III. DECARBOXYL-HÓA OXY-HÓA ACID PYRUVIC VĂ CHU TRÌNH ACID
1. Decarboxyl-hóa oxy-hóa acid pyruvic 4 5-
Giai đoạn thứ hai của quâ trình hô hấp hiếu khí bao gồm câc phản ứng decarboxyl-hóa oxy-hóa acid pyruvic thănh acetyl-CoA. Phương trình tổng quât của câc phản ứng năy có dạng:
Pyruvate + NAD+ + CoA-SH –––> Acetyl-S-CoA + NAD.H + H+ + CO2 ∆Go’= -8,0Kcal/mol.
Trong phản ứng năy coenzyme A đóng vai trò vận chuyển nhóm acyl tương tự như ATP lă chất vận chuyển phosphate. Liín kết thioester trong acetyl-CoA lă một kiểu liín kết cao năng. Biến thiín năng lượng tự do tiíu chuẩn của phản ứng thủy phđn acetyl-CoA có giâ trị đm khâ cao:
Acetyl-CoA + H2O –––> Acetate + CoA-SH ∆Go' = -7,52Kcal/mol
Hệ thống pyruvate dehydrogenase xúc tâc cho quâ trình decarboxyl-hóa oxy- hóa acid pyruvic bao gồm 3 enzyme vă 5 coenzyme khâc nhau tập hợp lại thănh một cơ cấu thống nhất. Vai trò của mỗi thănh phần trong hệ thống được tình băy trong hình 13.
Toăn bộ quâ trình có thể được chia thănh 5 giai đoạn. Ở giai đoạn I acid pyruvic bị decarboxyl-hóa cới sự xúc tâc của enzyme pyruvate decarboxylase (E1) có nhóm hoạt động lă thyamine pyrophosphate (TPP). Trong phản ứng năy pyruvate sau khi mất CO2 biến thănh dẫn xuất oxyethyl ở trạng thâi liín kết với
nhóm thyamine pyrophosphate của E1. Ở giai đoạn II nhóm oxyethyl được chuyển
đến cho một trong hai nguyín tử lưu huỳnh của nhóm disulfide vòng của acid lipoic. Acid lipoic lă một acid bĩo no, trong đó câc nguyín tử C-6 vă C-8 gắn với nhóm disulfide vă tạo nín mạch vòng 5 cạnh (hình 14). Nó dễ dăng bị khử thănh acid dihydrolipoic. Lúc đó nhóm disulfide biến thănh hai nhóm -SH. Acid lipoic tồn tại ở trạng thâi liín kết đồng hóa trị với enzyme dihydrolipoyl transacetylase (E2) bằng câch tạo nín liín kết peptide với nhóm ε-amine của lysine trong thănh phần của phđn tử enzyme.
Hình 14. Cấu tạo của acid lipoic
Khi chuyển nhóm oxyethyl từ thyamine-pyrophosphate đến acid lipoic cũng xảy ra đồng thời phản ứng oxy-hóa khử: nhóm oxyethyl bị oxy-hóa thănh nhóm acetyl do mất hai nguyín tử hydro, trong đó một nguyín tử gắn với acid lipoic để khử nó thănh dạng dithiol. Ở giai đoạn III nhóm acetyl được chuyển từ gốc acid lipoic cho nhóm -SH của coenzyme A để tạo ra acetyl-CoA, tâch chất năy ra khỏi
enzyme E2. Ở giai đoạn IV xảy ra phản
ứng tâi oxy hóa dạng dithiol của acid lipoic thănh dạng
disulfide với sự xúc tâc của enzyme dihydrolipoyl- dehydrogenase (E3) mă
coenzyme lă FAD. Trong phản ứng FAD trong thănh phần của E3 bị khử thănh
FAD.H2 . Ở giai đoạn cuối cùng E3 -FAD.H2 bị tâi oxy-hóa với sự tham gia của
NAD+. Kết qủa lă khôi phục trạng thâi oxy-hóa của E3 -FAD vă NAD+ bị khử
thănh NAD.H .
Phức hệ pyruvate dehydrogenase đê tâch được từ ty thể của tim lợn vă từ E.
coli có M=4,0x106. Nó bao gồm 24 phđn tử pyruvate dehydrogenase (M=90.000),
mỗi phđn tử chứa một gốc thyamine pyrophosphate, một phđn tử dihydrolipoyl transacetylase (cấu tạo từ 24 chuỗi polypeptide, mỗi chuỗi có M=36.000, chứa một gốc acid lipoic, vă 12 phđn tử dihydrolipoyl dehydrogenase (M=55.000), mỗi phđn tử gắn với một gốc FAD. Đường kính của phức hệ năy văo khoảng 350 ± 50⊕ , cao 225 ±25 ⊕
Phức hệ pyruvate dehydrogenase bị ức chế bởi câc hợp chất của arsen do những chất năy phản ứng với hai nhóm thiol của acid lipoic, tạo ra cấu trúc vòng không hoạt động. Phức hệ enzyme còn bị ức chế bởi ATP. Khi hăm lượng ATP trong tế băo bắt đầu vượt quâ mức độ nhất định, hệ thống pyruvate dehydrogenase
sẽ lập tức ngừng hoạt động để dình chỉ việc cung cấp chất đốt (acetyl-CoA) cho chu trình acid tricarboxylic.