（2）、 柠檬酸→异柠檬酸
反应式：

这是一个不对称反应，由顺鸟头酸酶催化

P 101 图13—12  顺乌头酸酶与柠檬酸的不对称结合

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 
反应式：

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ATP可抑制此酶活性。
细胞在高能状态：ATP/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NADH
反应式：
α-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
反应式：

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ATP。
（6）、 琥珀酸脱氢生成延胡索酸（反丁烯二酸）和FADH
反应式：

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 
反应式：

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NADH 
反应式：

L-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）
P95  图13-9
（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%

u 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
（在肝脏中）
反应 酶 ATP消耗 产生ATP方式 ATP数量 合计
糖  酵  解 已糖激酶 1  -1 8
磷酸果糖激酶 1  -1 
磷酸甘油醛脱氢酶  NADH呼吸链氧化磷酸化 2×3 
磷酸甘油酸激酶  底物水平磷酸化 2×1 
丙酮酸激酶  底物水平磷酸化 2×1 
TCA 丙酮酸脱氢酶复合物  NADH 2×3 30
异柠檬酸脱氢酶  NADH 2×3 
α-酮戊二酸脱氢酶复合物  NADH 2×3 
琥珀酸脱氢酶  FADH2 2×2 
苹果酸脱氢酶  NADH 2×3 
琥珀酰CoA合成酶  底物水平磷酸化 2×1 

净产生：38ATP
在骨骼肌、脑细胞中，净产生：36ATP
甘油磷酸穿梭，1个NADH生成2个ATP
苹果酸穿梭，1个NADH生成3个ATP
4、 三羧酸循环的代谢调节
参阅P122   图 13-26  三羧酸循环的调节

（1）、 柠檬酸合酶（限速酶）
受ATP、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2ATP（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3ATP。（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38ATP，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

P102  反应式：
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
P102 反应式：

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

五、 乙醛酸循环
三羧酸循环是所有生物共有的有氧化谢途径，某些植物和微生物除进行TCA外，还有一个乙醛酸循环，作为TCA的补充。
循环途径：
P 103  图13-13

乙醛酸循环是通过一分子乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸，经异柠檬酸，由异柠檬酸裂解酶裂解成乙醛酸和琥珀酸。
琥珀酸经脱氢、水化、脱氢生成草酰乙酸，补偿开始消耗掉的草酰乙酸。
乙醛酸缩与另一分子乙酰CoA合成苹果酸，脱氢生成草酰乙酸。
过量的草酰乙酸可以糖异生成Glc，因此，乙醛酸循环可以使脂肪酸的降解产物乙酰CoA经草酰乙酸转化成Glc，供给种子萌发时对糖的需要。
植物中，乙醛酸循环只存在于子苗期，而生长后期则无乙醛酸循环。
哺乳动物及人体中，不存在乙醛酸循环，因此，乙酰CoA不能在体内生成糖和氨基酸。
总反应：
2乙酰CoA + NAD+ + 2H2O  →  琥珀酸 + 2CoA + NADH + 2H+
第三节 磷酸已糖支路（HMS）
也称磷酸戊糖途径，发生在胞质中。
细胞内Glc的氧化分解，除通过糖酵解，三羧酸循环和发酵外，还能直接氧化分解。即反应开始，在G-6-P上的C2原子上直接氧化，通过一系列转化被分解，此为磷酸戊糖途径。
两个事实：
①用碘乙酸和氟化物抑制糖酵解（磷酸甘油醛脱氢酶）发现Glc的消耗并不因此而受影响，证明葡萄糖还有其它的分解途径
②用14C分别标记Glc的C1和C6，然后分别测定14CO2生成量，发现C1标记的Glc比C6标记的Glc更快、更多地生成14CO2 ，如果糖酵解是唯一的代谢途径，那么14C1和14C2生成14CO2的速度应该相同。
一、 反应过程
Glc经磷酸戊糖途径氧化分解可分为两个阶段。
第一阶段：6-磷酸葡萄糖氧化脱羧生成5-磷酸核糖
第二阶段：磷酸戊糖分子重排，产生不同碳链长度的磷酸单糖
1、 6-磷酸葡萄糖脱氢脱羧生成5-磷酸核酮糖
P104 反应式：：

在此氧化脱羧阶段中，Glc经两次脱氢，一次脱羧，生成5-磷酸核酮糖及NADPH。
6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的调控酶，NADPH反馈抑制此酶活性。
2、 磷酸戊糖异构生成5-磷酸核糖及5-磷酸木酮糖
P105 反应式：

5-磷酸木酮糖产率：2/3
5-磷酸核糖产率：1/3
3、 磷酸戊糖通过转酮、转醛反应生成酵解途径的中间产物（F-6-P，3-磷酸甘油醛）
（1）、 转酮反应：
P105反应式：

5-磷酸木酮糖将自身的二碳单位（羟乙酰基）转到5-磷酸核糖的C1上，生成3-磷酸甘油醛和7-磷酸景天庚酮糖。
转酮酶需TPP为辅酶，作用机理与丙酮酸脱氢酶中的TPP类似。
（2）、 转醛反应
P106 反应式：

转醛酶将7-磷酸庚酮糖上的三碳单位（二羟丙酮基）转到3-磷酸甘油醛的C1上，生成4-磷酸赤鲜糖和6-磷酸果糖。
（3）、 转酮反应（转酮酶）
P107反应式：

4-磷酸赤鲜糖接受另一分子5-磷酸木酮糖上的二碳单位（羟乙酰基），生成6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛

磷酸戊糖分子重排的总结果是：
2个5-磷酸木酮糖  +  1个5-磷酸核糖  →  2个（F-6-P）  +  1个3磷酸甘油醛
由于5-磷酸木酮糖可以由5-磷酸核糖经差向酶转化而来，所以上式可写成：
3个5-磷酸核糖  →  2个（F-6-P）  +  1个3磷酸甘油醛。
因此，在细胞中若形成过量的磷酸戊糖可以经磷酸戊糖途径转化为6-磷酸果糖及3-磷酸甘油醛，与糖酵解途径相连。
二、 磷酸戊糖途径小结
1、 通过此途径，可将G-6-P彻底氧化
G-6-P  +  12NADP+  +  6H2O  →  12NADPH  +  12H+  +  6CO2 
相当于（36-1）个ATP

图      磷酸已糖支路

第一阶段：
     图

第二阶段
     图

2、 转酮酶（TPP）、转醛酶催化的反应是可逆的
它们转移的是酮，受体是醛。
转酮酶转移的是二碳单位（羟乙酰基），转醛酶转移的是三碳单位（二羟丙酮基）。
3、 磷酸戊糖途径的中间产物，可进入糖酵解途径的中间产物中，反之亦可。
主要是6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛。
4、 碳的释放
磷酸戊糖途径释放14C1
在TCA循环中：先释放：C3、C4（丙酮酸脱羧）
TCA第二轮后释放：C2、C5（乙酰CoA的羰基碳：CH3C*=O-CoA，100%）
TCA第三轮后释放：C1、C6（乙酰CoA的甲基碳：*CH3C=O-CoA，每循环一轮释放50%））
三、 磷酸戊糖途径的调节
6-磷酸葡萄糖脱氢酶是磷酸戊糖途径的限速酶，催化不可逆反应。其活性主要受NADP+/NADPH比例的调节。机体内，NAD+/NADH为700，而NADP+/NADPH仅为0.014，这就使NADPH可以进行有效地反馈抑制调节6-磷酸葡萄糖脱氢酶和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的活性。只有NADPH被生物合成消耗后，才能解除抑制。
非氧化阶段戊糖的转变主要受控于底物的浓度。5-磷酸核糖过多时可以转化为6-磷酸果糖和3-磷酸甘油醛进行酵解。
四、 磷酸戊糖途径与糖酵解途径的协调调节
G-6-P的流向取决于对NADPH、磷酸戊糖及ATP的需要。
（1）需要核糖-5-P（用于合成嘌呤核苷酸）的量比NADPH的量大得多时，大多数G-6-P转变成5-磷酸核糖。还可由转酮酶、转醛酶催化，将2分子F-6-P和一分子甘油醛-3-P转变成3分子核糖-5-P。
G-6-P  +  2NADP+  +H2O  →  核糖-5-P  +  2NADPH  +  2H+
2 果糖-6-P  +  甘油醛-3-P  →  3 核糖-5-P

（2）对NADPH和5-磷酸核糖的需要量平衡时，代谢就通过氧化阶段由G-6-P氧化脱羧，生成2个NADPH和1个核糖-5-P
反应：G-6-P+2NADP++H2O→核糖-5-P+2NADP+2H++CO2  

（3）需要NADPH的量比5-磷酸核糖的量多得多时，G-6-P就完全氧化成CO2
反应式：6（G-6-P）+12NADP++6H2O→6（5-磷酸核糖）+12NADPH+12H++6CO2
生成的5-磷酸核糖通过非氧化重组及Glc异生作用，再合成G-P-6。

G-6-P  +  12NADP+  +  6H2O  →  12NADPH  +  12H+  +  6CO2

(4)需要 NADPH和 ATP更多时，G-6-P转化成丙酮酸
磷酸戊糖途径→3-磷酸甘油醛+6-磷酸果糖→糖酵解

3(G-6-P)+6NADP++5NAD++5Pi+8ADP→
5丙酮酸+6NADPH+5NADH2+8ATP+2H2O+8H++3CO2

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