三羧酸循环的发展历程.ppt

1、三羧酸循环的发展史，1。三羧酸循环发现者生平简介2。三羧酸循环的发现过程。三羧酸循环的应用及发展前景。汉斯阿道夫克雷布斯(1900年8月25日，1981年11月22日):克雷布斯在代谢方面有两个重要发现：尿素循环和三羧酸循环。克雷布斯出生在下萨克森州希尔德斯海姆的一个犹太家庭。他的父亲是耳鼻喉科医生。从1918年到1923年，他在哥廷根和弗赖堡学习医学。他于1925年获得汉堡大学的医学博士学位，然后去柏林大学学习化学一年，并成为奥托海因里希沃伯格的助手进行研究，直到1930年。由于他的犹太身份，克雷布斯于1933年去了英国，在剑桥大学与弗雷德里克霍普金斯一起工作，1945年成为谢菲尔德大学的教

2、授，1954年转到牛津大学担任生物化学教授，并在那里退休。他于1958年被授予爵士头衔，并于1979年获得剑桥大学荣誉博士学位。他于1981年在牛津去世。总的来说，克雷布斯教授的研究主要涉及中间代谢的所有方面。他的研究对象之一是电解质的主动转运机制、细胞呼吸和肝脏尿素合成中间阶段磷酸腺苷的产生、尿酸和鸟嘌呤的合成以及食物氧化之间的关系。他的许多作品都是对生物能转换的卓越研究。此外，他还与科恩伯格合作，讨论复杂的化学过程，通过所谓的三羧酸或柠檬酸循环向生物体提供高能磷酸。1937年，经过五年的不懈努力，当时正在实验室做博士论文的克雷布斯和约翰逊报道了当时震撼生化世界的柠檬酸循环。首次合理、清晰地

3、揭示了有氧氧化的途径，为生物代谢的研究树立了里程碑。为此，克雷布斯与李普曼分享了1951年的诺贝尔生理医学奖(李普曼发现了乙酰辅酶a，彻底阐明了从丙酮酸到柠檬酸的机制，并完全证实了三羧酸循环的普遍性)。三羧酸循环的发现过程，人们早在18世纪就已经注意到，食物在生物体中是通过缓慢的“燃烧”过程被氧化的。然而，直到20世纪30年代，生物氧化仍然是一个“不断切割，推理仍然混乱”的谜。1932年以后，经过许多科学家的努力，特别是德国科学家奥罗莫耶霍夫(OrorMeyerhof，1884-1951)的杰出贡献，发现了生物发酵中厌氧氧化的具体步骤，称为糖酵解途径(EMP)，和，7。然而，还不知道葡萄糖是如

4、何在分解成丙酮酸后完全分解成水和二氧化碳的。为了解开谜团，找到生物氧化的中间代谢物，科学家们首先采用的方法是“试错法”，即将各种有机物质放入组织悬浮液、液体或匀浆中保温，根据氧化速率的变化来确定哪些有机物质是代谢中间产物。如果注入人体的有机物质大大加快了氧化反应的速度，根据质量作用定律，有机物质就是这一反应的中间代谢产物。通过这种方式，科学家已经测定了多种有机物，发现只有少数有机酸如琥珀酸、富马酸、草酰乙酸、苹果酸和柠檬酸能促进氧化。1935年，匈牙利生物学家圣乔奇发现，这些有机酸不仅催化和促进氧化反应，而且在它们之间有规律地转化。反应顺序是：琥珀酸富马酸苹果酸草酰乙酸酯、9。不久，当两位德国

5、科学家马丁和努普研究柠檬酸的性质时，他们偶然发现柠檬酸可以通过一系列反应转化为琥珀酸：顺乌头酸酮戊二酸琥珀酸。不幸的是，他们没有将这些反应与整个生物氧化过程联系起来，而只是将这些有机酸视为催化剂和氢供体。他敏锐地意识到，这些人对上述有机酸转化的解释是不完整或不准确的。为了进一步探索这些有机酸与食物氧化过程的关系，他仔细研究了丙二酸：对琥珀酸转化为富马酸的抑制作用。丙二酸(COOH-CH2-COOH)和琥珀酸(COOH-CH2-CH2-COOH)具有相似的结构，其特异性地抑制琥珀酸转化为富马酸，导致琥珀酸在整个培养混合物中的积累，并进一步中断生物细胞中的整个生物氧化过程。通过这些积极和消极的反应

6、，克雷布斯决定性地将食物的氧化过程与从柠檬酸到草酰乙酸的一系列反应联系起来。他设想含四个碳的草酰乙酸分子在食物代谢中与特定的三个碳结合形成含六个碳的柠檬酸，然后进入上述反应序列，以便来回循环和连续氧化。根据当时的生化背景知识，丙酮酸是三个碳的最有可能的候选者。为此，他设计了一个实验，将草酰乙酸和丙酮酸保存在鸽子胸肌悬浮液中，得到柠檬酸和一系列反应产物。三羧酸循环各种名称的来源1937年，克雷布斯首先将这一结果写成一份700字的时事通讯，并发送给英国自然杂志，以引起讨论，但手稿被退回。然而，克雷布斯知道这一发现的意义，所以他编辑了它并将其命名为“柠檬酸循环”，两个月后发表在英国酶学杂志上。这自然

7、引起了生物化学家的极大兴趣，人们用不同的材料和动植物重复实验。1941年，几位美国科学家用同位素示踪法直接研究了柠檬酸循环。虽然他们的实验结果一般支持循环反应。13，但在草酰乙酸和丙酮酸的合成产品中，krebs与krebs存在根本差异。根据他们的分析，柠檬酸是一种对称的分子，并从中获得两种柠檬酸。一个酮戊二酸酯中的标记碳原子也应该对称分布，但实验结果相反，标记分子只分布在一个酮戊二酸酯中。因此，他们认为草酰乙酸和丙酮酸的合成产物不是对称的柠檬酸，而是不对称的顺乌头酸或异柠檬酸。在这种情况下，krebs将柠檬酸循环重新命名为三羧酸循环，因为异柠檬酸和顺乌头酸都是带有三个羧基的有机酸。1948年，

8、立体化学家奥格斯塔姆通过精辟的理论分析认为，对称柠檬酸在不对称酶的攻击下也可能表现出不对称，从而“恢复了柠檬酸循环的声誉”。这是名称柠檬酸循环和三羧酸循环的起源。此外，为了纪念和表示对克雷布斯的尊重，后世也称这种循环为克雷布斯循环。三羧酸循环的意义三羧酸循环的发现表明体内的代谢是一个统一的循环过程。糖、脂肪和蛋白质的代谢过程是不同的。同一细胞内的各种代谢过程是有规律地进行的，它们共同的中间代谢产物，如丙酮酸、乙酰辅酶a、草酰乙酸和酮戊二酸，是相互联系的。三羧酸循环是糖、脂肪、蛋白质(氨基酸)完全氧化和释放能量的常见方式，也是它们相互连接和转化的枢纽。可见，生物体内的各种代谢途径形成了一个完整的

9、系统，关系密切。三羧酸循环是生物获取能量的主要途径。一个葡萄糖分子的厌氧糖酵解可产生两个三磷酸腺苷分子，而有氧氧化可产生32个三磷酸腺苷分子，其中24个三磷酸腺苷由三羧酸循环产生。2.三羧酸循环是体内糖、脂肪和蛋白质完全氧化的常见代谢途径。乙酰辅酶a是三羧酸循环的起始物，不仅是糖的氧化分解产物，也是脂肪中甘油和脂肪酸以及蛋白质中某些氨基酸的代谢产物。因此，三羧酸循环实际上是体内三种主要有机物质氧化和能量供应的共同途径。据估计，人体内三分之二的有机物质是通过三羧酸循环分解的。3.三羧酸循环是体内三种主要有机物质相互转化的接触机制。17。三羧酸的应用及发展前景。1.就微生物生产力和发酵而言，TCA

10、是生产力最高的地方，它能彻底分解有机物质，并产生可供微生物使用的三磷酸腺苷(ATP)和脱氧核糖核酸(NADH)。有许多中间产物可以提取(例如，L-苹果酸广泛存在于生物体内，是生物体内三羧酸循环的一员)。2.医学应用：聚乳酸是典型的合成可降解聚合物之一，其代谢产物乳酸是体内三羧酸循环的中间代谢产物，其吸收和代谢机制已经明确，具有可靠的生物安全性。因此，聚乳酸作为第一批生物可降解吸收材料，已被美国食品和药物管理局批准用于临床，是迄今为止研究最多、应用最广泛的生物可降解材料。其强度较高，模量可达4Gpa，广泛用于制造医疗器械、骨折固定装置等。由于其特定的生物活性，它也被用于骨填充和替代材料。三羧酸循环在动物生产中的应用：酸化剂(包括柠檬酸和苹果酸)的主要生理功能是降低消化道内的酸碱度，改善胃肠微生物，直接参与体内代谢，抵抗应激，从而充分发挥影响动物消化吸收的相关因素。酸化剂对预防仔猪腹泻有很好的效果，同时能促进动物营养物质的消化和吸收，提高动物的生产性能。是一种无残留、无污染、