檸檬酸循環:又稱三羧酸循環(TCA)和三羧酸循環。這是壹個用於乙酰輔酶a中的乙酰基氧化成CO2的酶促反應的循環系統。這個循環的第壹步是由乙酰輔酶a通過草酰乙酸縮合形成檸檬酸。
乙酰輔酶a進入由壹系列反應組成的循環系統，被氧化生成h2o和co2。因為這種循環反應是從乙酰輔酶a與草酰乙酸縮合生成含有三個羧基的檸檬酸開始的，所以稱為三羧酸循環或檸檬酸循環。在三羧酸循環中，檸檬酸合酶催化的反應是關鍵步驟，草酰乙酸的供應有利於循環的順利進行。具體流程如下:
(1)乙酰輔酶a進入三羧酸循環？
乙酰輔酶a有硫酯鍵，乙酰基有足夠的能量與草酰乙酸的羧基進行羥醛縮合。首先從ch3co基團上脫去壹個h+，生成的陰離子對草酰乙酸的羰基碳進行親核攻擊，生成中間體檸檬酰輔酶a，然後通過高能硫酯鍵水解釋放出遊離的檸檬酸，使反應不可逆地向右進行。該反應由檸檬酸合成酶催化，是壹個強能量釋放反應。
草酰乙酸和乙酰輔酶a合成檸檬酸是三羧酸循環的重要調節點。檸檬酸合酶是壹種變構酶，atp是檸檬酸合酶的變構抑制劑。此外，α-酮戊二酸和nadh能別構抑制其活性，長鏈脂肪酰輔酶a也能抑制其活性。amp可以對抗atp的抑制並激活它。？
(2)異檸檬酸的形成？
檸檬酸的叔醇基團不易被氧化，但轉化為異檸檬酸和叔醇轉化為仲醇時容易被氧化。該反應是順烏頭酸酶催化的可逆反應。
(3)壹次氧化脫酸？
在異檸檬酸脫氫酶的作用下，異檸檬酸的仲醇被氧化成羰基，生成草酰琥珀酸的中間產物，在同壹酶面上快速脫羧生成α-酮戊二酸(α？酮戊二酸)、nadh和co2。這個反應是β-氧化脫羧反應，需要mn2+作為活化劑。？
該反應是不可逆的，並且是三羧酸循環中的限速步驟。adp是異檸檬酸脫氫酶的激活劑，而atp和nadh是該酶的抑制劑。？
(4)二次氧化脫羧？
在α-酮戊二酸脫氫酶系統的作用下，α-酮戊二酸發生氧化脫羧反應，生成琥珀酰輔酶a、nadh+h+和co2。反應過程與丙酮酸脫氫酶系催化完全相似，屬於α？氧化脫羧，氧化產生的部分能量儲存在琥珀酰輔酶a的高能硫酯鍵中。？
α-酮戊二酸脫氫酶系統也由三種酶(α-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀酰轉移酶和二氫硫辛酸脫氫酶)和五種輔酶(tpp、硫辛酸、hscoa、nad+和fad)組成。？
這個反應也是不可逆的。α-酮戊二酸脫氫酶復合物受atp、gtp、naph和琥珀酰輔酶a抑制，但不受磷酸化/去磷酸化調節。？
(5)底物磷酸化產生atp？
在琥珀酸脫氫酶的作用下，琥珀酰輔酶a的硫酯鍵水解，釋放的自由能用於合成gtp。在細菌和高等生物中，atp可以直接生成。在哺乳動物中，生成gtp，然後生成atp。此時琥珀酰輔酶a生成琥珀酸和輔酶a？
(6)丁二酸脫氫？
琥珀酸脫氫酶催化琥珀酸氧化為富馬酸。這種酶與線粒體內膜結合，而三羧酸循環的其他酶存在於線粒體基質中。這種酶包含壹個鐵硫中心和壹個價結合fad。來自琥珀酸的電子經過fad和鐵硫中心，然後進入電子傳遞鏈到o2。丙二酸是琥珀酸的類似物，也是琥珀酸脫氫酶的強有力的競爭性抑制劑，因此可以阻斷三羧酸循環。？
(7)富馬酸的水合作用？
富馬酸酶只作用於富馬酸的反式雙鍵，對馬來酸沒有催化作用，因此具有高度的立體專壹性。？
(8)草酰乙酸再生？
在蘋果酸脫氫酶的作用下，蘋果酸的仲醇基脫氫氧化成羰基，生成草酰乙酸。nad+是脫氫酶的輔酶，它接受氫變成nadh+h+(圖4-5)。？
三羧酸循環概述:
乙酰基
coa+3nadh++fad+gdp+pi+2h2o？—→2 CO2+3 NADH+fad H2+GTP+3h ++ coash？
①循環中有兩個脫羧反應(反應3和反應4)，兩者同時有脫氫作用，但作用機理不同。β?氧化脫羧，輔酶是nad+，它們先將底物脫氫生成草酰乙酸，然後在mn2+或mg2+的配合下脫羧生成α-酮戊二酸。
α-酮戊二酸脫氫酶系催化的α？氧化脫羧反應與丙酮酸脫氫酶系統促進的反應基本相同。？
需要指出的是，脫羧生成co2是體內co2生成的普遍規律，因此可以看出體內co2生成的過程與體外完全不同。？
(2)三羧酸循環四次脫氫，其中三對氫原子以nad+為受體，壹對以fad為受體，分別還原為nadh+h+和fadh2。它們通過線粒體氫轉移系統進行轉移，最後與氧氣結合生成水。在這個過程中，釋放的能量使adp和pi結合生成atp。其中nadh+h+參與氫轉移系統，每2h氧化成壹分子h2o生成三分子atp，而fadh2參與氫轉移系統生成兩分子atp。另外，壹旦底物在三羧酸循環中磷酸化生成壹分子atp，那麽，壹分子ch2co？Scoa參與三羧酸循環，直到循環結束* * *生成12分子atp。？
③乙酰輔酶a中的乙酰碳原子進入循環，與四碳受體分子草酰乙酸縮合生成六碳檸檬酸。在三羧酸循環中，有二次脫羧生成兩分子CO2，與二羰基乙酰基進入循環的碳原子數相等。然而，CO2損失的碳不是來自乙酰基的兩個碳原子，而是來自草酰乙酸。
④理論上三羧酸循環的中間產物可以不消耗而循環利用，但由於循環中的某些成分也可以參與其他物質的合成，而其他物質也可以通過各種途徑生成中間產物，所以說三羧酸循環的成分是不斷更新的。？
比如草酰乙酸-→天冬氨酸
α-酮戊二酸——谷氨酸
草酰乙酸→丙酮酸→丙氨酸
其中，丙酮酸羧化酶催化生成草酰乙酸的反應最為重要。？
因為草酰乙酸的含量直接影響循環的速度，所以不斷補充草酰乙酸是使三羧酸循環順利進行的關鍵。？
三羧酸循環中產生的蘋果酸和草酰乙酸也可以脫羧生成丙酮酸，然後參與許多其他物質的合成或進壹步氧化。？
(二)糖有氧氧化的生理意義
1.三羧酸循環是機體獲取能量的主要途徑。1分子葡萄糖厭氧發酵後僅產生2分子atp，而好氧氧化可產生38個atp，其中24個atp由三羧酸循環產生。在正常生理條件下，許多組織和細胞從糖的有氧氧化中獲得能量。糖的有氧氧化不僅能量釋放效率高，而且逐漸釋放能量並儲存在atp分子中，因此能量的利用率也高。？
2.三羧酸循環是壹種* * *共代謝途徑，用於體內糖、脂肪和蛋白質的完全氧化。乙酰輔酶a是三羧酸循環的啟動者，它不僅是糖的氧化分解產物，也是蛋白質中甘油、脂肪酸和壹些氨基酸的代謝產物。因此，三羧酸循環實際上是體內三種主要有機物質氧化和供能的* *共途徑。據估計，人體內三分之二的有機物是通過三羧酸循環分解的。？
3.三羧酸循環是體內三種主要有機物質的聯合機制。因為糖和甘油在體內代謝，可產生三羧酸循環的中間產物，如α-酮戊二酸和草酰乙酸，可轉化為某些氨基酸；但有些氨基酸可以通過不同的途徑轉化為α-酮戊二酸和草酰乙酸，再通過糖異生作用轉化為糖或甘油。因此，三羧酸循環不僅是三種主要有機物分解代謝的最終* * *相同方式，也是它們相互轉化的聯系機制。？
(3)糖有氧氧化的調節？
如上所述，糖的有氧氧化分為兩個階段。在第壹階段，糖酵解途徑的調節已在糖酵解中討論過。第二階段主要討論丙酸氧化脫羧成乙酰輔酶a進入三羧酸循環的壹系列反應的調控。丙酮酸脫氫酶復合物、檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶復合物是這壹過程的限速酶。？
丙酮酸脫氫酶復合物受變構調節和化學修飾的調節，酶復合物被其催化產物atp、乙酰輔酶a和nadh強烈抑制。長鏈脂肪酸可以增強這種變構抑制作用。當進入三羧酸循環的乙酰輔酶a減少，而amp、coa和nad+積累時，酶復合物被變構調節激活。除了上述變構調節，脊椎動物還有第二個層次的調節，即酶蛋白的化學修飾。Pdh包含兩個亞單位。壹個亞基上特定絲氨酸殘基磷酸化後，酶活性被抑制，去磷酸化活性恢復。磷酸化-去磷酸化是由特定的磷酸激酶和磷酸蛋白磷酸酶催化的，它們實際上是丙酮酸酶復合物的成分，即激酶是由atp激活的。當atp高時，pdh被磷酸化並被激活。當atp濃度降低時，激酶被激活。？
檸檬酸合酶、異檸檬酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶在三羧酸循環中的調節主要是通過產物的反饋抑制來實現的，三羧酸循環是生物體生產力的主要途徑。因此，atp/adp與nadh/nad+的比值是主要的調節因素。atp/adp比值的增加抑制了檸檬酸合成酶和異亮氨酸脫氫酶的活性，而atp/adp比值的降低可以激活上述兩種酶。nadh/nad+比值的增加抑制了檸檬酸合成酶和α-酮戊二酸脫氫酶的活性。除atp/adp和nadh/nad+外，其他代謝物也影響酶的活性，如檸檬酸抑制檸檬酸合成酶的活性，琥珀酰輔酶a抑制α-酮戊二酸脫氫酶的活性。總之，組織中的代謝產物決定了循環反應的速度，從而調節atp和nadh的濃度，保證機體的能量供應。