第九章三羧酸循环课件.ppt

第 九 章三羧酸循环 Tricarboxylic Acid Cycle * 营养物在生物体内氧化的一般过程 在真核生物，TCA循环在线粒体中进行，与呼吸链在功能和结构上相偶联。 一、TCA循环是以形成柠檬酸为起始物的循环反应系统 TCA循环是一个由一系列酶促反应构成的循环反应系统，在该反应过程中，首先由乙酰CoA（主要来自于三大营养物质的分解代谢）与草酰乙酸缩合生成含3个羧基的柠檬酸（citric acid），再经过4次脱氢、2次脱羧，生成4分子还原当量（reducing equivalent）和2分子CO2，重新生成草酰乙酸的这一循环反应过程称为三羧酸循环。 还原当量（reducing equivalent ） 一般是指以氢原子或氢离子形式存在的一个电子或一个电子当量。 二、Hans Krebs创立了“TCA循环”学说 三羧酸循环也称为柠檬酸循环（citric acid cycle），这是因为循环反应中的第一个中间产物是一个含三个羧基的柠檬酸。由于Krebs正式提出了三羧酸循环的学说，故此循环又称为Krebs循环。 1937年，Hans Krebs利用鸽子胸肌（这块肌肉在飞行中有相当高的呼吸频率，因此特别适合于氧化过程的研究）的组织悬液，测定了在不同的有机酸作用下，丙酮酸氧化过程中的耗氧率，首次提出在动物组织中丙酮酸氧化途径的假说。 Albert Szent-Gyorgyi等已经发现动物肌肉组织中某些4碳二羧酸（琥珀酸、延胡索酸、苹果酸和草酰乙酸）能刺激氧的消耗。 Krebs证实了这项发现，并且发现它们也可刺激丙酮酸的氧化过程。而且他还发现肌肉中丙酮酸的氧化还可被6碳三羧酸，如柠檬酸、顺乌头酸和异柠檬酸及5碳的α-酮戊二酸激活。上述有机酸的激活效应是显著的，任何一种这些有机酸的增加，甚至是很少量的增加都能大大激活丙酮酸的氧化过程。 Krebs的第二项重大发现是观察到丙二酸对丙酮酸有氧氧化的抑制作用。 丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂，在肌肉悬浮液中，无论加入上述哪一种有机酸，只要丙二酸存在，丙酮酸的有氧氧化过程就会被抑制。这表明在涉及丙酮酸氧化的酶促反应中，琥珀酸和琥珀酸脱氢酶必定是很关键的成分。 Krebs进一步发现，当用丙二酸去抑制肌肉组织悬液中的丙酮酸的有氧氧化时，在这个悬液介质中就会有柠檬酸、α-酮戊二酸和琥珀酸的积累，这表明柠檬酸和α-酮戊二酸通常为琥珀酸的前体。 根据上述实验观察和一些其它的证据，Krebs得出一个结论：上述有机三羧酸和二羧酸可以以一个符合化学逻辑的序列排列。因为用丙酮酸和草酰乙酸与肌组织共同孵育，即可导致溶液介质中柠檬酸的堆积，所以Krebs推理这一系列反应是以循环的方式而不是以线性的方式存在，即它的开始和结尾是连在一起的。 从这些简单的实验和逻辑推理中，Krebs假定他所称的柠檬酸循环是肌肉中碳水化合物氧化的主要途径。柠檬酸循环也称TCA循环，因为在Krebs提出这个循环假说的若干年以后，还不确定柠檬酸或者一些其它的三羧酸，例如异柠檬酸是否是由丙酮酸和草酰乙酸反应所形成的第一个产物。自Krebs提出TCA循环的假设后，研究发现该循环不仅在肌肉组织中起作用，而且在需氧动物和植物的所有组织中，以及许多需氧微生物中均发挥着功能。 TCA循环最初只是建立在实验基础上的假说。随后，在体外对参与循环中酶的研究证实并阐明了该循环的细节。但是这些酶是否在完整的活细胞的循环中真正发挥功能？细胞内该循环的效率是否足以解释动物组织中葡萄糖氧化的效率？这些问题已经通过用同位素标记的代谢物研究（如丙酮酸或乙酸酯分子中特定碳原子的13C或14C标记等同位素示踪实验），证实TCA循环确实以很高的效率在活细胞中存在。现在TCA循环已被公认为是营养物分解代谢的必经途径。 第 二 节三羧酸循环的反应过程及其调控 Reactions and Regulation of Tricarboxylic Acid Cycle 一、三羧酸循环由8步代谢反应组成 1. 乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸的合成 乙酰辅酶A（acetyl CoA）与草酰乙酸（oxaloacetate）缩合成柠檬酸（citrate）； 反应由柠檬酸合酶（citrate synthase）催化。 2. 柠檬酸经顺乌头酸转变为异柠檬酸 此反应是由顺乌头酸酶催化的异构化反应； 由两步反应构成，(1)：脱水反应；(2)：水合反应。 3. 异柠檬酸氧化脱羧转变为α-酮戊二酸羧 异柠檬酸在异柠檬酸脱氢酶（Isocitrate dehydrogenase）作用下，氧化脱羧而转变成 ?-酮戊二酸（ ?- Ketoglutarate）。 4. α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰 CoA 在?-酮戊二酸脱氢酶复合体