JoVE Core
Cell Biology
Chapter 19: Mitochondria and Energy Production
19.4:
柠檬酸循环:概述
在好氧生物中,柠檬酸循环是细胞呼吸的第二阶段,其中碳水化合物、蛋白质和脂肪分解的分子被氧化成二氧化碳和能量。这个过程也被称为三羧酸 (TCA) 循环,因为该循环的第一个产物柠檬酸在其结构中包含三个羧基。或者,这个周期也被称为克雷布斯周期,以纪念其发现者汉斯·克雷布斯爵士。
当复杂的分子(如葡萄糖)被分解成更简单的分子(如乙酰基)时,柠檬酸循环就开始了。然后,乙酰基与称为草酰乙酸的四碳分子结合,形成六碳化合物柠檬酸。在这个循环过程中,柠檬酸被重新排列,它的两个碳原子被去除,同时释放出两个二氧化碳分子和四个电子。在循环结束时,产生一个草酰乙酸分子,然后与另一个乙酰基结合,开始下一轮循环。
循环所依赖的大多数中间体是产生代谢物(如卟啉、脂肪酸和氨基酸)的其他生化途径的成分。如果这些中间体中的任何一个被转移,循环的完整性就会受到损害,循环就会停止。
柠檬酸循环,也称为三羧酸循环或克雷布斯循环,是细胞呼吸的第二阶段,它氧化生物分子以产生能量。
它存在于真核生物的线粒体基质和原核生物的胞质溶胶中。
丙酮酸是糖酵解的最终产物,与辅酶 A 结合,生成乙酰辅酶 A 或乙酰辅酶 A。
然后,柠檬酸合酶通过缩合乙酰辅酶 A 和草酰乙酸来启动循环,形成第一种产物柠檬酸。
在第二步中,乌头酸酶将柠檬酸重新排列成其易于氧化的异构体异柠檬酸盐。
第三步涉及异柠檬酸脱氢酶将异柠檬酸氧化成 α-酮戊二酸。
接下来,α-酮戊二酸脱氢酶在辅酶 A 存在下脱羧并氧化 α-酮戊二酸,形成琥珀酰辅酶 A。
在第五步中,琥珀酰辅酶 A 合成酶将琥珀酰辅酶 A 转化为琥珀酸,释放辅酶 A。
此外,琥珀酸盐被琥珀酸脱氢酶氧化为富马酸盐。
富马酸酶在第七步中水合富马酸盐的双键以产生苹果酸。
最后,苹果酸脱氢酶氧化苹果酸,为下一轮循环再生草酰乙酸。
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