V ới một số phản ứng tương đối đơn giản thực vật có khả năng tổng hợp các hexosephosphate khác nhau, là những nguyên liệu cần thiế t cho
4.5.4 Hô hấp háo khí (chu trinh Krebs)
Chu trình tricarboxylic, hay là chu trình Krebs được giải thích bởi Hans Krebs, và Schueler Otto Warburg. Nhờ phát minh này mà Krebs nhận được giải thưởng Nobel vào năm 1953.
Chu trình này xảy ra ở trong ty thể. Cơ quan tử này có thể so sánh
được với lục lạp, thực ra nó nhỏ hơn lục lạp (đường kính 0.5-1μm), tuy nhiên về cấu tạo và chức năng chúng tương tự nhau (hình 4.23).
Hình 4.23 Sơđồ cấu tạo của ty thể: hình phía trên là sơđồ cắt ngang qua ty thể, hình phía dưới là cắt một phần ty thể
Người ta cho rằng cũng nhưở lục lạp, các ty thể đã xuất hiện trước
đây khoảng 109 năm trong những cơ thểđộc lập, trong quá trình tiến hoá chúng được sinh vật nhân chuẩn “bắt” và hoà nhập. Những tế bào có sự
biến đổi năng lượng lớn chứa nhiều ty thể, như tế bào mô cơ hoặc tế bào gan, chúng có hơn 1000 ty thể trong một tế bào. Ty thể xuất hiện dưới kính hiển vi là những hạt nhỏ hoặc sợi.
Tuy nhiên, người ta thấy rõ nó dưới kính hiển vi điện tử, nó được bao bọc bởi màng ngoài và bên trong là một hệ thống màng kéo dãn với nhiều sự uốn cong vào. Sự gập khúc nhiều của màng trong đã làm cho nó có diện tích bề mặt lớn, diện tích của nó lớn hơn màng ngoài khoảng 5
lần. Màng ngoài cho những phân tử lớn thấm qua, những phân tử có trọng lượng lớn cho đến 10.000 Da, màng này chứa những protein vận chuyển với những kênh lớn chứa nước. Màng trong khó thấm qua hơn và vận chuyển các chất có tính chọn lọc. Màng trong bao quanh stroma, trong stroma chứa các enzyme của chu trình Krebs và enzyme phân giải chất béo (hình 4.23). Ngược lại trên màng trong ty thể có các enzyme và hệ
thống oxy hoá. Ở đây tương tự như lục lạp, chuỗi vận chuyển e- định vị
trong màng thylacoid và các enzyme của chu trình Calvin trong matrix. Cơ chất của chu trình Krebs là sản phẩm của quá trình đường phân, pyruvate. Nó được vận chuyển chọn lọc từ tế bào chất qua màng trong ty thể đến stroma và ở đây nó được khử carboxyl hoá oxy hoá nhờ enzyme pyruvate dehydrogenase. Pyruvate dehydrogenase là một ví dụ về đa enzyme, là một phức hệ chứa 1 carboxylase, 1 transacetylase và 1 dehydrogenase. Bên cạnh đó trong phản ứng còn có các nhóm prostetic là thyaminpyrophosphate, liponic acid, coenzyme NAD+ và Coenzyme A . Sau đây là các bước cụ thể của chu trình Krebs. Ở đây cũng có sự khử
carboxyl hoá oxy hoá, phản ứng này không kể trực tiếp vào chu trình. Tương tự quá trình đường phân chu trình Krebs là một ví dụ nói lên rằng trong cơ thể sống các phản ứng phân giải các chất chứa nhiều năng lượng thực hiện theo từng bước. Ở chu trinh Krebs mỗi vòng quay lấy vào chu trình 1 acetyl CoA. Các bước của chu trình như dưới đây (hình 4.24).
1. Pyruvic acid được chuyển thành acetyl CoA bằng phản ứng khử
carboxyl hoá oxy hoá. Ở phản ứng oxy hoá năng lượng giải phóng ra
được liên kết trong NADH và trong liên kết cao năng của acetyl-CoA.
2. Năng lượng chứa trong liên kết cao năng của acetyl-CoA đủ để gắn acetate vào oxaloacetate tạo thành citrate.
3. Qua sự ngưng tụ này 1 phân tử có 6 nguyên tử C được tạo nên. Phản
ứng này được xúc tác bởi enzyme citrate synthetase. Bằng phản ứng 3 và 4 citric acid được biến đổi thành isocitric acid qua aconitic acid.
4. Dưới tác dụng của aconitase (hydratase) xảy sự kết hợp với nước.
Ở trạng thái cân bằng citric acid chiếm 91%, aconitic acid % và isocitric acid 6%.
5. Ở hình 4.24, phản ứng 5 và 6 được thực hiện bởi enzyme isocitrate dehydrogenase. Trước hết isocitric acid được oxy hoá thành
oxalosuccinic acid và sau đó được khử carboxyl hoá thành axit α- cetoglutaric acid.
6. Có hai dạng isocitrate dehydrogenase, 1 dạng cùng với NAD+ và 1 dạng cùng với NADP+. Ở ty thể isocitrate dehydrogenase dạng NAD+ quan trọng hơn.
7. Bằng phản ứng khử carboxyl hoá oxy hoá α- cetoglutaric acid được biến đổi thành succinyl-CoA. Enzyme xúc tác là 1 phức hệ α- cetoglutarate dehydrogenase. Phản ứng và enzyme tương tự sự khử
carboxyl hoá oxy hoá pyruvic acid.
8. Từ succinyl-CoA succinic acid được tạo thành. Liên kết giàu năng lượng của succinyl-CoA được bẻ gãy, năng lượng giải phóng ra dùng
để tổng hợp guanosintriphosphate (GTP) từ guanosindiphosphate (GDP) và phosphate vô cơ. Trong cơ thể thực vật GTP được tạo thành tương tự như ATP.
9. Dưới tác dụng của FAD succcinate bị oxy hoá để tạo thành fumarate.
Enzyme này là một flavoprotein, có nhóm prostetic là FAD được gọi là succinate dehydrogenase. Ở sự oxy hoá succinate thành fumarate năng lượng giải phóng không đủ để khử NAD+. Tuy nhiên nó đủ để khử FAD (xem thế khử tiêu chuẩn).
10. Dưới tác dụng của H2O, fumarate biến thành malate
11. Malate dehydrogenase khử malate thành oxaloacetate, là chất khởi đầu của 1 chu trình mới.
Những phản ứng cơ bản trong chu trình Krebs là sự khử carboxyl hoá và phản ứng oxy hoá. Nếu tính phản ứng từ pyruvate đến acetyl-CoA vào chu trình Krebs thì có 3 vị trí khác nhau CO2 được giải phóng (phản
ứng 1,6,7) và 5 vị trí khác nhau cơ chất bị oxy hoá (phản ứng 1,5,7,9 và 11). Ở những phản ứng oxy hoá luôn luôn có 1 coenzyme (NAD+) hoặc 1 nhóm prostetic (FAD) tham gia. Chúng chuyển thành dạng khử bằng phản
ứng oxy hoá. Năng lượng được giải phóng ra do sự oxy hoá cơ chất được sử dụng cho việc khử nhóm coenzyme cũng như nhóm prostetic. Quan trọng là năng lượng ở phản ứng 8 được dùng để tổng hợp 1 phân tử GTP, tương đương với 1 ATP, vì GTP có thể phản ứng với ADP như sau:
GTP + ADP → ATP + GDP
Từ hình 4.24 rút ra rằng, trong chu trình, CO2được tách ra nhưng O2 không được tiếp nhận vào. Nguyên tử O có trong CO2 không phải là oxy cho hô hấp. Ý nghĩa của chu trình Krebs là cung cấp những coenzyme khử
(NADH, FADH2), những chất khử này là cần thiết cho hô hấp. Ngoài ra các acid khác nhau của chu trình còn tham gia vào những quá trình trao
Hình 4.24 Chu trình Krebs
Qua chu trình Krebs chuỗi carbon từ carbohydrate đến trao đổi lipid và trao đổi của aminoacid và như vậy là đến protein.