【文章內容簡介】 能力， 如果用于檸檬酸合成的乙酰基的羰基碳事先用 14C標記，那么經上述 6步反應生成的琥珀酸的羧基碳均應含有放射性標記，只不過每個羧基碳的放射性強度只保有原初標記的 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 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)。 水合反應很可能先形成負碳離子的轉換態(tài)形式。轉換態(tài)形成中，首先受到 OH－ 陰離子的攻擊，形成負碳離子，接著發(fā)生質子 (H＋ )化反應。 該反應△ 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， 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 。 延胡羧酸水和反應的過程 （八） 草酰乙酸的生成 蘋果酸氧化轉變成草酰乙酸是檸檬酸循環(huán)的最后一步反應。催化這一反應的酶是 L蘋果酸脫氫酶 (Lmalate dehydrogenase))。 該反應△ Go‘＝ + kJ/mol， 在熱力學上不利于草酰乙酸的生成，而有利于逆向反應。 因此，草酰乙酸在細胞內的濃度是很低的。但是，在細胞內，不利于草酰乙酸生成的反應可以被檸檬酸循環(huán)的第一步反應 (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行。因為檸檬酸合酶催化乙酰 CoA與草酰乙酸的縮合反應是高能放能的 (△ Go39。＝ kJ/mol) 。 蘋果酸脫氫酶催化氫負離子轉移到NAD＋ 的機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＋ 結合域具有顯著的相似性，與 NAD＋ 結合域從一個共同的祖先進化的觀點是一致的。 蘋果酸脫氫生成草酰乙酸 三 . TCA循環(huán)總觀 （ 1） 當一分子的乙酰 CoA與草酰乙酸縮合而進入 TCA循環(huán)后，其整個化學反應的凈結果是： 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而有所增減。 （ 2）乙酰 CoA進入 TCA循環(huán)后，有二處脫羧反應 。四處氧化脫氫反應，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。氧化反應生成的NADH和 FADH2進入電子傳遞鏈，發(fā)生氧化磷酸化，產生 ATP，并使 NAD＋ 和 FAD得以再生，以便重新參與 TCA循環(huán)反應和維持該循環(huán)的正常運轉，所以 TCA循環(huán)和氧化磷酸化是協(xié)同進行的。 （ 3）同位素標記實驗表明，乙酰 CoA的乙?；奶疾]有從 TCA循環(huán)的第一循環(huán)中除去。 經脫羧反應生成的 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。 被標記的乙?；系聂驶伎稍谠撗h(huán)的第二循環(huán)反應的第三步和第四步分別脫去。 被標記的乙?；系募谆荚趦奢喲h(huán)后仍被保留。在第一輪中，隨機地保留在琥珀酸的中間兩個碳原子上；在第二輪中，隨機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，脫羧反應將消去 50%的來自最初甲基碳的放射性標記；此后，每輪循環(huán)將消去殘留標記的 50%. 四 . 檸檬酸循環(huán)的生物學意義 （一） 提供能量 一分子的葡萄糖經過糖酵解和檸檬酸循環(huán)以及氧化磷酸化，總共可產生 38分子或 36分子的 ATP。 1摩爾的葡萄糖完全氧化可產生－ 2867kJ的能量，若按每摩爾的 ADP磷酸化需要 ，那么 1摩爾的葡萄糖產生的 38摩爾 ATP共利用能量 38＝ 1159kJ,能量的利用率達 40%。肝臟中 一分子的葡萄糖完全氧化產生 ATP的總反應是 葡萄糖＋ 6O2＋ 8ADP＋ 38Pi → 6CO 2＋ 44H2O＋ 38ATP △ Go39。＝ kJ/mol 。 在真核生物中，酵解反應發(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磷酸被氧化時產生的 ,而 NADH必須被氧化重新產生 NAD＋ ， 酵解才能繼續(xù)進行。 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)也是其他有機物完全氧化的一條主要途徑 脂肪酸經 β 氧化產生的乙酰 CoA， 可進入檸檬酸循環(huán)被徹底氧化，同時產生能量。甘油也可經酵解途徑轉變成丙酮酸，再氧化成乙酰 CoA進入檸檬酸循環(huán)。氨基酸降解的產物也須經檸檬酸循環(huán)被完全氧化。 谷氨酸、谷氨酰胺等氨基酸轉變成 α 酮戊二酸后，并不導致 α 酮戊二酸的自身凈氧化，只會導致該循環(huán)中間物的濃度升高。但是，氨基酸在生物體內是能被完全氧化的，問題在于如何達到這個目的。 在骨骼肌中，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶 (PEPCK)、丙酮酸激酶 (PK)和丙酮酸脫氫酶復合物 (PDH)可以催化草酰乙酸到乙酰 CoA的轉變，這就允許檸檬酸循環(huán)中的過量中間物(包括由氨基酸轉變而來的產物 )被完全氧化。例如谷氨酸等氨基酸轉變成 α 酮戊二酸后，可通過這個途徑轉變成乙酰 CoA而被徹底氧化。 總的化學計量是： α 酮戊二酸 → 5CO2。此途徑包括五步脫羧反應，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，因為丙酮酸可以轉變成丙氨酸，或者沿糖異生途徑轉變成糖 (見后續(xù)有關章節(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)運轉的功能，促進有機燃料分子氧化產生能量，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的起始材料。即是說