三羧酸循环
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糖有氧氧化:三羧酸循环:(乙酰COA—CO2+H2O+ATP)1.此循环是以乙酰COA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸(三羧基化合物)故称TAC也可称柠檬酸循环,或Krebs循环。
2.在柠檬酸合酶催化下,乙酰COA中的乙酰基与草酰乙酰缩合生成柠檬酸并释放出HS-COA。
3.在顺乌头酸酶的催化下,柠檬酸先脱水成顺乌头酸,再加水,异构化生成异柠檬酸。
4.在异柠檬酸脱氢酶催化下,异柠檬酸发生氧化(脱氢)脱羧反应转变生成a-酮戊二酸,脱下的氢由NAD+接受生成NADH+H+脱羧产生CO2。
5.在a-酮戊二酸脱氢酶复合体催化下,发生氧化(脱氢)脱羧反应转变生成琥珀酰COA,脱下的氢由NAD+接受生成NADH+H+脱羧产生CO2。
6.在琥珀酸硫激酶催化下可将其分子中的高能硫脂键的能量转移给GDP生成GTP,本身则转变为琥珀酸。
7.在琥珀酸脱氢酶催化下,琥珀酸脱氢氧化成为延胡索酸,脱下的氢由辅酶FAD接受生成FADH2。
8.在延胡索酸酶催化下,延胡索酸加水生成苹果酸。
9.在苹果酸脱氢酶催化下,苹果酸脱氢生成草酰乙酸,脱下的氢由其辅酶NAD+接受生成NADH+H+。
所生成的草酰乙酸可在次和另一个乙酰COA缩合形成柠檬酸,进入新一轮的TAC反应。
乙酰草酰成柠檬,柠檬又成a-酮,琥酰琥酸延胡索,苹果落在草丛中。
进行一次循环共生成10分子ATP。
TAC(三羧酸循环)反应的特点:1.TAC是在线粒体内进行的单向不可逆的循环反应,必须在有氧条件下方可进行。
2.TAC是由草酰乙酸和乙酰CoA缩合成柠檬酸开始反应每循环一周消耗一个乙酰基。
反应过程中有两次脱羧(生成2CO2)四次脱氢(生成3NADH+H+,1FADH2)一次底物磷酸化反应生成GTP共生成10分子的ATP。
三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)是需氧生物体内普遍存在的代谢途径,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柠檬酸,所以叫做三羧酸循环,又称为柠檬酸循环;或者以发现者Hans Adolf Krebs([英]1953年获得诺贝尔生理学或医学奖)命名为Kre bs循环。
三羧酸循环是三大营养素(糖类、脂类、氨基酸)的最终代谢通路,又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。
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。
三羧酸循环名词解释三羧酸循环是一种重要的生物化学过程,也被称为柠檬酸循环或Krebs循环。
它是细胞内供能的主要路径之一,通过将有机物质在细胞的线粒体中氧化分解,产生能量和二氧化碳。
三羧酸循环是一系列化学反应的循环过程,将碳源转化为能量形式(ATP)和电子供体NADH和FADH2。
三羧酸循环的过程可以分为八个主要反应,每个反应都由特定的酶催化,并产生特定的中间产物。
以下是对三羧酸循环主要反应的简要解释:1. 乙酰辅酶A与草酰乙酸的反应:乙酰辅酶A(由脂肪酸或糖类代谢生成)与草酰乙酸结合,释放出辅酶A,形成柠檬酸。
2. 柠檬酸的异构化:柠檬酸脱水酶催化柠檬酸的异构化,生成庚二酸。
3. 庚二酸的氧化:庚二酸经庚二酸脱氢酶氧化为苹果酸。
4. 苹果酸的脱羧:苹果酸脱羧酶催化苹果酸的脱羧反应,生成酮戊二酸。
5. 酮戊二酸的脱羧:酮戊二酸脱羧酶催化酮戊二酸的脱羧反应,生成亚戊酸。
6. 亚戊酸的还原:亚戊酸经亚戊酸脱氢酶的反应还原为乙酰辅酶A。
通过以上六个反应,三羧酸循环已将一个乙酰辅酶A转化为产生三个分子的二氧化碳和同时得到一个分子的GTP(能量)、三个分子的NADH(电子供体)和一个分子的FADH2(电子供体)。
这些中间产物随后可以进入细胞呼吸链中的氧化磷酸化反应,最终产生更多的ATP和水。
三羧酸循环在维持细胞能量平衡、产生ATP的还具有其他重要的生理功能。
柠檬酸从三羧酸循环中分子构造的角度来看,可以作为生物合成的前体,参与合成脂肪酸、胆固醇等重要有机物质;还可以参与尿素循环代谢途径的产生,对于氨基酸代谢和解毒过程十分重要。
三羧酸循环是一种复杂而重要的生物化学代谢过程,通过将有机物质氧化分解,产生能量和二氧化碳。
它在维持细胞能量平衡和参与许多生理功能方面起着关键作用。
进一步了解三羧酸循环的机制和生理特性,有助于我们对生物体能量代谢和相关疾病的理解,以及为药物和治疗方法的研发提供基础。
一、三羧酸循环的重要性三羧酸循环是细胞内最重要的代谢途径之一,它对于维持细胞能量平衡和生命活动至关重要。
简述三羧酸循环三羧酸循环,也被称为柠檬酸循环或Krebs循环,是生物体内的一种重要代谢途径。
它是维持细胞能量供应和有机物合成的关键过程。
本文将通过人类视角,以简洁的语言描述三羧酸循环的过程和功能。
三羧酸循环是一系列化学反应的集合,发生在细胞线粒体的内膜系统中。
它的主要功能是将有机物质(如葡萄糖、脂肪酸等)分解为二氧化碳和能量,同时合成一些重要的有机分子。
三羧酸循环是细胞呼吸的重要组成部分,通过产生能量分子ATP来满足细胞的能量需求。
三羧酸循环的过程可以分为四个主要步骤:酸化、脱羧、还原和再生。
首先,葡萄糖或其他有机物质在细胞质内被分解为丙酮酸和辅酶A,然后通过转运蛋白进入线粒体内膜系统。
在线粒体内,丙酮酸被氧化为柠檬酸,再经过一系列的反应逐步转化为其他有机酸。
在这个过程中,每一个有机酸都会脱羧,生成二氧化碳和高能电子。
这些高能电子通过蛋白质复合物呼吸链传递,最终与氧气结合生成水,并释放大量的能量。
在三羧酸循环中,还有一些重要的中间产物,如柠檬酸、草酰乙酸和丙酮酸。
这些中间产物不仅可以用于生成能量,还可以通过其他途径合成脂肪酸、胆固醇等生物大分子。
此外,三羧酸循环还参与调节细胞内的代谢平衡,维持细胞内的酸碱平衡,调节体温等重要生理过程。
三羧酸循环对人体的生物代谢有着重要的影响。
它是有氧呼吸的关键步骤,能够产生大量的ATP,为细胞提供所需的能量。
此外,三羧酸循环还参与葡萄糖代谢、脂肪酸代谢等重要生理过程,对维持身体的正常功能至关重要。
总结起来,三羧酸循环是一种重要的代谢途径,通过将有机物质分解为二氧化碳和能量,并合成其他重要有机分子,满足细胞的能量需求和生物合成的需要。
它不仅对维持细胞正常功能至关重要,还对整个生物体的正常生理过程起着重要调节作用。
通过深入了解三羧酸循环的机制和功能,我们可以更好地理解生物体的代谢过程,并为相关疾病的治疗提供新的思路和方法。
三羧酸循环的过程三羧酸循环,又称为克布斯循环或TCA循环(Tricarboxylic Acid Cycle),是生物体中发生的一种重要的生化过程。
三羧酸循环起源于糖酵解过程,在线粒子中进行。
该循环将糖类、脂肪和蛋白质代谢产物氧化为二氧化碳和能量,同时产生还原能力为进一步氧化合成ATP提供电子供体。
三羧酸循环的过程可以分为四个主要步骤:AcCoA与OAA结合形成柠檬酸;柠檬酸脱羧生成异柠檬酸;异柠檬酸再次脱羧生成橙酮戊二酸;橙酮戊二酸脱羧生成果酸,同时再生成OAA。
整个循环过程通过一系列的氧化还原反应和酶催化反应完成。
首先,醋酸辅酶A(AcCoA)与草酰乙酸(OAA)结合,经催化酶柠檬酸合酶反应生成柠檬酸。
这个反应是循环的起点,也是整个循环过程中唯一的偶一酸和四羧酸物质。
然后,柠檬酸发生脱羧反应,生成具有五个碳原子的异柠檬酸。
此过程通过酶催化,产生一分子的ATP和一分子的NADH。
异柠檬酸的产生是该循环中的重要步骤。
接下来,异柠檬酸在橙酮戊二酸合成酶的作用下,再次发生脱羧反应,生成橙酮戊二酸。
在该反应中,一分子的ATP和一个NADH被产生。
最后,橙酮戊二酸发生最后一次脱羧反应,生成果酸。
同时,该反应产生一个分子的ATP和一个分子的FADH2。
果酸和OAA重新结合,循环即可继续进行。
整个反应过程中总共产生三个分子的NADH和一个分子的FADH2,这些还原能力是在线粒子内进一步氧化合成ATP所需。
在三羧酸循环中,还必须考虑到由于氧化过程生成的高能电子(NADH和FADH2)的转运。
这些电子从三羧酸循环的反应产物中生产,随后通过无氧糖酵解和有氧呼吸链传递至电子接受体。
最终,作为能量的一部分,该电子将被动态地用于生物体内细胞呼吸的化学反应。
总结起来,三羧酸循环是一个重要的生物化学过程,它在细胞内发挥着能量转化和代谢物的合成的关键作用。
该循环通过有序的氧化还原反应和酶催化反应将有机物氧化为能量,并产生还原能力为进一步氧化合成ATP提供电子供体。
三羧酸循环知识点总结一、三羧酸循环的基本概念1. 三羧酸循环是什么三羧酸循环是将摄入的能量源(如葡萄糖、脂肪酸等)转化为能量的一种重要的代谢途径。
2. 作用和功能三羧酸循环是细胞利用有机物或无机物燃料得到能量的途径之一,各种异性物质如糖类、脂肪、蛋白质都可以通过TCA循环生成能量。
3. TCA循环与其他代谢途径的关系三羧酸循环与糖原、脂肪合成途径息息相关。
三羧酸循环的旁路还被证实与蛋白质代谢有着密切的联系。
二、TCA循环的酶1. 三羧酸循环中的酶及其作用三羧酸循环是一个由8个酶催化的循环,在这个过程中,大量的NADH和FADH2被生成。
2. 各个酶的催化作用(1)顶脒酸脱羧酶(pyruvate dehydrogenase complex,PDC):催化丙酮酸脱羧生成乙醛与CO2。
(2)异丙酮酸脱羧酶(Iso-propyl malate dehydrogenase):催化异丙酮酸脱羧生成乙酰辅酶A。
(3)白梨醇酸变换酶(Fumarate hydratase):催化白梨醇酸加水生成丙二酸。
(4)橙酸合成酶(Cis-aconitase):对白梨醇酸与水合橙酸间的变换起着催化作用。
(5)橙酸脱水酶(Aconitate hydratase):对水合橙酸的脱水起着催化作用。
(6)酒石酸脱羧酶(Oxaloacetate decarboxylase):将水合橙酸脱羧生成酮橙酸。
3. 每个酶的特性和底物三羧酸循环中的每个酶都有其特定的功能和底物,只有这样才能完成整个循环。
三、TCA循环的反应过程1. TCA循环的开始TCA循环的开始是乙醛辅酶A与顶脒酸脱羧酶的作用,生成三羧酸循环的第一个产物乳酸酸。
2. 每个反应步骤的催化作用三羧酸循环一共包括了8个不同的反应步骤,每个步骤中都有特定的酶催化特定的底物生成特定的产物。
3. 生成的产物TCA循环最终会得到大量的NADH和FADH2,这些将会参与线粒体内的电子传递链反应,从而生成大量的三磷酸腺苷(ATP)。
三羧酸循环编辑词条B 添加义项?三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)是需氧生物体内普遍存在的代谢途径,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柠檬酸,所以叫做三羧酸循环,又称为柠檬酸循环;或者以发现者Hans Adolf Krebs([英]1953年获得诺贝尔生理学或医学奖)命名为Krebs循环。
三羧酸循环是三大营养素(糖类、脂类、氨基酸)的最终代谢通路,又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。
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基本信息中文名称三羧酸循环外文名称tricarboxylicacidcycle acid cycle别称TCA cycle目录1基本简介2主要特点3发现过程4化学反应5生理意义6其他资料1 基本简介2 主要特点3 发现过程4 化学反应5 生理意义6 其他资料6.1 循环过程6.2 循环总结6.3 生理意义6.4 调节功能回到顶部意见反馈基本简介折叠编辑本段三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle acid cycle ,TAC cycle,TAC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,首先由乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成含有3个羧基的柠檬酸,经过4次脱氢,2次脱羧,生成四分子还原当量(NADH+H+和FADH2)和2分子CO2,重新生成草酰乙酸的这一循环反应过程成为三羧酸循环。
主要特点折叠编辑本段柠檬酸循环(tricarboxylicacidcycle):也称为三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle,TCA),Krebs循环。
是用于将乙酰—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与草酰乙酸缩合形成柠檬酸。
在三羧酸循环中,反应物葡萄糖或者脂肪酸会变成乙酰辅酶A(cetyl-CoA)。
这种"活化醋酸"(一分子辅酶和一个乙酰相连),会在循环中分解生成最终产物二氧化碳并脱氢,质子将传递给辅酶--烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 和黄素腺嘌呤(FAD),使之成为NADH + H+和FADH2。
生物化学 - 三羧酸循环三羧酸循环一、丙酮酸脱氢酶复合体(一)反应过程:4步,第一步前半部分不可逆。
1.脱羧,生成羟乙基TPP,由E1(丙酮酸脱氢酶组分)催化。
羟乙基被氧化成乙酰基,转移给硫辛酰胺。
由E2(二氢硫辛酰转乙酰基酶)催化。
2.形成乙酰辅酶A。
由E2催化。
3.还原型E2被氧化形成氧化型E2,由E3(二氢硫辛酰胺脱氢酶)催化,NAD+为氧化剂。
4.氧化硫辛酸,FAD变成FADH2。
氢原子转移给NAD+变成NADH & H+。
丙酮酸脱氢复合体有60条肽链组成,直径30nm,E1和E2各24个,E3有12个。
其中硫辛酰胺构成转动长臂,在电荷的推动下携带中间产物移动。
(二)砷化物对硫辛酰胺有毒害作用,与巯基共价结合使E2辅基改变失去催化作用。
(三)活性调控:此反应处于代谢途径的分支点,收到严密调控:1.产物抑制:乙酰辅酶A抑制E2,NADH抑制E3。
可被辅酶A和NAD+逆转。
2.核苷酸反馈调节:E1受GTP抑制,被AMP活化。
3.共价调节:E1上的特殊丝氨酸被磷酸化时无活性,水解后恢复活性。
丙酮酸抑制磷酸化作用,钙和胰岛素增加去磷酸化作用,ATP、乙酰辅酶A、NADH增加磷酸化作用。
二、三羧酸循环的途径8步。
曾经怀疑第一个组分是其他三羧酸,故名三羧酸循环。
也叫Krebs循环。
1.辅酶A与草酰乙酸缩合,生成柠檬酸由柠檬酸缩合酶催化,高能硫酯键水解推动反应进行。
受ATP、NADH、琥珀酰辅酶A和长链脂肪酰辅酶A抑制。
ATP可增加对乙酰辅酶A的Km。
氟乙酰辅酶A可形成氟柠檬酸,抑制下一步反应的酶,称为致死合成,可用于杀虫剂。
2.柠檬酸异构化,生成异柠檬酸由顺乌头酸酶催化,先脱水,再加水。
是含铁的非铁卟啉蛋白。
需铁及巯基化合物(谷胱甘肽或Cys等)维持其活性。
3.氧化脱羧,生成α-酮戊二酸第一次氧化,由异柠檬酸脱氢酶催化,生成NADH或NADPH。
中间物是草酰琥珀酸。
是第二个调节酶,能量高时抑制。
三羧酸循环名词解释
三羧酸循环是一种在细胞呼吸过程中产生能量的代谢途径。
也称为柠檬酸循环、Krebs循环或三酸循环。
在有氧条件下,三羧酸循环在线粒体的基质中进行。
三羧酸循环是将食物中的营养分子(如葡萄糖、脂肪和蛋白质)分解为二氧化
碳和水,并产生能量的过程。
它是细胞代谢中最重要的循环之一。
三羧酸循环通过一系列化学反应将醋酸(乙酸)转化为柠檬酸,再逐步分解为
琥珀酸、丙酮酸等化合物,最终循环回到起始物质醋酸。
在这个过程中,每转化一次三羧酸分子,就会释放出多个高能电子。
这些电子会被载体分子捕获,并在线粒体的电子传递链中产生靠谱三磷酸(ATP)和其他重要的能量分子。
三羧酸循环不仅与能量产生密切相关,还在许多其他生物化学代谢通路中发挥
着重要作用。
它产生的中间产物可以用于合成许多重要分子,如脂肪酸、胆固醇和氨基酸。
总之,三羧酸循环是一个复杂的细胞代谢过程,负责将食物中的能量转化为细
胞所需的高能分子,并参与合成其他重要分子。
这一循环在维持细胞正常功能和生命活动中起着不可或缺的作用。
三羧酸循环三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle)是需氧生物体内普遍存在的代谢途径,分布在线粒体。
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柠檬酸,所以叫做三羧酸循环,又称为柠檬酸循环或者是TCA循环或TAC;或者以发现者Hans Adolf Krebs(英1953年获得诺贝尔生理学或医学奖)的姓名命名为Krebs循环。
三羧酸循环是三大营养素(糖类、脂类、氨基酸)的最终代谢通路,又是糖类、脂类、氨基酸代谢联系的枢纽。
生物意义1.三大营养素的最终代谢通路糖、脂肪和蛋白质在分解代谢过程都先生成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A与草酰乙酸结合进入三羧酸循环而彻底氧化。
所以三羧酸循环是糖、脂肪和蛋白质分解的共同通路。
2.糖、脂肪和氨基酸代谢的联系通路三羧酸循环另一重要功能是为其他合成代谢提供小分子前体。
α-酮戊二酸和草酰乙酸分别是合成谷氨酸和天冬氨酸的前体;草酰乙酸先转变成丙酮酸再合成丙氨酸;许多氨基酸通过草酰乙酸可异生成糖。
所以三羧酸循环是糖、脂肪酸(不能异生成糖)和某些氨基酸相互转变的代谢枢纽。
3、三羧酸循环是生物机体获取能量的主要方式。
1个分子葡萄糖经无氧酵解净生成2个分子ATP,而有氧氧化可净生成38个ATP(不同生物化学书籍上数字不同,大多数倾向于32个ATP,其中三羧酸循环生成24个ATP,在一般生理条件下,许多组织细胞皆从糖的有氧氧化获得能量。
糖的有氧氧化不但释能效率高,而且逐步释能,并逐步储存于ATP 分子中,因此能的利用率也很高。
4、三羧酸循环是糖,脂肪和蛋白质三种主要有机物在体内彻底氧化的共同代谢途径,三羧酸循环的起始物乙酰-CoA,不但是糖氧化分解产物,它也可来自脂肪的甘油、脂肪酸和来自蛋白质的某些氨基酸代谢,因此三羧酸循环实际上是三种主要有机物在体内氧化供能的共同通路,估计人体内2/3的有机物是通过三羧酸循环而被分解的。
5、三羧酸循环是体内三种主要有机物互变的联络机构,因糖和甘油在体内代谢可生成α-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循环的中间产物,这些中间产物可以转变成为某些氨基酸;而有些氨基酸又可通过不同途径变成α-酮戊二酸和草酰乙酸,再经糖异生的途径生成糖或转变成甘油,因此三羧酸循环不仅是三种主要的有机物分解代谢的最终共同途径,而且也是它们互变的联络机构。
三羧酸循环三羧酸循环是由四碳原子的草酰乙酸与二碳原子的乙酰辅酶A(丙酮酸氧化脱羧的产物)缩合生成具有三个羧基的柠檬酸开始,经过一系列脱氢和脱羧反应后又以草酰乙酸的再生成结束,在循环过程中,乙酰CoA被氧化成H2O 和CO2,并释放出大量能量。
由于循环中首先生成含有三个羧基的柠檬酸,并且循环中有三个三元羧酸(柠檬酸、异柠檬酸和草酰琥珀酸),故被称为三羧酸循环或柠檬酸循环,简称TCA循环。
1.乙酰CoA 与草酰乙酸缩合形成柠檬酸柠檬酸合成酶Citrate synthase●ATP、NADH、琥珀酰-CoA等抑制酶活性;●草酰乙酸和乙酰-CoA激活酶活性2.柠檬酸异构化生成异柠檬酸3.异柠檬酸氧化脱羧生成—酮戊二酸●三羧酸循环中第一次氧化脱羧作用●异柠檬酸脱氢酶是三羧酸循环的限速酶a)异柠檬酸脱氢酶被Ca2+活化,它是一个别构酶.b)正调控物是ADP,ADP可增加酶和底物的亲和力。
NAD+、Ca2+和ADP有协同作用。
c)NADH和ATP可以抑制酶活性。
d)总之,细胞在具有高能状态时酶活性被抑制; 在低能状态时酶活性被激活.4. —酮戊二酸氧化脱羧成为琥珀酰辅酶A三羧酸循环中第二个氧化脱羧反应,释放大量能量,产生NADH和CO2.此酶也是一个调节酶,受其产物NADH、琥珀酰CoA和Ca2+抑制,细胞高能荷时,ATP也可反馈抑制酶的活性。
5.琥珀酰CoA转化成琥珀酸,并产生GTP这是三羧酸循环中唯一的底物水平磷酸化直接产生高能磷酸键的步骤。
6.琥珀酸脱氢生成延胡索酸●三羧酸循环中第三步氧化还原反应●琥珀酸脱氢酶是三羧酸循环中唯一掺入线粒体内膜的酶,直接与呼吸链联系。
●延胡索酸是反丁烯二酸,而不是顺丁烯二酸(马来酸),后者不能参加代谢,对有机体有毒性。
7.延胡索酸被水化生成L-苹果酸8.L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸a、总反应式:●总反应式:CH3COSCoA+3NAD++FAD+GDP+Pi+2H2O==2CO2+CoASH+3NADH+3H+ +FADH2+GTP 1GTP = 1 ATP; 1NADH = 3ATP; 1FADH2 = 2ATP葡萄糖在分解代谢过程中产生的能量有两种形式:直接产生ATP;生成高能分子NADH或FADH2,后者在线粒体呼吸链氧化并产生ATP。
简述三羧酸循环的过程
三羧酸循环,也被称为柠檬酸循环或Krebs循环,是生物体内产
生能量的过程之一。
该过程在真核生物的线粒体中进行。
三羧酸循环共包含八步反应,其中第一步为柠檬酸合成,其他步
骤为柠檬酸分解,各步骤都非常关键。
首先,通过羟基乙醛和丙酮酸两种物质的反应,生成丙酮酸物质,接着对丙酮酸进行含氮物质的加成,生成丙酰-辅酶A,进入氧化步骤。
在氧化步骤中,丙酰-辅酶A与柠檬酸结合,生成柠檬酸,柠檬酸
因为稳定性佳,在各种反应中都表现得十分稳定。
之后是四个脱羧反应,各脱羧一次,都会释放出一个二氧化碳分子。
在每一次脱羧反应中,还会释放出高能物质,以ATP分子的形式
存在,供给生物体进行各种代谢活动。
通过三羧酸循环的分解作用,三碳酸在经过有氧呼吸的过程后,
最终转化为水和二氧化碳这两种物质,同时产生ATP能量,释放热能,为生物体提供必要的能量,让生物体保持不断运动。
三羧酸循环是研究细胞代谢,能量生产必不可少的基础,谷氨酸、丙氨酸、柠檬酸、α-酮戊二酸等有机酸都参与了三羧酸循环,可以看到,三羧酸循环承载着十分重要的作用。
无论是在生物体的健康发展、还是科学探索的过程中,都不可忽视三羧酸循环这一生命活动的关键
环节。
三羧酸循环简介柠檬酸循环(tricarboxylicacidcycle):也称为三羧酸循环(tricarboxylicacidcycle,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与草酰乙酸缩合形成柠檬酸。
在三羧酸循环中,反应物葡萄糖或者脂肪酸会变成乙酰辅A(Acetyl-CoA)。
这种"活化醋酸"(一分子辅酶和一个乙酰基相连),会在循环中分解生成最终产物二氧化碳并脱氢,质子将传递给辅酶--烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 和黄素腺嘌呤(FAD),使之成为NADH + H+和FADH2。
NADH + H+ 和FADH2 会继续在呼吸链中被氧化成NAD+ 和FAD,并生成水。
这种受调节的"燃烧"会生成A TP,提供能量。
真核生物的线粒体和原核生物的细胞质是三羧酸循环的场所。
它是呼吸作用过程中的一步,但在需氧型生物中,它先于呼吸链发生。
厌氧型生物则首先遵循同样的途径分解高能有机化合物,例如糖酵解,但之后并不进行三羧酸循环,而是进行不需要氧气参与的发酵过程。
循环过程乙酰-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(oxaloaceticacid)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(citratecycle)。
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。
首先柠檬酸合酶的组氨酸残基作为碱基与乙酰-CoA作用,使乙酰-CoA的甲基上失去一个h+,生成的碳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。
三羧酸循环是生物化学中的一种循环,也称为柠檬酸循环或TCA循环。
它是细胞代谢和生物体内能量代谢的核心过程之一。
三羧酸循环的主要步骤包括:
1.乙酰辅酶A的生成:在这个循环中,乙酰辅酶A是最初的原
料。
乙酰辅酶A由脂肪酸和葡萄糖代谢产生,它是三羧酸循环的起点。
2.三羧酸的形成:在乙酰辅酶A经过一系列的反应后,会形成三
个含有碳原子的羧酸分子,它们分别是柠檬酸、异柠檬酸和谷氨酸。
3.氧化反应:在三羧酸循环中,这些羧酸分子会逐步被氧化,释
放出能量。
这些能量被转化为ATP,为细胞提供能量。
4.再次形成乙酰辅酶A:在三羧酸循环中,每个循环的最终产物
是两个乙酰辅酶A。
这些乙酰辅酶A可以再次进入循环,进行下一轮的代谢过程。
三羧酸循环是一个重要的代谢过程,它不仅为细胞提供能量,还参与了许多生物合成和分解反应。
在三羧酸循环中产生的能量可以用于合成其他有机分子,例如葡萄糖和脂肪酸。
此外,三羧酸循环还为肝脏和肌肉提供了解毒和保护作用。
总之,三羧酸循环是生物体内重要的代谢过程之一,它为细胞提供了能量,并且参与了许多生物合成和分解反应。
第23章三羧酸循环(生物化学下册p92) 3学时学习重点:◆熟悉柠檬酸循环途径中的各步酶促反应,以及各步反应酶的作用特点。
◆会分析和计算酵解和柠檬酸循环中产生的能量,以及底物分子中标记碳的去向。
葡萄糖的有氧氧化包括四个阶段。
①糖酵解产生丙酮酸(2丙酮酸、2ATP、2NADH)②丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA③三羧酸循环(CO2、H2O、A TP、NADH)④呼吸链氧化磷酸化(NADH-----ATP)三羧酸循环:乙酰CoA经一系列的氧化、脱羧,最终生成CO2、H2O、并释放能量的过程,又称柠檬酸循环、Krebs循环。
原核生物:①~④阶段在胞质中真核生物:①在胞质中,②~④在线粒体中一、丙酮酸脱羧生成乙酰CoA1、反应式:2、丙酮酸脱氢酶系丙酮酸脱氢酶系是一个十分庞大的多酶体系,位于线粒体膜上,电镜下可见。
E.coli丙酮酸脱氢酶复合体:分子量:4.5×106,直径45nm,比核糖体稍大。
酶辅酶每个复合物亚基数丙酮酸脱羧酶(E1)TPP 24二氢硫辛酸转乙酰酶(E2)硫辛酸24二氢硫辛酸脱氢酶(E3)FAD、NAD+12此外,还需要CoA、Mg2+作为辅因子这些肽链以非共价键结合在一起,在碱性条件下,复合体可以解离成相应的亚单位,在中性时又可以重组为复合体。
所有丙酮酸氧化脱羧的中间物均紧密结合在复合体上,活性中间物可以从一个酶活性位置转到另一个酶活性位置,因此,多酶复合体有利于高效催化反应及调节酶在反应中的活性。
3、反应步骤反应过程(1)丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP(2)二氢硫辛酸乙酰转移酶(E2)使羟乙基氧化成乙酰基(3)E2将乙酰基转给CoA,生成乙酰-CoA(4)E3氧化E2上的还原型二氢硫辛酸(5)E3还原NAD+生成NADH4、丙酮酸脱氢酶系的活性调节从丙酮酸到乙酰CoA是代谢途径的分支点,此反应体系受到严密的调节控制,此酶系受两种机制调节。
(1)可逆磷酸化的共价调节丙酮酸脱氢酶激酶(E A)(可被ATP激活)丙酮酸脱氢酶磷酸酶(E B)磷酸化的丙酮酸脱氢酶(无活性)去磷酸化的丙酮酸脱氢酶(有活性)(2)别构调节ATP、CoA、NADH是别构抑制剂ATP抑制E1CoA抑制E2NADH抑制E35、能量1分子丙酮酸生成1分子乙酰CoA,产生1分子NADH(2.5A TP)。
二、三羧酸循环(TCA)的过程TCA循环:每轮循环有2个C原子以乙酰CoA形式进入,有2个C原子完全氧化成CO2放出,分别发生4次氧化脱氢,共释放10A TP。
1、反应步骤概述三羧酸循环(图,见书)(1)、乙酰CoA+草酰乙酸→柠檬酸柠檬酸合酶,TCA中第一个调节酶:受ATP、NADH、琥珀酰CoA、和长链脂肪酰CoA 的抑制;受乙酰CoA、草酸乙酸激活。
柠檬酸合酶上的两个His残基起重要作用:一个与草酰乙酸羰基氧原子作用,使其易受攻击;另一个促进乙酰CoA的甲基碳上的质子离开,形成烯醇离子,就可与草酰乙酸缩合成C-C键,生成柠檬酰CoA,后者使酶构象变化,使活性中心增加一个Asp残基,捕获水分子,以水解硫酯键,然后CoA和柠檬酸相继离开酶。
氟乙酰CoA可与草酰乙酸生成氟柠檬酸,抑制下一步反应的酶,据此,可以合成杀虫剂、灭鼠药。
氟乙酸本身无毒,氟柠檬酸是乌头酸酶专一的抑制剂,氟柠檬酸结合到乌头酸酶的活性部位上,并封闭之,使需氧能量代谢受毒害。
它存在于某些有毒植物叶子中,是已知最能致死的简单分子之一。
LD50为0.2mg/Kg体重,它比强烈的神经毒物二异丙基氟磷酸的LD50小一个数量级。
(2)、柠檬酸→异柠檬酸这是一个不对称反应,由顺鸟头酸酶催化顺乌头酸酶只能以两种旋光异构方式中的一种与柠檬酸结合,结果,它催化的第一步脱水反应中的氢全来自草酰乙酸部分,第二步的水合反应中的OH也只加在草酰乙酸部分。
这种酶与底物以特殊方式结合(只选择两种顺反异构或旋光异构中的一种结合方式)进行的反应称为不对称反应。
结果,TCA第一轮循环释放的CO2全来自草酰乙酸部分,乙酰CoA 羰基碳在第二轮循环中释放,甲基碳在第三轮循环中释放50%,以后每循环一轮释放余下的50%。
柠檬酸上的羟基是个叔醇,无法进一步被氧化。
因此,柠檬酸需转变成异柠檬酸,将不能被氧化的叔醇,转化成可以被氧化的仲醇。
90%柠檬酸、4%顺乌头酸、6%异柠檬酸组成平衡混合物,但柠檬酸的形成及异柠檬酸的氧化都是放能反应,促使反应正向进行。
(3)、异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸和NADH这是三羧酸循环中第一次氧化脱羧反应,异柠檬酸脱氢酶,TCA中第二个调节酶:Mg2+(Mn2+)、NAD+和ADP可活化此酶,NADH和A TP可抑制此酶活性。
细胞在高能状态:A TP/ADP、NADH/NAD+比值高时,酶活性被抑制。
线粒体内有二种异柠檬酸脱氢酶,一种以NAD+为电子受体,另一种以NADP+为受体。
前者只在线粒体中,后者在线粒体和胞质中都有。
(4)、α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰CoA和NADHα-酮戊二酸脱氢酶系,TCA循环中的第三个调节酶:受NADH、琥珀酰CoA、Ca2+、ATP、GTP抑制α-酮戊二酸脱氢酶系为多酶复合体,与丙酮酸脱氢酶系相似(先脱羧,后脱氢)(5)、琥珀酰CoA生成琥珀酸和GTP琥珀酰CoA合成酶(琥珀酸硫激酶)这是TCA中唯一的底物水平磷酸化反应,直接生成GTP。
在高等植物和细菌中,硫酯键水解释放出的自由能,可直接合成ATP。
在哺乳动物中,先合成GTP,然后在核苷二磷酸激酶的作用下,GTP转化成A TP。
(6)、琥珀酸脱氢生成延胡索酸(反丁烯二酸)和FADH琥珀酸脱氢酶是TCA循环中唯一嵌入线粒体内膜的酶。
丙二酸是琥珀酸脱氢酶的竞争性抑制剂,可阻断三羧酸循环。
(7)、延胡索酸水化生成L-苹果酸延胡索酸酶具有立体异构特性,OH只加入延胡索酸双键的一侧,因此只形成L-型苹果酸。
(8)、L-苹果酸脱氢生成草酰乙酸和NADHL-苹果酸脱氢酶平衡有利于逆反应,但生理条件下,反应产物草酰乙酸不断合成柠檬酸,其在细胞中浓度极低,少于10-6mol/L,使反应向右进行。
2、TCA循环小结(1)、三羧酸循环示意图(标出C编号的变化)(2)、总反应式:丙酮酸+ 4NAD+ + FAD + GDP →4NADH + FADH2 + GTP + 3CO2 + H2O乙酰CoA + 3NAD+ + FAD + GDP →3NADH + FADH2 + GTP + 2CO2 + H2O(3)、一次底物水平的磷酸化、二次脱羧反应,三个调节位点,四次脱氢反应。
3NADH、FADH2进入呼吸链(4)、三羧酸循环中碳骨架的不对称反应同位素标记表明,乙酰CoA上的两个C原子在第一轮TCA上并没有被氧化。
被标记的羰基碳在第二轮TCA中脱去。
在第三轮TCA中,两次脱羧,可除去最初甲基碳的50%,以后每循环一次,脱去余下甲基碳的50%问题:标记Glucose的第二位碳原子,跟踪EMP、TCA途径,C2的去向。
3、一分子Glc彻底氧化产生的ATP数量净产生:30或32 ATP甘油磷酸穿梭,1个NADH生成1.5个ATP苹果酸穿梭,1个NADH生成2.5个A TP4、三羧酸循环的代谢调节三羧酸循环的调节(图,见书)(1)、柠檬酸合酶(限速酶)受A TP、NADH、琥珀酰CoA及脂酰CoA抑制。
受乙酰CoA、草酰乙酸激活(2)、异柠檬酸脱氢酶NADH、ATP可抑制此酶ADP可活化此酶,当缺乏ADP时就失去活性。
(3)、α-酮戊二酸脱氢酶受NADH和琥珀酰CoA抑制。
三、TCA的生物学意义1、提供能量线粒体外的NADH,可通过3-磷酸甘油穿梭和苹果酸穿梭机制,运到线粒体内,经呼吸链再氧化,这两种机制在不同组织的细胞中起作用。
(1)、磷酸甘油穿梭机制:磷酸二羟丙酮+NADH+H+→3-磷酸甘油+NAD+3-磷酸甘油进入线粒体,将2H交给FAD而生成FADH2,FADH2可传递给辅酶Q,进入呼吸链,产生2A TP(3-磷酸甘油脱氢酶的辅酶是FAD)。
(2)、苹果酸穿梭机制:胞液中NADH可经苹果酸酶催化,使草酰乙酸还原成苹果酸,再通过苹果酸-α-酮戊二酸载体转运,进入线粒体,由线粒体内苹果酸脱氢酶催化,生成NADH和草酰乙酸,NADH 进入呼吸链氧化,生成3A TP。
(苹果酸脱氢酶的辅酶是NAD+)1分子Glc在肝、心中完全氧化,产生38A TP,在骨骼肌、神经系统组织中,产生36ATP。
2、TCA是生物体内其它有机物氧化的主要途径,如脂肪、氨基酸、糖3、TCA是物质代谢的枢纽一方面,TCA是糖、脂肪、氨基酸等彻底氧化分解的共同途径,另一方面,循环中生成的草酰乙酸、α-酮戊二酸、柠檬酸、琥珀酰CoA和延胡索酸等又是合成糖、氨基酸、脂肪酸、卟啉等的原料,因而TCA将各种有机物的代谢联系起来。
TCA是联系体内三大物质代谢的中心环节,为合成其它物质提供C架。
四、TCA的回补反应三羧酸循环中间物的的回补在TCA循环中,有些中间产物是合成其它物质的前体,如卟啉的主要碳原子来自琥珀酰CoA,Glu、Asp可以从α-酮戊二酸和草酰乙酸衍生而成,一旦草酰乙酸浓度下降,则会影响TCA循环,因此这些中间产物必须不断补充,以维持TCA循环。
产生草酰乙酸的途径有三个:(1)、丙酮酸羧化酶催化丙酮酸生成草酰乙酸丙酮酸羧化酶是一个调节酶,乙酰CoA可以增加其活性。
需要生物素为辅酶(2)、磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶催化磷酸烯醇式丙酮酸转化成草酰乙酸在脑、心脏中存在这个反应。
(3)、Asp、Glu转氨可生成草酰乙酸和α-酮戊二酸Ile、Val、Thr、Met也会形成琥珀酰CoA,最后生成草酰乙酸。
思考与练习1.尽管O2没有直接参与柠檬酸循环,但没有O2的存在,柠檬酸循环就不能进行,为什么?2.假如你将甲基C用14C标记的丙酮酸添加到线粒体的悬浮液中,那么一轮柠檬酸循环后,14C是在草酰乙酸的什么位置?为了使所有14C以14CO2释放掉,需要进行多少轮柠檬酸循环(除了第一轮丙酮酸是标记的以外,以后进入柠檬酸循环的丙酮酸都不是标记的)?3.增加以下各分子的浓度会对柠檬酸循环的速度有什么影响?(1)辅酶A (2)乙酰辅酶A (3)NAD+4.利用分离出的线粒体可以研究细胞呼吸,可测定各种不同状况下氧的消耗,如果将0.01M 的丙二酸钠添加正在进行细胞呼吸的线粒体(以丙酮酸为燃料来源)中,呼吸作用很快就会停止,并造成代谢中间产物的堆积。
(a)堆积的中间代谢物是什么?(b)解释为什么会堆积?(c)解释氧消耗为什么会停止?(d)除了除去丙二酸解除抑制以外,还有什么方法可以克服丙二酸的抑制?5.假设天冬氨酸是供给细胞的唯一碳源,请概述线粒体中柠檬酸循环得以进行的反应?。