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第三章 糖代谢-2-TCA
第三节 柠檬酸循环（三羧酸循环）
有氧条件下丙酮酸的去向
是丙酮酸（糖）以及脂肪、氨基酸有氧代谢的最
终途径和共同途径。代谢枢纽。
柠檬酸循环 = 三羧酸循环
(tricarboxylic acid cycle, TCA cycle)
= TCA循环 = Krebs循环
TCA循环在线粒体中进行：
EMP途径（细胞质）产生的丙酮酸
线粒体
一 准备阶段：丙酮酸 乙酰 - CoA
~
-巯基乙胺-泛酸-ADP-3’P
（一）丙酮酸脱氢酶系(复合体)
（pyruvate dehydrogenase complex）：
E. coli丙酮酸脱氢酶复合体组成
辅酶
催化反应
E1：丙酮酸脱氢酶组分
TPP
丙酮酸氧化脱羧
E2：二氢硫辛酰转乙酰基酶
硫辛酰胺
转移乙酰基给CoA
E3：二氢硫辛酸(酰胺)脱氢酶
砷化物
FAD
硫辛酰胺的氧化
（二）丙酮酸转变为乙酰 – CoA的步骤
S-CH
1 丙酮酸脱羧反应：
COOO = C+ + TPPCH3
CO2
E1
S-CH
CH2
CH2- CH2- ……
羟乙基--TPP乙酰二氢硫辛酰胺· E2
2 乙酰基与CoA结合形成乙酰 – CoA：
乙酰二氢硫辛酰胺 · E2 + HSCoA E2
O
CoA - S ~ C-CH3 + 二氢硫辛酰胺 · E2
3 还原型二氢硫辛酰胺的氧化：
FAD
E3
SH
S
S
E2
+ E3
E2
SH
S
S
FAD
SH
SH
+ E3
4 二氢硫辛酸（酰胺）脱氢酶氧化及NADH合成：
FAD
E3 SH
SH
FADH2 NAD+
S
E3
S
NADH+H+ FAD
来自葡萄糖
S
E 的 C3或C4
3
S
E. coli丙酮酸脱氢酶复合体反应体系涉及：
3种酶：E1、E2、E3
3种辅基： TPP 、二氢硫辛酸、FAD
2种辅酶：CoASH、NAD+
（三）丙酮酸脱氢酶系(复合体)的调控
1 产物控制：NADH、乙酰辅酶A竞争抑制E3和E2
2 磷酸化和去磷酸化的调控：
E2上结合
激酶：使E1磷酸化  失活
磷酸酶：使E1去磷酸化  活化
激酶和磷酸酶的活力受能荷、生物合成需要等影响
丙酮酸脱氢酶系最重要的调节组分是:
丙酮酸脱氢酶（E1）
二
柠
檬
酸
循
环
的
反
应
历
程
His-
-2
不可逆
反应机制：醛醇-克莱森酯缩合反应（condensation）
柠檬酸合酶（二聚体）+草酰乙酸活性中心构象大 幅
度的变化诱导出乙酰CoA 结合位
柠檬酸合酶是TCA循环的限速酶，受多种物质调控
氟乙酸（有毒植物叶）氟乙酰CoA 致死性合成氟
柠檬酸 抑制后一步反应的酶
可逆
脱水、水合反应（dehydration、hydration）
乌头酸酶可识别柠檬酸的前手性
羟基移位方向：远离新进入的两个乙酰基碳
来自草酰乙
酸的羧基
不可逆
反应机制：-裂解(氧化脱羧，oxidative decarboxylation)
以NADP+为辅酶：线粒体、细胞质
异柠檬酸脱氢酶
以NAD+为辅酶：只存在于线粒体
需要Mg2+、Mn2+激活
异柠檬酸脱氢酶是别构调节酶：ADP(+)；ATP、NADH(-)
系
不可逆
TCA循环第二次脱羧(羧基碳原子)；产生第二个NADH分子
-酮戊二酸脱氢酶系：多酶复合体，反应不可逆。
E1：-酮戊二酸脱氢酶
E2：二氢硫辛酰转琥珀酰酶
E3：二氢硫辛酸脱氢酶
反应由琥珀酰-CoA合成酶（硫激酶）催化：
底物水平磷酸化（substrate level phosphorylation）
是TCA循环唯一的底物水平磷酸化部位。
一分子GTP储存的能量相当于一分子ATP。
Gº’= - 33.6 kJ/mol = - 8.0 kcal /mol
氧化（脱氢）反应：产物延胡索酸为反式。
丙二酸作为琥珀酸的结构类似物可竞争性抑制反应
琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)是唯一
镶嵌到线粒体内膜的TCA循环酶，FAD为酶的辅基。
L-
• 水合反应（hydration）
• 延胡索酸酶（fumarase）具有严格的立体专一性，
只作用于反式结构。
• 产物苹果酸只能是L - 型，但羟基的位置是随机的
L-
氧化反应（oxidation）
形成TCA循环的第三个NADH
三
柠
檬
酸
循
环
总
结
：
1. 总反应式：
乙酰 - CoA + 3NAD+ + FAD+ + GDP +Pi
2CO2+ 3NADH + 2H+ + FADH2 + GTP + CoASH
2. 生成ATP数量：
1分子乙酰CoA：GTP
 ATP
3NADH  3  2. 5 = 7. 5 ATP
FADH2  1  1. 5 = 1. 5 ATP
10ATP
1分子丙酮酸：丙酮酸脱羧产生1个NADH2.5ATP12.5 ATP
1分子葡萄糖
EMP
TCA
2丙酮酸 + 2ATP + 2NADH
2 12. 5 + 2 +2  2.5 = 32 ATP
四 TCA循环的调控
催化速度随
着底物(+)
和产物(-)
浓度的变化
而受到调节
乙酰-CoA、
草酰乙酸
NADH
ATP、ADP
和Ca2+对
TCA循环起
调节作用
柠檬酸合酶
异柠檬酸
脱氢酶
-酮戊二酸脱氢酶系
2. 三个调控酶：
柠檬酸合酶(citrate synthase) ：限速酶。
乙酰-CoA、草酰乙酸(+) ；
琥珀酰-CoA、NADH、柠檬酸(-)；
异柠檬酸脱氢酶（isocitrate dehydrogenase）：
别构酶：受 ADP别构激活 、Ca2+ (+) ；
NADH、ATP (-)
-酮戊二酸脱氢酶系
(-ketoglutarate dehydrogenase complex ) ：
受产物NADH、琥珀酰CoA (-)； ATP，GTP (-) ；
Ca2+ (+)
五 三羧酸循环的生物学意义
1
产生大量能量
2 中间产物可供生物合成之用
3
是糖代谢、脂代谢和氨基酸分解代谢共
同必需的重要反应，是代谢的枢纽。
而且具有合成及分解代谢两用性
六 TCA循环的回补反应：
回补（填补）反应（anaplerotic reaction）:
对柠檬酸循环中间产物起补充作用的反应。
被乙酰CoA
草酰乙酸的回补：
激活
（1）丙酮酸+CO2+ATP+H2O 丙酮酸羧化酶
草酰乙酸+ADP+Pi+2H+
（2）PEP + CO2 + GDP
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶
草酰乙酸+GTP
（3）Asp 转氨草酰乙酸
-酮戊二酸的回补： Glu 转氨  -酮戊二酸
琥珀酰CoA的回补： Ile、Val、Met等转氨  琥珀酰CoA
七. 乙醛酸循环（P159）：
乙醛酸循环（glyoxylate cycle）:
又称TCA循环支路，只存在于植物和微生
物中，在动物体内不存在。动物缺少两种酶：
异柠檬酸裂合酶和苹果酸合酶。
在乙醛酸循环体(glyoxysome)中进行。
在乙醛酸循环体内的总反应式：
2乙酰CoA+ NAD+ + 2H2O
琥珀酸 + 2CoA SH + NADH +H+
乙醛
酸
循环
体
乙
醛
酸
循
环
反
应
历
程：
细胞质
TCA