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8.5:

柠檬酸循环

JoVE 核
生物学
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The Citric Acid Cycle

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柠檬酸循环是 线粒体基质中发生的闭环反应, 包括氧化还原,脱水,水合, 和脱羧反应。 它的名字来源于中间体化合物柠檬酸, Hans Krebs首先描述了这些步骤, 这种有氧通路也称为克雷布斯周期, 通过一系列八个酶促步骤, 在葡萄糖分解代谢中至关重要。 首先,乙酰辅酶A 由丙酮酸氧化得到的化合物 将其缩醛基团捐赠给四碳分子草酰乙酸 形成六碳中间体柠檬酸盐。 虽然它的CoA组与自我水合基团, 结合并扩散, 最终与另一个乙酰基结合。 然后除去水分子并更换, 将柠檬酸盐转化为异柠檬酸异构体。 然后将分子氧化,将NAD +还原为NADH和H +, 和二氧化碳分子, 形成五碳α-酮戊二酸。 该产品释放出另一种二氧化碳分子 和两个电子,将另一个NAD +还原为NADH 和一个质子。 让分子具有不稳定的键, 其中辅酶A附着形成琥珀酰CoA。 在下一步中,辅酶 被磷酸基团取代。 然后将磷酸盐转移到GDP中,形成琥珀酸盐 和GTP,其可用于产生ATP。 在步骤6期间,琥珀酸盐 被来自氢原子的两个电子氧化 转化为电子载体黄素腺嘌呤二核苷酸FAD 以产生FADH2和富马酸盐。 然后将水加入到所得分子中, 并在键重排形成苹果酸盐后。 最后这个分子被氧化了, 将NAD +还原为NADH和H +, 再生原始化合物草酰乙酸。 最后,每个循环产生三个NADH和一个FADH2。 用于电子传输链 的高能电子载流子。

8.5:

柠檬酸循环

柠檬酸循环,也称为克雷布斯循环或TCA循环,由几个产生能量的反应组成,这些反应产生一个ATP分子、三个NADH分子、一个FADH2分子和两个CO2分子。

乙酰辅酶A是进入柠檬酸循环的切入点,柠檬酸循环发生在真核细胞线粒体的内膜(即基质)或原核细胞的细胞质中。在柠檬酸循环之前,丙酮酸氧化产生了两个每个葡萄糖分子的乙酰辅酶A分子。因此,柠檬酸循环每葡萄糖分子运行两次。

柠檬酸循环可分为八个步骤,每个步骤产生不同的分子(斜体字如下)。

在催化酶的作用下,乙酰辅酶A(2-碳)与草酰乙酸(4-碳)反应,形成6-碳分子柠檬酸盐。

接下来,柠檬酸盐通过两部分过程转化为其异构体之一,异柠檬酸盐。

第三步从氧化异柠檬酸产生α-酮戊二酸(5碳)。这个过程释放CO2并将NAD+降低到NADH。

第四步从α-酮戊二酸形成不稳定的琥珀酰辅酶a,这一过程也释放CO2并将NAD+降低到NADH。

第五步在磷酸基取代丁二酰辅酶A的辅酶A基后,产生琥珀酸酯(4-碳)。这个磷酸基团被传递给ADP(或GDP)形成ATP(或GTP)。

第六步由琥珀酸氧化形成富马酸盐(4-碳)。这种反应将FAD降低到FADH2。

第七步,将水添加到富马酸盐中,生成苹果酸(4-碳)。

最后一步产生草酰乙酸盐,该化合物在苹果酸的氧化过程中与乙酰辅酶A反应。在此过程中,NAD+被还原为NADH。

柠檬酸循环中产生的NADH和FADH2在电子传递链中提供电子,因此,有助于产生额外的ATP。

Suggested Reading

Anderson, Nicole M., Patrick Mucka, Joseph G. Kern, and Hui Feng. “The Emerging Role and Targetability of the TCA Cycle in Cancer Metabolism.” Protein & Cell 9, no. 2 (February 2018): 216–37. [Source]