Bài giảng Chu trình acid citric (Chu trình Kreb)

Chu trình acid citric (Chu trình Kreb)Bs. Chi MaiChu 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 ASự oxy hóa acetyl –CoA tiếp theo bằng một loạt các phản ứng thuộc chu trình acid citricĐặc điểm và ý nghĩa:Xảy ra trong ty thể, trong điều kiện ái khíDị 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 trênCung cấp nhiều năng lượngSản phẩm trung gian của chu trình acid citric là điểm bắt đầu cho nhiều con đường sinh tổng hợpChu trình acid citricChu trình acid citricOxy hóa được kiểm soátCác chất được oxy hóa ở các bước khác nhauĐiện tử được vận chuyển tới O2Tương tự việc đốt cháy các chất hữu cơ, sinh ra CO2 và H2O và nhiệtNăng lượng giải phóng ra chủ yếu được giữ lại khi NAD+ và ubiquinone (Q) được khử thành NADH và ubiquinol (QH2)Sự oxy hóa các coenzym dạng khủ nói trên sinh ra nhiều ATP qua sự vận chuyển electron và sự phosphoryl oxy hóa.Còn gọi là:Chu trình acid tricarboxylic (TCA) (do các chất trung gian là tricarboxylat)Chu trình Krebs (Tên nhà hóa sinh Hans Krebs)Các phản ứng Chu trình Tái tạo oxaloacetat, chất mở đầu chu trình, ở bước cuối của chu trìnhChu 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 CO2Gồm 8 phản ứng xúc tác bởi enzymVận chuyển 4 đôi điện tửSinh ra các phân tử giàu năng lượng:Phần lớn năng lượng giải phóng ra được giữ dưới dạng coenzym dạng khử NADH và FADH2 (hoặc QH2)Oxy hóa các coenzym dạng khử trong chuồi hô hấp sinh ra ATP từ ADP và Pi qua sự phosphoryl hóa9 ATP có thể tạo thành từ 4 đôi e chuyển đến O2Phản ứng 5 là phosphoryl hóa ở mức cơ chất sinh ATP hay GTP tùy thuộc loại tế bàoPhản ứng tổng quát:	Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O →	2 CO2 + 3 NADH + FADH2 + CoA + GTP + 3 H+Tạo acetyl-CoAKhông thuộc chu trình nhưng cần đưa ra trước tiênBước 1: pyruvat đi vào trong ty thểỞ tế bào ái khí, tất cả các enzym của chu trình acid citric nằm ở trong ty thểTy thể được bao bọc bởi một màng képPyruvat qua lớp màng ngoài nhờ các kênh ưa nước-các protein xuyên 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-CoAKhử carboxyl oxy hóaMột loạt 5 phản ứngKhông thuận nghịchCơ chế rất phức tạp Xúc tác bởi phức hợp đa enzym và cofactorPhức hợp Pyruvate dehydrogenasePhức hợp đa enzym ở trong lòng ty thểChứa nhiều phân tử của 3 	enzym liên kết không đồng hóa trị 	và 5 coenzymE1 và E3 bao quanh lõi chuỗi 24-60 E2 	(số chuỗi phụ thuộc loại tế bào)Phản ứng tổng quát: 	CH3C(O)CO2- + NAD+ + CoASH → CH3C(O)-SCoA + NADH + CO21. Tạo citratOxaloacetat phản ứng với acetyl-CoA tạo citrat và coenzyme AKhông thuận nghịchEnzym = citrate synthaseCitrate synthaseDime gồm 2 tiểu đơn vị giống hệt nhauChanges in conformationBinding of oxaloacetateDomains move closer to form binding site for acetyl-CoAFormation of intermediateEnzyme closes around intermediatePrevent side reactions by shielding thiol ester linkage of acetyl-CoA from hydrolysis by solventIntermediate hydrolyzed by bound water moleculeEnzyme opens and products leave active site2. Đồng phân citrat thành isocitratCitrate có nhóm alcol ở C3Không thể bị oxy hóa thành acid cetonicIsocitrate có nhóm alcol ở C2Bị oxy hóa dễ dàngCơ chế:Bước 1: loại H2O tạo dẫn xuất trung gian alken (cis-aconitat)Bước 2: hợp nước tạo isocitrEnzym = aconitaseCòn gọi aconitat hydratase3. Khử carboxyl oxy hóa isocitrat tạo a-ketoglutaratPhản ứng oxy hóa đầu tiên trong 4 phản ứng oxy hóaNAD+ là tác nhân oxy hóaCơ chế:Bước 1: alcol bị oxy hóa bởi chuyển H- từ C2 cho NAD+Chất trung gian = oxalosuccinat, acid b-keto không ổn địnhPhân tử NADH thứ nhất được tạo thànhBước 2: chất trung gian khử carboxyl ở vị trí b tạo a-keto acidPhân tử CO2 đầu tiên được tạo thànhKhông thuận nghịchLà 1 bước hạn chế tốc độ của chu trìnhEnzym = isocitrate dehydrogenase4. Khử carboxyl oxy hóa a-ketoglutarat tạo succinyl-CoAĐược xúc tác bởi phức hợp đa enzym a-ketoglutarat dehydrogenase a-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 tựCơ chế tương tựSản phẩm chứa liên kết thioeste giàu năng lượngBước điều hòa then chôt của chu trình acid citricTạo phân tử NADH thứ haiSinh ra phân tử CO2 thứ hai5. Chuyển succinyl-CoA thành succinatPhosphoryl hóa ở mức cơ chấtPhá vỡ liên kết thioeste giàu năng lượngNăng lượng giải phóng được bảo tồn bằng tổng hợp nucleosid triphosphateGTP ở động vật có vúATP ở thực vật và vi khuẩnGDP tái tạo lại và ATP sinh ra từ phản ứng của GTP với ADPGTP + ADP GDP + ATPNucleoside diphosphate kinaseEnzym = succinyl-CoA synthetaseCòn gọi succinat thiokinaseCơ chế của Succinyl-CoA synthetase6. Oxy hóa succinat tạo fumaratDehydrogen (mất H2; oxy hóa) Đặc hiệu không gian với dạng trans của liên kết đôiXúc tác bởi phức hợp succinat dehydrogenaseCòn gọi là phức hợp IINằm ở màng trong ty thểOxy hóa alkan đòi hỏi tác nhân oxy hóa mạnh hơn NAD+ (đó là FAD)FADH2 tạo ra bị oxy hóa bởi 	coenzym ubiquinon (Q) tạo 	FAD và ubiquinol (QH2)Chất ức chế cạnh tranh = malonat-O2C-CH2-CO2-Gắn với vị trí hoạt động qua nhóm carboxylatKhông bị dehydrogen7. Hydrat hóa fumarat tạo L-malatPhản ứng thuận nghịchĐặc hiệu không gianHợp nước vào liên kết đôi của fumaratChỉ liên kết đôi dạng trans mới phản ứngEnzym = fumaraseCòn gọi fumarat hydratase8. Oxy hóa L-malat tạo oxaloacetatTạo phân tử NADH thứ baEnzym = malat dehydrogenaseNăng lượng tạo thành trong chu trình3NADH (phản ứng 3,4,8): 3x3= 9 ATP1FADH2 (phản ứng 6): 1x2= 2ATP1GTP (phản ứng 5):tương đương 1ATPCộng: 12 ATPĐiều hòa chu trình acid citricĐược điều hòa bởi các enzym then chốt và cơ chất tham gia vào chu trìnhSự tích lũy citrat làm chậm quá trình đường phân/tạo pyruvatCòn phụ thuộc sự cung cấp acetyl-CoA (từ pyruvat), NAD+, FAD, và ADPCác 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, ATPIsocitrate dehydrogenase (phản ứng 3)Được kích thích bởi ADP, NAD+, và Ca2+ (cơ)Bị ức chế bởi ATP và NADHa-Ketoglutarate dehydrogenase (phản ứng 4)Bị ức chế bởi ATP, GTP, NADH và succinyl-CoACả 3 enzym trên xúc tác các phản ứng ở những điểm rẽ quan trọng trong chuyển hóa