檸檬酸循環Citric Acid Cycle (步驟圖片+重點列項說明)

本篇文章將介紹檸檬酸循環(Citric Acid Cycle)，又稱為三羧酸循環（Tricarboxylic Acid Cycle，簡稱TCA cycle）。內容包含基本介紹、地點、步驟重點…等。

基本介紹

TCA cycle的起始物為Acetyl-CoA (乙醘輔酶A)及OAA (Oxaloacetate草醋酸)。其中，Acetyl-CoA的來源可以由脂肪酸、或是胺基酸經由代謝來提供。也可以經由醣解作用(Glycolysis)產出的Pyruvate (丙酮酸)，利用酵素及輔酶，來合成Acetyl-CoA。以下將先說明從Pyruvate代謝為Acetyl-CoA的過程，再介紹TCA cycle。

3碳Pyruvate代謝為2碳Acetyl-CoA重點

• 此反應需要O₂。
• 地點：粒線體。
• 此反應需要NAD⁺、CoA、TPP、Lipoate、FAD，共5種coenzyme及prosthetic group參與。
• 此反應需要Pyruvate dehydrogenase (PDH)、Dihydrolipoyl transacetylase、Dihydrolipoyl dehydrogenase，共3種酵素參與。這三種酵素組合稱為Pyruvate dehydrogenase complex (PDH complex)。
• 此反應過程屬於Oxidative decarboxylation (氧化脫羧)，會釋放出CO₂，使3碳的Pyruvate成為2碳的Acetyl-CoA。
• 此反應為單向，不可逆。

有了Acetyl-CoA後，Acetyl-CoA在適當條件下，會與OAA進入TCA cycle。

TCA cycle

重點列項

• 具有8個步驟。其中，step 1、3、4的反應方向為單向不可逆。
• 地點：step 6在粒線體內膜，其餘步驟在粒線體基質(matrix)。
• 產生：1個GTP (or ATP)、3個NADH、1個FADH₂、2個CO₂。
• Step 3、4為Oxidative decarboxylation (氧化脫羧)，會釋放出CO₂。
• Step 5為Substrate level phosphorylation。(關於Substrate level phosphorylation的資訊，請參考文章Substrate-level phosphorylation vs. Oxidative phosphorylation (重點列項 + 舉例說明)。)
• 每1分子Acetyl-CoA進入TCA cycle，會得到10 ATP。
• (計算方式：3個NADH = 3*2.5個ATP；1個FADH₂ = 1*1.5個ATP，Total = 3*2.5+1*1.5+1=10)
• TCA cycle的發生會根據能量狀態來決定。舉例，當[ATP]/[ADP]、[NADH]/[ NAD⁺]、[Acetyl-CoA]/[CoA]的比值低時，表示低能量，會增加TCA cycle的發生。

步驟重點

Step 1

• Citrate為pro-chiral center。(本身不具有chiral center)
• 反應過程需要水參與。

Step 2

• Citrate經過dehydration，再經過hydration，轉換為Isocitrate。
• Isocitrate具有chiral center。
• 此步驟所使用的酵素Aconitase，當細胞內鐵離子濃度下降時，Aconitase會轉變為IRP (Iron regulatory protein)，可以調控細胞內的鐵離子濃度。在鐵缺乏及鐵過多的時候，透過IRP與IRE (Iron-responsive element)結合與否，將進一步影響Transferrin及Ferritin的表現量。詳細內容請參考文章IRP與IRE結合與否，將如何進一步影響Transferrin及Ferritin的表現？

Step 3

• 此步驟為Oxidative decarboxylation (氧化脫羧)，會釋放出CO₂。

Step 4

• 此步驟為Oxidative decarboxylation (氧化脫羧)，會釋放出CO₂。
• 此步驟所使用的酵素α-KGDH，類似於PDH complex。

Step 5

• 此步驟為Substrate level phosphorylation。

Step 6

• 反應地點在粒線體內膜。

常見問題