【文章內(nèi)容簡介】 能力， 如果用于檸檬酸合成的乙?；聂驶际孪扔?14C標(biāo)記，那么經(jīng)上述 6步反應(yīng)生成的琥珀酸的羧基碳均應(yīng)含有放射性標(biāo)記，只不過每個羧基碳的放射性強(qiáng)度只保有原初標(biāo)記的 50%，其后每種化合物的羧基碳原子均同樣如此。 （七） 延胡索酸的水合反應(yīng) 延胡索酸在 延胡索酸酶 (fumarase)催化下，雙鍵水合生成 L蘋果酸 (Lmalate) 。 所以延胡索酸酶也叫做延胡索酸水合酶 (fumarate hydratase)。 水合反應(yīng)很可能先形成負(fù)碳離子的轉(zhuǎn)換態(tài)形式。轉(zhuǎn)換態(tài)形成中，首先受到 OH－ 陰離子的攻擊，形成負(fù)碳離子，接著發(fā)生質(zhì)子 (H＋ )化反應(yīng)。 該反應(yīng)△ Go39。＝ kJ/mol。 延胡索酸酶具有很高的立體專一性。它只作用于延胡索酸，從雙鍵的相反方向加 OH－和 H＋，生成 L蘋果酸，或者催化其逆反應(yīng)， L蘋果酸脫水變成延胡索酸。該酶不能催化順丁烯二酸加水變成蘋果酸，也不能催化 D蘋果酸的脫水反應(yīng) 。 延胡羧酸水和反應(yīng)的過程 （八） 草酰乙酸的生成 蘋果酸氧化轉(zhuǎn)變成草酰乙酸是檸檬酸循環(huán)的最后一步反應(yīng)。催化這一反應(yīng)的酶是 L蘋果酸脫氫酶 (Lmalate dehydrogenase))。 該反應(yīng)△ Go‘＝ + kJ/mol， 在熱力學(xué)上不利于草酰乙酸的生成，而有利于逆向反應(yīng)。 因此，草酰乙酸在細(xì)胞內(nèi)的濃度是很低的。但是，在細(xì)胞內(nèi)，不利于草酰乙酸生成的反應(yīng)可以被檸檬酸循環(huán)的第一步反應(yīng) (由檸檬酸合酶催化 )所推動，向有利于草酰乙酸生成的方向進(jìn)行。因?yàn)闄幟仕岷厦复呋阴?CoA與草酰乙酸的縮合反應(yīng)是高能放能的 (△ Go39。＝ kJ/mol) 。 蘋果酸脫氫酶催化氫負(fù)離子轉(zhuǎn)移到NAD＋ 的機(jī)制與乙醇脫氫酶和乳酸脫氫酶相似。 X射線分析表明，這三種酶的 NAD＋ 結(jié)合域具有顯著的相似性，與 NAD＋ 結(jié)合域從一個共同的祖先進(jìn)化的觀點(diǎn)是一致的。 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸 三 . TCA循環(huán)總觀 （ 1） 當(dāng)一分子的乙酰 CoA與草酰乙酸縮合而進(jìn)入 TCA循環(huán)后，其整個化學(xué)反應(yīng)的凈結(jié)果是： CH3COSCoA + 2H2O + 3NAD＋ + FAD ++ ADP + Pi → 2CO2 + 3NADH + 3H＋ + FADH2 + ATP +CoASH 表明 TCA循環(huán)每循環(huán)一次，只有一分子的乙酰 CoA被氧化，所有 TCA中間物并不因參加反應(yīng)而有所增減。 （ 2）乙酰 CoA進(jìn)入 TCA循環(huán)后，有二處脫羧反應(yīng) 。四處氧化脫氫反應(yīng)，共生成 3分子的NADH和一分子的 FADH2；一次底物水平磷酸化，生成一分子的 ATP。氧化反應(yīng)生成的NADH和 FADH2進(jìn)入電子傳遞鏈，發(fā)生氧化磷酸化，產(chǎn)生 ATP，并使 NAD＋ 和 FAD得以再生，以便重新參與 TCA循環(huán)反應(yīng)和維持該循環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以 TCA循環(huán)和氧化磷酸化是協(xié)同進(jìn)行的。 （ 3）同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)表明，乙酰 CoA的乙?；奶疾]有從 TCA循環(huán)的第一循環(huán)中除去。 經(jīng)脫羧反應(yīng)生成的 2分子 CO2來自原初的草酰乙酸，而乙?；系膬蓚€碳參與了草酰乙酸的重新生成。 被標(biāo)記的乙酰基上的羰基碳可在該循環(huán)的第二循環(huán)反應(yīng)的第三步和第四步分別脫去。 被標(biāo)記的乙?；系募谆荚趦奢喲h(huán)后仍被保留。在第一輪中，隨機(jī)地保留在琥珀酸的中間兩個碳原子上；在第二輪中，隨機(jī)地保留在琥珀酸的所有四個碳原子上。這就意味著，在第三輪循環(huán)中的兩次，脫羧反應(yīng)將消去 50%的來自最初甲基碳的放射性標(biāo)記；此后，每輪循環(huán)將消去殘留標(biāo)記的 50%. 四 . 檸檬酸循環(huán)的生物學(xué)意義 （一） 提供能量 一分子的葡萄糖經(jīng)過糖酵解和檸檬酸循環(huán)以及氧化磷酸化，總共可產(chǎn)生 38分子或 36分子的 ATP。 1摩爾的葡萄糖完全氧化可產(chǎn)生－ 2867kJ的能量，若按每摩爾的 ADP磷酸化需要 ，那么 1摩爾的葡萄糖產(chǎn)生的 38摩爾 ATP共利用能量 38＝ 1159kJ,能量的利用率達(dá) 40%。肝臟中 一分子的葡萄糖完全氧化產(chǎn)生 ATP的總反應(yīng)是 葡萄糖＋ 6O2＋ 8ADP＋ 38Pi → 6CO 2＋ 44H2O＋ 38ATP △ Go39。＝ kJ/mol 。 在真核生物中，酵解反應(yīng)發(fā)生在胞液中，而完整的線粒體對 NADH和 NAD＋ 是不可滲透的，那么 NADH怎樣才能被呼吸鏈氧化呢 ? NADH是在甘油醛 3磷酸被氧化時產(chǎn)生的 ,而 NADH必須被氧化重新產(chǎn)生 NAD＋ ， 酵解才能繼續(xù)進(jìn)行。 有兩種解決的途徑， 一種是蘋果酸 天冬氨酸穿梭系統(tǒng) (malateaspartate shuttle system)， 另一種是磷酸甘油穿梭系統(tǒng) (glycerol phosphate shuttle system)。 （二） 檸檬酸循環(huán)也是其他有機(jī)物完全氧化的一條主要途徑 脂肪酸經(jīng) β 氧化產(chǎn)生的乙酰 CoA， 可進(jìn)入檸檬酸循環(huán)被徹底氧化，同時產(chǎn)生能量。甘油也可經(jīng)酵解途徑轉(zhuǎn)變成丙酮酸，再氧化成乙酰 CoA進(jìn)入檸檬酸循環(huán)。氨基酸降解的產(chǎn)物也須經(jīng)檸檬酸循環(huán)被完全氧化。 谷氨酸、谷氨酰胺等氨基酸轉(zhuǎn)變成 α 酮戊二酸后，并不導(dǎo)致 α 酮戊二酸的自身凈氧化，只會導(dǎo)致該循環(huán)中間物的濃度升高。但是，氨基酸在生物體內(nèi)是能被完全氧化的，問題在于如何達(dá)到這個目的。 在骨骼肌中，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PEPCK)、丙酮酸激酶 (PK)和丙酮酸脫氫酶復(fù)合物 (PDH)可以催化草酰乙酸到乙酰 CoA的轉(zhuǎn)變，這就允許檸檬酸循環(huán)中的過量中間物(包括由氨基酸轉(zhuǎn)變而來的產(chǎn)物 )被完全氧化。例如谷氨酸等氨基酸轉(zhuǎn)變成 α 酮戊二酸后，可通過這個途徑轉(zhuǎn)變成乙酰 CoA而被徹底氧化。 總的化學(xué)計量是： α 酮戊二酸 → 5CO2。此途徑包括五步脫羧反應(yīng)，在檸檬酸循環(huán)中三次，在該循環(huán)外兩次。 注意：草酰乙酸取道磷酸烯醇式丙酮酸并不意味著一定會被氧化，因?yàn)楸峥梢赞D(zhuǎn)變成丙氨酸，或者沿糖異生途徑轉(zhuǎn)變成糖 (見后續(xù)有關(guān)章節(jié) )。 （三） 檸檬酸循環(huán)的雙向功能 檸檬酸循環(huán)的中間物不僅起著維持該循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的功能，促進(jìn)有機(jī)燃料分子氧化產(chǎn)生能量，而且一些重要的生物合成途徑利用該循環(huán)的中間物作為合成反應(yīng)的起始材料。即是說