fbpx
维基百科

三羧酸循环

四月 09, 2024

三羧酸循環（tricarboxylic acid cycle） 可簡稱為TCA cycle，亦作檸檬酸循環（citric acid cycle），是有氧呼吸的第二階段。該循環以循環中一個重要中間體檸檬酸命名，又因爲檸檬酸是一種三元羧酸，該反應又稱爲三羧酸循環。該循環亦因由英國生物化學家克雷布斯（Krebs）發現而稱爲克雷布斯循環（Krebs cycle），克雷布斯亦因此項貢獻獲1953年諾貝爾生理學或醫學獎。丙酮酸在經過丙酮酸脫氫酶系氧化，生成乙醯輔酶A（acetyl-CoA）後，與四碳二元羧酸草酰乙酸化合，生成檸檬酸，進入檸檬酸循環。隨後，經過一系列反應，兩個碳原子轉化爲二氧化碳（CO2）分子，檸檬酸中蘊藏的化學能轉化至還原的輔酶中。檸檬酸循環的終產物仍然是草酰乙酸，這使得該循環能源源不斷地氧化輸入循環的乙醯輔酶A。

三羧酸循環概述

一般情況下，檸檬酸循環產生的還原輔酶會連同糖酵解過程產生的還原輔酶一同，在氧化磷酸化過程中氧化，生成大量的ATP[1]:148。一分子的乙酰輔酶A在被檸檬酸循環代謝後，可產生兩分子的CO2分子、三分子NADH、一分子FADH2，以及一分子GTP[註 1][2]:340。

檸檬酸循環可以代謝糖類、脂質，以及大部分氨基酸，因爲這三類物質都能轉換爲乙酰輔酶A或檸檬酸循環的中間體，從而進入檸檬酸循環之中。另外，檸檬酸循環的許多中間體可供生物體利用。當中間產物不足時，可通過添補反應對中間產物進行補充。生物體最重要的填補反應是在丙酮酸羧化酶催化下，以一分子丙酮酸和一分子二氧化碳分子爲原料，合成一分子草酰乙酸的反應[2]:343。

檸檬酸循環發生於線粒體基質中，但也會部分地在線粒體內膜或嵴膜上發生[1]:148-149。

發現 编辑

 
汉斯·阿道夫·克雷布斯 (Hans Adolf Krebs)，1953年，諾貝爾生理學或醫學獎。

1930年代，檸檬酸循環中的一些化學反應就已由阿爾伯特·聖捷爾吉闡明。阿爾伯特·聖捷爾吉因他對檸檬酸循環中的一個重要中間體延胡索酸的研究，而獲得1937年諾貝爾生理學或醫學獎[3]。檸檬酸循環本身則是由德國生物化學家漢斯·阿道夫·克雷布斯在1937年於錫菲大學發現的。他因對檸檬酸循環的研究而獲得1953年諾貝爾生理醫學獎[4]。

 
乙酰辅酶A的结构图：左侧的蓝色部分是乙酰基; 黑色部分是辅酶A。

進化 编辑

構成檸檬酸循環的一些化學反應在厭氧細菌中就已出現了。檸檬酸循環本身則可能經過多次進化[5]。從理論上說，檸檬酸循環並不是沒有相關的替代方案。然而，檸檬酸循環的效率卻是最高的。即使存在進化上獨立的能替代檸檬酸循環的過程，它們也應該已通過趨同演化而與檸檬酸循環融合[6][7]。

在有氧呼吸中的位置 编辑

参见：丙酮酸氧化

糖類在細胞質基質中發生糖酵解後，生成的終產物是丙酮酸。丙酮酸通過線粒體外膜上的通道蛋白，再通過線粒體內膜上的丙酮酸轉位酶進入線粒體基質。之後，丙酮酸經丙酮酸脫氫酶複合體氧化，轉化爲可進入檸檬酸循環的乙酰輔酶A，這一過程稱爲丙酮酸氧化[2]:332。檸檬酸循環發生於線粒體基質中，但也有一部分會於線粒體內膜或嵴膜上發生。原核生物的檸檬酸循環則發生於細胞質基質中。檸檬酸循環產生的還原輔酶會在氧化磷酸化過程中與氧氣反應，產生的能量會部分轉移到ATP中[8]:368。

概述 编辑

柠檬酸循环是一个关键的代谢途径，它统一了碳水化合物、脂肪和蛋白质的代谢。

步驟 编辑

檸檬酸循環可概括爲8大反應步驟[2]:335[8]:368：

第一步：柠檬酸合酶 编辑

主条目：柠檬酸合酶
 
柠檬酸合酶的每个单体都连接一个草酰乙酸分子（洋红色）和一个乙酰辅酶A类似物（白色）[9]

柠檬酸合成酶催化乙酰輔酶A（Acetyl-CoA）與四碳的草酰乙酸（Oxaloacetate）发生缩合反应和硫酯水解，生成檸檬酸（Citrate），通常被视为循环的第一步。其四级结构由两个亚基组成，两个底物可以与每个亚基结合。[10]由于硫酯水解释放能量，反应是不可逆的。酶的活性位点激活乙酰辅酶A，使其类似于草酰乙酸的碳中心：沿着两个分子之间的键，硫酯基团（CoA）被水解，形成柠檬酸分子。[11]

该反应高度放能（ΔG°′ = -31.4 kJ/mol），也因此该步骤在标准条件下不可逆。此外，酶产生的柠檬酸能够竞争性抑制酶活性，尽管该反应非常有利（因为是放能的），但柠檬酸合酶可以受到严格调节。[11]例如，柠檬酸盐本身充当柠檬酸合成酶的抑制剂，而草酰乙酸​​与其结合会增加其对乙酰辅酶A的亲和力。这方面具有相当大的生物学重要性，因为它可以完全调节整个克雷布斯循环，使酶成为整个循环的“起搏器”。[12][13]糖酵解中的磷酸果糖激酶1会被柠檬酸盐抑制，同时它会激活乙酰辅酶 A 羧化酶以进行脂肪酸合成。这一点说明了我们代谢周期的相互关联性。[14]

 
ΔG°′ = -31.4 kJ/mol

第二步：烏頭酸酶 编辑

主条目：烏頭酸酶
 
乌头酸酶的结构[15]

檸檬酸在烏頭酸酶（Aconitase）的催化作用下异构化通过生成乌头酸生成異檸檬酸（Isocitrate）。乌头酸酶可以催化順烏頭酸的水合反应及水合产物柠檬酸、异柠檬酸的脱水反应。虽然该反应是可逆的，但在pH=7.0，25攝氏度條件下，平衡混合物中柠檬酸和异柠檬酸的比例为9:1，因爲異檸檬酸不斷消耗，在克雷布斯循环中，由于质量作用定律，反應平衡不斷右移。一旦产生了顺乌头酸，就添加水分子以将双键氧化成羟基，并通过添加水产生异柠檬酸。[16][17]

酶的活性位点有一个铁硫簇，可与一些极性氨基酸残基共同结合底物。丝氨酸、精氨酸、组氨酸和天冬氨酸残基确保与底物的结合，与(1R,2S)-柠檬酸盐单独特异性结合，排斥与其它形式的结合。[18][19][20]

 
ΔG°′ = +6.3 kJ/mol

第三步：异柠檬酸脱氢酶 编辑

主条目：異檸檬酸脫氫酶
 
大肠杆菌异柠檬酸脱氢酶的结构[21]

異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶（英语：Isocitrate dehydrogenase）（Isocitrate dehydrogenase）作用下，經中間體草酰琥珀酸（Oxalosuccinate）氧化脱羧生成α-酮戊二酸（α-Ketoglutarate）。线粒体异柠檬酸脱氢酶是一种依赖于NAD+和Mn2+、Mg2+存在的酶，在異檸檬酸轉化爲草酰琥珀酸的過程中，有一分子NAD+還原爲NADH。[22][23]草酰琥珀酸具有β-酮酸的结构，与α位羧基的氧络合的二价离子的存在增加了该区域的电负性，导致分子电子重排，发生脱羧反应（即释放CO2分子），从而形成α-酮戊二酸，末端有两个羧基，和一个酮位于两个羧基之一的α位。该反应中，酶的活性要在Mg2+或Mn2+離子的輔助下才可實現。由于具有足够的放能（ΔG°' = -8.4 kJ/mol），能够将先前的反应从乌头酸酶向前推进。總的來說，該過程生成了一分子NADH以及一分子CO2。[24][25]

 
ΔG°′ = -8.4 kJ/mol

第四步：α-酮戊二酸脱氢酶 编辑

主条目：氧化戊二酸脱氢酶
 
二氢硫辛酰胺琥珀酰转移酶的催化结构域，α-酮戊二酸脱氢酶复合物的一部分[26]

异柠檬酸转化为α-酮戊二酸后，α-酮戊二酸在α-酮戊二酸脫氫酶複合體（α-Ketoglutarate dehydrogenase complex）的催化作用下，进行第二次氧化脱羧反应，與輔酶A化合，生成琥珀酰輔酶A（Succinyl-CoA），該過程還會生成一分子CO2，以及一分子NADH。該反應的机理与丙酮酸氧化机理相似，在生理條件下同样是一個單向反應。[27]两个反应都包括α-酮酸的脱羧以及随后与辅酶A生成高能硫酯键，催化这些反应的复合物彼此相似。[28]

α-酮戊二酸脫氫酶複合體由三種酶組成：α-酮戊二酸脫氫酶（E1）、二氫硫辛酰轉琥珀酸酶（E2）、二氫硫辛酰脫氫酶（E3），α-酮戊二酸脫氫酶複合體要在一些輔助因子的輔助下才能發揮功能。该反应的自由能差为ΔG°′ = -30.1 kJ/mol，因此高度放能。[28]

 
ΔG°′ = -30.1 kJ/mol

第五步：琥珀酰輔酶A合成酶 编辑

主条目：琥珀酰輔酶A合成酶
 
野猪琥珀酰辅酶A合成酶的结构[29]

琥珀酰辅酶A是一种高能硫酯，其水解ΔG°′ = -33.5 kJ/mol，与ATP的-30.5 kJ/mol相似。柠檬酸合酶利用具有这种高能键的中间体来完成二碳分子（乙酰辅酶A）和四碳分子（草乙酸）之间的融合，而在琥珀酰輔酶A合成酶（Succinyl-CoA synthetase）利用这种能量来磷酸化。

来自硫酯的能量简单地转化为与磷酸键相连的能量：反应的第一步生成高能中间体磷酸琥珀酰，随后，催化位点中存在的组氨酸将磷酸盐从磷酸酯中去除。碳水化合物分子，生成产物琥珀酸和磷酸组氨酸分子，磷酸组氨酸分子迅速将磷酸盐转化为核苷二磷酸盐，将其“充电”为三磷酸盐。

琥珀酸輔酶A轉化爲琥珀酸（Succinate）和輔酶A，生成一分子GTP（該酶有兩個版本，分別生成ATP和GTP；不同生物，或同一生物的不同組織會依對ATP和GTP需求的差異在該步使用相應版本的酶）。这是循环中在底物水平上发生磷酸化、生成高能磷酸鍵的唯一步骤。


接下來，琥珀酸經過三步反應，重新轉化爲草酰乙酸。

 
ΔG°′ = -33.5 kJ/mol

第六步：琥珀酸脫氫酶 编辑

主条目：琥珀酸脫氫酶
 
大肠杆菌琥珀酸脱氢酶复合物（和电子传递链复合物II）的四级结构[30]

循环的最后部分是四碳分子的重新排列，直到草酰乙酸。为实现这一点，琥珀酸上存在的亚甲基桥必须转化为羰基，这种转化通过三个步骤发生：第一次氧化、水合和二次氧化。这三个步骤，除了再生草酰乙酸之外，还可以通过形成FADH2和NADH来提取更多能量。

第一个氧化反应是琥珀酸在琥珀酸脫氫酶（Succinate dehydrogenase）的催化作用下，轉化爲延胡索酸（Fumarate）。該過程中有一分子FAD還原爲FADH2。琥珀酸脱氢酶复合物是循环中唯一以FAD而不是NAD+作为氢受体的酶，FAD通过组氨酸残基与酶共价连接。该酶使用FAD，因为与反应相关的能量不足以还原 NAD+。

 
ΔG°′ = 0 kJ/mol

第七步：延胡索酸 编辑

主条目：延胡索酸酶
 
酿酒酵母延胡索酸酶的结构[31]

延胡索酸經延胡索酸酶（Fumarase）催化，催化水分子中的H+和OH-基团加成到反式分子上，由于该酶只能在一侧结合 OH-，轉化爲L-蘋果酸（L-Malate）。

延胡索酶有两类：I类和II类，取决于其相关亚基的排列、对金属的需求及其热稳定性。I类延胡索酸酶在受热或辐射时能够改变状态或变得失活，对超氧阴离子敏感，依赖Fe2+，是二聚体，约120 kD。II类延胡索酸酶存在于原核生物和真核生物中，是 20 kD的四聚酶，包含三个不同的显着同源的氨基酸片段，并且不依赖铁且热稳定。已知原核生物具有三种不同形式的延胡索酸酶：延胡索酸酶A、延胡索酸酶B和延胡索酸酶C，后者属于II类延胡索酶，而延胡索酸酶A和延胡索酸酶B被归类为I类。[32][33]

 
ΔG°′ = -3.8 kJ/mol

第八步：蘋果酸脫氫酶 编辑

主条目：蘋果酸脫氫酶
 
苹果酸脱氢酶的结构[34]

L-蘋果酸在蘋果酸脫氫酶（Malate dehydrogenase）的催化作用下，轉化爲草酰乙酸。該過程生成一分子NADH。

与最后一个反应相关的吉布斯自由能显然是正的（与循环中的其他反应不同）。该酶的活性是由柠檬酸合酶消耗草酰乙酸和电子传递链消耗NADH 驱动。該反應平衡傾向於蘋果酸一側，但因草酰乙酸不斷消耗，反應得以持續進行。基於上述理由，該反應也是檸檬酸循環的一個重要調控位點[1]:149。

至此，檸檬酸循環完成。生成的草酰乙酸可再次進入檸檬酸循環[2]:335。

 
ΔG°′ = +29.7 kJ/mol

添補反應 编辑

主条目：添補反應
参见：乙醛酸循環

三羧酸循環的中間產物可能會因參與其他代謝過程而消耗，添補反應（Anaplerotic reactions）能夠補充檸檬酸循環的各中間產物.使得其物質量保持相對平衡[35]。添補反應中最重要的一個是在丙酮酸羧化酶催化下，以一分子丙酮酸和一分子二氧化碳分子爲原料，合成一分子草酰乙酸的反應。而在植物體內，乙醛酸循環能起到同樣的作用[2]:343。另外，乳酸可以先氧化爲丙酮酸，然後再通過羧化反應轉化爲草酰乙酸進入檸檬酸循環[1]:152。

總反應式 编辑

高等動物的檸檬酸循環可用下式表示：[2]:340

乙酰輔酶A+3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O →
輔酶A-SH + 3 NADH + 3 H+ + FADH2 + GTP + 2 CO2

  • 每一輪檸檬酸循環中，生成三分子NADH、一分子FADH2、一分子GTP、兩個碳原子以CO2的形式離開循環。完整的三羧酸循環進行一輪，草酰乙酸的分子數目不會發生變化，因此，從淨反應的意義上講，可以認爲草酰乙酸起了催化劑的作用[1]:148。
  • 兩個碳原子以CO2的形式離開循環。二氧化碳分子數與乙酰輔酶A帶入的碳原子數相同，使整個循環的碳原子數守恆。但值得注意的是，這兩個碳原子不一定就是構成乙酰輔酶A的乙酰基的那兩個碳原子[1]:149。
  • 檸檬酸循環生成的NADH、FADH2中蘊藏的化學能會在接下來的氧化磷酸化中轉化至ATP分子中[1]:148。

調控及抑制 编辑

調控 编辑

多種途徑均可調控檸檬酸循環的進行。總的來說，當細胞供能充足時（ATP、NADH、乙酰輔酶A等物質濃度升高），檸檬酸循環速度較慢，而當細胞供能處於不足狀態時（ADP濃度高，ATP、NADH濃度低），檸檬酸循環的速度會加快，保證能爲生物體提供適量的ATP以及還原輔酶[8]:370。

首先，因爲檸檬酸循環是呼吸作用的一個環節，對下游的電子傳遞鏈、氧化磷酸化進行調控即可對檸檬酸循環起到調控作用。對檸檬酸循環上游的丙酮酸氧化進行調控也可以起調控檸檬酸活性的作用。另外，也可以通過調控檸檬酸循環中的酶的活性起調控檸檬酸循環的作用。從化學原理上講，對能進行得較徹底的反應進行調控效果較好，因此，丙酮酸脫氫酶、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶是較好的調控位點。對檸檬酸循環的調控通常來說與細胞的狀態有密切關係。比如，脫氫酶需要鈣離子的激活，而肌肉收縮時，胞內的鈣離子濃度會升高，這也正是需能較高的時候。此外，一些酶也能直接和ATP/ADP，或NADH/NAD+反應，並發生活性變化，比如異檸檬酸脫氫酶能經由ADP活化，也可透過ATP/NADH來抑制。蘋果酸脫氫酶的活性受NAD+/NADH比值的影響。此外，檸檬酸循環的中間體的濃度也可以對檸檬酸循環的活性起到調控作用。比如，草酰乙酸可以抑制琥珀酰脫氫酶的活性。不過，這類調控在體內到底發揮多大的作用，目前還未得到充分研究。[1]:153[2]:342

抑制 编辑

部分物質可以通過化學作用抑制檸檬酸循環的進行，其中，以下三種物質研究得較透徹：氟乙酸、亞砷酸、丙二酸[1]:151。

其中，氟乙酸通過生成氟乙酰輔酶A，再生成氟代乙酰辅酶A进而生成氟檸檬酸。氟檸檬酸能抑制烏頭酸酶的活性，使得檸檬酸循環無法繼續進行。利用這一原理，可以用氟乙酸製造殺蟲劑或滅鼠藥。[2]:337亞砷酸能抑制α-酮戊二酸脫氫酶複合體的酶活性[1]:149。丙二酸與琥珀酸脫氫酶的底物琥珀酸結構相似，能通過與該酶發生不可逆結合使其失活[2]:339。

此外，该途径关键的限速酶柠檬酸合酶受ATP、NADH、琥珀酰CoA的抑制。异柠檬酸脱氢酶受ATP的抑制。α-酮戊二酸脱氢酶系受ATP和琥珀酰CoA的抑制。

與其他代謝過程的關係 编辑

檸檬酸循環與包括脂肪酸合成、糖異生、轉氨基作用、嘌呤和嘧啶的合成等在內的多種生物體內的代謝過程密切相關[8]:371。

糖異生及轉氨基作用 编辑

主条目：糖質新生和轉氨基作用

在人的肝、腎中，檸檬酸循環中的草酰乙酸可通過糖質新生作用轉化爲葡萄糖。在糖質新生作用中，最關鍵的酶是磷酸丙酮酸羧基激酶，它可以使草酰乙酸脫羧，生成磷酸丙酮酸，GTP分子爲該反應提供能量。值得注意的是，琥珀酰輔酶A轉化爲琥珀酸過程中生成的GTP分子可用於上述過程，是一個糖異生與檸檬酸循環聯繫的紐帶[1]:150。

檸檬酸循環的一些中間體可通過轉氨基作用，經過一系列反應轉化爲氨基酸。比如，α-酮戊二酸可以轉化爲穀氨酸，草酰乙酸可以轉化爲天冬氨酸。上述過程是可逆的，即氨基酸也可以通過脫氨基作用轉化爲檸檬酸循環的中間體而進入檸檬酸循環分解代謝。不過，氨基酸通過上述途徑分解代謝產生的能量很少，一般情況下，只佔生物體總產能的1%不到[2]:438。

脂肪酸合成 编辑

主条目：脂肪酸合成

在非反芻動物體內，細胞質基質中發生的長鏈脂肪酸合成以乙酰輔酶A爲主要原料。但丙酮酸氧化生成的乙酰輔酶A卻位於線粒體基質內，且乙酰輔酶A是無法穿過線粒體膜的。不過，在烏頭酸酶與底物的結合處於飽和狀態的條件下，線粒體基質中的檸檬酸可轉運到細胞質基質中。細胞質基質中的ATP-檸檬酸裂解酶可將檸檬酸裂解爲乙酰輔酶A以及草酰乙酸。後者即可用於脂肪酸合成過程。這樣的機制也能保證只有當檸檬酸循環的強度達到一定強度的條件下，檸檬酸才可以用於脂肪酸合成[1]:153。另外，輸入線粒體的脂肪酸（脂肪的消化產物）也能通過轉化爲乙酰輔酶A進入循環[36]:448。

卟啉合成 编辑

另外，琥珀酰輔酶A亦是卟啉環合成的重要中間體，卟啉中大部分的碳原子都來自琥珀酰輔酶A。卟啉是血紅素蛋白（英语：Hemeprotein）（包括血紅蛋白、肌紅蛋白和細胞色素等）的重要組成成分[8]:371[37]。

參見 编辑

注釋 编辑

  1. ^ 部分生物組織在這一步產生的是ATP，而不是GTP。

参考文献 编辑

  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 Robert K. Murray et al. Haper's Illustrated Biochemistry（哈珀生物化學） （導讀本）. 科學出版社. 2010. ISBN 978-7-03-028539-3. 
  2. ^ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 王鏡岩、朱聖庚、徐長法. 生物化學教程. 高等教育出版社. 2008. ISBN 978-7-04-018363-4. 
  3. ^ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1937. The Nobel Foundation. [2011-10-26]. （原始内容于2007-02-19）. 
  4. ^ The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953. The Nobel Foundation. [2011-10-26]. （原始内容于2007-02-22）. 
  5. ^ Gest H. Evolutionary roots of the citric acid cycle in prokaryotes. Biochem. Soc. Symp. 1987, 54: 3–16. PMID 3332996. 
  6. ^ Meléndez-Hevia E, Waddell TG, Cascante M. The puzzle of the Krebs citric acid cycle: assembling the pieces of chemically feasible reactions, and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution. J. Mol. Evol. September 1996, 43 (3): 293–303. PMID 8703096. doi:10.1007/BF02338838. 
  7. ^ Ebenhöh O, Heinrich R. Evolutionary optimization of metabolic pathways. Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems. Bull. Math. Biol. January 2001, 63 (1): 21–55. PMID 11146883. doi:10.1006/bulm.2000.0197. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 8.3 8.4 David Hames, Nigel Hooper. Instant Notes in Biochemistry (3rd edition) 精要速覽系列:生物化學. 科學出版社. 2005. ISBN 978-7-03-025218-0 （英语）. 
  9. ^ Template:Cita pubblicazione
  10. ^ Wiegand, Georg; Remington, Stephen J. CITRATE SYNTHASE: Structure, Control, and Mechanism. Annual Review of Biophysics and Biophysical Chemistry. 1986-06, 15 (1). ISSN 0883-9182. doi:10.1146/annurev.bb.15.060186.000525 （英语）. 
  11. ^ 11.0 11.1 Condon, R. Erasmus: Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R. Friesen, Padova, Piccin Nuova Libraria, 2001, 164 pages.. Journal of Gastrointestinal Surgery. 2002-08, 6 (4). ISSN 1091-255X. doi:10.1016/s1091-255x(02)00020-3. 
  12. ^ Wiegand, Georg; Remington, Stephen J. CITRATE SYNTHASE: Structure, Control, and Mechanism. Annual Review of Biophysics and Biophysical Chemistry. 1986-06, 15 (1). ISSN 0883-9182. doi:10.1146/annurev.bb.15.060186.000525 （英语）. 
  13. ^ MacDonald, Michael J; Al-Masri, Hussam; Jumelle-Laclau, Muriel; Cruz, Meredith O. Oscillations in Activities of Enzymes in Pancreatic Islet Subcellular Fractions Induced by Physiological Concentrations of Effectors. Diabetes. 1997-12-01, 46 (12). ISSN 0012-1797. doi:10.2337/diab.46.12.1996. 
  14. ^ Bordoni, Bruno; Simonelli, Marta; Morabito, Bruno. The Fascial Breath. Cureus. 2019-07-23. ISSN 2168-8184. doi:10.7759/cureus.5208. 
  15. ^ Lauble, Hanspeter; Stout, Charles David. Steric and conformational features of the aconitase mechanism. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 1995-05, 22 (1). ISSN 0887-3585. doi:10.1002/prot.340220102 （英语）. 
  16. ^ Olsen, Luke; Hassan, Huzaifa; Xia, Fanning; Keaton, Sarah; Rohner, Nicolas. Cavefish mount a rapid and sustained regenerative response following skeletal muscle injury. Zoological Research. 2023, 44 (4). ISSN 2095-8137. doi:10.24272/j.issn.2095-8137.2022.486. 
  17. ^ M. DE PANFILIS; L. MARCELLI. Il periodo sismico della Sicilia occidentale iniziato il 14 Gennaio 1968. Annals of Geophysics. 2011-05-09, 21 (4). ISSN 2037-416X. doi:10.4401/ag-5072. 
  18. ^ Condon, R. Erasmus: Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R. Friesen, Padova, Piccin Nuova Libraria, 2001, 164 pages.. Journal of Gastrointestinal Surgery. 2002-08, 6 (4). ISSN 1091-255X. doi:10.1016/s1091-255x(02)00020-3. 
  19. ^ Robbins, A. H.; Stout, C. D. The structure of aconitase. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 1989-01, 5 (4). ISSN 0887-3585. doi:10.1002/prot.340050406 （英语）. 
  20. ^ Beinert, Helmut; Kennedy, Mary Claire. Aconitase, a two‐faced protein: enzyme and iron regulatory factor. The FASEB Journal. 1993-12, 7 (15). ISSN 0892-6638. doi:10.1096/fasebj.7.15.8262329. 
  21. ^ Stoddard, B.L.; Mesecar, A.; Koshland Junior, D.E. ORBITAL STEERING IN THE CATALYTIC POWER OF ENZYMES: SMALL STRUCTURAL CHANGES WITH LARGE CATALYTIC CONSEQUENCES. dx.doi.org. 1997-11-12 [2024-01-21]. 
  22. ^ Schowen, Richard L. Principles of biochemistry 2nd ed. (Lehninger, Albert L.; Nelson, David L.; Cox, Michael M.). Journal of Chemical Education. 1993-08, 70 (8). ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed070pa223.1. 
  23. ^ Yasutake, Yoshiaki; Watanabe, Seiya; Yao, Min; Takada, Yasuhiro; Fukunaga, Noriyuki; Tanaka, Isao. Crystal Structure of the Monomeric Isocitrate Dehydrogenase in the Presence of NADP+. Journal of Biological Chemistry. 2003-09, 278 (38). doi:10.1074/jbc.M304091200 （英语）. 
  24. ^ Carlo di Giuliano di Filippo. Benezit Dictionary of Artists. Oxford University Press http://dx.doi.org/10.1093/benz/9780199773787.article.b00032269. 2011-10-31.  缺少或|title=为空 (帮助)
  25. ^ Condon, R. Erasmus: Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R. Friesen, Padova, Piccin Nuova Libraria, 2001, 164 pages.. Journal of Gastrointestinal Surgery. 2002-08, 6 (4). ISSN 1091-255X. doi:10.1016/s1091-255x(02)00020-3. 
  26. ^ Knapp, James E.; Carroll, Donald; Lawson, Janet E.; Ernst, Stephen R.; Reed, Lester J.; Hackert, Marvin L. Expression, purification, and structural analysis of the trimeric form of the catalytic domain of the Escherichia coli dihydrolipoamide succinyltransferase. Protein Science. 2000-01, 9 (1). ISSN 0961-8368. PMC 2144448  . PMID 10739245. doi:10.1110/ps.9.1.37 （英语）. 
  27. ^ Condon, R. Erasmus: Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R. Friesen, Padova, Piccin Nuova Libraria, 2001, 164 pages.. Journal of Gastrointestinal Surgery. 2002-08, 6 (4). ISSN 1091-255X. doi:10.1016/s1091-255x(02)00020-3. 
  28. ^ 28.0 28.1 Voet, Judith G.; Voet, Donald. Editorial. Biochemical Education. 2000-05, 28 (3). ISSN 0307-4412. doi:10.1111/j.1539-3429.2000.tb00041.x. 
  29. ^ Fraser, Marie E.; James, Michael N.G.; Bridger, William A.; Wolodko, William T. Phosphorylated and dephosphorylated structures of pig heart, GTP-specific succinyl-CoA synthetase. Journal of Molecular Biology. 2000-06, 299 (5). doi:10.1006/jmbi.2000.3807 （英语）. 
  30. ^ Oyedotun, Kayode S.; Lemire, Bernard D. The Quaternary Structure of the Saccharomyces cerevisiae Succinate Dehydrogenase. Journal of Biological Chemistry. 2004-03, 279 (10). doi:10.1074/jbc.M311876200 （英语）. 
  31. ^ Estévez, Marcel; Skarda, Jeremy; Spencer, Josh; Banaszak, Leonard; Weaver, Todd M. X‐ray crystallographic and kinetic correlation of a clinically observed human fumarase mutation. Protein Science. 2002-06, 11 (6). ISSN 0961-8368. PMC 2373640  . PMID 12021453. doi:10.1110/ps.0201502 （英语）. 
  32. ^ Lynch, AM; Morton, CC. FH (fumarate hydratase). Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology. 2011-02, (4). ISSN 1768-3262. doi:10.4267/2042/38351. 
  33. ^ Estévez, Marcel; Skarda, Jeremy; Spencer, Josh; Banaszak, Leonard; Weaver, Todd M. X‐ray crystallographic and kinetic correlation of a clinically observed human fumarase mutation. Protein Science. 2002-06, 11 (6). ISSN 0961-8368. PMC 2373640  . PMID 12021453. doi:10.1110/ps.0201502 （英语）. 
  34. ^ Nishiyama, M.; Birktoft, J.J.; Beppu, T. Alteration of coenzyme specificity of malate dehydrogenase from Thermus flavus by site-directed mutagenesis.. Journal of Biological Chemistry. 1993-03, 268 (7). ISSN 0021-9258. doi:10.1016/s0021-9258(18)53446-3. 
  35. ^ Owen O, Kalhan S, Hanson R. The key role of anaplerosis and cataplerosis for citric acid cycle function. J. Biol. Chem. 2002, 277 (34): 30409–12 [2016-08-05]. PMID 12087111. doi:10.1074/jbc.R200006200. （原始内容于2008-11-06）. 
  36. ^ B. Alberts等著 丁小燕、陳躍磊等譯. 細胞生物學精要（Essential Cell Biology）第三版（中譯本）. 科學出版社. 2012. ISBN 978-7-03-033015-4. 
  37. ^ Stryer, Lubert. Citric acid cycle.. In: Biochemistry. Fourth. New York: W.H. Freeman and Company. 1995: 509–527, 569–579, 614–616, 638–641, 732–735, 739–748, 770–7731995. ISBN 0 7167 2009 4. 

外部連結 编辑

  • 檸檬酸循環(citric acid cycle, TCA cycle)（页面存档备份，存于互联网档案馆）

四月 09, 2024
三羧酸循环, 三羧酸循環, tricarboxylic, acid, cycle, 可簡稱為tca, cycle, 亦作檸檬酸循環, citric, acid, cycle, 是有氧呼吸的第二階段, 該循環以循環中一個重要中間體檸檬酸命名, 又因爲檸檬酸是一種三元羧酸, 該反應又稱爲三羧酸循環, 該循環亦因由英國生物化學家克雷布斯, krebs, 發現而稱爲克雷布斯循環, krebs, cycle, 克雷布斯亦因此項貢獻獲1953年諾貝爾生理學或醫學獎, 丙酮酸在經過丙酮酸脫氫酶系氧化, 生成乙醯輔酶a, acet. 三羧酸循環 tricarboxylic acid cycle 可簡稱為TCA cycle 亦作檸檬酸循環 citric acid cycle 是有氧呼吸的第二階段 該循環以循環中一個重要中間體檸檬酸命名 又因爲檸檬酸是一種三元羧酸 該反應又稱爲三羧酸循環 該循環亦因由英國生物化學家克雷布斯 Krebs 發現而稱爲克雷布斯循環 Krebs cycle 克雷布斯亦因此項貢獻獲1953年諾貝爾生理學或醫學獎 丙酮酸在經過丙酮酸脫氫酶系氧化 生成乙醯輔酶A acetyl CoA 後 與四碳二元羧酸草酰乙酸化合 生成檸檬酸 進入檸檬酸循環 隨後 經過一系列反應 兩個碳原子轉化爲二氧化碳 CO2 分子 檸檬酸中蘊藏的化學能轉化至還原的輔酶中 檸檬酸循環的終產物仍然是草酰乙酸 這使得該循環能源源不斷地氧化輸入循環的乙醯輔酶A 三羧酸循環概述一般情況下 檸檬酸循環產生的還原輔酶會連同糖酵解過程產生的還原輔酶一同 在氧化磷酸化過程中氧化 生成大量的ATP 1 148 一分子的乙酰輔酶A在被檸檬酸循環代謝後 可產生兩分子的CO2分子 三分子NADH 一分子FADH2 以及一分子GTP 註 1 2 340 檸檬酸循環可以代謝糖類 脂質 以及大部分氨基酸 因爲這三類物質都能轉換爲乙酰輔酶A或檸檬酸循環的中間體 從而進入檸檬酸循環之中 另外 檸檬酸循環的許多中間體可供生物體利用 當中間產物不足時 可通過添補反應對中間產物進行補充 生物體最重要的填補反應是在丙酮酸羧化酶催化下 以一分子丙酮酸和一分子二氧化碳分子爲原料 合成一分子草酰乙酸的反應 2 343 檸檬酸循環發生於線粒體基質中 但也會部分地在線粒體內膜或嵴膜上發生 1 148 149 目录 1 發現 2 進化 3 在有氧呼吸中的位置 4 概述 5 步驟 5 1 第一步 柠檬酸合酶 5 2 第二步 烏頭酸酶 5 3 第三步 异柠檬酸脱氢酶 5 4 第四步 a 酮戊二酸脱氢酶 5 5 第五步 琥珀酰輔酶A合成酶 5 6 第六步 琥珀酸脫氫酶 5 7 第七步 延胡索酸 5 8 第八步 蘋果酸脫氫酶 5 9 添補反應 5 10 總反應式 6 調控及抑制 6 1 調控 6 2 抑制 7 與其他代謝過程的關係 7 1 糖異生及轉氨基作用 7 2 脂肪酸合成 7 3 卟啉合成 8 參見 9 注釋 10 参考文献 11 外部連結發現 编辑 nbsp 汉斯 阿道夫 克雷布斯 Hans Adolf Krebs 1953年 諾貝爾生理學或醫學獎 1930年代 檸檬酸循環中的一些化學反應就已由阿爾伯特 聖捷爾吉闡明 阿爾伯特 聖捷爾吉因他對檸檬酸循環中的一個重要中間體延胡索酸的研究 而獲得1937年諾貝爾生理學或醫學獎 3 檸檬酸循環本身則是由德國生物化學家漢斯 阿道夫 克雷布斯在1937年於錫菲大學發現的 他因對檸檬酸循環的研究而獲得1953年諾貝爾生理醫學獎 4 nbsp 乙酰辅酶A的结构图 左侧的蓝色部分是乙酰基 黑色部分是辅酶A 進化 编辑構成檸檬酸循環的一些化學反應在厭氧細菌中就已出現了 檸檬酸循環本身則可能經過多次進化 5 從理論上說 檸檬酸循環並不是沒有相關的替代方案 然而 檸檬酸循環的效率卻是最高的 即使存在進化上獨立的能替代檸檬酸循環的過程 它們也應該已通過趨同演化而與檸檬酸循環融合 6 7 在有氧呼吸中的位置 编辑参见 丙酮酸氧化 糖類在細胞質基質中發生糖酵解後 生成的終產物是丙酮酸 丙酮酸通過線粒體外膜上的通道蛋白 再通過線粒體內膜上的丙酮酸轉位酶進入線粒體基質 之後 丙酮酸經丙酮酸脫氫酶複合體氧化 轉化爲可進入檸檬酸循環的乙酰輔酶A 這一過程稱爲丙酮酸氧化 2 332 檸檬酸循環發生於線粒體基質中 但也有一部分會於線粒體內膜或嵴膜上發生 原核生物的檸檬酸循環則發生於細胞質基質中 檸檬酸循環產生的還原輔酶會在氧化磷酸化過程中與氧氣反應 產生的能量會部分轉移到ATP中 8 368 概述 编辑柠檬酸循环是一个关键的代谢途径 它统一了碳水化合物 脂肪和蛋白质的代谢 nbsp L 蘋果酸 乙酰輔酶A 草酰乙酸 檸檬酸 順烏頭酸 異檸檬酸 草酰琥珀酸 a 酮戊二酸 琥珀酰輔酶A 琥珀酸 延胡索酸步驟 编辑檸檬酸循環可概括爲8大反應步驟 2 335 8 368 第一步 柠檬酸合酶 编辑 主条目 柠檬酸合酶 nbsp 柠檬酸合酶的每个单体都连接一个草酰乙酸分子 洋红色 和一个乙酰辅酶A类似物 白色 9 柠檬酸合成酶催化乙酰輔酶A Acetyl CoA 與四碳的草酰乙酸 Oxaloacetate 发生缩合反应和硫酯水解 生成檸檬酸 Citrate 通常被视为循环的第一步 其四级结构由两个亚基组成 两个底物可以与每个亚基结合 10 由于硫酯水解释放能量 反应是不可逆的 酶的活性位点激活乙酰辅酶A 使其类似于草酰乙酸的碳中心 沿着两个分子之间的键 硫酯基团 CoA 被水解 形成柠檬酸分子 11 该反应高度放能 DG 31 4 kJ mol 也因此该步骤在标准条件下不可逆 此外 酶产生的柠檬酸能够竞争性抑制酶活性 尽管该反应非常有利 因为是放能的 但柠檬酸合酶可以受到严格调节 11 例如 柠檬酸盐本身充当柠檬酸合成酶的抑制剂 而草酰乙酸 与其结合会增加其对乙酰辅酶A的亲和力 这方面具有相当大的生物学重要性 因为它可以完全调节整个克雷布斯循环 使酶成为整个循环的 起搏器 12 13 糖酵解中的磷酸果糖激酶1会被柠檬酸盐抑制 同时它会激活乙酰辅酶 A 羧化酶以进行脂肪酸合成 这一点说明了我们代谢周期的相互关联性 14 nbsp DG 31 4 kJ mol第二步 烏頭酸酶 编辑 主条目 烏頭酸酶 nbsp 乌头酸酶的结构 15 檸檬酸在烏頭酸酶 Aconitase 的催化作用下异构化通过生成乌头酸生成異檸檬酸 Isocitrate 乌头酸酶可以催化順烏頭酸的水合反应及水合产物柠檬酸 异柠檬酸的脱水反应 虽然该反应是可逆的 但在pH 7 0 25攝氏度條件下 平衡混合物中柠檬酸和异柠檬酸的比例为9 1 因爲異檸檬酸不斷消耗 在克雷布斯循环中 由于质量作用定律 反應平衡不斷右移 一旦产生了顺乌头酸 就添加水分子以将双键氧化成羟基 并通过添加水产生异柠檬酸 16 17 酶的活性位点有一个铁硫簇 可与一些极性氨基酸残基共同结合底物 丝氨酸 精氨酸 组氨酸和天冬氨酸残基确保与底物的结合 与 1R 2S 柠檬酸盐单独特异性结合 排斥与其它形式的结合 18 19 20 nbsp DG 6 3 kJ mol第三步 异柠檬酸脱氢酶 编辑 主条目 異檸檬酸脫氫酶 nbsp 大肠杆菌异柠檬酸脱氢酶的结构 21 異檸檬酸在異檸檬酸脫氫酶 英语 Isocitrate dehydrogenase Isocitrate dehydrogenase 作用下 經中間體草酰琥珀酸 Oxalosuccinate 氧化脱羧生成a 酮戊二酸 a Ketoglutarate 线粒体异柠檬酸脱氢酶是一种依赖于NAD 和Mn2 Mg2 存在的酶 在異檸檬酸轉化爲草酰琥珀酸的過程中 有一分子NAD 還原爲NADH 22 23 草酰琥珀酸具有b 酮酸的结构 与a位羧基的氧络合的二价离子的存在增加了该区域的电负性 导致分子电子重排 发生脱羧反应 即释放CO2分子 从而形成a 酮戊二酸 末端有两个羧基 和一个酮位于两个羧基之一的a位 该反应中 酶的活性要在Mg2 或Mn2 離子的輔助下才可實現 由于具有足够的放能 DG 8 4 kJ mol 能够将先前的反应从乌头酸酶向前推进 總的來說 該過程生成了一分子NADH以及一分子CO2 24 25 nbsp DG 8 4 kJ mol第四步 a 酮戊二酸脱氢酶 编辑 主条目 氧化戊二酸脱氢酶 nbsp 二氢硫辛酰胺琥珀酰转移酶的催化结构域 a 酮戊二酸脱氢酶复合物的一部分 26 异柠檬酸转化为a 酮戊二酸后 a 酮戊二酸在a 酮戊二酸脫氫酶複合體 a Ketoglutarate dehydrogenase complex 的催化作用下 进行第二次氧化脱羧反应 與輔酶A化合 生成琥珀酰輔酶A Succinyl CoA 該過程還會生成一分子CO2 以及一分子NADH 該反應的机理与丙酮酸氧化机理相似 在生理條件下同样是一個單向反應 27 两个反应都包括a 酮酸的脱羧以及随后与辅酶A生成高能硫酯键 催化这些反应的复合物彼此相似 28 a 酮戊二酸脫氫酶複合體由三種酶組成 a 酮戊二酸脫氫酶 E1 二氫硫辛酰轉琥珀酸酶 E2 二氫硫辛酰脫氫酶 E3 a 酮戊二酸脫氫酶複合體要在一些輔助因子的輔助下才能發揮功能 该反应的自由能差为DG 30 1 kJ mol 因此高度放能 28 nbsp DG 30 1 kJ mol第五步 琥珀酰輔酶A合成酶 编辑 主条目 琥珀酰輔酶A合成酶 nbsp 野猪琥珀酰辅酶A合成酶的结构 29 琥珀酰辅酶A是一种高能硫酯 其水解DG 33 5 kJ mol 与ATP的 30 5 kJ mol相似 柠檬酸合酶利用具有这种高能键的中间体来完成二碳分子 乙酰辅酶A 和四碳分子 草乙酸 之间的融合 而在琥珀酰輔酶A合成酶 Succinyl CoA synthetase 利用这种能量来磷酸化 来自硫酯的能量简单地转化为与磷酸键相连的能量 反应的第一步生成高能中间体磷酸琥珀酰 随后 催化位点中存在的组氨酸将磷酸盐从磷酸酯中去除 碳水化合物分子 生成产物琥珀酸和磷酸组氨酸分子 磷酸组氨酸分子迅速将磷酸盐转化为核苷二磷酸盐 将其 充电 为三磷酸盐 琥珀酸輔酶A轉化爲琥珀酸 Succinate 和輔酶A 生成一分子GTP 該酶有兩個版本 分別生成ATP和GTP 不同生物 或同一生物的不同組織會依對ATP和GTP需求的差異在該步使用相應版本的酶 这是循环中在底物水平上发生磷酸化 生成高能磷酸鍵的唯一步骤 接下來 琥珀酸經過三步反應 重新轉化爲草酰乙酸 nbsp DG 33 5 kJ mol第六步 琥珀酸脫氫酶 编辑 主条目 琥珀酸脫氫酶 nbsp 大肠杆菌琥珀酸脱氢酶复合物 和电子传递链复合物II 的四级结构 30 循环的最后部分是四碳分子的重新排列 直到草酰乙酸 为实现这一点 琥珀酸上存在的亚甲基桥必须转化为羰基 这种转化通过三个步骤发生 第一次氧化 水合和二次氧化 这三个步骤 除了再生草酰乙酸之外 还可以通过形成FADH2和NADH来提取更多能量 第一个氧化反应是琥珀酸在琥珀酸脫氫酶 Succinate dehydrogenase 的催化作用下 轉化爲延胡索酸 Fumarate 該過程中有一分子FAD還原爲FADH2 琥珀酸脱氢酶复合物是循环中唯一以FAD而不是NAD 作为氢受体的酶 FAD通过组氨酸残基与酶共价连接 该酶使用FAD 因为与反应相关的能量不足以还原 NAD nbsp DG 0 kJ mol第七步 延胡索酸 编辑 主条目 延胡索酸酶 nbsp 酿酒酵母延胡索酸酶的结构 31 延胡索酸經延胡索酸酶 Fumarase 催化 催化水分子中的H 和OH 基团加成到反式分子上 由于该酶只能在一侧结合 OH 轉化爲L 蘋果酸 L Malate 延胡索酶有两类 I类和II类 取决于其相关亚基的排列 对金属的需求及其热稳定性 I类延胡索酸酶在受热或辐射时能够改变状态或变得失活 对超氧阴离子敏感 依赖Fe2 是二聚体 约120 kD II类延胡索酸酶存在于原核生物和真核生物中 是 20 kD的四聚酶 包含三个不同的显着同源的氨基酸片段 并且不依赖铁且热稳定 已知原核生物具有三种不同形式的延胡索酸酶 延胡索酸酶A 延胡索酸酶B和延胡索酸酶C 后者属于II类延胡索酶 而延胡索酸酶A和延胡索酸酶B被归类为I类 32 33 nbsp DG 3 8 kJ mol第八步 蘋果酸脫氫酶 编辑 主条目 蘋果酸脫氫酶 nbsp 苹果酸脱氢酶的结构 34 L 蘋果酸在蘋果酸脫氫酶 Malate dehydrogenase 的催化作用下 轉化爲草酰乙酸 該過程生成一分子NADH 与最后一个反应相关的吉布斯自由能显然是正的 与循环中的其他反应不同 该酶的活性是由柠檬酸合酶消耗草酰乙酸和电子传递链消耗NADH 驱动 該反應平衡傾向於蘋果酸一側 但因草酰乙酸不斷消耗 反應得以持續進行 基於上述理由 該反應也是檸檬酸循環的一個重要調控位點 1 149 至此 檸檬酸循環完成 生成的草酰乙酸可再次進入檸檬酸循環 2 335 nbsp DG 29 7 kJ mol添補反應 编辑 主条目 添補反應 参见 乙醛酸循環 三羧酸循環的中間產物可能會因參與其他代謝過程而消耗 添補反應 Anaplerotic reactions 能夠補充檸檬酸循環的各中間產物 使得其物質量保持相對平衡 35 添補反應中最重要的一個是在丙酮酸羧化酶催化下 以一分子丙酮酸和一分子二氧化碳分子爲原料 合成一分子草酰乙酸的反應 而在植物體內 乙醛酸循環能起到同樣的作用 2 343 另外 乳酸可以先氧化爲丙酮酸 然後再通過羧化反應轉化爲草酰乙酸進入檸檬酸循環 1 152 總反應式 编辑 高等動物的檸檬酸循環可用下式表示 2 340 乙酰輔酶A 3 NAD FAD GDP Pi 2 H2O 輔酶A SH 3 NADH 3 H FADH2 GTP 2 CO2 每一輪檸檬酸循環中 生成三分子NADH 一分子FADH2 一分子GTP 兩個碳原子以CO2的形式離開循環 完整的三羧酸循環進行一輪 草酰乙酸的分子數目不會發生變化 因此 從淨反應的意義上講 可以認爲草酰乙酸起了催化劑的作用 1 148 兩個碳原子以CO2的形式離開循環 二氧化碳分子數與乙酰輔酶A帶入的碳原子數相同 使整個循環的碳原子數守恆 但值得注意的是 這兩個碳原子不一定就是構成乙酰輔酶A的乙酰基的那兩個碳原子 1 149 檸檬酸循環生成的NADH FADH2中蘊藏的化學能會在接下來的氧化磷酸化中轉化至ATP分子中 1 148 調控及抑制 编辑調控 编辑 多種途徑均可調控檸檬酸循環的進行 總的來說 當細胞供能充足時 ATP NADH 乙酰輔酶A等物質濃度升高 檸檬酸循環速度較慢 而當細胞供能處於不足狀態時 ADP濃度高 ATP NADH濃度低 檸檬酸循環的速度會加快 保證能爲生物體提供適量的ATP以及還原輔酶 8 370 首先 因爲檸檬酸循環是呼吸作用的一個環節 對下游的電子傳遞鏈 氧化磷酸化進行調控即可對檸檬酸循環起到調控作用 對檸檬酸循環上游的丙酮酸氧化進行調控也可以起調控檸檬酸活性的作用 另外 也可以通過調控檸檬酸循環中的酶的活性起調控檸檬酸循環的作用 從化學原理上講 對能進行得較徹底的反應進行調控效果較好 因此 丙酮酸脫氫酶 檸檬酸合成酶 異檸檬酸脫氫酶 a 酮戊二酸脫氫酶是較好的調控位點 對檸檬酸循環的調控通常來說與細胞的狀態有密切關係 比如 脫氫酶需要鈣離子的激活 而肌肉收縮時 胞內的鈣離子濃度會升高 這也正是需能較高的時候 此外 一些酶也能直接和ATP ADP 或NADH NAD 反應 並發生活性變化 比如異檸檬酸脫氫酶能經由ADP活化 也可透過ATP NADH來抑制 蘋果酸脫氫酶的活性受NAD NADH比值的影響 此外 檸檬酸循環的中間體的濃度也可以對檸檬酸循環的活性起到調控作用 比如 草酰乙酸可以抑制琥珀酰脫氫酶的活性 不過 這類調控在體內到底發揮多大的作用 目前還未得到充分研究 1 153 2 342 抑制 编辑 部分物質可以通過化學作用抑制檸檬酸循環的進行 其中 以下三種物質研究得較透徹 氟乙酸 亞砷酸 丙二酸 1 151 其中 氟乙酸通過生成氟乙酰輔酶A 再生成氟代乙酰辅酶A进而生成氟檸檬酸 氟檸檬酸能抑制烏頭酸酶的活性 使得檸檬酸循環無法繼續進行 利用這一原理 可以用氟乙酸製造殺蟲劑或滅鼠藥 2 337亞砷酸能抑制a 酮戊二酸脫氫酶複合體的酶活性 1 149 丙二酸與琥珀酸脫氫酶的底物琥珀酸結構相似 能通過與該酶發生不可逆結合使其失活 2 339 此外 该途径关键的限速酶柠檬酸合酶受ATP NADH 琥珀酰CoA的抑制 异柠檬酸脱氢酶受ATP的抑制 a 酮戊二酸脱氢酶系受ATP和琥珀酰CoA的抑制 與其他代謝過程的關係 编辑檸檬酸循環與包括脂肪酸合成 糖異生 轉氨基作用 嘌呤和嘧啶的合成等在內的多種生物體內的代謝過程密切相關 8 371 糖異生及轉氨基作用 编辑 主条目 糖質新生和轉氨基作用 在人的肝 腎中 檸檬酸循環中的草酰乙酸可通過糖質新生作用轉化爲葡萄糖 在糖質新生作用中 最關鍵的酶是磷酸丙酮酸羧基激酶 它可以使草酰乙酸脫羧 生成磷酸丙酮酸 GTP分子爲該反應提供能量 值得注意的是 琥珀酰輔酶A轉化爲琥珀酸過程中生成的GTP分子可用於上述過程 是一個糖異生與檸檬酸循環聯繫的紐帶 1 150 檸檬酸循環的一些中間體可通過轉氨基作用 經過一系列反應轉化爲氨基酸 比如 a 酮戊二酸可以轉化爲穀氨酸 草酰乙酸可以轉化爲天冬氨酸 上述過程是可逆的 即氨基酸也可以通過脫氨基作用轉化爲檸檬酸循環的中間體而進入檸檬酸循環分解代謝 不過 氨基酸通過上述途徑分解代謝產生的能量很少 一般情況下 只佔生物體總產能的1 不到 2 438 脂肪酸合成 编辑 主条目 脂肪酸合成 在非反芻動物體內 細胞質基質中發生的長鏈脂肪酸合成以乙酰輔酶A爲主要原料 但丙酮酸氧化生成的乙酰輔酶A卻位於線粒體基質內 且乙酰輔酶A是無法穿過線粒體膜的 不過 在烏頭酸酶與底物的結合處於飽和狀態的條件下 線粒體基質中的檸檬酸可轉運到細胞質基質中 細胞質基質中的ATP 檸檬酸裂解酶可將檸檬酸裂解爲乙酰輔酶A以及草酰乙酸 後者即可用於脂肪酸合成過程 這樣的機制也能保證只有當檸檬酸循環的強度達到一定強度的條件下 檸檬酸才可以用於脂肪酸合成 1 153 另外 輸入線粒體的脂肪酸 脂肪的消化產物 也能通過轉化爲乙酰輔酶A進入循環 36 448 卟啉合成 编辑 另外 琥珀酰輔酶A亦是卟啉環合成的重要中間體 卟啉中大部分的碳原子都來自琥珀酰輔酶A 卟啉是血紅素蛋白 英语 Hemeprotein 包括血紅蛋白 肌紅蛋白和細胞色素等 的重要組成成分 8 371 37 參見 编辑乙醛酸循环 糖解作用 氧化磷酸化 轉氨基作用 糖質新生注釋 编辑 部分生物組織在這一步產生的是ATP 而不是GTP 参考文献 编辑 1 00 1 01 1 02 1 03 1 04 1 05 1 06 1 07 1 08 1 09 1 10 1 11 Robert K Murray et al Haper s Illustrated Biochemistry 哈珀生物化學 導讀本 科學出版社 2010 ISBN 978 7 03 028539 3 引文格式1维护 显式使用等标签 link 2 00 2 01 2 02 2 03 2 04 2 05 2 06 2 07 2 08 2 09 2 10 王鏡岩 朱聖庚 徐長法 生物化學教程 高等教育出版社 2008 ISBN 978 7 04 018363 4 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1937 The Nobel Foundation 2011 10 26 原始内容存档于2007 02 19 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1953 The Nobel Foundation 2011 10 26 原始内容存档于2007 02 22 Gest H Evolutionary roots of the citric acid cycle in prokaryotes Biochem Soc Symp 1987 54 3 16 PMID 3332996 Melendez Hevia E Waddell TG Cascante M The puzzle of the Krebs citric acid cycle assembling the pieces of chemically feasible reactions and opportunism in the design of metabolic pathways during evolution J Mol Evol September 1996 43 3 293 303 PMID 8703096 doi 10 1007 BF02338838 Ebenhoh O Heinrich R Evolutionary optimization of metabolic pathways Theoretical reconstruction of the stoichiometry of ATP and NADH producing systems Bull Math Biol January 2001 63 1 21 55 PMID 11146883 doi 10 1006 bulm 2000 0197 8 0 8 1 8 2 8 3 8 4 David Hames Nigel Hooper Instant Notes in Biochemistry 3rd edition 精要速覽系列 生物化學 科學出版社 2005 ISBN 978 7 03 025218 0 英语 Template Cita pubblicazione Wiegand Georg Remington Stephen J CITRATE SYNTHASE Structure Control and Mechanism Annual Review of Biophysics and Biophysical Chemistry 1986 06 15 1 ISSN 0883 9182 doi 10 1146 annurev bb 15 060186 000525 英语 11 0 11 1 Condon R Erasmus Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R Friesen Padova Piccin Nuova Libraria 2001 164 pages Journal of Gastrointestinal Surgery 2002 08 6 4 ISSN 1091 255X doi 10 1016 s1091 255x 02 00020 3 Wiegand Georg Remington Stephen J CITRATE SYNTHASE Structure Control and Mechanism Annual Review of Biophysics and Biophysical Chemistry 1986 06 15 1 ISSN 0883 9182 doi 10 1146 annurev bb 15 060186 000525 英语 MacDonald Michael J Al Masri Hussam Jumelle Laclau Muriel Cruz Meredith O Oscillations in Activities of Enzymes in Pancreatic Islet Subcellular Fractions Induced by Physiological Concentrations of Effectors Diabetes 1997 12 01 46 12 ISSN 0012 1797 doi 10 2337 diab 46 12 1996 Bordoni Bruno Simonelli Marta Morabito Bruno The Fascial Breath Cureus 2019 07 23 ISSN 2168 8184 doi 10 7759 cureus 5208 Lauble Hanspeter Stout Charles David Steric and conformational features of the aconitase mechanism Proteins Structure Function and Bioinformatics 1995 05 22 1 ISSN 0887 3585 doi 10 1002 prot 340220102 英语 Olsen Luke Hassan Huzaifa Xia Fanning Keaton Sarah Rohner Nicolas Cavefish mount a rapid and sustained regenerative response following skeletal muscle injury Zoological Research 2023 44 4 ISSN 2095 8137 doi 10 24272 j issn 2095 8137 2022 486 M DE PANFILIS L MARCELLI Il periodo sismico della Sicilia occidentale iniziato il 14 Gennaio 1968 Annals of Geophysics 2011 05 09 21 4 ISSN 2037 416X doi 10 4401 ag 5072 Condon R Erasmus Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R Friesen Padova Piccin Nuova Libraria 2001 164 pages Journal of Gastrointestinal Surgery 2002 08 6 4 ISSN 1091 255X doi 10 1016 s1091 255x 02 00020 3 Robbins A H Stout C D The structure of aconitase Proteins Structure Function and Bioinformatics 1989 01 5 4 ISSN 0887 3585 doi 10 1002 prot 340050406 英语 Beinert Helmut Kennedy Mary Claire Aconitase a two faced protein enzyme and iron regulatory factor The FASEB Journal 1993 12 7 15 ISSN 0892 6638 doi 10 1096 fasebj 7 15 8262329 Stoddard B L Mesecar A Koshland Junior D E ORBITAL STEERING IN THE CATALYTIC POWER OF ENZYMES SMALL STRUCTURAL CHANGES WITH LARGE CATALYTIC CONSEQUENCES dx doi org 1997 11 12 2024 01 21 Schowen Richard L Principles of biochemistry 2nd ed Lehninger Albert L Nelson David L Cox Michael M Journal of Chemical Education 1993 08 70 8 ISSN 0021 9584 doi 10 1021 ed070pa223 1 Yasutake Yoshiaki Watanabe Seiya Yao Min Takada Yasuhiro Fukunaga Noriyuki Tanaka Isao Crystal Structure of the Monomeric Isocitrate Dehydrogenase in the Presence of NADP Journal of Biological Chemistry 2003 09 278 38 doi 10 1074 jbc M304091200 英语 Carlo di Giuliano di Filippo Benezit Dictionary of Artists Oxford University Press http dx doi org 10 1093 benz 9780199773787 article b00032269 2011 10 31 缺少或 title 为空 帮助 Condon R Erasmus Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R Friesen Padova Piccin Nuova Libraria 2001 164 pages Journal of Gastrointestinal Surgery 2002 08 6 4 ISSN 1091 255X doi 10 1016 s1091 255x 02 00020 3 Knapp James E Carroll Donald Lawson Janet E Ernst Stephen R Reed Lester J Hackert Marvin L Expression purification and structural analysis of the trimeric form of the catalytic domain of the Escherichia coli dihydrolipoamide succinyltransferase Protein Science 2000 01 9 1 ISSN 0961 8368 PMC 2144448 nbsp PMID 10739245 doi 10 1110 ps 9 1 37 英语 Condon R Erasmus Paradigm of Renaissance Humanism Stanley R Friesen Padova Piccin Nuova Libraria 2001 164 pages Journal of Gastrointestinal Surgery 2002 08 6 4 ISSN 1091 255X doi 10 1016 s1091 255x 02 00020 3 28 0 28 1 Voet Judith G Voet Donald Editorial Biochemical Education 2000 05 28 3 ISSN 0307 4412 doi 10 1111 j 1539 3429 2000 tb00041 x Fraser Marie E James Michael N G Bridger William A Wolodko William T Phosphorylated and dephosphorylated structures of pig heart GTP specific succinyl CoA synthetase Journal of Molecular Biology 2000 06 299 5 doi 10 1006 jmbi 2000 3807 英语 Oyedotun Kayode S Lemire Bernard D The Quaternary Structure of the Saccharomyces cerevisiae Succinate Dehydrogenase Journal of Biological Chemistry 2004 03 279 10 doi 10 1074 jbc M311876200 英语 Estevez Marcel Skarda Jeremy Spencer Josh Banaszak Leonard Weaver Todd M X ray crystallographic and kinetic correlation of a clinically observed human fumarase mutation Protein Science 2002 06 11 6 ISSN 0961 8368 PMC 2373640 nbsp PMID 12021453 doi 10 1110 ps 0201502 英语 Lynch AM Morton CC FH fumarate hydratase Atlas of Genetics and Cytogenetics in Oncology and Haematology 2011 02 4 ISSN 1768 3262 doi 10 4267 2042 38351 Estevez Marcel Skarda Jeremy Spencer Josh Banaszak Leonard Weaver Todd M X ray crystallographic and kinetic correlation of a clinically observed human fumarase mutation Protein Science 2002 06 11 6 ISSN 0961 8368 PMC 2373640 nbsp PMID 12021453 doi 10 1110 ps 0201502 英语 Nishiyama M Birktoft J J Beppu T Alteration of coenzyme specificity of malate dehydrogenase from Thermus flavus by site directed mutagenesis Journal of Biological Chemistry 1993 03 268 7 ISSN 0021 9258 doi 10 1016 s0021 9258 18 53446 3 Owen O Kalhan S Hanson R The key role of anaplerosis and cataplerosis for citric acid cycle function J Biol Chem 2002 277 34 30409 12 2016 08 05 PMID 12087111 doi 10 1074 jbc R200006200 原始内容存档于2008 11 06 B Alberts等著 丁小燕 陳躍磊等譯 細胞生物學精要 Essential Cell Biology 第三版 中譯本 科學出版社 2012 ISBN 978 7 03 033015 4 Stryer Lubert Citric acid cycle In Biochemistry Fourth New York W H Freeman and Company 1995 509 527 569 579 614 616 638 641 732 735 739 748 770 7731995 ISBN 0 7167 2009 4 外部連結 编辑檸檬酸循環 citric acid cycle TCA cycle 页面存档备份 存于互联网档案馆 三羧酸循環 英文 取自 https zh wikipedia org w index php title 三羧酸循环 amp oldid 80775050, 维基百科，wiki，书籍，书籍，图书馆，

文章

，阅读，下载，免费，免费下载，mp3，视频，mp4，3gp， jpg，jpeg，gif，png，图片，音乐，歌曲，电影，书籍，游戏，游戏。