Giáo trình sinh hóa động vật phần 6 potx

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 165
Hai phân tử NADH
2
tạo thành bởi quá trình đường phân trong tế bào là điều kiện hiếu
khí tái oxy hóa thành NAD
+
bởi sự chuyển điện tử của chúng đến chuỗi hô hấp, mà trong các
tế bào nhân chuẩn là ở ty thể. Ởđây các điện tử cuối cùng được chuyển đến O
2
.
2NADH
2
+ 2H
+
+O
2
→
2NAD
+
+ 2H
2
O
Điện tử chuyền từ NADH
2
đến O
2
trong ty thể cung cấp năng lượng cho tổng hợp ATP
bởi sự phosphoryl hóa trongchuỗi hô hấp.
Tổng thể của quá trình một phân tử glucose tạo thành 2 phân tử pyruvate (con đường
carbon). Hai phân tử ADP và 2Pi được biến đổi thành 2 phân tử ATP (con đường các nhóm

phosphate) 4điện tử (2 ion hydride) được chuyển từ 2 phân tử glyceraldehydeyt-3- phosphate
đến 2NAD
+
(con đường điện tử).
4.2.5. Biến đổi pyruvate dưới điều kiện kị khí và hiếu khí.
Pyruvate là sản phẩm của quá trình đường phân, nó đóng vai trò quan trọng trong sự dị
hóa saccharide. Dưới điều kiện hiếu khí, pyruvate bị oxy hóa thành acetate, nó đi vào chu
trình acid citric và bị oxy hóa thành CO
2
và nước. NADH
2
được tạo thành bởi sự loại hydro
của glyceral dehyde-3-phosphate, được tái oxy hóa thành NAD
+
bởi chuyển điện tử của nó
đến O
2
trong quá trình hô hấp của ty thể.
Tuy nhiên, dưới các điều kiện yếm khí (ví dụ như cơ, xương hoạt động nhiều, hay các
thực vật ngập dưới nước hoặc các vi khuẩn lên men lactic, NADH được tạo ra bởi quá trình
đường phân không thể là tái oxy hóa bởi O
2
. Sự thiếu hụt tái tạo NAD
+
có thể làm cho tế bào
không có chất nhận điện tử oxy hóa glyceraldehyde-3-phosphate và các phản ứng khác.
Các tế bào sớm nhất trong sự phát triển của sự sống trong không khí hầu như không có
oxy và có các chiến lược phát triển xảy ra ngoài quá trình đường phân dưới các điều kiện hiếu
khí. Tốt nhất là duy trì được khả năng NAD
+

tái tạo liên tục suốt quá trình kị khí bởi chuyển
các điện tử từ NADH
2
đến sản phẩm khử cuối cùng như lactate hoặc alcohol.
Pyruvate là chất nhận điện tử cuối cùng trong sự lên men acid lactic.
Khi các mô động vật không được cung cấp đầy đủ oxy để oxy hóa hiếu khí pyruvate
và NADH
2
được tạo thành trong quá trình đường phân, NAD
+
sẽđược tái tạo lại từ NADH
2
bởi sự khử của pyruvate thành lactate. Trong những mô khác nhau và các loại tế bào (võng
mạc, não, hồng cầu) cũng tạo ra lactate từ glucose dưới các điều kiện hiếu khí; lactate là sản
phẩm chính của sự trao đổi chất trong hồng cầu. Sự khử pyruvate được xúc tác bởi lactac
dehydrogenase tạo thành L-izomer của acid lactic (latate ở pH7) (hình 6.20).

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 166
Nói chung sự cân bằng của phản ứng này thiên nhiều về sự tạo thành lactate bởi sự thay
đổi năng lượng tự do chuẩn âm tính lớn.
Trong quá trình đường phân, sự dehydrogen hóa của 2 phân tử glyceraldehyde-3-
phosphate từ một phân tử glucose tạo thành 2 phân tử NADH
2
. NADH
2
được dùng để khử 2
phân tử pyruvate thành 2 phân tử lactate và 2 phân tử NAD
+
. NADH
2+

không đưa cặp Proton
vào chuỗi hô hấp.
Mặc dù có 2 bước oxy hóa khử biến đổi glucose thành lactate, không có sự thay đổi giá
trị trong bước oxy hóa của carbon: trong glucose (C
6
H
12
O
6
) và acid lactic (C
3
H
6
O
3
), tỷ lệ H:
C là như nhau. Tuy nhiên, một số năng lượng của phân tử glucose được tách ra bởi sự biến
đổi của nó thành lactate, đủ cho sự tạo thành 2 phân tử ATP. Lactate được tạo thành bởi các
cơ hoạt động của các động vật có xương sống có thể tái tạo lại, nó chuyển ra trong máu rồi
đến gan, ởđây nó được biến đổi thành glucose. Bản chất của hiện tượng này như sau: ở những
vậ
n động viên chạy nước rút, oxy không cung cấp đủ cho tế bào để oxy hóa pyruvate để tạo
thành ATP, mô cơ lúc đó phải sử dụng glycogen dự trữ như là nhiên liệu để tạo thành ATP
bởi sựđường phân, với lactate như là sản phẩm cuối cùng. Vận động viên chạy nước rút,
lactate ở trong máu có nồng độ rất cao, nó biến đổi chậm chạp trở lại glucose. Vào thời gian
nghỉ, oxy lại được cung cấp đủ cho quá trình oxy hóa hoàn toàn tạo
đủ ATP để tái tạo lại
glucose và glycogen ở gan từ lactate để hoàn trả lại glycogen đã “mượn” trước đó. Chu trình
biến đổi glucose thành lactate và từ lactate về lại glucose ở gan được gọi là chu trình Cori
mang tên vợ chồng nhà bác học Carl và Gerty Cori đã nghiên cứu quá trình này vào những

năm 1930 và 1940.
Nhiều vi sinh vật lên men glucose và các hexose khác tạo thành lactate. Ví dụ
lactobacilli và streptococci lên men lactose trong sữa thành acid lactic. Sự phân ly acid lactic
thành lactate và H
+
trong hỗn hợp lên men pH thấp đã loại casein và các protein sữa khác và
Hình 6.20. Sự khử pyruvat thành lactat

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 167
xảy ra sự kết tủa. Dưới các điều kiện thích hợp, nó đóng cục thành fomat hoặc sữa chua, phụ
thuộc vào vi sinh vật có liên quan
4.2.6. Quá trình đường phân có thể tóm tắt bằng 11 phản ứng sau:
1/ Hoạt hoá glucose 2/ Đồng phân hoá
3/ Hoạt hoá Fructose 6-P 4 và 5/ Tác dụng của Aldose và đồng phân hoá
6/ Dồn liên kết
7/ Phosphoryl hoá 8/ Đồng phân hoá

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 168
9/ Dồn liên kết (loại nước) 10/ Phosphoryl hoá
11/ Khử tạo lactat
4.2.7. ý nghĩa của quá trình đường phân:
Ý nghĩa về năng lượng: quá trình đường phân diễn ra trong mô bào động vật trong
điều kiện mô bào thiếu oxy do máu cung cấp không đầy đủ. Trong quá trình này phân tử
glucose bị phân giải thành 2 phân tử acid lactic và tế bào thu được 2ATP tương đương 20kcal.
Khi oxy hoá hoàn toàn thì một phân tử glucose cho 686 kcal, như vậy hiệu suất của quá trình
đường phân là rất thấp (≈ 3%). Do đó acid lactic hay nói chung là các sản phẩm của quá trình
lên men là còn chứa rất nhiều năng lượng. Trong thực tế khi
động vật hoạt động đòi hỏi rất
nhiều năng lượng mà điều kiện yếm khí lại tăng lên, cho nên quá trình đường phân xảy ra rất
mạnh và một số lượng rất lớn phân tử glucose bị vỡ thành acid lactic. Do đó những mô bào,

bắp thịt hoạt động trong điều kiện yếm khí lâu, acid lactic sinh ra nhiều, bịứđọng gây rối
loạn trao đổi chất cục bộởđó, làm thay đổi pH của mô bào ả
nh hưởng tới trạng thái keo của
protein, đây là nguyên nhân gây nên trạng thái mỏi mệt.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 169
Ý nghĩa về sinh tổng hợp: Quá trình đường phân ngoài việc khai thác năng lượng, nó
còn tạo ra nguyên liệu để tổng hợp lipid đó là phospho glyceral và acetyl coenzymeA:
Acid pyruvic > Acetyl coenzymeA, đây là nguyên liệu để tổng hợp acid béo.
4.2.8. Acid lactic và vòng Cori
Acid lactic bịứđọng ở mô bào là nguyên nhân gây ra sự mỏi mệt của cơ thể vì khi ứ
đọng nó gây ảnh hưởng tới trạng thái keo của cơ, cho nên trong cơ thể có một cơ chếđể giải
thoát sựứđọng acid lactic. Khi cơ thể nghỉ ngơi, máu được lưu thông bình thường thì acid
lactic ứđọng từ các mô bào sẽ chuyển ra máu, từ máu chuyển về gan, thấm vào các tế bào
gan, ởđây có một hệ thống enzyme g
ần giống như hệ thống enzyme đi ngược lại quá trình
đường phân tổng hợp từ acid lactic thành glucose và từ glucose này có thể lại thành glycogen
rồi lại thành glucose để đưa vào máu chở tới các mô bào. Đó là con đường giải thoát acid
lactic ứđọng ở mô bào và tiết kiệm được nguồn glucid của cơ thể. Acid lactic không bịđào
thải ra ngoài như các chất độc khác. Quá trình đó được biểu diễn bằng vòng Cori (hình 6.21.).
Cơ
Máu Gan
Glucose < Glucose < Glucose
↓
↓↓
↓ ↑
↑↑
↑
Glucogen
↓

↓↓
↓ ↑
↑↑
↑
Glucose
↓
↓↓
↓ ↑
↑↑
↑
Acid lactic > Acid lactic > Acid lactic
Hình 6.21.
Vòng Cori
Ở bắp thịt khi điều kiện cung cấp oxy được cải thiện thì khoảng 4/5 lượng acid lactic
hình thành được đưa ra máu về gan còn 1/5 có thể oxy hoá ngay theo con đường phân giải
hiếu khí. Cơ thểđược tập luyện nhiều thì chu trình Cori hoạt động tốt, thời gian giải thoát acid
lactic khỏi cơ bắp nhanh nên lâu mỏi.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 170
4.3. Quá trình lên men rượu ethylic
Quá trình lên men rượu ethylic do tế bào saccharomyces cerevisiae thực hiện. Khi
glucose được đưa vào tế bào thì hệ thống enzyme phân giải glucose của nó hoạt động và tạo
ra ATP cho tế bào còn sản phẩm cuối cùng là rượu ethylic được tống ra ngoài môi trường.
Nấm men và một số vi sinh vật khác lên men glucose thành rượu ethylic và CO
2
.
Glucose được biến đổi thành pyruvate giống như quá trình đường phân và pyruvate được biến
đổi thành rượu ethylic và CO
2
. Quá trình gồm 2 bước.

Bước thứ nhất, pyruvate bị khử carboxyl, được xúc tác bởi pyruvate decarboxylase.
Pyruvate decarboxylase đòi hỏi Mg
2+
và có sự liên kết với coenzyme thiamin pyrophosphate
(TPP).
Bước thứ 2, acetaldehyde được khử thành ethanol với NADH
2
nhận được từ
dehydrogenase hóa glyceraldehyde3-phosphate qua hoạt động của alcohol dehydrogenase.
Ethanol và CO
2
, thay cho lactate, vì vậy chúng là sản phẩm cuối cùng của sự lên men rượu
(hình 6.22). Tổng quan sự cân bằng của sự lên men là:
Glucose + 2 ADP + 2 Pi
→
2 ethanol + 2 CO
2
+ 2 ATP + 2 H
2
O
Trong sự lên men rượu ethylic không có sự thay đổi có giá trị về tỷ lệ nguyên tử hydro
với carbon khi glucose được lên men (tỷ lệ H: C = 12/6 =2) thành 2 ethanol và 2 CO
2
(tỷ lệ
Hình 6.22. Sự tạo th
à
nh
rượu ethylic

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 171

H=C kết hợp =12/6=2). Như vậy trong quá trình lên men, tỷ lệ H: C của các chất tham gia
phản ứng hóa học và các sản phẩm giữ nguyên như nhau.
Pyruvate decarboxylase có trong nấm men bia và bánh mì và trong tất cả các cơ thể
khác nhau, nó làm tăng sự lên men alcohol, chúng cũng có trong một số thực vật. CO
2
được
tạo thành bởi sự decarboxyl hóa pyruvate trong nấm men bia đảm bảo đặc tính bão hoà
carbonate của champagne. Sự nở của bánh mì khi nướng là do CO
2
có liên quan đến pyruvate
decarboxylase khi trộn nấm men với đường. Enzyme này không có mặt trong các mô động vật
có xương sống và một số cơ thể khác như vi khuẩn lên men lactic.
Alcohol dehydrogenase có trong nhiều cơ thể kể cảở người.
4.4. Sự lên men vi sinh vật tạo các sản phẩm có giá trị thương mại.
Lactate và ethanol là các sản phẩm phổ biến của sự lên men vi sinh vật, ngoài ra còn có
những sản phẩm lên men khác cũng được tạo ra. Năm 1910 Chaim Waizann (sau này trở
thành tổng thống
đầu tiên của Israel) đã phát hiện ra vi khuẩn Clostridium acetobutylicum lên
men tinh bột thành butanol và acetone. Phát hiện này đã mở ra lĩnh vực lên men công nghiệp,
trong đó các nguyên liệu giàu polysaccharide (thí dụ tinh bột ngô hoặc rỉđường) được sử
dụng để nuôi cấy các vi sinh vật đặc biệt cho sự lên men chúng thành các sản phẩm có giá trị
lớn: các acid formic, acetic, propionic,bytyric và succinic, glycerol, isopropanol, butanol và
butanediol.
4.5. Các monosaccharide khác có thểđi vào con đường đường phân.
Trong hầu hết các cơ thể, các hexose khác cũng có thểđi vào đường phân sau khi được
phosphoryl hóa.
D- Fructose ở dạng tự do có nhiều trong quả
và được tạo thành khi thuỷ phân sacarose
trong ruột non có thể phosphryl hóa bởi hexokinase. Hexokinase này hoạt động trên nhiều
hexose khác nhau.

Fructose + ATP
⎯⎯→⎯
+2
Mg
fructose -6-phosphate + ADP
Hình 6.23. Sự chuyển hoá Fructose-1-phosphate

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 172
Trong cơ và thận của động vật có xương sống, con đường này là chủ yếu. Tuy nhiên,
trong gan fructose lại đi vào quá trình đường phân bằng một con đường khác. Enzyme
fructokinase của gan xúc tác sự phosphoryl hoá ở C1 chứ không phải ở C6.
Fructose-1-phosphate sau đó bị cắt để tạo thành glyceraldehyde và dihydroxyacetone
phosphate bởi fructose-1-phosphate aldolase (hình 6.23).
Dihydroxyacetone phosphate được biến đổi thành glyceraldehyde-3-phosphate bởi
enzyme đồng phân triose phosphate isomerase. Glyceraldehyde được phosphoryl hóa bởi
ATP và triose kinase thành glyceraldehyde-3-phosphate:
Glyceraldehyde +ATP
⎯⎯→⎯
+2
Mg
Glyceraldehyde-3-phosphate +ADP.
Vì vậy cả 2 sản phẩm của sự thuỷ phân fructose đi vào con đường đường phân là
glyceraldehyde-3-phosphate.
D-Galactose được phân giải bởi sự thuỷ phân của disaccharide lactose (đường sữa), đầu
tiên bị phosphoryl hóa ở C-1 do ATP dưới sự xúc tác của enzyme galactokinase:
Galactose + ATP
→
Galactose-1-phosphate + ADP
Galactose-1-phosphate sau đó được biến đổi thành epimer của nó ở C-4 thành glucose-
1-phosphate bởi một loạt phản ứng trong đó có sự tham gia của uridine diphosphate (UDP)

như là chất mang tương tự coenzyme (coenzyme like) của các nhóm hexose (hình 6.24).
Có một số bệnh di truyền ở người, trong đó sự trao đổi galactose bịảnh hưởng. Trong
phần lớn dạng chung của galactosemia, enzyme galactose 1-phosphate uridinetransferase
(hình 6.24) bị khiếm khuyết di truyền, ngăn trở sự biến đổi galactose thành glucose. Những
dạng khác nhau của galactosemia khi galactokinase củ
a chúng hoặc UDP –glucose –4-
epimerase bị khiếm khuyết di truyền.
D-Mannose tăng lên khi phân giải nhiều polysaccharide và glucoprotein có trong thực
phẩm có thể bị phosphoryl hóa ở C-6 bởi hexokinase:
Mannose + ATP
⎯⎯→⎯
+2
Mg
Mannose -6-phosphate + ADP
Mannose –6-phosphate sau đó được đồng phân hóa bởi hoạt động của phosphomannose
isomerase tạo thành fructose-6-phosphate, chất trung gian của quá trình đường phân.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 173
Hình 6.24.
Con
đường biến đổi D-
galactose thành D-
glucose. Quá trình bi
ế
n
đổi qua dẫn xuất đường–
nucleotide, UDP-galactose
được tạo thành khi
galactose-1-phosphate
chuyển cho glucose-1-

phosphate từ UDP-
glucose. UDP-galactose
sau đó được bi
ế
n đ
ổ
i bởi
UDP-glucose-4-epimerase
thành UDP-glucose. UDP-
glucose được mở vòng qua
1 vòng khác của chính
phản ứng. Tác dụng của
chu trình này là sự bi
ế
n
đổi galactose-1-phosphate,
không tạo thành hoặc tiêu
thụ UDP-galactose hoặc
UDP-glucose.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 174
5. Sự oxy hoá glucose trong điều kiện có đủ oxy
Khi việc nạp oxy từ máu của mô bào được đầy đủ thì sự chuyển hoá trung gian
glucose sẽđi theo hướng khác, nhìn chung khi có mặt oxy thì có 2 cách phân giải glucose:
1. Oxy hoá theo chu trình Krebs.
2. Oxy hoá theo chu trình pentose phosphate.
Khả năng thứ 2 không phải có ở tất cả các mô bào, mà chỉ có ở một số mô bào như mô
lipid, tuyến thượng thận, tuyến sinh dục là những nơi mà quá trình oxy hoá gắn chặt với quá
trình tổng hợp các chất như acid béo, các hormone. Vì oxy hoá theo chu trình pentose
Hình 6.25. Tổng quát các con đường của các hexose, các disaccharide v

à
các polysaccharide đi
vào trung tâm con đường đường phân.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 175
phosphate với mục đích chính là tạo ra các đương lượng khử NADPH
2
cho quá trình sinh tổng
hợp Trong điều kiện bình thường thì khả năng 1 là chủ yếu.
5.1. Oxy hoá theo chu trình Krebs. (Chu trình acid citric, chu trình các acid
tricacboxylic)
Phần lớn các tế bào nhân chuẩn và các vi khuẩn hiếu khí thực hiện khai thác năng
lượng bằng con đường oxy hóa các “nhiên liệu” sinh vật của chúng bằng con đường oxy hoá
theo chu trình Krebs để tạo thành CO
2
và H
2
O. Oxy hoá theo chu trình Krebs thì pyruvate
được hình thành trong quá trình phân giải glucose không bị khử thành lactate, ethanol hoặc
một số sản phẩm lên men khác như xảy ra trong điều kiện kị khí, mà được thay thế bằng sự
khử thành CO
2
và H
2
O ở pha hiếu khí của quá trình trao đổi chất, gọi là quá trình hô hấp.
Quá trình hô hấp xảy ra với 3 bước chính (hình 6.26). Trong bước đầu tiên, các phân tử
nhiên liệu (glucose, acid béo và một số acid amin) được oxy hóa thành acetyl-coenzyme A
(acetyl-CoA). Bước thứ hai, các nhóm acetyl-CoA này được đi vào chu trình acid citric, chu
trình này oxy hóa chúng thành CO
2

. Năng lượng được giải phóng ra bởi quá trình oxy hóa
được tồn tại trong NADH
2
và FADH
2
. Bước thứ 3 của quá trình hô hấp là các cofactor
NADH
2
và FADH
2
đi vào chuỗi hô hấp, các proton (H
+
) và điện tử của nó được vận chuyển
trong các thành viên của chuỗi hô hấp, năng lượng của chúng được nhả dần và cuối cùng khử
O
2
thành H
2
O. Trong quá trình này điện tửđã chuyển về bậc năng lượng thấp (bậc năng
lượng ban đầu) số năng lượng giải phóng ra chủ yếu được tích luỹ vào ATP. Quá trình này
được gọi là phosphoryl hóa. Quá trình hô hấp phức tạp hơn quá trình đường phân và là bước
tiến hóa của sinh vật.
Bước thứ 3 của quá trình là sự hô hấp mô bào tức là quá trình chuyển điện tử và
phosphoryl hóa oxy hóa đã được trình bày ở chương V. Trong chương này chúng ta xem xét
quá trình oxy hóa hoàn toàn phân tử
pyruvate và chu trình acid citric, còn được gọi là chu
trình acid tricarboxylic hay chu trình Krebs. Chúng ta xem xét các phản ứng trong chu trình
và các enzyme xúc tác cho chúng. Bởi vì các phản ứng trung gian của chu trình acid citric
thường được sử dụng như các tiền chất sinh tổng hợp, một số phản ứng trung gian này quan
trọng để chu trình tiếp tục hoạt động.

5.1.1. Sự tạo thành acetate.
Chu trình Krebs là con đường oxy hoá không chỉ với đường mà còn là con đường oxy
hoá với tất cả các hợp chất hữu cơ từ thức ăn đưa vào
Ở các sinh vật hiếu khí, glucose và các đường khác, các acid béo và hầu hết các acid
amin bị oxy hóa hoàn toàn thành CO
2
và H
2
O bằng chu trình acid citric. Trước khi chúng có
thểđi vào chu trình thì chúng phải được chuyển thành acetyl–CoA là chất chủ yếu đi vào chu

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 176
trình acid citric. Nhiều carbon của acid amin cũng đi vào chu trình bằng cách này hoặc phân
giải thành các chất trung gian khác của chu trình. Trước hết chúng ta xét quá trình chuyển hoá
từ pyruvate do quá trình đường phân tạo ra thành acetyl-CoA và CO
2
bởi tập hợp của 3
enzyme, gọi là phức hợp pyruvate dehydrogenase, định vị trong thể hạt sợi của các tế bào
nhân chuẩn và ở tế bào chất của tế bào nhân xơ.
Phức hợp pyruvate dehydrogenase, đã được nghiên cứu rất kỹ, đó là một phức hợp có 5
cofactor tham gia vào phản ứng, tất cả các coenzyme đều được bắt nguồn từ các vitamin.
Phức hợp pyruvate dehydrogenase là dạng gốc cho 2 phức hợp enzyme quan trọng khác là:
Hình 6.26: Quá
trình trao đổi chất của
protein, lipde và glucide
xảy ra trong 3 bước của
quá trình hô hấp tế bào.
bước 1: oxy hóa các
acid béo, glucose và một
số acid amin tạo acetyl-

CoA. Bước 2 ôxy hoá
acetyl-CoA bằng chu
trình acid citric bao gồm
4 bước, trong đó các cặp
H cao năng và điện tử
bị tách ra. Bước 3: Các
cặp H cao năng và điện
tử này được mang bởi
NADH
2
và FADH
2
đi
vào chuỗi hô hấp ở
màng trong của ty thể
(hoặc màng sinh chất ở
vi khuẩn)- trong chuỗi
hô hấp chúng khử O
2
thành H
2
O. cặp proton
và điện tử này điều
khiển quá trình tổng hợp
A
TP trong quá trình
phosphoryl hóa oxy hóa.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 177
α

-cetoglutarat dehydeogenase (của chu trình acid citric) và chuỗi mở
α
-cetoacid
dehydeogenase được phát triển trong sự thoái hoá của một vài acid amin.
Hình 6.27. Phản ứng tổng quát được xúc tác bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase
Pyruvate bị oxy hóa thành acetyl-CoA và CO
2
Hình 6.28. Cấu trúc của coenzyme A. Một nhóm hydroxyl của acid pantotenic kết hợp
với một phân nửa ADP đã được sửa đổi bởi một liên kết phosphate este và nhóm carboxyl của
nó được gắn vào
β
-mercapto ethylamine trong liên kết amide. Nhóm hydroxyl ở vị trí 3’ của
phân nửa ADP có nhóm phosphate không có mặt trong ADP của chính nó. Nhóm –SH của
nửa mercapto thylamine định dạng một thioeste với acetate trong acetyl-CoA.
Phản ứng tổng quát được xúc tác bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase là decarboxy
hóa oxy hóa, một quá trình oxy hóa không thuận nghịch trong đó nhóm carboxyl chuyển từ
pyruvate như một phân tử CO
2
và 2 carbon còn lại tạo nhóm acetyl-CoA (hình 6.27).
NADH
2
được hình thành trong phản ứng này mang cặp proton và điện tử của nó vào
chuỗi hô hấp (hình 6.26) để tới O
2
hoặc trong các vi sinh vật kỵ khí, tới một chất nhận điện tử
tiếp theo chẳng hạn như lưu huỳnh. Điện tử này chuyển tới oxy cuối cùng tạo ra 3 phân tử
ATP trên một cặp điện tử. Tính không thuận nghịch của phản ứng pyruvate dehydrogenase
được chứng minh bởi các thí nghiệm đánh dấu đồng vị: CO
2
đã được đánh dấu phóng xạ

không thể gắn lại với acetyl –CoA.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 178
Phức hợp pyruvate dehydrogenase cần 5 coenzyme.
Sự khử hydro và decarboxyl hóa pyruvate acetyl-CoA (hình 6.27) cần tới sự tham gia
của các enzyme với 5 coenzyme khác nhau hoặc các nhóm phụ là thiamin pyrophosphate
(TPP), flavin adenine dinucleotide (FAD), coenzymeA (CoA), nicotinamide adenine
dinucleotide (NAD) và lipoate. Bốn vitamin là các thành phần trọng yếu của hệ thống này là:
thiamin (B
1
) trong TPP, riboflavin (B
2
) trong FAD, niaxin trong NAD và pantotenate trong
coenzyme A.
Nhóm thiol phản ứng:
Coenzyme A có một nhóm thiol (-SH) hoạt động (hình 6.28), vai trò của nó như một
chất mang acyl trong các phản ứng trao đổi chất. Các nhóm acyl được liên kết với nhóm thiol
tạo thành thioeste. Vì năng lượng tự do của quá trình thuỷ phân tương đối cao nên các thioeste
có một nhóm acyl có khả năng chuyển cho các nhóm acyl của chúng tới các phân tử chất nhận
khác nhau. Nhóm acyl được gắn vào Coenzyme A vì vậy hoạt hóa nhóm chuyển.
Hình 6.29. Acid lipoic trong liên kết amide với chuõi bên của một phần Lys là nhóm
prosthetic của dihydrolipoyl transacetylase (E
2
). Nhóm lipoyl ở dạng oxy hóa (disulfide) hoặc
dạng khử (didhiol) và có thể hoạt động như một chất mang cả nhóm hydro và nhóm acetyl
(hoặc acyl khác)
Cofactor thứ 5 cho phản ứng pyruvate dehydrogenase là lipoate (hình 6.29), có 2 nhóm
thiol, cả hai đều đóng vai trò như cofactor. Ở dạng lipoate khử thì cả 2 nguyên tử lưu huỳnh
đều có mặt trong các nhóm –SH nhưng các sản phẩm oxy hóa một liên kết disunfide (-S-S)
giống như giữa 2 nhóm Cys trong một protein. Vì khả năng tham gia các phản ứng oxy hóa

khử nên lipoate có thểđáp ứng cả hai như m
ột chất mang điện tử và chất mang acyl, cả hai
chức năng này đều quan trọng trong hoạt động của phức hợp pyruvate dehydrogenase.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 179
Phức hợp pyruvate dehydrogenase gồm có 3 enzyme khác nhau:
Phức hợp Pyruvate Dehydrogenase gồm có vô số các bản sao của một trong 3 enzyme
Pyruvate Dehydrogenase (E
1
); dihydrolipoyl transacetylase (E
2
) và dihydrolipoyl
dehydrogenase (E
3
) (bảng 6-1). Số lượng các bản sao của mỗi dưới đơn vị là khác nhau do
đó kích cỡ của phức hợp ở các sinh vật là khác nhau. Phức hợp Pyruvate Dehydrogenase được
tách ra từ E.coli (Mp > 4,5. 10
6
), đường kính khoảng 45nm, thường lớn hơn một ribosome và
có thể hình dung dưới kính hiển vi điện tử (hình 6.30). “Lõi ” của tập hợp là nơi mà các
enzyme khác tấn công. Trong phức hợp từ E.coli gồm 24 bản sao của chuỗi polypeptide, mỗi
bản sao chứa 3 phân tử liên kết hóa trị lipoate, cấu thành nên lõi. Đối với phức hợp từđộng
vật có vú, có 60 bản sao E
2
và 6 bản sao của protein có liên quan, protein X cũng chứa lipoate
liên kết đồng hóa trị. Sự tấn công của lipoate vào đầu tận cùng của các chuỗi bên Lys trong
E
2
tạo ra các nhóm acetyl từ một vị trí hoạt động tới một vị trí khác trong phức hệ Pyruvate
Dehydrogenase. Liên kết với lõi của các phân tử E

2
là 12 bản sao của Pyruvate
Dehydrogenase (E
1
), mỗi bản sao được tạo phức từ 2 dưới đơn vị giống nhau, và 6 bản sao
của dihydro lipoyl dehydrogenase (E
3
), mỗi bản sao cũng được tạo phức từ 2 dưới đơn vị
giống nhau. Pyruvate dehydrogenase (E
1
) chứa liên kết TPP, và dihydrolipoyl dehydrogenase
(E
3
) chứa liên kết FAD. Hai protein điều hoà cũng là thành phần của phức hợp Pyruvate
dehydrogenase (protein kinase và protein phosphotase) sẽđược thảo luận sau.
Bảng 6.1:
Thành phần dưới đơn vị của phức hợp Pyruvate dehydrogenase E.coli.
Enzyme Coenzyme Khối lượng phân tử
của dưới đơn vị
Số lượng dưới đơn
vị trên 1 phức hợp
Pyruvate dehydrogenase (E
1
) TPP 96,000 24
Dihydrolipoyl transacetylase
(E
2
)
Lipoate,
CoA

65,000 – 70,000 24
Dihydrolipoyltransacetyrase (E
3
) FAD,NAD 56,000 12
Các chất trung gian liên kết với bề mặt enzyme.
Hình 6.30. Các bước trong quá trình decarboxyl hóa
oxy hóa pyruvate thành acetyl – CoA nhờ phức hệ
enzyme dehydrogenase. Ở bước

pyruvate phản ứng
với thiamin pyrophosphate (TPP) của pyruvate
dehydrogenase (E
1
). Pyruvate dehydrogenase cũng
thực hiện bước

chuyển 2 điện tử và nhóm acetyl từ
TPP thành dạng oxy hóa của nhóm lipoyl lysyl của
enzyme lõi, còn transacetylase (E
2
) thành dạng acetyl
thiosete của nhóm lipoyl khử. Bước

nhóm -SH của
CoA và dạng khử (didhiol) của nhóm lipoyl. ở bước

dihydrolipoyl dehydrogenase (E
3
) thúc đ
ẩ

y sự vận
chuyển 2 nguyên tử hydro từ các nhóm lipoyl khử của
E
2
tới nhóm prosthetic FDA của E
3
, hình thành nhóm
lipoyllysyl oxy hóa của E
2
(vàng). ở bước

, nhóm
FADH
2
khử trên E
3
chuyển một ion hydride tới NAD
+
hình thành NADH. Lúc này phức hợp enzyme sẵn sàng
cho chu trình xúc tác khác.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 180
Hình 6.30. cho thấy sơđồ phức hợp dehydrogenase thực hiện 5 phản ứng decarboxyl
hóa và dehydrogenase hóa pyruvate. Bước  phản ứng được xúc tác bởi pyruvate
decarboxylase, C-1 của pyruvate được giải phóng dưới dạng CO
2
, và C-2 trong pyruvate oxy
hóa một aldehyde tấn công TPP như một nhóm hydroxyethyl. Bước  nhóm này oxy hóa
thành một acid carboxylic (acetate). Hai điện tửđược chuyển vào phản ứng oxy hóa làm biến
đổi –S-S- của một nhóm lipoyl trên E

2
thành 2 nhóm thiol (-SH). Acetate được tạo thành
trong phản ứng oxy hoá khử này đầu tiên bị este hóa thành một trong các lipoyl –SH, sau đó
được chuyển tới CoA để hình thành acetyl –CoA (bước). Vì vậy năng lượng của quá trình
oxy hóa điều khiển thông tin của một thioester cao năng của acetate.
Phần còn lại của các phản ứng được xúc tác bởi phức hợp pyruvate dehydrogenase (các
bước  và  chuyển điện tử cần thiết để tái tạo lại dạng disulfide c
ủa nhóm lipoyl của E
2
để
chuẩn bị phức hợp enzyme cho chu trình oxy hóa khác. Các điện tử chuyển từ nhóm hydroxy
ethyl được bắt nguồn từ pyruvate cuối cùng tồn tại ở dạng NADH
2
sau khi đi qua FAD.
Trung tâm của quy trình là lắp các nhánh lipoyllysyl của E
2
thông qua 2 điện tử và
nhóm acetyl bắt nguồn từ pyruvate từ E
1
đến E
3
.
Các động vật thiếu thiamin không thế oxy hóa pyruvate một cách bình thường, thiamin
đặc biệt quan trọng trong não.
5.1.2. Các phản ứng của chu trình acid citric.
Như ta đã biết acetyl -CoA được hình thành từ pyruvate như thế nào, bây giờ chúng ta
hãy xem xét chu trình acid citric. Đầu tiên chúng ta lưu ý là có sự khác nhau cơ bản giữa quá
trình đường phân và chu trình acid citric. Quá trình đường phân gồm một loạt các phản ứng
được xúc tác bởi enzyme. Trong khi đó chu trình acid citric thì khép kín (hình 6.31), acetyl
CoA cho nhóm acetyl của nó với oxaloacetate để tạo citrate 6 carbon, phân tử này được

hydro hóa và mất CO
2
để tạo thành hợp chất 5 carbon
α
-cetoglutarate. Tiếp theo mất tiếp
CO
2
và tạo thành hợp chất 4 carbon succinate và 1 phân tử CO
2
thứ hai. Sau đó succinate
được biến đổi trong 3 phản ứng thành oxaloacetate 4 carbon và chu trình lại bắt đầu.
Oxaloacetate lại sẵn sàng phản ứng với phân tử acetyl –CoA khác để bắt đầu chu trình thứ 2.
Trong mỗi chu trình của chu trình, một nhóm acetyl (2 carbon) gắn vào và 2 phân tử CO
2
tách
ra, đòng thời một phân tử oxaloacetate được sử dụng để tạo citrate nhưng sau một loạt các
phản ứng oxaloacetate được tái sinh. Do đó một phân tử oxaloacetate về lý thuyết thì có thể
đủ để oxy hóa một lượng lớn các nhóm acetyl riêng biệt. Bốn trong 8 phản ứng trong chu
trình này là phản ứng oxy hóa, trong đó năng lượng của quá trình oxy hóa được duy trì với
hiệu quả cao tạo ra các cofactor khử (NADH
2
và FADH
2
).
Vì vậy chu trình acid citric là trung tâm trao đổi năng lượng. Các chất trung gian 4 và 5
carbon của chu trình cung cấp các tiền chất sinh tổng hợp. Để thay thế cho mục đích này thì
các chất trung gian bị thay đổi, các tế bào thực hiện các phản ứng bù nhưđã được mô tả.
Eugene Kennedy và Albert Lehninger (1948) đã chỉ ra rằng ở các tế bào nhân chuẩn,
toàn bộ các phản ứng của chu trình acid citric đều xảy ra ở ty thể. Ty thể chứa tất cả các
enzyme và coenzyme cần thiết cho chu trình acid citric. Ty thể c

ũng chứa các enzyme xúc tác
phản ứng oxy hóa các acid béo tạo acetyl-CoA và các acid amin, chẳng hạn một số acid amin
được tổng hợp từ
α
-cetoglutarate, succinyl CoA hoặc oxaloacetate. Vì vậy ở các tế bào nhân
chuẩn không quang hợp, ty thể là nơi chủ yếu xảy ra các phản ứng oxy hóa tạo năng lượng và

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 181
tổng hợp ATP. Còn ở các tế bào nhân chuẩn quang hợp thì ty thể là nơi chính tạo ATP vào
ban đêm, nhưng ban ngày thì lục lạp tạo phần lớn chế phẩm này. Phần lớn các tế bào nhân xơ
chứa các enzyme của chu trình acid citric trong phần tế bào chất của chúng và màng sinh chất
thực hiện chức năng tương ứng với màng ty thể trong quá trình tổng hợp ATP.
Chất dẫn dắt acetyl CoA là oxaloacetate. Nguồn cung cấp oxaloacetate có 2 nguồn:
Từ acid aspartic theo con đường khử amin:
Từ acid pyruvic được carboxyl hoá (đây là con đường chính):
Chu trình acid citric có 8 phản ứng:
Chu trình acid citric được thực hiện bởi một hệ thống enzyme hoạt động liên hoàn với
nhau (multyenzyme) theo một vòng nên còn gọi là vòng acid citric hay là vòng Krebs (hình
6.31). Trong 8 phản ứng của chu trình acid citric, sẽ nhấn mạnh đặc biệt sự biến đổi hóa học
tạo citrate từ acetyl-CoA và oxaloacetate bị oxy hóa thành CO
2
và năng lượng của quá trình
oxy hóa này tồn tại ở dạng các coenzyme khử NADH
2
và FADH
2
.




Sự hình thành citrate: phản ứng đầu tiên của chu trình là sự kết hợp của acetyl-CoA
và oxaloacetate tạo ra citrate, phản ứng được xúc tác bởi citrate hydratse.
Trong phản ứng này, carbon methyl của nhóm acetyl kết hợp với nhóm carbonyl (C-2)
của oxaloacetate. Cidroyl-CoA là một chất trung gian chuyển tiếp. Nó tồn tại trên vị trí hoạt

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 182
động của enzyme và bị thuỷ phân tạo thành CoA tự do và citrate sau đó được giải phóng khỏi
vị trí hoạt động. Quá trình thuỷ phân của chất trung gian thioester cao năng tạo phản ứng
thuận giải phóng năng lượng. CoA tồn tại trong phản ứng này được lặp lại chu trình, nó sẵn
sàng tham gia khử carboxyl hóa bằng cách oxy hóa phân tử pyruvate khác nhờ phức hợp
pyruvate dehydrogenase để tạo thành phân tử acetyl-CoA khác đi vào chu trình.
Hình 6.31. Các phản ứng của chu trình acid citric. Các nguyên tử carbon được bắt
nguồn từ acetate của acetyl-CoA. Các bước

,

và

không thuận nghịch trong tế bào,
còn tất cả các phản ứng khác là phản ứng thuận nghịch.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 183



Sự hình thành isocitrate thông qua cis- Aconitate: enzyme aconitase (thường gọi là
aconitate hydratase) xúc tác quá trình biến đổi nghịch citrate thành isocitrate thông qua dẫn
xuất trung gian acid tricarboxylic là cis-aconitate thường không tách ra từ vị trí hoạt động.
Aconitase có thể kích thích sự bổ sung H
2

O thuận nghịch tạo liên kết đôi cis-aconitate
liên kết enzyme theo 2 cách khác nhau, một tạo citrate và một cách khác tạo isocitrate. Vì vậy
hỗn hợp cân bằng ở pH7,4 và 25
0
C chứa ít hơn 10% isocitrate. Aconitase chứa một trung tâm
sắt-lưu huỳnh hoạt động cả trong liên kết cơ chất tại vị trí hoạt động và trong quá trình xúc tác
bổ sung và loại nước (hình 6.32).
Hình 6.32.
Trung tâm sắt - lưu huỳnh với
aconitase hoạt động liên kết cơ chất và xúc tác. 3
gốc Cys của enzyme liên kết với 3 nguyên tử sắt ở
trung tâm sắt – lưu huỳnh (màu vàng); nguyên tử
sắt thứ 4 liên kết với một trong các nhóm carboxyl
của citrate (màu xanh).



Quá trình oxy hóa isocitrate thành
α
-
cetoglutarate và CO
2
. Trong bước tiếp theo,
isocitrate dehydrogenase xúc tác quá trình
decarboxyl hóa oxy hóa isocitrate để tạo thành
α
-
cetoglutarate.
Có 2 dạng isocitrate dehydrogenase khác nhau, một dạng cần NAD
+

như chất nhận điện
tử và dạng kia cần NADP
+
. Các phản ứng khép kín được xúc tác bởi 2 isozyme khác. Enzyme

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 184
có NAD
+
được tìm thấy trong ty thể và đáp ứng chu trình acid citric để tạo ra
α
-cetoglutarate.
Còn isozyme dựa vào NADP
+
thì được tìm thấy cả trong ty thể và sinh chất.



Quá trình oxy hóa
α
-cetoglutarate thành succinyl –CoA và CO
2
: Bước tiếp theo là
quá trình decarboxyl hoá oxy hóa, trong bước này
α
-cetoglutarate biến đổi thành succinyl –
CoA và CO
2
bởi hoạt động của phức hợp cetoglutarate dehydrogenase; NAD
+
tham gia như

chất nhận điện tử.
Phức hợp
α
-cetoglutarate dehydrogenase cấu tạo từ 3 enzyme giống như E
1
, E
2
, E
3
của
phức hợp pyruvate dehydrogenase nhưng chúng có trình tự sắp xếp acid amin khác nhau.



Quá trình biến đổi succinyl –CoA thành succinate:
Succinyl –CoA cũng như acetyl-CoA, có năng lượng tự do thuỷ phân liên kết thioester
cao (
'
GΔ
= -36KJ/mol). Trong bước tiếp theo của chu trình, phá vỡ liên kết này để điều khiển
quá trình tổng hợp một liên kết phosphoanhydride ở GTP hoặc ATP và succinate cũng được
hình thành trong quá trình.
Enzyme xúc tác cho phản ứng là succinyl –CoA synthetase hoặc succinyl kinase.
Phản ứng tạo năng lượng có một bước trung gian mà trong đó phân tử enzyme bị
phosphoryl hóa ở gốc His ở vị trí hoạt động (hình 6.33). Nhóm phosphate này có một nhóm
có khả năng biến đổi lớn, nó biến đổi ATP (hoặc GTP) thành ADP (hoặc GDP).
Sự biến đổi ATP (hoặc GTP) tiêu tốn năng lượng lấy từ quá trình decarboxyl hóa oxy
hóa
α
cetoglutarate. Đó là một ví dụ về quá trình phosphoryl hóa cơ chất giống như quá trình

tổng hợp ATP để oxy hoá glyceraldehyde –3 phosphate trong quá trình đường phân. Khác với

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 185
phản ứng phosphoryl hóa cơ chất, quá trình phosphoryl hóa trong ty thể hoặc lục lạp được
thực hiện nhờ hệ thống enzyme liên kết màng nhờ cơ chế tạo năng lượng qua sự phân bố
chênh lệch proton bên màng.
Hình 6.33: Các chất trung gian trong phản ứng succinyl-CoA synthetase. Ở bước



một
nhóm phosphate thay thế CoA trong succinyl –CoA liên kết enzyme tạo một acyl phosphate cao
năng. Ở bước



succinyl phosphate cho nhóm His trên enzyme nhóm phosphate của nó, tạo
enzyme phosphohistidine cao năng. Ở bước



nhóm phosphate được chuyển từ nhóm His tới
phosphate cuối cùng của GDP, tạo GTP.
GTP được hình thành nhờ succinyl –CoAsynthetase có thể cho nhóm phosphate cuối
cùng của nó cho ADP để tạo ATP nhờ phản ứng thuận của nucleotide diphosphate kinase:
GTP +ADP GDP +ATP
Δ
G
0’
= 0 KJ/mol

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 186




Oxy hóa succinate thành fumarate:
Succinate được hình thành từ succinyl –CoA bị oxy hoá thành fumarate nhờ succinate
dehydrogenase chứa flavoprotein. Ở tế bào nhân chuẩn, succinate dehydrogenase nằm trên
màng ty thể (còn ở tế bào nhân xơ thì enzyme này nằm trên màng tế bào chất); nó chỉ là
enzyme của chu trình acid citric mà gắn với màng. Các điện tửđược chuyển từ succinate qua
FAD và trung tâm sắt – lưu huỳnh trước khi đi vào chuỗi hô hấp và được sử dụng để tổng hợp
2 phân tử ATP trên mỗi cặp điện tử.



Hydrat hóa fumarate để tạo malate: Quá trình hydrate hóa nghịch fumarate thành L-
malate được xúc tác bởi fumarase (fumarate hydratase) enzyme này đặc hiệu cao: nó xúc tác
quá trình thuỷ phân liên kết đôi của fumarate nhưng không hoạt động trên malate, đồng phân
Cis của fumarate.



Oxy hóa malate thành oxaloacetate: Ở phản ứng cuối cùng của chu trình acid citric,
L –malate dehydrogenase phụ thuộc NAD xúc tác quá trình oxy hóa L-malate thành
oxaloacetate.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 187
Cân bằng phản ứng lệch nhiều về phía malate nhưng trong thực tế thì oxaloacetate vừa
được tạo thành tham gia ngay vào chu trình nên nồng độ thực của nó luôn thấp, do đó chiều

phản ứng luôn hướng về phía tạo oxaloacetate.
Năng lượng của các quá trình oxy hóa trong chu trình
Bây giờ chúng ta đã có một chu trình hoàn thiện chu trình acid citric (hình 6.34).
Một nhóm acetyl chứa 2 nguyên tử carbon tham gia vào chu trình bằng cách kết hợp với
oxaloacetate. Hai nguyên tử carbon được giải phóng khỏi chu trình dưới dạng CO
2
với quá
trình oxy hóa isocitrate và
α
- cetoglutarate, và kết thúc chu trình thì một phân tử oxaloacetate
được tạo ra.
Hình 6.34. Các vị trí tạo ra NADH
2
, FADH
2
và GTP của chu trình acid citric
Mỗi chu trình acid citric tạo ra 3 NADH
2
, 1 FADH
2
và 1 GTP (hoặc ATP). 2 CO
2
được
giải phóng ra trong các phản ứng khử carboxyl hóa bằng oxy hóa.

Trng i hc Nụng nghip H Ni Giỏo trỡnh Hoỏ Sinh ng vt 188
Chỳng ta ó bit nng lng c to thnh t quỏ trỡnh ng phõn (mt phõn t
glucose phõn gii thnh 2 pyruvate) l 2 phõn t ATP. Khi c 2 phõn t pyruvate oxy húa
hon ton s to thnh 6 phõn t CO
2

trong cỏc phn ng c xỳc tỏc bi phc hp pyruvate
dehydrogenase v cỏc enzyme ca chu trỡnh acid citric v cỏc in tc chuyn ti O
2
qua
chui hụ hp to ra 38 ATP trờn mt phõn t glucose. Nhng nng lng t do ca phõn t
glucose l 2,840 kJ/mol, khi oxy húa hon ton mt glucose to ra nng lng d tr 38 x
30,5 KJ/mol = 1,160KJ/mol nh vy hiu sut l 40% (bng 6.2).
Bng 6.2.
S to thnh ATP trong cỏc quỏ trỡnh hụ hp mt phõn t glucose qua
ng phõn, phn ng pyruvate dehydrogenase v chu trỡnh acid citric.
Phn ng
S lng ATP hoc
coenzyme to thnh
S lng ATP
to thnh
Glucose

glucose6-phosphate
-ATP -1
Fructose6-

fructose-1,6-bi
-1ATP -1
2 glyceraldehyde 3-

2 1,3- diphosphoglyxerat
2NADH 6
2 1,3-diphosphoglycerate

2 3-phosphoglycerate

2ATP 2
2 phosphoenolpyruvate

2pyruvate
2ATP 2
2 pyruvate

2 acetyl CoA
2NADH 6
2 isocitrate

2

-cetoglutarate
2NADH 6
2

-cetoglutarate

2 succiyl-CoA
2NADH 6
2 succinyl-CoA

2 succinate
2ATP (hoc 2
GTP)
2
2 succinate

2 fumarate

2FADH
2
4
2 malate

2 oxaloacetate
2NADH 6
Tng s
38

5.1.3. Chu trình acid citric đợc phát hiện nh thế nào?
Chu trình acid citric đợc Hans Krebs đa ra lần đầu tiên nh quá trình oxy hóa
pyruvate ở các mô động vật năm 1937. í tng ny xut hin khi ụng nghiờn cu nh hng
ca cỏc anion ca acid hu c khỏc nhau lờn t l tiờu th oxy húa pyruvate trong mụ c ngc
b cõu. C ny dựng bay nờn cú t l hụ hp rt cao. Trc ú cỏc nh nghiờn cu, c bit
l Albert Szent Gyorgyi ó tỡm thy cỏc acid dicarboxylic cha 4 carbon cú mt trong mụ
ng vt - succinate, fumarate, malate v oxaloacetate kớch thớch quỏ trỡnh tiờu th oxy nh
c. Krebs ó tha nhn chỳng v phỏt hin rng chỳng cng kớch thớch quỏ trỡnh oxy húa

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Hoá Sinh động vật …………………………… 189
pyruvate. Hơn nữa, ông cũng thấy rằng quá trình oxy hóa pyruvate nhờ cơ cũng được kích
thích bởi các acid tricarboxylic 6 carbon: citrate, cis-aconitate và isocitrate và
α
-
cetoglutarate 5 carbon.
Phát hiện quan trọng thứ 2 là Krebs cho rằng sự có mặt của malonate, chất ức chế cạnh
tranh của succinate đối với succinate dehydrogenase gây ra sự tích lũy citrate,
α
-
cetoglutarate và succinate trong dịch mô cơ. Điều này chứng tỏ rằng citrate và

α
-
cetoglutarate là các tiền chất của succinate.
Từ những dữ liệu này, Krebs đã kết luận rằng các acid tricarboxylic và dicarboxylic có
thểđược sắp xếp trong một trình tự logic hóa học bởi vì sự tạo pyruvate và oxaloacetate với
mô cơ trong quá trình tích lũy citrate trong môi trường, Krebs đã suy luận rằng trình tự các
chức năng này trong một chu trình đúng hơn kiểu dãy dài, sự bắt đầu và kết thúc của nó liên
kết với nhau.
Pyruvate + oxaloacetate
→
citrate +CO
2
Từ các thí nghiệm đơn giản này và suy luận khoa học, Krebs đã giả định cái mà ông ta
gọi là chu trình acid citric là con đường chính cho quá trình oxy hóa carboxylic. Từ khi phát
hiện ra nó, chu trình acid citric không chỉ có chức năng trong cơ mà còn trong tất cả mô thực
vật và động vật và trong nhiều vi sinh vật hiếu khí.
Chu trình acid citric được đặt tên lần đầu tiên từ các thí nghiệm được thực hiện trên dịch
mô cơ.
5.1.4. Chu trình acid citric chưa hoàn thiện của sinh vật kị khí
Tám bước trong chu trình, quá trình cho oxy hóa các nhóm acetyl 2 carbon đơn giản
thành CO
2
có thể thấy là rất khoa học của các tế bào sống. Vai trò của chu trình acid citric là
không chỉ oxy hóa acetate, mà con đường
này còn là trung tâm của trao đổi chất trung
gian. Các sản phẩm cuối cùng 4 hoặc 5
carbon của nhiều quá trình trao đổi chất cũng
tham gia vào chu trình với tư cách như
những nhiên liệu. Ví dụ: oxaloacetate và
α

-
cetoglutarate được tạo ra từ aspartate và
glutamate tương ứng khi các acid amin này
bị phân giải hoặc tạo thành từ các sản phẩm
trên khi protein trong chếđộăn uống bị
giảm.
Phương thức được sử dụng ở các sinh
vật hiện đại là sản phẩm tiến hóa. Trong thực
tế, có các sinh vật kị khí sử dụng một chu
trình acid citric chưa hoàn thiện không phải
như một nguồn năng lượng mà là tiền chất
sinh t
ổng hợp (hình 6.35).
Hình 6.35. Các phản ứng không chu kỳ
cung cấp các tiền chất sinh tổng hợp ở vi khuẩn
sinh trưởng kỵ khí. Các tế bào này thiếu
α
-
cetoglutarate dehydrogenase và do đó không thể thực hiện chu trình acid citric hoàn chỉnh,
α
-