Chu trình acid citric (Chu trình Kreb)
Bs. Chi Mai
Chu trình acid citric
các sinh v t ái khí, pyruvat (t o thành t
Ở
ạ
ậ
đ ừ ườ
ng phân) b oxy hóa ị
ủ
thành CO2 and acetyl-CoA v i s tham gia c a coenzyme A ớ ự
S oxy hóa acetyl –CoA ti p theo b ng m t lo t các ph n ng thu c
ả ứ
ự
ế
ằ
ạ
ộ
ộ
chu trình acid citric
Đ c đi m và ý nghĩa:
ể
ặ
X y ra trong ty th , trong đi u ki n ái khí ể ề ệ ả
D hóa ái khí c a carbohydrat, lipid, and acid amin đ u k t thúc chu trình ủ ế ề ị ở
acid citric.
Oxy hóa acetyl-CoA t o thành t ạ ừ chuy n hóa c a c 3 nhóm ch t trên ả ủ ể ấ
Cung c p nhi u năng l ng ề ấ ượ
S n ph m trung gian c a chu trình acid citric là đi m b t đ u cho nhi u con ắ ầ ủ ề ể ẩ ả
đ ườ ng sinh t ng h p ổ ợ
Chu trình acid citric
c khác nhau
ướ
Chu trình acid citric Oxy hóa đ ượ Các ch t đ ấ ượ đ Đi n t
c ki m soát ể c oxy hóa c v n chuy n t
các b i O
ở ể ớ
ệ ử ượ
ậ
2
ng t
vi c đ t cháy các ch t h u c , sinh ra CO
ự ệ
ấ ữ
ơ
ố
2 và H2O và
T ươ tệ nhi Năng l
ng gi
i phóng ra ch y u đ
c gi
ả
ủ ế
l ữ ạ
ượ
ử
i khi NAD + và ượ 2) c kh thành NADH và ubiquinol (QH ề
ạ
ượ ubiquinone (Q) đ S oxy hóa các coenzym d ng kh nói trên sinh ra nhi u ATP qua s ự ủ ự v n chuy n electron và s phosphoryl oxy hóa. ậ
ự
ể
ọ
Chu trình acid tricarboxylic (TCA) (do các ch t trung gian là
ấ
tricarboxylat)
Chu trình Krebs (Tên nhà hóa sinh Hans Krebs)
Còn g i là:
Các ph n ng
ả ứ
Tái t o oxaloacetat, ch t m đ u chu trình,
c cu i c a chu trình
ở ầ
ạ
ấ
b ở ướ
ố ủ
Chu trình là các ph n ng enzym, có th xúc tác s chuy n hóa c a vô t n nhóm acetyl
ả ứ
ự
ủ
ể
ể
ậ
Chu trình
2 carbon đi vào chu trình không ph i là 2
ả
carbon m t đi d
i d ng CO
ấ
ướ ạ
2
Carbon đi vào:
G m 8 ph n ng xúc tác b i enzym ả ứ ở ồ
V n chuy n 4 đôi đi n t ệ ử ể ậ
giàu năng l
ng gi
c gi
d
ầ ớ
ả
ượ
ữ ướ ạ
i d ng coenzym d ng kh NADH và ạ
ử
ặ
ng: ượ i phóng ra đ
ADP và P
ạ
ấ
ồ
ừ
i qua s ự
Oxy hóa các coenzym d ng kh trong chu i hô h p sinh ra ATP t ử phosphoryl hóa
9 ATP có th t o thành t
4 đôi e chuy n đ n O
ể ạ
ừ
ể
ế
2
Ph n ng 5 là phosphoryl hóa
m c c ch t sinh ATP hay GTP tùy thu c lo i t
bào
ả ứ
ở ứ
ạ ế
ấ
ơ
ộ
Sinh ra các phân t ử Ph n l n năng l ượ 2) FADH2 (ho c QH
Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O →
2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + CoA + GTP + 3 H+
Ph n ng t ng quát: ả ứ ổ
T o acetyl-CoA
ạ
NH2
N
N
OH
O
O
CH3
N
HS
H N
H N
C
O
O
O
C
C
P
P
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
N
O
C H
H
CH2 H
O
O
O
O
CH3
H
H
OH
O
P
O
O
O
c tiên
ư
ư
ầ
ộ
ướ
Không thu c chu trình nh ng c n đ a ra tr
ướ
ể
bào ái khí, t
t c các enzym c a chu trình acid citric n m
trong ty
ấ ả
ằ ở
ủ
t Ở ế thể
Ty th đ
c bao b c b i m t màng kép
ể ượ
ọ
ộ
ở
c-các protein xuyên
ư
ờ
ướ
Pyruvat qua l p màng ngoài nh các kênh a n ớ màng (porins)
ể ậ
ể
ủ khoang gi a 2 màng vào trong lòng ty th (mitochondrial matrix)
Pyruvate translocase là protein c a màng trong ty th , v n chuy n pyruvat t ừ
ữ
ể
B c 1: pyruvat đi vào trong ty th
Chuy n pyruvat thành acetyl-CoA
ể
Kh carboxyl oxy hóa
ử
M t lo t 5 ph n ng ạ
ả ứ ộ
Không thu n ngh ch ậ ị
Xúc tác b i ph c h p đa enzym và cofactor
ứ
ở
ợ Ph c h p Pyruvate dehydrogenase
C ch r t ph c t p ứ ạ ế ấ ơ
ứ ợ
Ph c h p đa enzym trong lòng ty th ứ ợ ở ể
c a 3 Ch a nhi u phân t ề ứ ử ủ
enzym liên k t không đ ng hóa tr ị ế ồ
và 5 coenzym
2
E1 và E3 bao quanh lõi chu i 24-60 E ỗ
ả ứ
ổ
Ph n ng t ng quát: CH3C(O)CO2
- + NAD+ + CoASH → CH3C(O)-SCoA + NADH + CO2
bào) (s chu i ph thu c lo i t ụ ạ ế ố ỗ ộ
1. T o citrat
ạ
CO2
CoA
S
C
O
O
C
+
CH2
CH3
Oxaloacetat ph n ng v i ớ
ả ứ
CO2
acetyl-CoA t o citrat và ạ
H2O
coenzyme A
H+
Không thu n ngh ch
ậ
ị
CO2
CH2
Enzym = citrate synthase
HO
C
HS-CoA
+
CO2
CH2
CO2
Citrate synthase
ồ ị ố ể ệ ơ
Dime g m 2 ti u đ n v gi ng h t nhau
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
Changes in conformation Binding of oxaloacetate
2. Đ ng phân citrat thành isocitrat
ồ
CO2
Citrate có nhóm alcol
C3ở
CH2
Không th b oxy hóa thành acid
ể ị
HO
C
CO2
cetonic
CH2
CO2
C2ở
Isocitrate có nhóm alcol B oxy hóa d dàng
ễ
ị
H2O
C ch : ế ơ B c 1: lo i H ướ
ạ
ạ
CO2
CO2
H2O
CH2
CH2
2O t o d n xu t ấ ẫ trung gian alken (cis-aconitat) c t o isocitr
ướ ạ
ướ
ợ
C
HC
CO2
CO2
CH
HO
CH
Còn g i aconitat hydratase
B c 2: h p n Enzym = aconitase ọ
CO2
CO2
ử
3. Kh carboxyl oxy hóa isocitrat t o ạ a -ketoglutarat
CO2
ả ứ
ả
CH2
ng oxy hóa
HC
CO2
Ph n ng oxy hóa đ u tiên trong 4 ph n ầ ứ
HO
CH
C ch : ế
ơ
CO2
NAD+ là tác nhân oxy hóa
NAD+
ướ ể ở ị ừ
b -
ấ
Ch t trung gian = oxalosuccinat, acid keto không n đ nh
ổ
ị
NADH + H+
Phân t
NADH th nh t đ
c t o thành
ử
ấ ượ ạ
ứ
B c 1: alcol b oxy hóa b i chuy n H- t C2 cho NAD+
CO2
CO2
CO2
ử v ở ị
CH2
CH2
HC
ấ t oạ a -keto acid
CO2
CH2
2 đ u tiên đ
O
C
O
C
H+
B c 2: ch t trung gian kh carboxyl ướ trí b Phân t c t o thành ượ ạ COử ầ
CO2
CO2
Không thu n ngh ch ậ ị
Enzym = isocitrate dehydrogenase
Là 1 b c h n ch t c đ c a chu trình ướ ộ ủ ế ố ạ
ử
4. Kh carboxyl oxy hóa a -ketoglutarat t o succinyl-CoA ạ
CO2
CH2
a -ketoglutarat ượ ứ ợ
CH2
O
C
CO2
ng t
ươ
ể
NAD+
HS-CoA
a -ketoglutarat dehydrogenase (E1) Dihydrolipoamide succinyltransferase (E2) Dihyrdolipoamide dehydrogenase (E3) T xúc tác b i ph c h p pyruvate dehydrogenase
ợ ng t
ph n ng chuy n pyruvat thành acetyl-CoA ả ứ ự ứ ở Coenzym t ươ
ự
NADH
C ch t
ng t
ế ươ
ơ
ự
CO2
Đ c xúc tác b i ph c h p đa enzym ở dehydrogenase
CO2
ng S n ph m ch a liên k t thioeste giàu năng l ế ứ ả ẩ ượ
CH2
B c đi u hòa then chôt c a chu trình acid citric ướ ủ ề
CH2
T o phân t NADH th hai ạ ử
O
C
S-CoA
Sinh ra phân t COử ứ 2 th hai ứ
5. Chuy n succinyl-CoA thành ể succinat
ở ứ
m c c ch t ấ ơ
CO2
CH2
CH2
Phosphoryl hóa ế ng gi
ượ c b o t n b ng
i phóng đ
ng ằ
ượ
O
C
S-CoA
ẩ
GDP + Pi
ừ
ph n ả
Phá v liên k t thioeste giàu năng l ỡ Năng l ả ồ ả ượ t ng h p nucleosid triphosphate ợ ổ đ ng v t có vú GTP ậ ở ộ th c v t và vi khu n ATP ậ ở ự GDP tái t o l ạ ạ ng c a GTP v i ADP
i và ATP sinh ra t ớ
ủ
GTP + HS-CoA
ứ GTP + ADP GDP + ATP Nucleoside diphosphate kinase
CO2
CH2
Enzym = succinyl-CoA synthetase
CH2
Còn g i succinat thiokinase
ọ
CO2
ơ
C ch c a Succinyl-CoA ế ủ synthetase
6. Oxy hóa succinat t o fumarat
trans c a liên k t
Dehydrogen (m t Hấ
ạ 2; oxy hóa) Đ c hi u không gian v i d ng ớ ạ
ệ
ủ
ế
ặ đôi
ứ
ứ
Còn g i là ph c h p II N m
ở ọ màng trong ty th ằ ở
ể
ạ
ơ
h n NAD
ạ
-
Xúc tác b i ph c h p succinat dehydrogenase ợ ợ
ắ
ạ ộ
G n v i v trí ho t đ ng qua nhóm carboxylat
Không b dehydrogen
ị
Oxy hóa alkan đòi h i tác nhân oxy hóa m nh ỏ + (đó là FAD) FADH2 t o ra b oxy hóa b i ở ị coenzym ubiquinon (Q) t o ạ FAD và ubiquinol (QH2) Ch t c ch c nh tranh = malonat ấ ứ ế ạ -O2C-CH2-CO2 ớ ị
7. Hydrat hóa fumarat t o L-malat
ạ
H
CO2
C
Ph n ng thu n ngh ch
ả ứ
ậ
ị
C
H
O2C
Đ c hi u không gian
ệ
ặ
H2O
1. H p n ợ
ướ
c vào liên k t đôi c a ế
ủ
fumarat
ạ
trans m i ớ
2. Ch liên k t đôi d ng ế ỉ ph n ng ả ứ
CO2
HO
C
H
Enzym = fumarase
CH2
Còn g i fumarat hydratase
ọ
CO2
8. Oxy hóa L-malat t o oxaloacetat
ạ
CO2
HO
C
H
T o phân t
NADH th ba
ạ
ử
ứ
CH2
CO2
Enzym = malat dehydrogenase
NAD+
NADH + H+
CO2
O
C
CH2
CO2
ng t o thành trong
ạ
Năng l ượ chu trình
ả ứ ả ứ
ng đ
ả ứ
ươ
ươ
3NADH (ph n ng 3,4,8): 3x3= 9 ATP 1FADH2 (ph n ng 6): 1x2= 2ATP 1GTP (ph n ng 5):t ng 1ATP C ng: 12 ATP
ộ
Đi u hòa chu trình acid citric
ề
Đ c đi u hòa b i các enzym then ch t và c ch t tham gia vào chu trình
ượ
ề
ấ
ở
ơ
ố
S tích lũy citrat làm ch m quá trình đ
ự
ậ
ườ
ng phân/t o pyruvat ạ
Còn ph thu c s cung c p acetyl-CoA (t
pyruvat), NAD
+, FAD, và ADP
ụ
ự
ấ
ộ
ừ
Các enzym đ
c đi u hòa trong chu trình acid citric là:
ượ
ề
B c ch d l p th b i n ng đ cao c a
ể ở ồ
ế ị ậ
ị ứ
ủ
ộ
citrat, succinyl-CoA, NADH, ATP
Citrate synthase (ph n ng1) ả ứ
ả ứ
ượ
ở
+, và Ca2+ (c )ơ
B c ch b i ATP và NADH
ế ở
ị ứ
Isocitrate dehydrogenase (ph n ng 3) Đ c kích thích b i ADP, NAD
B c ch b i ATP, GTP, NADH và succinyl-CoA
ế ở
ị ứ
a -Ketoglutarate dehydrogenase (ph n ng 4) ả ứ
C 3 enzym trên xúc tác các ph n ng ả ứ ả
ở nh ng đi m r quan tr ng trong chuy n hóa ọ ữ ể ẽ ể
