酸合酶，限速酶，受琥珀酰CoA 、NADH 、ATP 和脂酰CoA 的抑制。
（2）异柠檬酸脱氢酶，ADP 是别构激活剂，ATP 和NADH 是抑制剂。
（3）α-酮戊二酸脱氢酶被反应 产物琥珀酰CoA 和NADH 抑制，也被高的能荷抑制。
2. 底物和产物 对三羧酸循环的调节
三羧酸循环中最主要的调控物质是底物乙酰CoA 和草酰乙酸，以及它的产物NADH 。
乙酰CoA 和草酰乙酸在线粒体中的浓度都未达到使柠檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬酸合酶对底物催化的速度随底物浓度而变化，并被底物的存在而调控。
3. Ca2+对三羧酸循环的调节
Ca2+在机体内的生物功能是多方面的，除了许多其他生物功能外，它还在几个位点上调节三羧酸循环。它激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶，从而激活丙酮酸脱氢酶复合物，产生乙酰CoA 。
Ca2+ 还激活异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶。
中国海洋大学海洋生命学院 生物化学讲义 2008年修订
因此Ca2+ 不仅是刺激肌肉收缩的信号，而且也促进ATP 的生成，以提供能量。
七、乙醛酸途径
乙醛酸循环，三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。
植物和微生物中，这种途径对于植物和微生物意义重大！意义不在于产能，在于生存。
通过乙醛酸循环使两分子乙酰CoA 转变为苹果酸进入进入细胞溶胶转变为草酰乙酸；或者进入糖异生。线粒体，起到底物回补。
中国海洋大学海洋生命学院 生物化学讲义 2008年修订
第十六章 柠檬酸循环
目的和要求：掌握柠檬酸循环的过程、机理、能量代谢、调节和生理意义；了解柠檬酸循环的回补反应和乙醛酸循环途径。
一、柠檬酸循环概貌
柠檬酸循环的大致轮廓：碳骨架变化，化学结构式的变化
关键的反应物柠檬酸的存在, 称柠檬酸循环；循环过程中有三种羧酸化合物参与, 称三羧酸循环或TCA 循环；Krebs 循环, 为纪念Hans Krebs
真核生物线粒体发生
二、柠檬酸循环的反应机制
㈠、草酰乙酸与乙酰CoA 缩合形成柠檬酸
柠檬酸合酶，两个亚基构成的二聚体, 每个亚基的两个结构域形成一个裂缝，活性部位有组氨酸残基，变构酶, 活性受ATP,NADH, 琥珀酸CoA, 酯酰CoA 抑制, 该途径中第一个调控, 限速步骤
反应机理：
致死性合成反应
该步反应特点：参与反应的酶为柠檬酸合酶；, 柠檬酸循环中第一个调控限速步骤；氟乙酸产生致死性合成反应
㈡、柠檬酸异构化形成异柠檬酸
㈢、异柠檬酸氧化形成α-酮戊二酸
异柠檬酸脱氢酶：NAD + 2+2+，NADP +为辅酶：线粒体和细胞溶胶；变构调节酶，活性受能荷和调节；细菌中异柠檬酸脱氢酶受磷酸化和去磷酸化的共价修饰调节
反应机理
该步反应特点：异柠檬酸脱氢酶催化该反应；柠檬酸循环中第一次氧化作用, 第一次脱羧；第二个调控步骤
㈣、α-酮戊二酸生成琥珀酰-CoA
α-酮戊二酸脱氢酶系：α-酮戊二酸脱氢酶(E1)；二氢硫辛酰转琥珀酰酶(E2)；二氢硫辛酰脱氢酶(E3)；需要六种辅助因子:硫辛酸TPP,CoA,FAD,NAD +和Mg 2+；受反应产物和能荷抑制调节, 但E1 无修饰调节。
催化反应机理与丙酮酸脱氢酶系相一致
该反应特点：α-酮戊二酸脱氢酶复合体催化此反应；第二次氧化脱羧反应；柠檬酸循环中第三个调节步骤
㈤、琥珀酰- CoA 转化成琥珀酸
该反应特点：琥珀酸CoA 合成酶(或琥珀酸硫激酶) 催化，四聚体，催化反应可逆；唯一底物磷酸化反应, 产生1 摩尔ATP
㈥、琥珀酸脱氢形成延胡索酸
中国海洋大学海洋生命学院 生物化学讲义 2008年修订
琥珀酸脱氢酶：辅基是FAD, 辅基与酶以共价键结合；酶含有铁硫聚簇组分；催化反应具有立体专一性；嵌入到线粒体内膜, 线粒体内膜组成成分；丙二酸是其该酶的竞争性抑制剂
该反应特点：琥珀酸脱氢酶催化, 是柠檬酸循环中唯一渗入线粒体内膜的酶, 氢受体为FAD ，第三次氧化还原反应
㈦、延胡索酸水合形成L-苹果酸
延胡索酸酶：四个亚基，活性中心-SH ，具有立体专一性, 产生L-苹果酸
㈧、L-苹果酸脱氢形成草酰乙酸
苹果酸脱氢酶，第四次氧化还原反应，NADH
三、柠檬酸循环总结
经历八步反应涉及八种酶
每一循环过程中两个碳原子以乙酰CoA 形式进入, 两次脱酸反应脱掉两分子CO 2
共有四次氧化反应，产生一分子ATP 和三分子NADH, 一分子FAD
四、柠檬酸循环的生理意义
循环过程中产生ATP 和还原型NADH 和FADH 2，进一步氧化分解产生ATP
CoA 可用来合成脂类物质；琥珀酰CoA 可用来合成卟啉环, , 通过糖异生途径生成葡萄糖；草酰乙酸, α-酮戊二酸等可用来合成氨基酸。
五、柠檬酸循环的回补反应
CoA 可用来合成卟啉环, 进而合成血红素；, 通过糖异生途径生成葡萄糖；草酰乙酸, α-程中产生草酰乙酸, α-，缬氨酸、甲硫氨酸分解可产生琥珀酰-CoA
六、柠檬酸循环的调控
柠檬酸循环本身制约系统的调节；能荷调节；Ca 2+调节。
1、调控的步骤
（1）柠檬酸合酶，限速酶，受琥珀酰CoA 、NADH 、ATP 和脂酰CoA 的抑制。
（2）异柠檬酸脱氢酶，ADP 是别构激活剂，ATP 和NADH 是抑制剂。
（3）α-酮戊二酸脱氢酶被反应 产物琥珀酰CoA 和NADH 抑制，也被高的能荷抑制。
2. 底物和产物 对三羧酸循环的调节
三羧酸循环中最主要的调控物质是底物乙酰CoA 和草酰乙酸，以及它的产物NADH 。
乙酰CoA 和草酰乙酸在线粒体中的浓度都未达到使柠檬酸合酶饱和的水平，因此柠檬酸合酶对底物催化的速度随底物浓度而变化，并被底物的存在而调控。
3. Ca2+对三羧酸循环的调节
Ca2+在机体内的生物功能是多方面的，除了许多其他生物功能外，它还在几个位点上调节三羧酸循环。它激活丙酮酸脱氢酶磷酸酶，从而激活丙酮酸脱氢酶复合物，产生乙酰CoA 。
Ca2+ 还激活异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶。
中国海洋大学海洋生命学院 生物化学讲义 2008年修订
因此Ca2+ 不仅是刺激肌肉收缩的信号，而且也促进ATP 的生成，以提供能量。
七、乙醛酸途径
乙醛酸循环，三羧酸循环在异柠檬酸与苹果酸间搭了一条捷径。
植物和微生物中，这种途径对于植物和微生物意义重大！意义不在于产能，在于生存。
通过乙醛酸循环使两分子乙酰CoA 转变为苹果酸进入进入细胞溶胶转变为草酰乙酸；或者进入糖异生。线粒体，起到底物回补。