三羧酸循环

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三羧酸循环

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柠檬酸循环 (CAC)——也称为克雷布斯循环或 TCA 循环(三羧酸循环)——是一系列化学反应,通过氧化来自碳水化合物脂肪蛋白质的乙酰辅酶 A 来释放储存的能量。 克雷布斯循环被呼吸的生物体(与发酵的生物体相反)通过厌氧呼吸或有氧呼吸产生能量。 此外,该循环提供了某些氨基酸的前体,以及用于许多其他反应的还原剂 NADH。 它对许多生化途径的核心重要性表明它是新陈代谢的最早组成部分之一,并且可能起源于非生物源。 尽管它被称为“循环”,但代谢物不一定只遵循一个特定的路线; 柠檬酸循环的至少三个替代部分已被确认。

该代谢途径的名称源自柠檬酸(一种三羧酸,通常称为柠檬酸盐,因为在生物 pH 值下以电离形式为主),柠檬酸被消耗,然后通过这一系列反应再生以完成循环。 该循环消耗乙酸(以乙酰辅酶 A 的形式)和水,将 NAD+ 还原为 NADH,释放二氧化碳。 柠檬酸循环产生的 NADH 被送入氧化磷酸化(电子传输)途径。 这两个密切相关的途径的最终结果是营养物质的氧化,以 ATP 的形式产生可用的化学能

在真核细胞中,柠檬酸循环发生在线粒体基质中。 在缺乏线粒体的原核细胞(例如细菌)中,柠檬酸循环反应顺序在胞质溶胶中进行,ATP 产生的质子梯度穿过细胞表面(质膜)而不是线粒体的内膜 . 来自柠檬酸循环的含能化合物的总产量是三个 NADH、一个 FADH2 和一个 GTP。

概览

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柠檬酸循环是连接碳水化合物、脂肪和蛋白质代谢的关键代谢途径。 该循环的反应由八种酶完成,这些酶将乙酰辅酶 A 形式的乙酸盐(一个双碳分子)完全氧化成二氧化碳和水两个分子。 通过糖、脂肪和蛋白质的分解代谢,产生双碳有机产物乙酰辅酶A,进入柠檬酸循环。 该循环的反应还将三当量的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD+) 转化为三当量的还原型 NAD+ (NADH),一当量的黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD) 转化为一当量的 FADH2,以及一当量的二磷酸鸟苷 (GDP) ) 和无机磷酸盐 (Pi) 转化为一当量的三磷酸鸟苷 (GTP)。 柠檬酸循环产生的 NADH 和 FADH2 又被氧化磷酸化途径用来产生富含能量的 ATP。

乙酰辅酶 A 的主要来源之一是通过糖酵解分解糖,产生丙酮酸,丙酮酸又被丙酮酸脱酶复合物脱羧,根据以下反应方案生成乙酰辅酶 A:

CH3C(=O)C(=O)O−丙酮酸 + HSCoA + NAD+ → CH3C(=O)SCoA 乙酰辅酶 A + NADH + CO2

三羧酸循环

该反应的产物乙酰辅酶 A 是柠檬酸循环的起点。 乙酰辅酶 A 也可以从脂肪酸的氧化中获得。 以下是循环的示意图:

  • 柠檬酸循环开始于将二碳乙酰基从乙酰辅酶 A 转移到四碳受体化合物(草酰乙酸)以形成六碳化合物(柠檬酸盐)。
  • 然后柠檬酸盐会经历一系列化学转化,失去两个羧基形成 CO2。 以 CO2 形式损失的碳源自草酰乙酸,而不是直接来自乙酰辅酶 A。 在柠檬酸循环的xxx轮之后,乙酰辅酶 A 提供的碳成为草酰乙酸碳主链的一部分。

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