Chu trình Krebs là trung tâm của mọi hoạt động chuyển hóa tế bào. Cho biết succinate (COO--CH2-CH2-COO-), fumarate (COO--CH=CH-COO-), malate (COO--CHOH-CH2-COO-) và oxaloacetate (COO--CO-CH2-COO-) là bốn chất trung gian của các phản ứng chuyển hóa trong chu trình Krebs; NAD+ và FAD là những chất nhận điện tử từ sự oxy hóa các hợp chất hữu cơ. Sau đây là hai phản ứng của chu trình Krebs:
(1) Succinate + FAD → fumarate + FADH2
(2) Malate + NAD+ → oxaloacetate + NADH + H+
a. Tại sao khí O2 không phải là nguyên liệu của tất cả các phản ứng trong chu trình Krebs nhưng nếu không có mặt O2 thì chu trình Krebs cũng bị ngừng lại.
b. Một trong hai phản ứng nói trên (phản ứng 1 hoặc 2) bị ức chế khi có mặt malonate ở chất nền ti thể. Hãy cho biết nhiều khả năng phản ứng (1) hay (2) là phản ứng bị ức chế khi có mặt malonate? Tại sao?
c. Giả sử các nhà sinh học tạo ra được hai loại dehydrogenase “nhân tạo” vừa gắn được với NAD+, vừa gắn được với FAD nhưng một loại enzyme có cơ chất là succinate, loại còn lại có cơ chất là malate. Nếu thay thế FAD bằng NAD+ hoặc ngược lại cho mỗi phản ứng nói trên nhưng sử dụng hai loại dehydrogenase “nhân tạo” tương ứng thì mỗi phản ứng (1), (2) có xảy ra hay không? Tại sao?
Đáp án đúng:
a. Không có mặt O2 chuỗi chuyền điện tử không hoạt động không tái lập NAD+ và FAD thiếu nguyên liệu cho các phản ứng của chu trình Krebs ngừng lại.
b. Phản ứng (1) bị ức chế khi có mặt malonat.
Vì malonat có cấu trúc gần giống succinate, cạnh tranh được với nó liên kết vào succinate dehydrogenase.
c.
- Nếu thay FAD bằng NAD+ ở phản ứng (1) với sự có mặt của enzyme nhân tạo thì phản ứng này vẫn xảy ra.
- Vì NAD+ có thể thay FAD nhận điện tử từ succinate.
- Nếu thay NAD+ bằng FAD ở phản ứng (2) với sự có mặt của enzyme nhân tạo thì phản ứng này không xảy ra.
- Vì FAD không thể thay NAD+ nhận điện tử từ fumarate.