第二十章 柠檬酸循环
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柠檬酸循环名词解释柠檬酸循环,也被称为三羧酸循环(TCA循环)或克恩循环,是一种在细胞线粒体中进行的重要代谢途径。
它是生物体中将葡萄糖、脂肪和蛋白质等有机物转化为能量的关键步骤之一。
柠檬酸循环的名字来源于其中的一种中间产物柠檬酸。
该循环包括一系列的化学反应,最终将有机物转化为二氧化碳、ATP 能量和电子传递物质NADH和FADH2。
这些电子传递物质会水平地释放高能电子,进而参与线粒体内的呼吸链过程,最终转化为更多的ATP能量。
具体来说,柠檬酸循环是由一系列化学反应构成的,其中包括以下步骤:1. 脱羧:某些有机物经过脱羧反应生成较低的羧酸,其中最著名的是将脂肪酸代谢产生的乙酰辅酶A转化为柠檬酸。
2. 转移:柠檬酸经过一系列酶的催化下发生迅速的反应,最终产生脱羧产品和一种新的五碳化合物,即柠檬酸循环的再生产物。
柠檬酸循环还与其他代谢途径相互作用,例如糖异生途径、脂肪酸合成和脂肪酸代谢等。
葡萄糖、脂肪酸和蛋白质都可以通过不同途径生成柠檬酸循环的中间产物,并被进一步代谢为能量。
柠檬酸循环在生物体中具有重要的功能:1. 产生能量:柠檬酸循环可以将有机物转化为能量,产生ATP。
在有氧条件下,每个转化为柠檬酸循环的葡萄糖分子可以生成大约36个分子的ATP,为细胞提供丰富的能量供应。
2. 提供中间物质:柠檬酸循环产生的中间产物可以作为其他代谢途径的底物,参与细胞内的合成反应,例如核苷酸的合成和氨基酸的合成等。
3. 产生电子传递物质:柠檬酸循环产生的NADH和FADH2可以作为电子传递物质,参与细胞内的呼吸链过程,最终产生更多的ATP。
总之,柠檬酸循环是一种在细胞线粒体中进行的重要代谢途径,将有机物转化为能量,并提供中间产物和电子传递物质参与其他代谢过程。
它对于维持细胞内能量平衡和有机物代谢具有重要的功能。
柠檬酸循环柠檬酸循环是生物体内一种重要的代谢途径,也被称为三羧酸循环或克雷布循环。
它是在细胞内进行的一系列反应,主要负责将食物中的营养成分转化为细胞能量。
柠檬酸循环作为细胞内氧化还原反应的主要途径之一,发挥着至关重要的作用。
循环过程柠檬酸循环共包含八个不同的反应步骤,涉及七种不同的酶。
整个循环过程如下:1.乳酸脱氢酶反应:将乳酸转化为丙酮酸。
2.乙醛脱氢酶反应:将乙醛转化为乙酰辅酶A。
3.异戊二烯辅酶A合成酶反应:将乙酰辅酶A转化为柠檬酸。
4.柠檬酸合成酶反应:将柠檬酸转化为顺丁烯二酸。
5.异戊二烯辅酶A合成酶反应:将异戊二烯辅酶A转化为异丁酰辅酶A。
6.丁二酸合成酶反应:将异丁酰辅酶A转化为丙二酸。
7.丙二酸合成酶反应:将丙二酸转化为丙酮酸。
8.加氢酶反应:将丙酮酸转化为草酰辅酶A,同时还释放出二氧化碳。
生物学意义柠檬酸循环是细胞内产生三羧酸的关键途径之一,也是呼吸链中的前体。
通过柠檬酸循环,生物体将葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等营养物质转化为能量。
此外,柠檬酸循环还与胆固醇、叶酸等生物合成过程密切相关。
另外,柠檬酸循环还与体内的氧化还原反应联系紧密。
细胞在进行柠檬酸循环时,共同参与了一系反应,这些反应将有机物氧化为能量,同时还合成了ATP分子。
柠檬酸循环还参与了许多生理过程,例如体内酸碱平衡的调节,以及代谢的调控等。
总结柠檬酸循环是生物体内非常重要的代谢途径之一,它在细胞内转化食物成分为细胞能量的过程中扮演了重要作用。
通过这个循环,生物体增加了ATP的合成量,提高了能量利用效率,并参与了很多重要的生理过程。
柠檬酸循环的研究也有助于人们更深入地了解生物体细胞内代谢的复杂机制。
柠檬酸循环的名词解释柠檬酸循环是生物体内的一种重要代谢途径,它也被称为三羧酸循环或克雷布循环。
该循环起始于葡萄糖分子的氧化,被认为是细胞呼吸过程中必不可少的一环。
柠檬酸循环的重要性主要体现在其为细胞提供能量的同时还能合成重要的有机分子。
柠檬酸循环是在细胞的线粒体中进行的,包含了一系列复杂的化学反应。
首先,葡萄糖分子被分解成丙酮酸和谷氨酸。
然后,这些分子进入循环中,通过一系列酶催化的氧化还原反应,最终生成柠檬酸。
在这一过程中,产生的氢离子和电子被捕获,转移到辅酶NAD+或辅酶FAD上,形成辅酶NADH或辅酶FADH2。
这些还原辅酶将进一步参与细胞内能量合成的反应。
柠檬酸循环的一个重要特点是其能够为细胞提供能量。
在柠檬酸循环中,氢离子和电子的转移被耗费在负氧化还原反应中,产生的能量转化为三磷酸腺苷(ATP),从而提供给细胞进行各种生命活动。
这是维持细胞生存的基本能量来源之一。
同时,柠檬酸循环还参与合成一系列重要的有机分子。
通过柠檬酸循环,葡萄糖分子最终可以合成氨基酸、脂肪酸和胆固醇等生物大分子。
这些分子在维持生物体生命活动中起着重要的作用。
举例来说,氨基酸是蛋白质的构成单元,脂肪酸和胆固醇则是构成细胞膜的主要组成部分。
因此,柠檬酸循环在细胞代谢中的意义不可忽视。
柠檬酸循环的进行需要一系列辅酶和酶的参与。
这些辅酶和酶的合成与体内各种维生素的供应密切相关。
例如,维生素B1参与合成辅酶硫辛酸(辅酶A的组成部分),而维生素B2则是辅酶FAD的组成部分。
这些维生素的缺乏会影响到柠檬酸循环的顺利进行,进而导致细胞能量供应不足和一系列代谢紊乱。
总而言之,柠檬酸循环是生物体内一种重要的代谢途径,为细胞提供能量的同时还能合成重要的有机分子。
它参与维持细胞生存和各种生物过程的进行。
了解柠檬酸循环对于深入理解细胞代谢和生命活动的机理具有重要的意义。
柠檬酸循环的化学总结算
(一)柠檬酸循环的化学总结算
TCA总反应为:
CH3COSCoA + 3NAD+ + 2H2O + GTP + Pi + FAD→2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 2H+ + CoA SH
乙酰CoA经TCA产生3个NADH,1个FADH2和1个GTP(ATP)。
两个碳以CO2形式离开,4个氢原子形成3分子NADH,1分子FADH2。
柠檬酸循环只能在有氧条件下进行,因为产生的3个NADH和1个FADH2只能经电子传递链被氧化成NAD+和FAD而再生。
经电子传递链NADH被氧化产生2.5ATP,FADH2被氧化产生1.5ATP。
3个NADH,1个FADH2共产生3×2.5 + 1.5 = 9个ATP,再加上1个GTP共产生9 + 1 = 10个ATP。
从丙酮酸脱氢开始计算,每分子丙酮酸氧化脱羧产生1个NADH,合2.5个ATP,所以从丙酮酸开始TCA一次循环共产生12.5个ATP。
从葡萄糖开始,经酵解,1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸,2个ATP及2个NADH,再经柠檬酸循环共产生12.5×2 = 25个ATP。
所以1分子葡萄糖经酵解,TCA及氧化磷酸化共产生ATP分子数为:25 + 7 =32个ATP。
第二十章柠檬酸循环
一.选择题
1.下列关于转醛酶和转酮酶的叙述,哪项是错误的?答()
①两者催化的反应都是可逆的;
②两者都催化基团的转移反应;
③基团的供体是是酮糖;受体是醛糖;
④两者都需TPP作为辅酶。
2.下面关于柠檬酸循环的论述,哪项是错误的?答()
①柠檬酸循环必须与氧化磷酸化协同进行?
②[NAD+]/[NADH]比值决定柠檬酸循环的速度;
③柠檬酸合成酶催化限速反应步骤;
④该循环本身并不产生高能中间物。
3.下列各物质中,除何者外都是柠檬酸合成酶的抑制剂。
答()
①A TP;②NADH;
③琥珀酰CoA;④草酰乙酸。
4.下述哪种氨基酸可由柠檬酸循环的中间物经一步反应即可生成?答()
①丙氨酸;②丝氨酸;
③天冬氨酸;④谷氨酰酸。
5.葡萄糖在有氧情况下进入柠檬酸循环时的限速步骤是以下哪种酶催化的?答()
①已糖激酶;②丙酮酸激酶;
③丙酮酸脱氢酶系;④柠檬酸合成酶。
6.巴斯德(Pasteur)效应的起因是答()
①已糖激酶活性增高,酵解速度加快;
②无氧代谢转变为有氧代谢时,乙醇生成量增加;
③无氧代谢转变为有氧代谢时,葡萄糖的利用经HMS有所加强;
④无氧代谢转变为有氧代谢时,葡萄糖的利用减少。
7.在三羧酸循环的回补反应中,用以补充循环中间物的主要物质是答()
①乙酰CoA;②丙酮酸;
③苏氨酸;④酪氨酸。
8.在柠檬酸循环涉及的下述酶中,哪一种含有铁-硫中心?答()
①柠檬酸合成酶;②琥珀酰CoA合成酶;
③琥珀酸脱氢酶;④α-酮戊二酸脱氢酶系。
9.下述哪种酶能识别对称性底物?答()
①顺乌头酸酶;②琥珀酸脱氢酶;
③延胡索酸酶;④异柠檬酸脱氢酶。
二.填空题
1.在葡萄糖的分解代谢中,3-磷酸甘油醛氧化产生的NADH,在有氧化代谢中,以_______ 为最终受氢体。
2.柠檬酸循环是由__________________于1937年提出的。
3.葡萄糖的两个主要分解代谢途径,一个是无氧条件下分解不彻底的,称为途径;另一个是有氧条件下的完全分解,称为__________________途径。
4.1摩尔乙酰CoA经三羧酸循环完全氧化可生成_12____________________摩尔A TP。
5.丙酮酸脱氢酶系存在于真核细胞的_______________________。
6.在三羧酸循环中,由底物磷酸化方式生成A TP的反应步骤是__ _________________。
7.柠檬酸合成酶是三羧酸循环的限速酶,其活性既受A TP浓度的调节,又受草酰乙酸浓度的调节,前者称为__________________,后者称为____________________。
8.乙醛酸循环和柠檬酸循环两个途径中有三个共同的酶,它们是_、_
和_ 。
9.三羧酸循环中最关键的调控酶是__________________,而决定该循环反应速度的最重要
的物质是__。
10.三羧酸循环的三个限速酶是、和。
三.判断题
1.糖的有氧氧化是糖的完全分解方式,糖的无氧氧化是糖的不完全分解方式。
答()
2.丙酮酸脱氢酶系的别构调节和共价修饰调节都需要A TP。
答()
3.乙醛酸循环的净结果是两分子的乙酰CoA转变成1分子的琥珀酸。
答()
4.柠檬酸只有经分子重排转变为异柠檬酸后才能进行氧化。
答()
5.在柠檬酸循环中,由琥珀酰CoA转变为琥珀酸的过程,高能磷酸键的生成属于底物水平磷酸化。
答()
6.如果用14C标记乙酰CoA的羰基碳原子,经三羧酸循环,14C将出现在草酰乙酸分子上。
答()
7.丙酮酸脱氢酶系和α-酮戊二酸脱氢酶系的催化机理相似答()
8.琥珀酰CoA既抑制柠檬酸合成酶的活性,又抑制α-酮戊二酸脱氢酶系的活性。
答()9.用14C标记葡萄糖的C1位,则该葡萄糖经磷酸戊糖途径和三羧酸循环途径释放14CO2的速度是相同的。
答()10.乙酰CoA对丙酮酸脱氢酶系既有反馈作用,又有促进其磷酸化共价修饰作用,这两种调节都是使该酶系活性降低。
答( )
11.柠檬酸循环中的任何一种中间物浓度的升高都会加速乙酰CoA的氧化。
答()
12.油料作物种子萌发时,乙醛酸循环提供了丰富的草酰乙酸,因而使脂肪酸转变成糖成为可能。
答()13.丙酮酸转变成乙酰CoA的反应是一种氧化性脱羧反应,而丙酮酸转变成乙醛则是一种非氧化性脱羧反应。
答()
四.名词解释
1.柠檬酸循环(citric acid cycle)
2.有氧呼吸(aerobic respiration)
3.乙醛酸循环(glyoxylate cycle)
4.巴斯德效应(Pasteur effect)
五.问答题
1.为什么在肌肉匀浆中加入少量的琥珀酸可促进丙酮酸氧化,而加入丙二酸则丙酮酸氧化
受阻?
2.线粒体内膜的二羧酸转运系统促进苹果酸和α-酮戊二酸跨膜转移。
该转运系统可被正丁
基丙二酸抑制。
假定把正丁基丙二酸加到以葡萄糖为唯一碳源的肾细胞的有氧悬浮液中,预示正丁基丙二酸对①酵解;②氧消耗;③乳酸形成;④A TP合成有何影响?
3.在肌肉细胞中1mol葡萄糖在无氧酵解时生成2mol乳酸,∆G0'=-196.6kJ/mol,在有氧存
下1mol葡萄糖完全氧化成CO
和水,∆G0'=-2870kJ/mol。
试计算在酵解和有氧氧化中
2
肌肉细胞对能量的保留效率(每生成1mol A TP以贮能30.5kJ计算)。
1.画出柠檬酸循环概貌图,包括起催化作用的酶和辅助因子.
O
‖
5.用14C标记丙酮酸的甲基碳原子( *CH3—C—COO—),当其进入柠檬酸循环运转一周后,标记碳原子的命运如何?
6.为什么柠檬酸循环必须在有氧条件下进行?。