bài giảng chu trình citric

Chu trình acid citric Chu trình Kreb Bs... Chu trình acid citric  Ở các sinh vật ái khí, pyruvat tạo thành từ đường phân bị oxy hóa thành CO2 and acetyl-CoA với sự tham gia của coenzyme

Chu trình acid citric (Chu trình Kreb)

Bs Chi Mai

Chu trình acid citric

 Ở các sinh vật ái khí, pyruvat (tạo thành từ đường phân) bị oxy hóa thành

CO2 and acetyl-CoA với sự tham gia của coenzyme A

 Sự oxy hóa acetyl –CoA tiếp theo bằng một loạt các phản ứng thuộc chu

trình acid citric

 Đặc điểm và ý nghĩa:

 Xảy ra trong ty thể, trong điều kiện ái khí

 Dị hóa ái khí của carbohydrat, lipid, and acid amin đều kết thúc ở chu trình

acid citric.

 Oxy hóa acetyl-CoA tạo thành từ chuyển hóa của cả 3 nhóm chất trên

 Cung cấp nhiều năng lượng

 Sản phẩm trung gian của chu trình acid citric là điểm bắt đầu cho nhiều con

đường sinh tổng hợp

Chu trình acid citric

 Oxy hóa được kiểm soát

nhiệt

 Năng lượng giải phóng ra chủ yếu được giữ lại khi NAD+ và

ubiquinone (Q) được khử thành NADH và ubiquinol (QH2)

vận chuyển electron và sự phosphoryl oxy hóa

 Chu trình acid tricarboxylic (TCA) (do các chất trung gian là

tricarboxylat)

Các phản ứng

 Chu trình

 Tái tạo oxaloacetat, chất mở đầu chu trình, ở bước cuối của chu trình

 Chu trình là các phản ứng enzym, có thể xúc tác sự chuyển hóa của vô tận nhóm acetyl

 Carbon đi vào:

 2 carbon đi vào chu trình không phải là 2

carbon mất đi dưới dạng CO 2

 Gồm 8 phản ứng xúc tác bởi enzym

 Vận chuyển 4 đôi điện tử

 Sinh ra các phân tử giàu năng lượng:

 Phần lớn năng lượng giải phóng ra được giữ dưới dạng coenzym dạng khử NADH và

FADH 2 (hoặc QH 2 )

 Oxy hóa các coenzym dạng khử trong chuồi hô hấp sinh ra ATP từ ADP và P i qua sự

phosphoryl hóa

 9 ATP có thể tạo thành từ 4 đôi e chuyển đến O 2

 Phản ứng 5 là phosphoryl hóa ở mức cơ chất sinh ATP hay GTP tùy thuộc loại tế bào

 Phản ứng tổng quát:

Acetyl-CoA + 3 NAD + + FAD + GDP + P i + 2 H 2 O →

2 CO 2 + 3 NADH + FADH 2 + CoA + GTP + 3 H +

Tạo acetyl-CoA

H

N

H

CH 2

H O H

N

N N

NH 2

P O

O O

O P O P O

CH 2

C C C H N

CH 2

CH 2

C H N

CH 2

CH 2

HS

OH

CH 3

O

O

O

 Ở tế bào ái khí, tất cả các enzym của chu trình acid citric nằm ở trong ty

thể

màng (porins)

 Pyruvate translocase là protein của màng trong ty thể, vận chuyển pyruvat

từ khoang giữa 2 màng vào trong lòng ty thể (mitochondrial matrix)

Chuyển pyruvat thành acetyl-CoA

 Một loạt 5 phản ứng

 Không thuận nghịch

 Cơ chế rất phức tạp

 Phức hợp Pyruvate dehydrogenase

 Phức hợp đa enzym ở trong lòng ty thể

 Chứa nhiều phân tử của 3

enzym liên kết không đồng hóa trị

và 5 coenzym

 E1 và E3 bao quanh lõi chuỗi 24-60 E 2

(số chuỗi phụ thuộc loại tế bào)

CH3C(O)CO2- + NAD + + CoASH → CH3C(O)-SCoA + NADH + CO2

1 Tạo citrat

 Oxaloacetat phản ứng với

acetyl-CoA tạo citrat và coenzyme A

 Enzym = citrate synthase

CO2

C

CH2

CO 2

O

+

S

C

CH3

CoA

O

H 2 O

H +

CO2

CH2

C

CH 2

CO

HO CO2 + HS-CoA

Citrate synthase

 Dime gồm 2 tiểu đơn vị giống hệt

nhau

 Changes in conformation

 Binding of oxaloacetate

 Domains move closer to form

binding site for acetyl-CoA

 Formation of intermediate

 Enzyme closes around intermediate

 Prevent side reactions by shielding

thiol ester linkage of acetyl-CoA from hydrolysis by solvent

 Intermediate hydrolyzed by bound

water molecule

 Enzyme opens and products leave

active site

2 Đồng phân citrat thành isocitrat

H 2 O

CO 2

CH 2

C

CH 2

CO 2

CO 2

CH 2

C

CH

CO

CO 2

CO 2

CH 2 HC CH CO

CO 2

HO

H2O

cetonic

trung gian alken (cis-aconitat)

3 Khử carboxyl oxy hóa isocitrat

CO2

CO2

CH2

HC

CH

CO2

CO2

HO

NAD +

NADH + H +

CO2

CH2

HC

C

CO2

CO2

O

CO2

CH2

CH2

C

CO2

O

H +

 Phản ứng oxy hóa đầu tiên trong 4 phản

ứng oxy hóa

 NAD + là tác nhân oxy hóa

 Cơ chế:

 Bước 1: alcol bị oxy hóa bởi chuyển H- từ

C2 cho NAD +

 Chất trung gian = oxalosuccinat, acid β

-keto không ổn định

 Phân tử NADH thứ nhất được tạo thành

 Bước 2: chất trung gian khử carboxyl ở vị

trí β tạo α -keto acid

 Phân tử CO2 đầu tiên được tạo thành

 Không thuận nghịch

 Là 1 bước hạn chế tốc độ của chu trình

 Enzym = isocitrate dehydrogenase

4 Khử carboxyl oxy hóa

NAD +

CO 2

CH2

CH2

C

CO2 O

NADH

HS-CoA

CO2

CO 2

CH2

CH2

C

S-CoA O

 Được xúc tác bởi phức hợp đa enzym α -ketoglutarat

dehydrogenase

 α -ketoglutarat dehydrogenase (E1)

 Dihydrolipoamide succinyltransferase (E2)

 Dihyrdolipoamide dehydrogenase (E3)

 Tương tự phản ứng chuyển pyruvat thành acetyl-CoA

xúc tác bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase

 Coenzym tương tự

 Cơ chế tương tự

 Sản phẩm chứa liên kết thioeste giàu năng lượng

 Bước điều hòa then chôt của chu trình acid citric

 Tạo phân tử NADH thứ hai

 Sinh ra phân tử CO2 thứ hai

5 Chuyển succinyl-CoA thành

succinat

GDP + Pi

CO2

CH2

CH2

CO2

GTP + HS-CoA

CO2

CH2

CH2

C

S-CoA

O

tổng hợp nucleosid triphosphate

của GTP với ADP

 GTP + ADP GDP + ATP

Cơ chế của Succinyl-CoA synthetase

6 Oxy hóa succinat tạo fumarat

đôi

 FADH2 tạo ra bị oxy hóa bởi

coenzym ubiquinon (Q) tạo FAD và ubiquinol (QH2)

 -O2C-CH2-CO

carboxylat

7 Hydrat hóa fumarat tạo L-malat

H 2 O

CO2 C

C

O2C

H

H

C

CH2

CO2

CO2 H HO

 Đặc hiệu không gian

1. Hợp nước vào liên kết đôi của

fumarat

phản ứng

8 Oxy hóa L-malat tạo oxaloacetat

NAD+

NADH + H+

C

CH2

CO2

CO2

H HO

C

CH2

CO2

CO2

O

Năng lượng tạo thành trong chu trình

 Cộng: 12 ATP

Điều hòa chu trình acid citric

 Các enzym được điều hòa trong chu trình acid citric là:

 Citrate synthase (phản ứng1)

 Bị ức chế dị lập thể bởi nồng độ cao của

citrat, succinyl-CoA, NADH, ATP

 Isocitrate dehydrogenase (phản ứng 3)

 Được kích thích bởi ADP, NAD + , và Ca 2+ (cơ)

 Bị ức chế bởi ATP và NADH

 α -Ketoglutarate dehydrogenase (phản ứng 4)

 Bị ức chế bởi ATP, GTP, NADH và succinyl-CoA

 Cả 3 enzym trên xúc tác các phản ứng

ở những điểm rẽ quan trọng trong chuyển hóa