Chu trình Axit Citric (Chu trình Krebs)

Chu trình axit citric, còn được gọi là chu trình Krebs hoặc chu trình axit tricarboxylic, là trung tâm ty thể chính của quá trình chuyển hóa oxy hóa. Chu trình này tiếp nhận nhóm acetyl hai carbon của acetyl-CoA, oxy hóa hoàn toàn thành carbon dioxide, và trong quá trình đó khử các coenzyme NAD+ và FAD để cung cấp điện tử cho chuỗi hô hấp.

Definition

Chu trình axit citric là con đường ty thể tuần hoàn, gồm tám phản ứng, trong đó nhóm acetyl của acetyl-CoA ngưng tụ với oxaloacetate và bị oxy hóa thành hai phân tử CO2, tái tạo oxaloacetate đồng thời tạo ra các coenzyme khử (NADH và FADH2) và một phân tử phosphate năng lượng cao mỗi vòng.

Scope

Mục này bao gồm chuỗi tuần hoàn tám bước từ tổng hợp citrate đến tái tạo oxaloacetate, các sản phẩm của nó (coenzyme khử, GTP/ATP và CO2), vai trò kép của nó trong cả sản xuất năng lượng và sinh tổng hợp, cũng như sự điều hòa của nó. Mục này coi chu trình như một chủ đề chuyển hóa trong hóa sinh, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Nhóm acetyl của acetyl-CoA được oxy hóa thành carbon dioxide như thế nào?
• Các sản phẩm tạo năng lượng của một vòng chu trình là gì?
• Chu trình kết nối với chuỗi vận chuyển điện tử như thế nào?
• Chu trình phục vụ cả vai trò dị hóa và sinh tổng hợp như thế nào?

Key concepts

• Acetyl-CoA là phân tử đầu vào
• Ngưng tụ với oxaloacetate để tạo thành citrate
• Hai bước khử carboxyl giải phóng CO2
• Sản xuất NADH, FADH2 và GTP/ATP mỗi vòng
• Tái tạo oxaloacetate (tính chất tuần hoàn)
• Chức năng lưỡng tính trong dị hóa và sinh tổng hợp
• Các phản ứng anaplerotic bổ sung các chất trung gian

Mechanisms

Mỗi vòng bắt đầu khi nhóm acetyl hai carbon của acetyl-CoA ngưng tụ với oxaloacetate bốn carbon để tạo thành citrate. Một loạt các phản ứng đồng phân hóa, oxy hóa và khử carboxyl sau đó giải phóng hai phân tử CO2, khử ba NAD+ thành NADH và một FAD thành FADH2, đồng thời tạo ra một phân tử GTP hoặc ATP thông qua phosphoryl hóa mức cơ chất, trong khi tái tạo oxaloacetate để chu trình có thể tiếp tục. Các coenzyme khử mang điện tử của chúng đến chuỗi vận chuyển điện tử, nơi phần lớn ATP cuối cùng được tạo ra. Ngoài quá trình oxy hóa, một số chất trung gian của chu trình được rút ra để sinh tổng hợp; các phản ứng anaplerotic bổ sung các chất trung gian này để chu trình tiếp tục quay, mang lại cho nó đặc tính lưỡng tính (amphibolic).

Clinical relevance

Vì chu trình nằm ở ngã tư của quá trình chuyển hóa carbohydrate, chất béo và axit amin, nên những rối loạn trong các enzyme của nó hoặc trong việc cung cấp các chất trung gian của nó có thể gây ra những hậu quả chuyển hóa rộng lớn, và các đột biến trong một số enzyme chu trình nhất định có liên quan đến bệnh tật. Mục này giải thích về hóa sinh và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

History

Hans Krebs, dựa trên những quan sát trước đó về quá trình oxy hóa các axit hữu cơ trong mô và công trình của Albert Szent-Györgyi về các chất xúc tác hô hấp, đã xây dựng con đường tuần hoàn vào năm 1937, chứng minh rằng quá trình oxy hóa các đơn vị acetyl diễn ra thông qua một chuỗi tự tái tạo của các axit tricarboxylic và dicarboxylic. Việc Fritz Lipmann phát hiện ra coenzyme A sau đó đã làm rõ cách các nhóm acetyl đi vào chu trình, và con đường này đã trở thành một nền tảng của hóa sinh chuyển hóa.

Key figures

• Hans Krebs
• Albert Szent-Györgyi
• Fritz Lipmann

Seminal works

• krebs-1937

Frequently asked questions

Tại sao chu trình axit citric được gọi là một chu trình?

Bởi vì phản ứng cuối cùng của nó tái tạo oxaloacetate, phân tử khởi đầu chuỗi; con đường quay trở lại điểm xuất phát của nó sau mỗi vòng, do đó một lượng nhỏ các chất trung gian có thể xử lý nhiều nhóm acetyl.

Chu trình axit citric có trực tiếp tạo ra phần lớn ATP của tế bào không?

Không. Mỗi vòng chỉ tạo ra trực tiếp một phân tử GTP hoặc ATP; đóng góp năng lượng chính của chu trình là các coenzyme khử NADH và FADH2, chúng thúc đẩy phần lớn quá trình sản xuất ATP tại chuỗi vận chuyển điện tử.