羧酸循環(huán)的營養(yǎng)學意義

1、三羧酸循環(huán),講課目的：三羧酸循環(huán)在營養(yǎng)中的重要意義,1、三羧酸循環(huán)是糖，脂肪和蛋白質三種主要有機物在體內徹底氧化的共同代謝途徑，三羧酸循環(huán)的起始物乙酰-CoA，不但是糖氧化分解產物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質的某些氨基酸代謝，因此三羧酸循環(huán)實際上是三種主要有機物在體內氧化供能的共同通路。 2、只有了解三羧酸循環(huán)，才能很容易理解“抗生酮作用、節(jié)約蛋白質作用、糖異生、酮癥酸中毒、糖轉化為脂肪、熱氮比、白蛋白濫用、全合一、食物多樣化”等在營養(yǎng)學中的重要作用，才能更好地與醫(yī)生、病人溝通，才能把營養(yǎng)學問專業(yè)化，讓老百姓相信營養(yǎng)師的水平,3、營養(yǎng)師不能單純地告訴病人能吃什么，什么不能吃，還得

2、認真學習更多基礎知識，把基礎理論和實踐相結合起來。否則，沒有醫(yī)學基礎的人，學習1個月的公共營養(yǎng)師就能代替專業(yè)營養(yǎng)師。所以，不要忽視基礎理論的學習,何為三羧酸循環(huán),主要內容： 三羧酸循環(huán)的概念 三羧酸循環(huán)基本介紹 三羧酸循環(huán)化學反應 三羧酸循環(huán)循環(huán)過程 三羧酸循環(huán)循環(huán)總結 三羧酸循環(huán)生理意義 三羧酸循環(huán)調節(jié)功能,三羧酸循環(huán)的概念,三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle）是需氧生物體內普遍存在的代謝途徑，因為在這個循環(huán)中幾個主要的中間代謝物是含有三個羧基的檸檬酸，所以叫做三羧酸循環(huán)，又稱為檸檬酸循環(huán)；三羧酸循環(huán)是三大營養(yǎng)素（糖類、脂類、氨基酸）的最終代謝通路，又是糖類、脂類、

3、氨基酸代謝聯(lián)系的樞紐,由乙酰CoA和草酰乙酸縮合成有三個羧基的檸檬酸,檸檬酸經一系列反應,一再氧化脫羧,經酮戊二酸、琥珀酸,再降解成草酰乙酸。而參與這一循環(huán)的丙酮酸的三個碳原子,每循環(huán)一次,僅用去一分子乙?；械亩紗挝?最后生成兩分子的CO2,并釋放出大量的能量,三羧酸循環(huán)基本介紹,檸檬酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle）：也稱為三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle，TCA），Krebs循環(huán)。是用于乙酰CoA中的乙?；趸蒀O2的酶促反應的循環(huán)系統(tǒng)，該循環(huán)的第一步是由乙酰CoA與草酰乙酸縮合形成檸檬酸,在三羧酸循環(huán)中，反應物葡萄糖或者脂肪酸會變成乙酰輔

4、酶A（Acetyl-CoA)。這種活化醋酸(一分子輔酶和一個乙?；噙B)，會在循環(huán)中分解生成最終產物二氧化碳并脫氫，質子將傳遞給輔酶-煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+) 和黃素腺嘌呤（FAD），使之成為NADH + H+和FADH2。 NADH + H+ 和 FADH2 會繼續(xù)在呼吸鏈中被氧化成NAD+ 和FAD，并生成水。這種受調節(jié)的燃燒會生成ATP，提供能量,真核生物的線粒體和原核生物的細胞質是三羧酸循環(huán)的場所。它是呼吸作用過程中的一步，但在需氧型生物中，它先于呼吸鏈發(fā)生。厭氧型生物則首先遵循同樣的途徑分解高能有機化合物，例如糖酵解，但之后并不進行三羧酸循環(huán)，而是進行不需要氧氣參與的發(fā)酵過程

5、,三羧酸循環(huán)化學反應,乙酰輔酶A在循環(huán)中出現(xiàn)：檸檬酸(I)是循環(huán)中第一個產物，它是通過草酰乙酸(X)和乙酰輔酶A(XI)的乙?；g的縮合反應生成的。如上所述，乙酰輔酶A是早先進行的糖酵解，蛋白質代謝或脂肪酸代謝的一個產物,三羧酸循環(huán)循環(huán)過程,乙酰-CoA進入由一連串反應構成的循環(huán)體系，被氧化生成H2O和CO2。由于這個循環(huán)反應開始于乙酰CoA與草酰乙酸(oxaloaceticacid)縮合生成的含有三個羧基的檸檬酸，因此稱之為三羧酸循環(huán)或檸檬酸循環(huán)(citratecycle)。在三羧酸循環(huán)中，檸檬酸合成酶催化的反應是關鍵步驟，草酰乙酸的供應有利于循環(huán)順利進行。其詳細過程如下,1、乙酰-CoA進

6、入三羧酸循環(huán),乙酰CoA具有硫酯鍵，乙酰基有足夠能量與草酰乙酸的羧基進行醛醇型縮合。首先檸檬酸合酶的組氨酸殘基作為堿基與乙酰-CoA作用，使乙酰-CoA的甲基上失去一個h+，生成的碳陰離子對草酰乙酸的羰基碳進行親核攻擊，生成檸檬酰-CoA中間體，然后高能硫酯鍵水解放出游離的檸檬酸，使反應不可逆地向右進行。該反應由檸檬酸合成酶(citratesynthase)催化，是很強的放能反應,由草酰乙酸和乙酰-CoA合成檸檬酸是三羧酸循環(huán)的重要調節(jié)點，檸檬酸合成酶是一個變構酶，ATP是檸檬酸合成酶的變構抑制劑，此外，-酮戊二酸、NADH能變構抑制其活性，長鏈脂酰-CoA也可抑制它的活性，AMP可對抗ATP

7、的抑制而起激活作用,2、異檸檬酸形成檸檬酸的叔醇基不易氧化，轉變成異檸檬酸而使叔醇變成仲醇，就易于氧化，此反應由順烏頭酸酶催化，為一可逆反應,3、第一次氧化脫酸在異檸檬酸脫氫酶作用下，異檸檬酸的仲醇氧化成羰基，生成草酰琥珀酸(oxalosuccinicacid)的中間產物，后者在同一酶表面，快速脫羧生成-酮戊二酸(ketoglutarate)、NADH和co2，此反應為-氧化脫羧，此酶需要Mg2+作為激活劑。此反應是不可逆的，是三羧酸循環(huán)中的限速步驟，ADP是異檸檬酸脫氫酶的激活劑，而ATP，NADH是此酶的抑制劑,4、第二次氧化脫羧 在-酮戊二酸脫氫酶系作用下，-酮戊二酸氧化脫羧生成琥珀酰-

8、CoA、NADHH+和co2，反應過程完全類似于丙酮酸脫氫酶系催化的氧化脫羧，屬于氧化脫羧，氧化產生的能量中一部分儲存于琥珀酰coa的高能硫酯鍵中。-酮戊二酸脫氫酶系也由三個酶(-酮戊二酸脫羧酶、硫辛酸琥珀?；D移酶、二氫硫辛酸脫氫酶)和五個輔酶(tpp、硫辛酸、hscoa、NAD+、FAD)組成。此反應也是不可逆的。-酮戊二酸脫氫酶復合體受ATP、GTP、NADH和琥珀酰-CoA抑制，但其不受磷酸化/去磷酸化的調控,5、底物磷酸化生成ATP 在琥珀酸硫激酶(succinatethiokinase)的作用下，琥珀酰-CoA的硫酯鍵水解，釋放的自由能用于合成gtp，在細菌和高等生物可直接生成AT

9、P，在哺乳動物中，先生成GTP，再生成ATP，此時，琥珀酰-CoA生成琥珀酸和輔酶A,6、琥珀酸脫氫 琥珀酸脫氫酶(succinatedehydrogenase)催化琥珀酸氧化成為延胡索酸。該酶結合在線粒體內膜上，而其他三羧酸循環(huán)的酶則都是存在線粒體基質中的，這酶含有鐵硫中心和共價結合的fad，來自琥珀酸的電子通過fad和鐵硫中心，然后進入電子傳遞鏈到O2，丙二酸是琥珀酸的類似物，是琥珀酸脫氫酶強有力的競爭性抑制物，所以可以阻斷三羧酸循環(huán),7、延胡索酸的水化延胡索酸酶僅對延胡索酸的反式雙鍵起作用，而對順丁烯二酸(馬來酸)則無催化作用，因而是高度立體特異性的。 8、草酰乙酸再生在蘋果酸脫氫酶(m

10、alicdehydrogenase)作用下，蘋果酸仲醇基脫氫氧化成羰基，生成草酰乙酸(oxalocetate)，nad+是脫氫酶的輔酶，接受氫成為NADHH+。,三羧酸循環(huán)的總結 在此循環(huán)中，最初草酰乙酸因參加反應而消耗，但經過循環(huán)又重新生成。所以每循環(huán)一次，凈結果為1個乙酰基通過兩次脫羧而被消耗。循環(huán)中有機酸脫羧產生的二氧化碳，是機體中二氧化碳的主要來源。在三羧酸循環(huán)中，共有4次脫氫反應，脫下的氫原子以NADH+H+和FADH2的形式進入呼吸鏈，最后傳遞給氧生成水，在此過程中釋放的能量可以合成ATP,乙酰輔酶A不僅來自糖的分解，也可由脂肪酸和氨基酸的分解代謝中產生，都進入三羧酸循環(huán)徹底氧化。

11、并且，凡是能轉變成三羧酸循環(huán)中任何一種中間代謝物的物質都能通過三羧酸循環(huán)而被氧化。所以三羧酸循環(huán)實際是糖、脂、蛋白質等有機物在生物體內末端氧化的共同途徑,三羧酸循環(huán)既是分解代謝途徑，但又為一些物質的生物合成提供了前體分子。如草酰乙酸是合成天冬氨酸的前體，-酮戊二酸是合成谷氨酸的前體。一些氨基酸還可通過此途徑轉化成糖。 三羧酸循環(huán)-循環(huán)總結 乙酰-CoA+3NAD+FAD+GDP+Pi2Co2+3NADH+FADH2+GTP+2H+CoA-SH,1、CO2的生成，循環(huán)中有兩次脫羧基反應(反應3和反應4)兩次都同時有脫氫作用，但作用的機理不同，由異檸檬酸脫氫酶所催化的氧化脫羧，輔酶是nad+，它們

12、先使底物脫氫生成草酰琥珀酸，然后在Mn2+或Mg2+的協(xié)同下，脫去羧基，生成-酮戊二酸。-酮戊二酸脫氫酶系所催化的氧化脫羧反應和前述丙酮酸脫氫酶系所催經的反應基本相同。應當指出，通過脫羧作用生成Co2，是機體內產生Co2的普遍規(guī)律，由此可見，機體Co2的生成與體外燃燒生成Co2的過程截然不同,2、三羧酸循環(huán)的四次脫氫，其中三對氫原子以NAD+為受氫體，一對以FAD為受氫體，分別還原生成NADH+H+和FADH2。它們又經線粒體內遞氫體系傳遞，最終與氧結合生成水，在此過程中釋放出來的能量使adp和pi結合生成ATP，凡NADH+H+參與的遞氫體系，每2H氧化成一分子H2O，生成3分子ATP，而F

13、ADH2參與的遞氫體系則生成2分子ATP，再加上三羧酸循環(huán)中有一次底物磷酸化產生一分子ATP，那么，一分子檸檬酸參與三羧酸循環(huán)，直至循環(huán)終末共生成12分子ATP,3、乙酰-CoA中乙酰基的碳原子，乙酰-CoA進入循環(huán)，與四碳受體分子草酰乙酸縮合，生成六碳的檸檬酸，在三羧酸循環(huán)中有二次脫羧生成2分子Co2，與進入循環(huán)的二碳乙?；奶荚訑?shù)相等，但是，以Co2方式失去的碳并非來自乙?；膬蓚€碳原子，而是來自草酰乙酸,4、三羧酸循環(huán)的中間產物，從理論上講，可以循環(huán)不消耗，但是由于循環(huán)中的某些組成成分還可參與合成其他物質，而其他物質也可不斷通過多種途徑而生成中間產物，所以說三羧酸循環(huán)組成成分處于不斷更

14、新之中。例如草楚酰乙酸天門冬氨酸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的生成草酰乙酸的反應最為重要。因為草酰乙酸的含量多少，直接影響循環(huán)的速度，因此不斷補充草酰乙酸是使三羧酸循環(huán)得以順利進行的關鍵。三羧酸循環(huán)中生成的蘋果酸和草酰乙酸也可以脫羧生成丙酮酸，再參與合成許多其他物質或進一步氧化,三羧酸循環(huán)-生理意義,1、三羧酸循環(huán)是機體獲取能量的主要方式。1個分子葡萄糖經無氧酵解僅凈生成2個分子ATP，而有氧氧化可凈生成38個ATP，其中三羧酸循環(huán)生成24個ATP，在一般生理條件下，許多組織細胞皆從糖的有氧氧化獲得能量。糖的有氧氧化不但釋能效率高，而且逐步釋能，并逐步儲存于ATP分

15、子中，因此能的利用率也很高,2、三羧酸循環(huán)是糖，脂肪和蛋白質三種主要有機物在體內徹底氧化的共同代謝途徑，三羧酸循環(huán)的起始物乙酰-CoA，不但是糖氧化分解產物，它也可來自脂肪的甘油、脂肪酸和來自蛋白質的某些氨基酸代謝，因此三羧酸循環(huán)實際上是三種主要有機物在體內氧化供能的共同通路，估計人體內2/3的有機物是通過三羧酸循環(huán)而被分解的,3、三羧酸循環(huán)是體內三種主要有機物互變的聯(lián)結機構，因糖和甘油在體內代謝可生成-酮戊二酸及草酰乙酸等三羧酸循環(huán)的中間產物，這些中間產物可以轉變成為某些氨基酸；而有些氨基酸又可通過不同途徑變成-酮戊二酸和草酰乙酸，再經糖異生的途徑生成糖或轉變成甘油，因此三羧酸循環(huán)不僅是三種

16、主要的有機物分解代謝的最終共同途徑，而且也是它們互變的聯(lián)絡機構,三羧酸循環(huán)-調節(jié)功能,糖有氧氧化分為兩個階段，第一階段糖酵解途徑的調節(jié)在糖酵解部分已探討過，下面主要討論第二階段丙酸酸氧化脫羧生成乙酰-CoA并進入三羧酸循環(huán)的一系列反應的調節(jié)。丙酮酸脫氫酶復合體、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶復合體是這一過程的限速酶,丙酮酸脫氫酶復合體受別構調控也受化學修飾調控，該酶復合體受它的催化產物ATP、乙酰-CoA和NADH有力的抑制，這種別構抑制可被長鏈脂肪酸所增強，當進入三羧酸循環(huán)的乙酰-CoA減少，而AMP、CoA和NAD+堆積，酶復合體就被別構激活,除上述別位調節(jié)，在脊椎動物還有

17、第二層次的調節(jié)，即酶蛋白的化學修飾，PDH含有兩個亞基，其中一個亞基上特定的一個絲氨酸殘基經磷酸化后，酶活性就受抑制，脫磷酸化活性就恢復，磷酸化-脫磷酸化作用是由特異的磷酸激酶和磷酸蛋白磷酸酶分別催化的，它們實際上也是丙酮酸酶復合體的組成，即前已述及的調節(jié)蛋白，激酶受ATP別構激活，當ATP高時，PDH就磷酸化而被激活，當ATP濃度下降，激酶活性也降低，而磷酸酶除去PDH上磷酸，PDH又被激活了,對三羧酸循環(huán)中檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和-酮戊二酸脫氫酶的調節(jié)，主要通過產物的反饋抑制來實現(xiàn)的，而三羧酸循環(huán)是機體產能的主要方式。因此ATP/ADP與NADH/NAD+兩者的比值是其主要調節(jié)物。ATP/ADP比值升高，抑制檸檬酸合成酶和異檸檬酶脫氫酶活性，反之AT