Chu trình TriCarboxylic (TCA - TriCarboxylic Acid) là quá trình "đốt cháy" 2 mạch carbon trong acetyl-CoA để giải phóng 2 phân tử CO2 + 4 cặp nguyên tử H (tương ứng 4 cặp điện tử, tạo H2O) + năng lượng (9ATP + 1 GTP). Chu trình này xảy ra ở chất nền ti thể.

Citrate -Is - Krebs - Starting - Substance - For - Making - OAA tương ứng với 

Citrate - Isocitrate - a-Ketoglutarate - Succinyl-CoA - Succinate - Fumarate - Malate - Oxaloacetate

Bước 0 (chu trình đường phân, không phải chu trình citric): 

Pyruvate ---(Pyruvate Dehydrogenase)---> 2 Acetyl-CoA

Điều hòa enzyme Pyruvate DH: 

❌Sự gia tăng ATP, acetyl-CoA, NADH, acid béo: Ức chế

✔️ Sự gia tăng AMP, CoA-SH, NAD+, Ca2+: Kích thích

Bước 1: Tạo Citrate 

 OAA + Acetyl-CoA + H2O ---(Citrate Synthase)---> Citrate + CoA-SH 

Các glucid, lipid, protein qua quá trình cắt nhỏ và thoái hóa còn lại gốc Acetyl (CH3CO-) gắn với Coenzyme A (-S-CoA) tạo thành Acetyl-CoA.

Acetyl-CoA gắn với Oxaloacetate (OAA - sản phẩm của chu trình Krebs trước) dưới sự xúc tác của enzyme Citrate Synthase tạo ra CITRATE (mạch 6C). Citrate chứa 3 gốc COO- (carboxyl) -> nguồn gốc của tên TriCarboxylic Acid (TCA).

Sự điều hòa enzyme Citrate Synthase: 

❌ Sự gia tăng của ATP, NADH, Citrate, Succinyl-CoA ức chế enzyme này. 

✔️Sự gia tăng của ADP (ATP -> ADP + Pi khi cơ thể sử dụng ATP nhiều dẫn đến tăng ADP) kích thích hoạt động enzyme để tăng tạo năng lượng.

Bước 2: Tạo Isocitrate 

Citrate <---(Aconitase)---> Isocitrate 

Dưới sự xúc tác của enzyme Aconitase giúp chuyển vị gốc -OH tạo ra Isocitrate.

Bước 3: Phản ứng oxy hóa khử Isocitrate 

Isocitrate + NAD+ ----(Isocitrate Dehydrogenase)---> a-Ketoglutarate (mạch 5C) + CO2 + NADH + H+ 

(1) Dehydrogenase: Sự di chuyển điện tử từ gốc -OH kết hợp với NAD+ => NADH + H+ (có 1 cặp điện tử đi ra tương ứng với 1 cặp H)

(2) Khử Carboxyl: -COO ở giữa => CO2

Điều hòa Isocitrate DH: 

❌ ATP ức chế 

✔️ ADP hoặc Ca2+ kích thích

Bước 4: Phản ứng oxy hóa khử a-ketoglutarate 

a-ketoglutarate + NAD+ + CoA-SH ---(a-ketoglutarate dehydrogenase)---> Succinyl-CoA (mạch 4C) + CO2 + NADH + H+

(1) Dehydrogenase: Sự di chuyển điện tử từ gốc -OH kết hợp với NAD+ => NADH + H+ (có 1 cặp điện tử đi ra tương ứng với 1 cặp H)

(2) Khử Carboxyl: -COO ở bìa => CO2

(3) Gắn CoA-SH để tạo Succinyl-CoA 

Điều hòa a-ketoglutarate DH: 

❌NADH, Succinyl-CoA ức chế. 

✔️Ca2+ kích thích

Bước 5: Tạo Succinate

Succinyl-CoA + GDP +H3PO4 <---(Succinyl-CoA Synthetase)---> Succinate (mạch 4C) + CoA-SH + GTP

Enzyme succinyl-CoA synthethase xúc tác cho phản ứng tách coenzyme A ra khỏi succinyl-CoA. Vì liên kết giữa CoA và Succinyl là liên kết giàu năng lượng nên phản ứng này giải phóng năng lượng biến GDP + H3PO4 -> GTP (GTP tương đương về mặt năng lượng với ATP)

Enzyme này vừa có khả năng tổng hợp Succinyl-CoA, vừa có khả năng phân tách nên phản ứng này xảy ra 2 chiều. Chiều của phản ứng phụ thuộc vào biến thiên năng lượng tự do (Delta-G) 

Bước 6: Phản ứng oxy khử hóa tạo Fumarate 

Succinate + FAD2+ <---(Succinate Dehydrogenase)---> Fumarate (mạch 4C) + FADH2

Dehydrogenase: Đưa điện tử cùng với hydro vào FAD -> FADH2 + 1 cặp điện tử

Succinate dehydrogenase là enzyme duy nhất gắn lên màng trong ti thể, 7 enzyme còn lại đều gắn ở chất nền ti thể. 

Bước 7: Phản ứng hydrate hóa tạo Malate 

Fumarate + H2O <---(Fumarase)---> Malate 

Bước 8: Phản ứng oxy hóa khử tạo Oxaloacetate 

Malate + NAD+ <---(Malate Dehydrogenase)---> OAA + NADH + H+

Dehydrogenase: Sự di chuyển điện tử từ gốc -OH kết hợp với NAD+ => NADH + H+ (có 1 cặp điện tử đi ra tương ứng với 1 cặp H)

TỔNG KẾT 

1 Glucose -> 2 Pyruvate -> 2 Acetyl-CoA -> 4 CO2 + 6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP

1 Acetyl-CoA +3 NAD+ + 1 FAD + 1 GDP + Pi + 2 H2O -> 2 CO2 + 3 NADH + 1 FADH2 + 1 GTP (ATP) + 2 H+ + CoA

Mỗi phân tử NADH hoặc FADH2 mang theo 1 cặp điện tử (chứa điện tử giàu năng lượng) thông qua qua trình vận chuyển điện tử đến oxy hình thành rediant proton -> tham gia tổng hợp ATP. NADH tạo 2,5 ATP ; FADH2 tạo 1,5 ATP. Vậy qua 1 chu trình Krebs tạo 3x2,5 + 1,5 = 9 ATP + 1 GTP (~ATP) = 10 ATP

Vai trò của oxy trong chu trình Krebs: Oxy nhận điện tử từ NADH và FADH2 để tái tạo NAD+ và FAD.

VAI TRÒ CỦA CHU TRÌNH KREBS

(1) Tạo ra các chất trung gian sinh tổng hợp = Ngã ba chuyển hóa 

-  Citrate tham gia tổng hợp acid béo và steriod 

- a-ketoglutarate tham gia tổng hợp Glutamate -> tạo ra các acid amin như Glutamin, Prolin, Arginin hoặc cung cấp khung của Bazo Purin

- Succinyl-CoA tham gia tạo Porphyrin (tổng hợp Hemoglobin)

- OAA tạo Phosphoenolpyruvate (tham gia tân tạo đường hoặc tạo các acid amin như Serin, Glycin, Cystein, Phenylalanin, Tyrosin, Tryptophan) hoặc chuyển nhóm amin tạo Aspartate (tạo ra các acid amin như Aspartate, Asparagin -> tạo Ure, Pyrimidin)

(2) Các con đường khác cũng tham gia tạo nguyên liệu cho chu trình Krebs

- Chu trình Urea cung cấp các acid amin

- Sự thoái hóa các acid béo tạo ra acetyl-CoA hoặc succinyl-CoA