1.Decarboxyl hóa oxy hóa acid pyruvic.
Ở sinh vaơt hiêu khí quá trình dị hóa glucid thường được chia làm hai giai đốn: giai đốn kỵ khí (glycolis) với sự hình thành acid pyruvic và giai đốn hiêu khí, trong đó acid pyruvic sẽ bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 và H2O. Phạn ứng đaău tieđn cụa giai đốn sau là decarboxyl hóa oxy hóa acid pyruvic thành acetylcoenzyme A với sự xúc tác cụa pyruvate dehydrogenase:
CH3-CO-COOH + NAD+ + CoA-SH ⎯→ CH3-CO-SCoA + CO2 + NAD.H + H+ Quá trình phạn ứng xạy ra như mođ tạ trong hình IX.8.
Pyruvatedehydrogenase là moơt heơ thông enzyme phức táp goăm 3 enzyme và 5
coenzyme coenzyme taơp hợp lái thành moơt cơ câu thông nhât, trong đó moêi enzyme và coenzyme thực hieơn moơt chức naíng xác định. Hốt tính cụa cụa heơ thông enzyme này bị ức chê khi hàm lượng ATP trong tê bào vượt quá giới hán nhât định. Có nghĩa là Pyruvatede-hydrogenase là moơt enzyme đieău hòa. Nó đóng vai trò quan trĩng trong vieơc chi phôi hốt đoơng cụa chu trình acid tricarboxilic và cụa các quá trình lieđn quan khác.
Hình IX.8. Sơ đoă các giai đốn cụa phạn ứng decarboxyl hóa oxy hóa acid pyruvic.
E1: Pyruvate decarboxylase có coenzyme là thyamine pyrophosphate (TPP). E2- dihydrolipoyltransacetylase có coenzyme là acuid lipoic;
E3:Dihydrolipoyldehydrogenase có coenzyme là FAD.
2. Chu trình acid tricarboxylic (Chu trình Krebs)
Acetylcoenzyme A tiêp túc bị oxy hóa thành khí carbonic theo moơt cơ chê có teđn là chu trình acid tricarboxylic hay chu trình Krebs (hình IX.9).
Hưnh IX.9. Chu trình acid tricarboxylic. 1:Citrate syntase; 2.3: Aconitase; 4: Isocitrate dehydrogenase; 5: Cetoglutarate dehydrogenase; 5a:Succinate thiokinase; 6: Succinate dehydrogenase; 7: Fumarase; 8: Malate dehydrogenase.
Citrate syntase, isocitrate dehydrogenase và fumarase là những enzyme mang tính chât cụa enzyme đieău hòa. Hốt tính cụa chúng góp phaăn chi phôi tôc đoơ cụa chu trình. Hốt tính cụa những enzyme này bị ức chê bởi ATP và NAD.H. Tuy nhieđn, veă phương dieơn này isocitrate dehydrogenase có vai trò quan trĩng hơn cạ. Khi hàm lượng ADP trong tê bào taíng leđn, tôc đoơ oxy hóa isocitrate tự đoơng taíng, làm taíng tôc đoơ cụa toàn boơ chu trình. Ngược lái, khi taíng tôc đoơ cụa chu trình, hàm lượng ATP trong tê bào taíng leđn, làm cho hốt đoơng cụa isocitrate dehydrogenase bị ức chê. Sự tích lũy NAD.H trong ty theơ cũng có tác dúng tương tự.
Đáng lưu ý hơn cạ veă phương dieơn tích lũy naíng lượng là phạn ứng α- cetoglutarate dehydrogenase. Phức heơ enzyme này rât giông với heơ thông pyruvate dehydrogenase. Hốt đoơng cụa nó cũng đòi hỏi các coenzyme TPP, acid folic, CoA- SH, NAD+ và FAD. Với sự tham gia cụa những coenzyme này α-cetoglutarate bị oxy hóa thành suxinyl-coenzyme A. Suxinyl-coenzyme A là moơt tioester cao naíng. Ở giai đốn kê tiêp naíng lượng tích lũy trong nó được dùng đeơ toơng hợp GTP từ GDP và Pvc nhờ sự xúc tác cụa enzyme suxinyl thiokinase ( suxinyl-CoA-synthetase). GTP sau đó nhường gôc phosphate taơn cùng cho ADP đeơ táo ra phađn tử ATP.
Kieơu toơng hợp ATP này thường được gĩi là phosphoryl hóa oxy hóa ở mức đoơ cơ chât đeơ phađn bieơt với các phạn ứng phosphoryl hóa oxy hóa trong chuoêi hođ hâp (múc IX).
Toàn boơ các enzyme cụa chu trình acid tricarboxylic cũng như các enzyme cụa chuoêi vaơn chuyeơn đieơn tử đên oxy phađn tử đeău định vị trong ty theơ – câu trúc được meơnh danh là “Trám naíng lượng cụa tê bào”. Moơt sô enzyme cụa chu trình này cũng có maịt trong phađn đốn hòa tan cụa tê bào chât, tuy nhieđn chúng tác dúng leđn các con đường trao đoơi chât khác.
3. Ý nghĩa cụa chu trình acid tricarboxylic.
Qua hình IV.9 ta thây raỉng moơt vòng cụa chu trình dung náp moơt phađn tử acetyl- CoA và oxy hóa chât này thành hai phađn tử CO2, đoăng thời táo ra moơt phađn tử ATP và 4 coenzyme ở dáng khử (3 NAD.H và 1 FAD.H2). Những phađn tử coenzyme này sẽ táo ra sô naíng lượng đáng keơ khi bị oxy hóa trong chuoêi hođ hâp.
Như vaơy, các phạn ứng cụa chu trình acid tricarboxilic là nguoăn cung câp naíng lượng quan trĩng cụa tê bào. Tuy nhieđn nó còn lieđn quan cạ với các quá trình đoăng hóa với tư cách là nguoăn cung câp nguyeđn lieơu và naíng lượng cho hàng lốt các phạn ứng sinh toơng hợp. Moơt sô sạn phaơm trung gian cụa chu trình nhờ những phạn ứng lieđn heơ được dùng đeơ toơng hợp glucose, acid béo aminoacid và nhieău hợp chât khác. Phaăn lớn những phạn ứng này có tính thuaơn nghịch neđn chúng cũng được sử dúng đeơ táo ra các sạn phaơm trung gian cụa chu trình từ những hợp chât khođng phại glucid. Do đaịc đieơm này chu trình acid tricarboxilic được xem là trung tađm cụa trao đoơi chât tê bào.
4. Các phạn ứng bù đaĩp.
Thođng thường, noăng đoơ cụa các sạn phaơm trung gian cụa chu trình acid tricarboxilic trong ty theơ được giữ ở mức rât oơn định. Trong vieơc giữ thê oơn định này ngoài vai trò cụa các enzyme đieău hòa như pyruvate dehydrogenase isocitrase dehydrogenase v.v... còn có sự tham gia cụa những phạn ứng enzyme đaịc bieơt chuyeđn làm nhieơm vú boơ sung nguoăn dự trữ các sạn phaơm trung gian cụa chu trình mà ngưới ta gĩi là những phạn ứng bù đaĩp. Trong sô các phạn ứng lối này quan trĩng nhât là phạn ứng carboxyl hóa acid pyruvic thành acid oxaloacetic do enzyme pyruvate carboxylase xúc tác:
Mg2+
Pyravate + CO2 + ATP Oxaloacetate + ADP + Pvc
Khi chu trình hốt đoơng trong đieău kieơn thiêu oxaloacetate hoaịc thiêu các sạn phaơm trung gian khác, phạn ứng này được kích thích làm cho nguoăn dự trữ oxaloacetae taíng leđn. Pyruvate carboxylase là moơt enzyme đieău hòa. Tôc đoơ cụa phạn ứng thuaơn taíng leđn đáng keơ khi trong tê bào có dư acetyl-CoA; ngược lái, khi thiêu acetyl-CoA, tôc đoơ cụa phạn ứng rât thâp. Trong gan và thaơn cụa đoơng vaơt baơc cao đađy là phạn ứng bù đaĩp quan trĩng nhât.
Ở những mođ khác chức naíng bù đaĩp được thực hieơn bởi malico-enzyme (malate dehydrogenase) và phosphoenolpyruvate carboxylase xúc tác các phạn ứng tương ứng sau đađy:
L.Malate + NADP+ Pyruvate + CO2 + NADP.H + H+ và Phosphoenolpyruvate + CO2 + IDP Oxaloacetate + ITP
Ở thực vaơt và vi sinh vaơt chức naíng bù đaĩp còn được thực hieơn bởi chu trình glyoxylate (chương 5).