TAC循环

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柠檬酸循环·

由人手生成

概念·

有氧条件下，PA 有氧分解，形成 CO2 和 H2O
此途径：1.柠檬酸循环 2.氧化磷酸化

  • 方程：
    • $ \ce{ G ->[ 氧化脱羧 ] PA -> 乙酰CoA ->[ 氧化脱羧 ] CO_2, H_2O, 能量 } $
  • 地点：
    • 线粒体基质

意义·

  • TAC之速度

    • 取决于 细胞 对 ATP 的需求
    • 取决于 细胞 对 中间产物 的需求

  • 两用代谢途径

    • 是 糖、脂肪、氨基酸 氧化所经 共同途径
    • 其 中间产物 是众多 生物合成 的前体
    • 和 EMP 共同构成 糖的有氧代谢途径 并供能

EMP与TAC间的连接·

PA -> Ac-CoA 的不可逆过程 是连接EMP与TAC 的纽带。是由 PA脱氢酶系E 催化的 四步8反应

  • （E1）丙酮酸 脱氢酶组分
  • （E2）二氢硫辛酰 转乙酰基酶
  • （E3）二氢硫辛酸 脱氢酶

  1. PA在 丙酮酸 脱氢酶组分 的作用下 与TPP 反应为 羟乙基TPP | CO2
    HydroxyethylTPP
    E1被磷酸化修饰后即失活
    受E2上结合的 激酶和 磷酸酶的作用（激活剂：钙离子）

  2. 羟乙基TPP在 二氢硫辛酰 转乙酰基酶 的作用下 与硫辛酸 反应为 乙酰二氢硫辛酰胺 | TPP
    Ac-dihydrolipoamide_TPP
    E2被Ac-CoA抑制，CoA解除抑制

  3. 乙酰二氢硫辛酰胺在 二氢硫辛酰 转乙酰基酶 的作用下 与CoA 反应为 Ac-CoA | 二氢硫辛酰胺
    Ac-CoA_DHL

  4. 二氢硫辛酰胺在 二氢硫辛酸 脱氢酶 的作用下 与FAD 反应为 硫辛酸 | FADH2
    LA
    砷化物作用于二氢硫辛酰胺
    E3被NADH抑制，NAD+解除抑制

  5. FADH2 与FADH+ 反应为 FAD | NADH
    FAD


以上反应受严格调控

  • 产物抑制
  • 磷酸化 和 去磷酸化

TAC的反应过程·

  1. 乙酰CoA在 柠檬酸合酶 的作用下与 草酰乙酸 | H2O 反应为 HSCoA | 柠檬酸
    CA
    受 ATP NADH 琥珀酸CoA 酯酰CoA 调控

  2. 柠檬酸 可脱去H2O 形成 顺乌头酸 可结合H2O 形成异柠檬酸
    AA--LCA
    平衡时 90：4：6

  3. 异柠檬酸在 异柠檬酸脱氢酶 的作用下 与NAD+ | NADP+ 反应为 草酰琥珀酸 | NADPH | NADH | 2H+
    OsA
    在细菌中，其由 异柠檬酸裂解酶 作用为 琥珀酸 | 乙醛酸

  4. 草酰琥珀酸在 异柠檬酸脱氢酶 的作用下 与H+ 反应为 a-KG | CO2
    a-KG
    激活剂：ADP，Mg2+，NAD+，异柠檬酸

  5. a-KG在 a-KG脱氢酶复合体 的作用下 与NAD+ | HSCoA 反应为 琥珀酰CoA | NADH + H+ | CO2
    SACoA
    受NADH，琥珀酸CoA，高能电荷 抑制
    受Ca2+ 激活

  6. 琥珀酰CoA在 琥珀酸CoA合成酶 的作用下 与GDP | Pi 反应为 琥珀酸 | GTP | HSCoA
    SA

  7. 琥珀酸在 琥珀酸脱氢酶 的作用下 与FAD 反应为 延胡索酸 | FADH2
    FA
    琥珀酸脱氢酶 含FAD，也含3种铁硫聚簇
    琥珀酸脱氢酶 是 TAC唯一嵌在Mit内膜 的酶
    竞争抑制剂：丙二酸
    TAC 3nd氧化反应

  8. 延胡索酸在 延胡索酸酶 的作用下 与H2O 反应为 苹果酸
    MA

  9. 苹果酸在 苹果酸脱氢酶 的作用下 与NAD+ 反应为 草酰乙酸 | NADH + H+
    OaA

总反应与回补机制·

总反应·

  • 方程
    • $ \ce{ Ac-*CoA + 3NAD^+ + FAD + GDP + Pi + 2H_2O -> 2CO_2 + 3NADH + FADH_2 + GTP + CoA + 2H^+ } $
  • 特点
    • 单向
    • 不需要氧，但是离开氧化磷酸化无法进行
    • Ac-CoA 上的 2C 加入TAC，由 脱羧作用 产生 2CO2
    • 共4步氧化反应，产生 3NADH + H+ / 1FADH2 / GTP
    • 经呼吸链 3NADH -> 7.5ATP， 1FADH2 -> 1.5ATP， 9ATP + 1GTP = 10ATP
    • 到此处，1G 产出 12.5 * 2 + 7 = 32ATP

回补机制·

  • 回补

    • 丙酮酸 羧化
    • PEP 羧化
    • 苹果酸 脱氢
    • 氨基酸 形成

  • 中间产物可作他用

    • a-KG -> Glu
    • Ac-CoA -> 卟啉环
    • 草酰乙酸 -> 天冬氨酸

考点总结及名词解释·

有待补充

本章名词·

乙醛酸循环｜glyoxylate cycle　⭐真题

乙醛酸循环是植物和某些微生物中与柠檬酸循环相关联的合成代谢途径，其总反应为2分子乙酰辅酶A经氧化生成琥珀酸，并产生NADH和辅酶A。该循环绕过了柠檬酸循环中两步脱羧反应，关键酶包括异柠檬酸裂解酶和苹果酸合酶，使得乙酰辅酶A的碳原子净合成四碳二羧酸。乙醛酸循环在植物种子萌发中尤为重要，可将储存的脂类（三酰甘油）经乙酰辅酶A转化为琥珀酸，进而通过糖异生合成葡萄糖。该途径在植物细胞的线粒体和特化的过氧化物酶体——乙醛酸循环体中进行。

柠檬酸循环｜citric acid cycle

柠檬酸循环，也称Krebs循环，是由Hans Krebs揭示的、在有氧条件下将乙酰辅酶A彻底氧化分解为CO2和H2O的循环代谢途径，发生于真核细胞线粒体基质或原核细胞质中。循环从草酰乙酸与乙酰辅酶A缩合形成柠檬酸开始，经过一系列氧化脱羧反应再生草酰乙酸，同时产生NADH、FADH2和GTP/ATP。其运转依赖于电子传递链再生NAD+和FAD，并受ATP、NADH反馈抑制以及ADP、Ca2+激活的精细调控，是糖、脂肪、氨基酸分解代谢的共同核心途径，并可为生物合成提供前体。

乙醛酸途径｜glyoxylate pathway

乙醛酸途径是存在于植物及微生物中的一种与柠檬酸循环相关联的合成代谢途径，以乙酰辅酶A为底物生成苹果酸，总反应为2乙酰辅酶A + NAD+ + 2H2O→琥珀酸 + 2CoASH + NADH + H+。关键步骤是异柠檬酸在异柠檬酸裂解酶催化下裂解为琥珀酸和乙醛酸，乙醛酸再与另一分子乙酰辅酶A缩合形成苹果酸；该途径在特化的过氧化物酶体——乙醛酸循环体中进行。它在萌发种子中尤为重要，可将储存的脂肪（三酰甘油）经乙酰辅酶A转变为琥珀酸，进而通过柠檬酸循环和糖异生作用转化为葡萄糖，为生长发育提供碳源。

α-酮戊二酸脱氢酶复合体｜α-ketoglutarate dehydrogenase complex

α-酮戊二酸脱氢酶复合体是柠檬酸循环中的多酶复合体，催化α-酮戊二酸氧化脱羧生成琥珀酰辅酶A、CO₂和NADH。该复合体由α-酮戊二酸脱氢酶（E₁）、二氢硫辛酰转琥珀酰酶（E₂）和二氢硫辛酰脱氢酶（E₃）组成，与丙酮酸脱氢酶复合体结构相似，需TPP、硫辛酸、辅酶A、FAD、NAD⁺等辅因子。其E₃与丙酮酸脱氢酶复合体的E₃完全相同，E₁氨基酸序列不同导致底物专一性差异。该酶活性受产物琥珀酰辅酶A反馈抑制，并被Ca²⁺激活。

α-异丙基苹果酸合酶｜α-isopropylmalate synthase

α-异丙基苹果酸合酶（α-isopropylmalate synthase）是亮氨酸生物合成途径中的关键酶，催化α-酮异戊酸与乙酰辅酶A缩合形成α-异丙基苹果酸。该反应是亮氨酸合成从α-酮异戊酸起始的分支步骤，为后续异构化和脱氢等反应提供底物。

β-酮酸的氧化脱羧反应｜oxidative decarboxylation of β-keto acids

β-酮酸的氧化脱羧反应是一类由异柠檬酸脱氢酶或脂肪酸合酶催化的代谢反应。反应中，β-酮酸（或先形成β-酮酸中间体）在氧化条件下脱去羧基，例如在柠檬酸循环中，异柠檬酸先氧化为草酰琥珀酸（β-酮酸中间体），随后脱羧生成α-酮戊二酸并释放CO₂，同时NAD⁺还原为NADH。该过程需要Mn²⁺或Mg²⁺等辅助因子，是生物氧化和碳骨架缩短的重要方式。

丙酮酸脱氢酶复合体｜pyruvate dehydrogenase complex

丙酮酸脱氢酶复合体是由丙酮酸脱氢酶（E1）、二氢硫辛酰转乙酰酶（E2）和二氢硫辛酰脱氢酶（E3）三种酶组成的多酶复合体，需焦磷酸硫胺素、硫辛酸、辅酶A、FAD和NAD+五种辅因子。它催化丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A，是糖酵解产物进入柠檬酸循环的关键步骤。反应中，E1以TPP为辅基催化丙酮酸脱羧形成羟乙基-TPP，随后羟乙基转移至E2的硫辛酰胺辅基，被氧化为乙酰基并还原硫辛酰胺；最后由E2将乙酰基转移至辅酶A，形成乙酰辅酶A。

Cavlin循环｜Calvin cycle

Calvin循环(Calvin cycle)是光合作用中固定CO₂并将其转化为糖类等有机物的循环代谢途径，由M. Calvin、A. Benson和J. A. Bassham于20世纪50年代初阐明，因此也称为Calvin-Benson循环或光合碳还原循环。该循环在叶绿体中进行，通过一系列酶促反应将CO₂同化为简单的还原性有机化合物，途径中的关键中间物不断再生以保证循环持续运转。

高柠檬酸合酶｜homocitrate synthase

高柠檬酸合酶是催化α-酮戊二酸与乙酰辅酶A缩合形成高柠檬酸的酶，参与微生物和植物的L-赖氨酸生物合成途径，是该途径的第一个关键酶。

琥珀酸脱氢酶｜succinate dehydrogenase

琥珀酸脱氢酶是柠檬酸循环中催化琥珀酸脱氢生成延胡索酸的酶。它是柠檬酸循环中唯一与膜结合的不溶性酶，在真核细胞中定位于线粒体内膜，在原核细胞中与细胞质膜结合，属于电子传递呼吸链的复合物Ⅱ。该酶含有一分子共价连接的FAD辅基和三个铁硫中心，负责将琥珀酸的电子引入呼吸链。丙二酸是其竞争性抑制剂，因其结构与底物琥珀酸类似，可结合酶但不被催化。

可立氏循环｜Cori cycle

可立氏循环是肌肉在激烈运动时糖酵解产生的乳酸，经血液运至肝，在肝中通过糖异生作用重新转变为葡萄糖的循环过程。该循环实现了乳酸的再利用，连接了肌肉和肝的代谢，对维持血糖稳定和能量平衡有重要意义。

柠檬酸合酶｜citrate synthase

柠檬酸合酶是柠檬酸循环的关键酶，催化草酰乙酸与乙酰辅酶A缩合生成柠檬酸。其催化机制严格有序：先结合草酰乙酸并诱发构象变化，随后结合乙酰辅酶A，形成的柠檬酰辅酶A迅速水解释放柠檬酸和辅酶A。该酶受产物柠檬酸、琥珀酰辅酶A及ATP的反馈抑制，ADP可解除ATP的抑制；其活性还可被类似物氟乙酰辅酶A和丙酮基辅酶A抑制。

苹果酸合酶｜malate synthase

苹果酸合酶是乙醛酸循环中的一个关键酶，催化乙酰辅酶A与乙醛酸缩合生成苹果酸，在植物和微生物中参与将脂肪酸降解产生的乙酰辅酶A转化为糖类。

苹果酸脱氢酶｜malate dehydrogenase

苹果酸脱氢酶是催化L-苹果酸与草酰乙酸可逆氧化还原的酶,以NAD⁺/NADH为辅酶。在柠檬酸循环中,它催化苹果酸氧化为草酰乙酸,完成循环的最后一步;在苹果酸-天冬氨酸穿梭途径中,细胞溶胶和线粒体基质中的同工酶分别催化相反方向的反应,参与NADH的电子传递。该酶具有严格的立体专一性,只作用于L-苹果酸。

顺-高乌头酸｜cis-homoaconitate

顺-高乌头酸是赖氨酸生物合成（α-氨基己二酸途径）中的一种不饱和中间代谢物。它由高柠檬酸在脱水酶催化下脱水生成，并可经水化酶催化转变为高异柠檬酸。其结构类似于三羧酸循环中的顺乌头酸，但在碳骨架长度上有所差异。

铁硫簇｜iron-sulfur cluster

铁硫簇是由铁原子和硫原子组成的簇状结构，又称铁硫中心，是铁硫蛋白（非血红素铁蛋白）的辅基。它常以4Fe-4S等形式存在，在电子传递链中作为电子载体参与氧化还原反应，也可在酶（如乌头酸酶）中参与底物结合和催化过程。

铁硫蛋白｜iron-sulfur protein

铁硫蛋白是一类含有铁硫簇（又称铁硫中心）的蛋白质，统称为铁硫蛋白或非血红素铁蛋白。其铁硫簇可作为电子传递的辅基，例如在绿色硫细菌光合作用中，铁氧还蛋白接受电子并传递给NAD+。也可参与酶促反应，如乌头酸酶含[4Fe-4S]簇，在底物结合和催化中起重要作用。铁硫蛋白广泛存在于电子传递链和多种氧化还原反应中。

乌头酸酶｜aconitase

乌头酸酶是参与柠檬酸循环的一种铁硫蛋白,催化柠檬酸与异柠檬酸之间的可逆异构化反应。该酶通过脱水-再水合机制,先使柠檬酸转变为中间产物顺乌头酸,再将水分子以不同方式加至双键生成异柠檬酸,反应中间体始终结合于酶上。它含有一个4Fe-4S铁硫簇,在底物结合与催化中起重要作用,且催化的反应具有严格的立体化学专一性。乌头酸酶可被氟代柠檬酸抑制,后者由氟乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成并竞争性结合该酶。

延胡索酸酶｜fumarase

延胡索酸酶(fumarase)，全称延胡索酸水合酶，是催化延胡索酸与水可逆水合生成L-苹果酸的酶。该酶具有严格的立体专一性，在催化时将羟基和氢分别加至延胡索酸双键的两侧，生成L-苹果酸，而不生成D-苹果酸。其逆反应同样专一作用于L-苹果酸，D-苹果酸不可作为底物。该酶参与三羧酸循环，是连接延胡索酸与L-苹果酸的关键酶。

腺苷酸琥珀酸｜adenylosuccinate

腺苷酸琥珀酸是腺嘌呤核苷酸从头合成途径中的中间产物。它由次黄嘌呤核苷酸（IMP）在GTP供能下与天冬氨酸经腺苷酸琥珀酸合成酶催化缩合生成，随后在腺苷酸琥珀酸裂合酶催化下裂解为腺嘌呤核苷酸（AMP）和延胡索酸。此反应需GTP提供能量，有助于协调腺苷酸与鸟苷酸的合成水平。

乙醛酸｜glyoxylate

乙醛酸是乙醛酸途径的关键二碳中间代谢物，由异柠檬酸在异柠檬酸裂解酶催化下裂解生成，随后在苹果酸合酶作用下与另一分子乙酰辅酶A缩合形成苹果酸；它连接了脂肪降解与糖异生，在萌发的植物种子中使贮存的三酰甘油经乙酰辅酶A转变为葡萄糖。

乙醛酸循环体｜glyoxysome

乙醛酸循环体是植物细胞中一种特化的过氧化物酶体，是乙醛酸循环发生的场所。它仅在种子萌发时形成，能协同线粒体将储存的脂质经乙酰辅酶A转变为琥珀酸，进而生成糖类，为幼苗生长提供碳源和能量。

乙酰乙酸｜acetoacetate

乙酰乙酸是一种酮体，主要在肝线粒体基质中由乙酰辅酶A缩合生成，其合成始于两分子乙酰辅酶A在硫解酶作用下形成乙酰乙酰辅酶A，随后乙酰乙酰辅酶A再与一分子乙酰辅酶A在HMG-CoA合酶催化下进一步反应。当肝中草酰乙酸不足、乙酰辅酶A进入柠檬酸循环受限时，酮体生成途径活跃。乙酰乙酸可经血流输送到肝外组织，被转化为乙酰辅酶A后进入柠檬酸循环氧化供能，尤其在饥饿或糖尿病时可为脑、心肌等组织提供替代能源。

异柠檬酸裂解酶｜isocitrate lyase

异柠檬酸裂解酶（isocitrate lyase）是催化异柠檬酸裂解为琥珀酸和乙醛酸的酶。该反应是乙醛酸途径的关键步骤，使某些微生物和发芽植物种子中的异柠檬酸绕过柠檬酸循环的氧化脱羧，转而进入合成代谢。通过该途径，脂肪酸氧化产生的乙酰辅酶A可净生成苹果酸，进而经糖异生转变为葡萄糖，为早期发育提供生物合成前体。

异柠檬酸脱氢酶｜isocitrate dehydrogenase

异柠檬酸脱氢酶是柠檬酸循环中催化异柠檬酸氧化脱羧生成α-酮戊二酸的酶。它先氧化异柠檬酸为中间体草酰琥珀酸，再脱羧，反应需要NAD⁺或NADP⁺作为辅酶，以及Mn²⁺或Mg²⁺作为辅因子。这是柠檬酸循环的第一次氧化脱羧，产生CO₂和NADH。真核生物中存在两种同工酶：依赖NAD⁺的只在线粒体，参与循环；依赖NADP⁺的在线粒体和细胞溶胶中均有分布。