Question

三羧酸循环的具体过程是什么？

Answer 1

柠檬酸循环（citric acid cycle）：也称为三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle，TCA），Krebs循环。是用于乙酰CoA中的乙酰基氧化成CO2的酶促反应的循环系统，该循环的第一步是由乙酰CoA经草酰乙酸缩合形成柠檬酸。

乙酰coa进入由一连串反应构成的循环体系，被氧化生成h2o和co2。由于这个循环反应开始于乙酰coa与草酰乙酸(oxaloacetate)缩合生成的含有三个羧基的柠檬酸，因此称之为三羧酸循环或柠檬酸循环(citric acid cycle)。在三羧酸循环中，柠檬酸合成酶催化的反应是关键步骤，草酰乙酸的供应有利于循环顺利进行。 其详细过程如下：�

(1)乙酰coa进入三羧酸循环�

乙酰coa具有硫酯键，乙酰基有足够能量与草酰乙酸的羧基进行醛醇型缩合。首先从ch3co基上除去一个h+，生成的阴离子对草酰乙酸的羰基碳进行亲核攻击，生成柠檬酰coa中间体，然后高能硫酯键水解放出游离的柠檬酸，使反应不可逆地向右进行。该反应由柠檬酸合成酶(citrate synthetase)催化，是很强的放能反应。

由草酰乙酸和乙酰coa合成柠檬酸是三羧酸循环的重要调节点，柠檬酸合成酶是一个变构酶，atp是柠檬酸合成酶的变构抑制剂，此外，α-酮戊二酸、nadh能变构抑制其活性，长链脂酰coa也可抑制它的活性，amp可对抗atp的抑制而起激活作用。�

(2)异柠檬酸形成�

柠檬酸的叔醇基不易氧化，转变成异柠檬酸而使叔醇变成仲醇，就易于氧化，此反应由顺乌头酸酶催化，为一可逆反应。

(3)第一次氧化脱酸�

在异柠檬酸脱氢酶作用下，异柠檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸(oxalosuccinate)的中间产物，后者在同一酶表面，快速脱羧生成α-酮戊二酸(α�ketoglutarate)、nadh和co2，此反应为β-氧化脱羧，此酶需要mn2+作为激活剂。�

此反应是不可逆的，是三羧酸循环中的限速步骤，adp是异柠檬酸脱氢酶的激活剂，而atp，nadh是此酶的抑制剂。�

(4)第二次氧化脱羧�

在α-酮戊二酸脱氢酶系作用下，α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰coa、nadh+h+和co2，反应过程完全类似于丙酮酸脱氢酶系催化的氧化脱羧，属于α�氧化脱羧，氧化产生的能量中一部分储存于琥珀酰coa的高能硫酯键中。�

α-酮戊二酸脱氢酶系也由三个酶(α-酮戊二酸脱羧酶、硫辛酸琥珀酰基转移酶、二氢硫辛酸脱氢酶)和五个辅酶(tpp、硫辛酸、hscoa、nad+、fad)组成。�

此反应也是不可逆的。α-酮戊二酸脱氢酶复合体受atp、gtp、naph和琥珀酰coa抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的调控。�

(5)底物磷酸化生成atp�

在琥珀酸硫激酶(succinate thiokinase)的作用下，琥珀酰coa的硫酯键水解，释放的自由能用于合成gtp，在细菌和高等生物可直接生成atp，在哺乳动物中，先生成gtp，再生成atp，此时，琥珀酰coa生成琥珀酸和辅酶a。�

(6)琥珀酸脱氢�

琥珀酸脱氢酶(succinate dehydrogenase)催化琥珀酸氧化成为延胡索酸。该酶结合在线粒体内膜上，而其他三羧酸循环的酶则都是存在线粒体基质中的，这酶含有铁硫中心和共价结合的fad，来自琥珀酸的电子通过fad和铁硫中心，然后进入电子传递链到o2，丙二酸是琥珀酸的类似物，是琥珀酸脱氢酶强有力的竞争性抑制物，所以可以阻断三羧酸循环。�

(7)延胡索酸的水化�

延胡索酸酶仅对延胡索酸的反式双键起作用，而对顺丁烯二酸(马来酸)则无催化作用，因而是高度立体特异性的。�

(8)草酰乙酸再生�

在苹果酸脱氢酶(malic dehydrogenase)作用下，苹果酸仲醇基脱氢氧化成羰基，生成草酰乙酸(oxalocetate)，nad+是脱氢酶的辅酶，接受氢成为nadh+h+(图4-5)。�

三羰酸循环总结：�

乙酰
coa+3nadh++fad+gdp+pi+2h2o�—→2co2+3nadh+fadh2+gtp+3h+ +coash��

①CO2的生成，循环中有两次脱羧基反应(反应3和反应4)两次都同时有脱氢作用，但作用的机理不同，由异柠檬酸脱氢酶所催化的β�氧化脱羧，辅酶是nad+，它们先使底物脱氢生成草酰琥珀酸，然后在mn2+或mg2+的协同下，脱去羧基，生成α-酮戊二酸。

α-酮戊二酸脱氢酶系所催化的α�氧化脱羧反应和前述丙酮酸脱氢酶系所催经的反应基本相同。�

应当指出，通过脱羧作用生成co2，是机体内产生co2的普遍规律，由此可见，机体co2的生成与体外燃烧生成CO2的过程截然不同。�

②三羧酸循环的四次脱氢，其中三对氢原子以nad+为受氢体，一对以fad为受氢体，分别还原生成nadh+h+和fadh2。它们又经线粒体内递氢体系传递，最终与氧结合生成水，在此过程中释放出来的能量使adp和pi结合生成atp，凡nadh+h+参与的递氢体系，每2h氧化成一分子h2o，生成3分子atp，而fadh2参与的递氢体系则生成2分子atp，再加上三羧酸循环中有一次底物磷酸化产生一分子atp，那么，一分子ch2co�scoa参与三羧酸循环，直至循环终末共生成12分子atp。�

③乙酰coa中乙酰基的碳原子，乙酰coa进入循环，与四碳受体分子草酰乙酸缩合，生成六碳的柠檬酸，在三羧酸循环中有二次脱羧生成2分子CO2，与进入循环的二碳乙酰基的碳原子数相等，但是，以CO2方式失去的碳并非来自乙酰基的两个碳原子，而是来自草酰乙酸。

④三羧酸循环的中间产物，从理论上讲，可以循环不消耗，但是由于循环中的某些组成成分还可参与合成其他物质，而其他物质也可不断通过多种途径而生成中间产物，所以说三羧酸循环组成成分处于不断更新之中。�

例如 草楚酰乙酸——→天门冬氨酸

α－酮戊二酸——→谷氨酸

草酰乙酸——→丙酮酸——→丙氨酸

其中丙酮酸羧化酶催化的生成草酰乙酸的反应最为重要。�

因为草酰乙酸的含量多少，直接影响循环的速度，因此不断补充草酰乙酸是使三羧酸循环得以顺利进行的关键。�

三羧酸循环中生成 的苹果酸和草酰乙酸也可以脱羧生成丙酮酸，再参与合成许多其他物质或进一步氧化。

Answer 2

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Answer 3

在线粒体基质中进行，因为在这个循环中几个主要的中间代谢物是含有三个羧基的有机酸，所以叫做三羧酸循环；有由于器中第一个生成物是柠檬酸，因此又称为柠檬酸循环；或者以发现者Hans Krebs命名为Krebs循环。反应过程的酶，除了琥珀酸脱氢酶是定位于线粒体内膜外，其余均位于线粒体基质中
主要事件顺序为：
（1）乙酰CoA与草酰乙酸结合，生成六碳的柠檬酸，放出CoA。柠檬酸合成酶。
（2）柠檬酸先失去一个H2O而成顺乌头酸，再结合一个H2O转化为异柠檬酸。顺乌头酸酶
（3）异柠檬酸发生脱氢、脱羧反应，生成5碳的a-酮戊二酸，放出一个CO2，生成一个NADH+H+。 异柠檬酸脱氢酶
（4） a-酮戊二酸发生脱氢、脱羧反应，并和CoA结合，生成含高能硫键的4碳琥珀酰CoA，放出一个CO2，生成一个NADH+H+。 酮戊二酸脱氢酶
（5）碳琥珀酰CoA脱去CoA和高能硫键，放出的能通过GTP转入ATP琥珀酰辅酶A合成酶
（6）琥珀酸脱氢生成延胡索酸，生成1分子FADH2，琥珀酸脱氢酶
（7）延胡索酸和水化合而成苹果酸。延胡索酸酶
（8）苹果酸氧化脱氢，生成草酸乙酸，生成1分子NADH+H+。苹果酸脱氢酶

小结：
一次循环，消耗一个2碳的乙酰CoA，共释放2分子CO2，8个H，其中四个来自乙酰CoA，另四个来自H2O，3个NADH+H+，1FADH2。此外，还生成一分子ATP。

特点：
（1）各种生物的细胞呼吸中都存在，是生物在代谢上的一个共性，生物进化的一个证据
（2）高效性