Chapter 10 Citric Acid Cycle
2010.11.05
A hub of metabolism (代谢途径的中心）: catabolic
pathways lead in and anabolic pathways lead out.
It is the final common pathway for the oxidation of fuel
molecules—amino acids, fatty acids, and carbohydrates.
Most fuel molecules enter the cycle as acetyl coenzyme A
(acetyl-CoA).
3’,5’-ADP
4-磷酸泛酰
巯基乙胺
乙酰基
Pyruvate 通过特异性的转运蛋白，从细胞质转运到线粒
体内膜上（真核生物细胞），并在此被“pyruvate
dehydrogenase complex ”（丙酮酸脱氢酶复合体） 氧化
成为acetyl-CoA
对于原核生物细胞，citric acid cycle发生在细胞质
中，细胞膜起到了和真核生物线粒体内膜一样的
功能。
（丙酮酸脱氢酶）
（二氢硫辛酰转乙酰基酶）
（二氢硫辛酰脱氢酶）
(1)
E1
(2)
E1
(3)
E2
(4)
E3
E3
Cofactors for pyruvate dehydrogenase complex: TTP, lipoamide,
FAD, NAD, CoA
Discovery of Citric Acid Cycle
• 1937，Hans Krebs 研究动物组织中pyruvate 的氧
化时，发现了 “citric acid cycle”。
• 在研磨后的肌肉组织中，氧气的消耗和pyruvate
的氧化同时被加入的4碳二酸(Fumarate, succinate,
malate and oxaloacetate)、5碳二酸(a-ketoglutarate )
或者6碳三羧酸(citrate, isocitrate, cis-aconitate)所激
发。
•通过使用13C-标记的前体追踪代谢物，以及纯化的各种酶和全组织
NMR， citric acid cycle 在体内和体外实验中都得到了证实，且是普
遍存在的。
•丙二酸抑制pyruvate 的氧化。
The citric acid cycle consists of eight
successive reactions
C4+C2
C6
C6
C6
C6
C5
C4
C4
citric acid cycle is strictly aerobic.
C4
第一步 生成citrate
(柠檬酸合酶)
氟乙酰-CoA + xoaloacetate
(柠檬酸合酶)
氟柠檬酸
第二步 生成isocitrate
(乌头酸酶)
铁硫簇(iron-sulfur cluster)
与铁硫簇结合的蛋白质称为铁硫蛋白或非血红素铁蛋白
Movie 02
第三步 生成a-ketoglutarate
第一次脱羧和脱氢，产生第一个CO2
(异柠檬酸脱氢酶)
第四步 生成succinyl CoA
第二次脱羧，产生第二个CO2
(a-酮戊二酸脱氢酶复合体)
E1:（ a-酮戊二酸脱氢酶）
E2:（二氢硫辛酰转琥珀酸酶）
E3:（二氢硫辛酰脱氢酶）
第五步 生成succinate
唯一产生高能磷酸键的步骤
(琥珀酰-CoA合成酶)
1个乙酰基被氧化为2分子CO2，并生成2分子NADH，
产生了1个GTP
Movie 03
第六步 生成fumarate
(琥珀酸脱氢酶)
唯一与线粒体内膜/质膜结合的不溶性酶
Malonate (丙二酸) is a strong competitive inhibitor.
第七步 生成L-malate
(延胡索酸酶）
第八步 生成oxaloacetate
(苹果酸脱氢酶）
Acetyl-CoA +
citrate
Movie 04
Movie 01
Acetyl-CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2H2O
2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP + 3H++ CoA
• All the NADH and FADH2 will eventually pass their
electrons to O2.
• The complete oxidation of each NADH molecule leads to
the generation of about 2.5 ATP, and FADH2 of about 1.5
ATP.
离开循环的碳原子是不
是来自于Acetyl-CoA?
Regulation of citric acid cycle
• 产物的反馈抑制
• [NADH]/[NAD+]
• ADP激活
• Ca2+
• 磷酸化/去磷酸化
The citric acid intermediates are
important sources for biosynthetic
precursors
Citric acid cycle intermediates
must be replenished if any
drawn off for biosynthesis
乙醛酸(glyoxylate)循环
• 对植物、微生物和一些无脊椎动物，acetate能够作为能
量的来源以及糖类合成代谢中PEP的来源。
• 乙醛酸循环发生在乙醛酸循环体(glyoxysome)中，是一
种特化的过氧化物酶体(peroxisome)。
• 乙醛酸循环的酶大多数和柠檬酸循环中的酶一致，除了
天冬氨酸转氨酶、异柠檬酸裂解酶(乙醛酸循环体重特
有的）、苹果酸合酶。
• 乙醛酸循环的结果是将acetyl-CoA的两个碳转变成乙醛
酸
Citrate: a symmetrical molecule that reacts asymmetrically
X
enzyme
Prochiral molecules: organic molecules that have no chiral center
but are potentially capable of reacting asymmetrically with an
asymmetric active site