CARBOHYDRATE METABOLISM อ. ชัยวัฒน์ วามวรรัตน์

GLYCOLYSIS (Embden-Meyerhof pathway) - เกิดขึ้นที่บริเวณ cytosol ของเซลล์ทั้งหลายไม่ว่าจะเป็น เซลล์พืช สัตว์ จุลินทรีย์ - เป็นกระบวนการที่ไม่ใช้ออกซิเจนและเกิดขึ้นตลอดเวลาในเซลล์ - ให้สารตั้งต้นสำหรับกระบวนการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน เช่น TCA cycle

GLYCOLYSIS (Embden-Meyerhof pathway) ประกอบด้วย 10 ปฏิกิริยา แบ่งเป็น 2 ขั้นใหญ่ ขั้นที่ 1 : ขั้นลงทุน (energy-requiring stage) คือ 5 ปฏิกิริยาแรก ซึ่งเปลี่ยน glucose ไปเป็น glyceraldehyde-3-phosphate 2 โมเลกุล โดยต้องใช้ ATP 2 โมเลกุล ขั้นที่ 2 : ขั้นเก็บผล (energy-generating stage) คือ 5 ปฏิกิริยาหลัง ซึ่งเปลี่ยน glyceraldehyde-3-phosphate 2 โมเลกุลไปเป็น pyruvate 2 โมเลกุล โดยได้ ATP 2 โมเลกุลต่อ 1 โมเลกุล glucose

D-Glucose-6-phosphate (G6P) ปฏิกิริยาแรกนี้ช่วยให้เซลล์สามารถเก็บกัก Glucose ไว้ภายในเซลล์ โดยเปลี่ยนเป็น สารที่มีประจุ ซึ่งโดยทั่วไปสารที่มีประจุจะ ผ่านชั้นเยื่อหุ้มเซลล์ออกไปไม่ได้โดยง่าย และยังช่วยให้เซลล์สามารถคงระดับความ เข้มข้นของ glucose ให้ต่ำอยู่เสมอ ทำให้ glucose ภายนอกเซลล์สามารถ แพร่ผ่านเข้ามาในเซลล์ได้เรื่อยๆ D-Glucose-6-phosphate (G6P)

Hexokinase - การทำงานของเอนไซม์ hexokinase ต้องการ Mg2+ - สามารถเร่งปฏิกิริยา phosphorylation กับน้ำตาลชนิดอื่นได้ เช่น mannose fructose - เนื้อเยื่อต่างชนิดกันในร่างกาย ต่างมี isozyme ที่ต่างกัน ดังนั้น แต่ละ isozyme จึงมีสมบัติทางจลนศาสตร์ที่ต่างกัน - ระดับ Glucose-6-phosphate, ATP (ATP/ADP) ที่สูงยับยั้ง การทำงานของเอนไซม์นี้ - ปฏิกิริยาที่เร่งโดยเอนไซม์นี้ถือเป็น 1 ใน 3 จุด ที่ใช้ควบคุม glycolysis

Glucokinase - พบในเซลล์ตับ - มีความจำเพาะต่อ glucose สูง - เป็น inducible enzyme ที่การสังเคราะห์ถูกควบคุม โดยฮอร์โมน insulin - การทำงานไม่ถูกยับยั้งโดยผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น

D-Glucose-6-phosphate (G6P) D-Fructose-6-phosphate (F6P) ปฏิกิริยาที่ 2 เป็นปฏิกิริยา isomerization โดยการทำงานของเอนไซม์ phosphoglucoisomerase (glucose phosphate isomerase) เกิดขึ้นเพื่อ 1. หากไม่เปลี่ยนเป็น fructose การเติมหมู่ฟอสเฟตเข้าตำแหน่ง C1 ของ glucoseเป็นเรื่องที่เป็นไปได้ยาก เพราะหมู่ hydroxy ของ hemiacetal เกิดปฏิกิริยายากกว่าหมู่ hydroxy ปฐมภูมิทั่วไป 2. การย้ายหมู่ carbonyl มาตำแหน่ง C2 เป็นการกระตุ้นตำแหน่ง C3 ให้ง่ายต่อการแยกสลายโมเลกุลของ glucose ในขั้นต่อไป D-Fructose-6-phosphate (F6P)

ปฏิกิริยาที่ 3 เป็นปฏิกิริยา phosphorylation จากการทำงานของเอนไซม์ Phosphofructokinase ซึ่งเป็น allosteric enzyme เป็นอีกจุดหนึ่งที่ใช้ควบคุมอัตราเร็วของ วิถีไกลโคไลซิส

ของเอนไซม์ phosphofructokinase ATP เป็น allosteric inhibitor ของเอนไซม์ phosphofructokinase At high [ATP], phosphofructokinase (PFK) behaves cooperatively, and the plot of enzyme activity versus [fructose-6-phosphate] is sigmoid. High [ATP] thus inhibits PFK, decreasing the enzyme’s affinity for fructose-6-phosphate

(allos = other, steros = place) การทำงานของเอนไซม์ phosphofructokinase ยังถูกควบคุมโดย Citrate ซึ่งเป็นสารมัธยันตร์ใน citric acid cycle Citrate เป็น allosteric inhibitor ของเอนไซม์นี้ เมื่อปริมาณ citrate สูงจนใกล้อิ่มตัว จะกดวิถีไกลโคไลซิสให้ช้าลง การยับยั้งนี้เป็นการให้แน่ใจว่า glucose จะไม่เข้าสู่วิถีไกลโคไลซิส Citrate จึงเป็นตัวปรับอัตราเร็วของวิถีไกลโคไลซิสและ TCA cycle ให้สอดคล้องกัน นอกจากนี้เอนไซม์ phosphofructokinase ยังถูกยับยั้งการทำงาน โดยกรดไขมันที่มีสายโซ่ยาว (allos = other, steros = place)

ซึ่งมีบทบาทเป็น allosteric activator ที่แรง Phosphofructokinase ยังถูกควบคุมการทำงานโดย -D-fructose-2,6-bisphosphate ซึ่งมีบทบาทเป็น allosteric activator ที่แรง ให้เอนไซม์เพิ่มความสามารถในการจับกับ fructose-6-phosphate และลดการยับยั้งจาก ATP

ซึ่งมีบทบาทเป็น allosteric activator ที่แรง Phosphofructokinase ยังถูกควบคุมการทำงานโดย -D-fructose-2,6-bisphosphate ซึ่งมีบทบาทเป็น allosteric activator ที่แรง ให้เอนไซม์เพิ่มความสามารถในการจับกับ fructose-6-phosphate และลดการยับยั้งจาก ATP นอกจากนี้ยังถูกกระตุ้นการทำงานโดย AMP, ADP

เอนไซม์ phosphofructokinase-2 (PFK-2) มีการทำงานทั้งแบบ kinase (dephosphorylated form) และ phosphatase (phosphorylated form) อยู่ในตัวเดียวกัน การหมุนเวียนปริมาณสาร -D-fructose-2,6-bisphosphate อยู่ภายใต้อิทธิพลของฮอร์โมน glucagon ผ่านกลไกการทำงาน ปฏิกิริยา phosphorylation ของเอนไซม์ protein kinase A ซึ่งอาศัย cAMP

ปฏิกิริยาที่ 4 เป็นการสลายพันธะระหว่าง C3 กับ C4 ให้ได้ triose phosphate 2 โมเลกุล โดยการทำงานของเอนไซม์ Fructose bisphosphate aldolase ปฏิกิริยาที่ 5 เป็นปฏิกิริยาที่เปลี่ยน dihydroxyacetone ให้อยู่ในรูป glyceraldehyde-3-phosphate เพื่อที่จะใช้ 2 โมเลกุลนี้ในขั้นต่อไป ของวิถีไกลโคไลซิส

เป็นปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดักชั่นและปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่ 6 เป็นปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดักชั่นและปฏิกิริยา phosphorylation glyceraldehyde-3-phosphate ถูกออกซิไดซ์และเติมหมู่ฟอสเฟตเป็น 1,3-bisphosphoglycerate ซึ่งเป็นสารประกอบฟอสเฟตที่มีพลังงานสูง และ NAD+ ถูกรีดิวซ์เป็น NADH โดยการทำงานของเอนไซม์ glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

โครงสร้างของ arsenate คล้ายคลึง หมู่ฟอสเฟตจึงถูกใช้โดยเอนไซม์ glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase ได้ 1-arsenato-3- phospho-D-glycerate ซึ่งไม่เสถียร สลายตัวต่อไปได้ 3-phospho-D-glycerate เข้าสู่ปฏิกิริยาต่อไป (ปฏิกิริยาที่8) ซึ่งทำงานโดย phosphoglycerate mutase เท่ากับข้ามปฏิกิริยาที่ 7 ไป ดังนั้นการดำเนินไปของวิถีไกลโคไลซิสเมื่อมี arsenate จึงไม่มีผลกำไรในรูป ATP เกิดขึ้น

เป็นปฏิกิริยาแรกที่มีการผลิต ATP โดยการทำงานของเอนไซม์ ปฏิกิริยาที่ 7 เป็นปฏิกิริยาแรกที่มีการผลิต ATP โดยการทำงานของเอนไซม์ phosphoglycerate kinase ที่ต้องการ Mg2+ โยกย้ายหมู่ฟอสเฟตจาก 1,3-bisphosphoglycerate ไปสู่ ADP เป็นการสร้าง ATP ด้วยวิธี substrate-level phosphorylation,

เป็นการโยกย้ายหมู่ฟอสเฟตในโมเลกุล ปฏิกิริยาที่ 8 เป็นการโยกย้ายหมู่ฟอสเฟตในโมเลกุล 3-Phosphoglycerate จากตำแหน่ง C3 มายังตำแหน่ง C2 โดยการทำงาน ของเอนไซม์ phosphoglycerate mutase

ปฏิกิริยาที่ 9 เป็นปฏิกิริยา dehydration เพื่อเตรียมสารประกอบฟอสเฟตที่มี พลังงานสูง : Phosphoenolpyruvate โดยการทำงานของเอนไซม์ Enolase ซึ่งเอนไซม์นี้ถูกยับยั้งอย่างแรงโดย F- เมื่อมีฟอสเฟตอยู่ด้วย โดยรวมตัวเป็น fluorophosphate เกิดโครงสร้างเชิงซ้อน กับ Mg2+ ขึ้นภายในบริเวณเร่งของเอนไซม์

ปฏิกิริยาที่ 10 เป็นปฏิกิริยาที่ 2 ในวิถีที่มีสร้าง ATP โดยการทำงานของเอนไซม์ pyruvate kinase ซึ่งต้องการ Mg2+ และถูกกระตุ้นได้โดย K+ เป็นอีกจุดหนึ่งที่มีการควบคุมการทำงาน

Pyruvate kinase - เป็นเอนไซม์ที่มีหลายไอโซไซม์แตกต่างกันไปในเนื้อเยื่อชนิดต่างๆ - ถูกกระตุ้นการทำงานโดย AMP and fructose-1,6-bisphosphate, Glucose-6-phosphate - ถูกยับยั้งการทำงานโดย ATP, acetyl-CoA, alanine, citrate - ในเซลล์ตับเอนไซม์นี้อยู่ภายใต้อิทธิพลของฮอร์โมน glucagon ผ่านกลไกการทำงานปฏิกิริยา phosphorylation ของเอนไซม์ protein kinase A ซึ่งอาศัย cAMP เมื่อเอนไซม์นี้อยู่ในรูป phosphorylated form จะลดการทำงานลง เท่ากับชะลอการดำเนินไปในวิถีไกลโคไลซิสและการเข้าสู่ TCA cycle ทำให้ Phosphoenolpyruvate ถูกนำเข้าสู่กระบวนการ gluconeogenesis

Pyruvate kinase - ในเซลล์ตับเอนไซม์นี้ยังถูกควบคุมในระดับยีน การสังเคราะห์เอนไซม์นี้เพิ่มขึ้นเมื่อได้รับอาหารคาร์โบไฮเดรต โดยการทำงานของฮอร์โมน insulin, thyroxine (T4) - ในเซลล์กล้ามเนื้อเอนไซม์นี้ไม่ถูกกดการทำงานโดยฮอร์โมน glucagon ดังนั้นวิถีไกลโคไลซิสจึงดำเนินต่อไปได้แม้ว่าจะมี ระดับกลูโคสต่ำก็ตาม

REGULATORY MECHANISM OF GLYCOLYSIS PATHWAY

Anaerobic Pathways for Pyruvate Pyruvate decarboxylase - เกิดในเซลล์ยีสต์ - การทำงานของ pyruvate decarboxylase ต้องการ thiamine pyrophosphate เป็น cofactor

Anaerobic Pathways for Pyruvate - เกิดขึ้นใน cytosol ของเซลล์กล้ามเนื้อ เซลล์เม็ดเลือดแดง (ไม่มี mitochondria) - lactate ที่สะสมในกล้ามเนื้อทำให้กล้ามเนื้อเกิดอาการล้า - lactate ถูกส่งเข้าสู่กระแสเลือดไปยังตับ เพื่อสร้าง กลับมาเป็นกลูโคสโดยกระบวนการ gluconeogenesis

CORI CYCLE

ที่มา : DEVLIN'S Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations (2013)

ที่มา : DEVLIN'S Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations (2013)

Utilization of Other Substrates in Glycolysis : fructose เซลล์ตับ โดยการทำงานของเอนไซม์ fructokinase โดยการทำงานของเอนไซม์ fructose-1-phosphate aldolase Utilization of Other Substrates in Glycolysis : fructose

Utilization of Other Substrates in Glycolysis : fructose เซลล์ไต เซลล์กล้ามเนื้อ และเซลล์ adipose tissue โดยการทำงานของเอนไซม์ hexokinase fructose Utilization of Other Substrates in Glycolysis : fructose

Utilization of Other Substrates in Glycolysis : mannose โดยการทำงานของเอนไซม์ hexokinase โดยการทำงานของเอนไซม์ phosphomannoisomerase Utilization of Other Substrates in Glycolysis : mannose

Utilization of Other Substrates in Glycolysis : galactose “Leloir pathway”

SUMMARY OF ENTRY POINT INTO GLYCOLYSIS OF MONOSACCHARIDES

สรุป ได้ ATP …. โมเลกุล ได้ NADH............ โมเลกุล คำถาม จุดควบคุมวิถีไกลโคไลซิส อยู่ที่ปฏิกิริยาใด และปฏิกิริยา เหล่านั้นมีลักษณะร่วมอย่างไร

COMPARTMENTERALIZATION OF GLYCOLYSIS, CITRIC ACID CYCLE AND OXIDATIVE PHOSPHORYLATION NADH from glycolysis

Oxidative Decarboxylation of Pyruvate Pyruvate ต้องผ่านเข้าสู่ mitochondria เพื่อเกิดปฏิกิริยานี้ ซึ่งปฏิกิริยานี้ เชื่อมโยงวิถีไกลโคไลซิสกับ TCA cycle

pyruvate dehydrogenase complex (PDC) เป็น multienzyme complex ที่ประกอบด้วยเอนไซม์ 3 หน่วย คือ 1. pyruvate decarboxylase 2. dihydrolipoyl transacetylase 3. dihydrolipoyl dehydrogenase

pyruvate dehydrogenase complex (PDC) ต้องการ coenzyme 5 ชนิด คือ 1. thiamine pyrophosphate 2. lipoic acid 3. coenzyme A 4. FAD 5. NAD+

pyruvate dehydrogenase complex (PDC) การทำงานของ PDC ถูกยับยั้งด้วยปฏิกิริยา phosphorylation จากการทำงานของ pyruvate dehydrogenase kinase และถูก กระตุ้นด้วยปฏิกิริยา dephosphorylation จากการทำงานของ pyruvate dehydrogenase phosphatase ซึ่งทั้งสองเป็นหน่วยย่อย ในโครงสร้างของ PDC

CITRIC ACID CYCLE TRICARBOXYLIC ACID CYCLE (TCA) KREBS CYCLE

CITRIC ACID CYCLE TRICARBOXYLIC ACID CYCLE (TCA) KREBS CYCLE - ค้นพบโดย Hans Krebs ในปี 1937 ที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ - เกิดขึ้นใน mitochondria - เป็นการแยกอิเลกตรอนออกจากสารอาหารแล้วส่งต่อสู่ NAD+ และ FAD เพื่อสร้าง NADH+H+ และ FADH2 ตามลำดับ ซึ่งจะถูกนำเข้าสู่ electron transport chain ต่อไป - เป็นวิถีที่ให้สารตั้งต้นสำหรับสังเคราะห์สารอื่นๆ ได้แก่ α-ketoglutarate, succinyl-CoA, fumarate, oxaloacetate ดังนั้น TCA cycle จึงเป็น“ Amphibolic pathway”

Citrate Synthase acetyl CoA ( 2 C ) กับ oxaloacetate ( 4 C ) ปฏิกิริยาที่ 1 เป็นปฏิกิริยา condensation ระหว่าง acetyl CoA ( 2 C ) กับ oxaloacetate ( 4 C ) โดยการทำงานของเอนไซม์ citrate synthase ได้ Citrate ( 6 C ) เป็นปฏิกิริยาที่ไม่ผันกลับ Oxaloacetate Citrate Citrate Synthase NADH, succinyl-CoA ( ซึ่งเป็น substrate analog ) เป็น allosteric inhibitor ของเอนไซม์นี้ นอกจากนี้ [ATP]/[ADP] ที่สูง, citrate ยังยับยั้งการทำงาน

ปฏิกิริยาที่ 2 เป็นปฏิกิริยา isomerization โดยการทำงานของเอนไซม์ aconitase เป็นการจัดเรียงโครงสร้าง Citrate (tertiary alcohol) ใหม่ให้เป็น Isocitrate (secondary alcohol) ที่ง่ายต่อการออกซิไดซ์ในขั้นต่อไป ปฏิกิริยาเกิดขึ้น 2 ขั้นตอนโดยผ่านสารมัธยันตร์ cis-Aconitate

- Fluoroacetate เป็นสารพิษรุนแรงที่ออกฤทธิ์ขัดขวาง TCA cycle ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย + oxaloacetate - Fluoroacetate เป็นสารพิษรุนแรงที่ออกฤทธิ์ขัดขวาง TCA cycle พบในพืช gifblaar ( Dichapetalum cymosum) ในทวีปแอฟริกา - LD50=0.20 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักตัว ถูกนำมาใช้เป็นยาเบื่อหนู - สามารถเคลื่อนผ่านทั้งเยื่อหุ้มเซลล์และเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียได้ง่าย - Fluorocitrate ซึ่งเปลี่ยนมาจาก Fluoroacetate เข้าจับและยับยั้ง การทำงานของเอนไซม์ aconitase

จากการทำงานของเอนไซม์ ปฏิกิริยาที่ 3 เป็นปฏิกิริยา oxidative decarboxylation จากการทำงานของเอนไซม์ Isocitrate dehydrogenase เป็นอีกจุดหนึ่งที่มีการควบคุมการทำงาน NADH, ATP เป็น allosteric inhibitor ADP เป็น allosteric activator α-ketoglutarate เป็น α-keto acid สำหรับปฏิกิริยาการเคลื่อนย้ายหมู่อะมิโน ดังนั้นจุดนี้จึงเป็นจุดเชื่อมโยง TCA cycle กับ nitrogen metabolism

ต้องการ coenzyme 5 ชนิด คือ ปฏิกิริยาที่ 4 เป็นปฏิกิริยา oxidative decarboxylation จากการทำงานของเอนไซม์ α-ketoglutarate dehydrogenase ซึ่งเป็น multienzyme complex ที่ประกอบด้วยเอนไซม์ 3 หน่วย คือ 1. α-ketoglutarate dehydrogenase 2. dihydrolipoyl transsuccinylase 3. dihydrolipoyl dehydrogenase ต้องการ coenzyme 5 ชนิด คือ 1. thiamine pyrophosphate 2. lipoic acid 3. coenzyme A 4. FAD 5. NAD+

ปฏิกิริยาที่ 5 เป็นปฏิกิริยาแรกและปฏิกิริยาเดียวใน TCA cycle ที่มีการสร้าง ATP ด้วยวิธี substrate-level phosphorylation โดยการทำงานของเอนไซม์ Succinyl-CoA Synthetase Succinyl-CoA เป็นสารมัธยันตร์ที่มีพลังงานสูงที่จะขับเคลื่อน ปฏิกิริยา phosphorylation ของ GDP ไปเป็น GTP (เกิดในสัตว์ เลี้ยงลูกด้วยนม) หรือ ADP ไปเป็น ATP (เกิดในพืช แบคทีเรีย)

5 ปฏิกิริยาแรกของ TCA cycle ให้ - 2 โมเลกุล NADH - 2 โมเลกุล CO2 - 1 โมเลกุล GTP ( ภายหลังเปลี่ยนเป็น ATP ) - succinate

โดยการทำงานของเอนไซม์ Succinate dehydrogenase ปฏิกิริยาที่ 6 เป็นปฏิกิริยา oxidation โดยการทำงานของเอนไซม์ Succinate dehydrogenase การเกิดออกซิเดชั่น (จาก alkane ไปเป็น alkene) ให้พลังงาน เพียงพอแค่การรีดิวซ์ FAD เป็น FADH2 ***โดยทั่วไป NAD+ เกี่ยวข้องกับการออกซิไดซ์ alcohol ไปเป็น aldehyde หรือ ketone

Succinate dehydrogenase - เป็นเอนไซม์เดียวใน TCA cycle ที่ฝังตัวอยู่ใน inner membrane ของไมโตคอนเดรีย ต่างจากเอนไซม์อื่นๆที่ล้วนเป็นโปรตีนที่ละลายน้ำได้และอยู่ใน mitochondrial matrix - มี Fe2S2 cluster ซึ่งส่งผ่านอิเลคตรอนที่จับไว้โดย FAD ต่อไปยัง coenzyme Q , (UQ) แล้วเข้าสู่ต่อไปใน electron transport chain - FAD จับกับเอนไซม์อย่างถาวรในกรณีนี้ ดังนั้น FADH2 ที่เกิดขึ้นจึงไม่สามารถเป็นสาร metabolite ในปฏิกิริยาใดๆดังเช่น NADH เอนไซม์นี้จึงต้องเกี่ยวข้องกับ electron transport chain โดยเป็นองค์ประกอบหนึ่งใน complex II - Malonate เป็น competitive inhibitor ของเอนไซม์นี้

ทั้ง FAD และ NAD+ ต่างเป็น โคเอนไซม์ที่รับอิเล็คตรอน ทำไมปฏิกิริยาหนึ่งใช้ FAD แต่อีกปฏิกิริยาต้องใช้ NAD+ ? เนื่องจากลักษณะโครงสร้างเฉพาะของแต่ละโคเอนไซม์จึงถูกใช้ เป็นตัวรับอิเล็คตรอนในปฏิกิริยาต่างรูปแบบกันและมีบทบาท ทางสรีรวิทยาในเซลล์ต่างกัน

สารมัธยันตร์ที่ถูกรีดิวซ์ไปครึ่งหนึ่งด้วยอิเล็คตรอน FAD สามารถรับอิเล็คตรอนเดี่ยว(H·) เกิดเป็น สารมัธยันตร์ที่ถูกรีดิวซ์ไปครึ่งหนึ่งด้วยอิเล็คตรอน เดี่ยว (FADH·) ซึ่งเป็นรูปที่ไวต่อการเกิดปฏิกิริยา และสูญเสียอิเล็คตรอนออกไปได้ง่ายเมื่ออยู่ในน้ำ ดังนั้น FAD จึงต้องถูกจับไว้อย่างแน่นหนาและบางครั้งต้องเชื่อมด้วยพันธะ โควาเลนท์เข้ากับเอนไซม์ โดยมีส่วนในปฏิกิริยาที่อิเล็คตรอนเดี่ยวถูกส่งมาจาก ต่างอะตอมกันสองอะตอม ตัวอย่างเช่น การเกิดพันธะคู่ในปฏิกิริยาเปลี่ยน succinate เป็น fumarate และการเกิดพันธะไดซัลไฟด์ในปฏิกิริยาการทำงาน ของ α-ketoglutarate dehydrogenase ในการเปลี่ยน lipoate เป็น lipoate disulfide

ต่างจากกรณีของ NAD+ ซึ่งรับ อิเล็คตรอนเป็นคู่ในรูป hydide ion (H-) ซึ่งเกาะเข้ากับอะตอม คาร์บอนที่แสดงประจุบวกใน วงแหวน pyridine ส่วนอะตอม ไฮโดรเจนที่มาจากหมู่ไฮดรอกซี ถูกปลดปล่อยออกมาเป็นโปรตอน (H+) ทั้ง NAD+ และ NADH มี พฤติกรรมเหมือนสับสเตรทและ ผลิตภัณฑ์มากกว่าที่จะเป็น โคเอนไซม์

hydration โดยการทำงาน ปฏิกิริยาที่ 7 เป็นปฏิกิริยา hydration โดยการทำงาน ของเอนไซม์ fumarase L- ปฏิกิริยาที่ 8 เป็นปฏิกิริยาสุดท้ายของ TCA cycle เป็นปฏิกิริยา oxidation - reduction โดยการทำงานของเอนไซม์ malate dehydrogenase

NET REACTION OF TCA CYCLE NET REACTION FROM GLUCOSE TO CO2 ATP PRODUCTION VIA THE PROCESS ELECTRON TRANSPORT AND OXIDATIVE PHOSPHORYLATION

FATTY ACID SYNTHESIS

เมื่อสารมัธยันตร์ใน TCA cycle ซึ่งมีปริมาณน้อยอยู่แล้วใน ไมโตคอนเดรียถูกดึงออกไปในการสังเคราะห์สารอื่นจนหมด จะต้องมีการหามาทดแทนจากแหล่งอื่น ปฏิกิริยาที่สร้างสารมัธยันตร์ใน TCA cycle มาทดแทนที่ได้ใช้ไป “ anaplerotic reactions” โดยมีเอนไซม์ที่ทำหน้าที่นี้ 2 ชนิดด้วยกัน 1. Phosphoenolpyruvate carboxylase 2. Pyruvate carboxylase (พบในเซลล์สัตว์ ไม่พบในเซลล์พืช)

Pyruvate carboxylase - Acetyl CoA เป็น allosteric activator - เป็นเอนไซม์ที่มีความสำคัญที่สุดใน anaplerotic reactions - พบในไมโตคอนเดรียของเซลล์สัตว์ - ทำให้เกิดการเชื่อมโยงโดยตรงระหว่าง glycolysis กับ TCA cycle - Acetyl CoA เป็น allosteric activator

Phosphoenolpyruvate carboxylase - พบในเซลล์ยีสต์ แบคทีเรีย และพืชชั้นสูง แต่ไม่พบใน เซลล์สัตว์ - ถูกยับยั้งการทำงานโดย aspartate ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยา transamination ของ oxaloacetate

GLYOXYLATE PATHWAY เกิดขึ้นในพืชที่กำลังงอก (ซึ่งกระบวนการสังเคราะห์แสงยังไม่สมบูรณ์) และแบคทีเรียและ algae บางชนิดที่ต้องพึ่งพาแหล่งคาร์บอนที่มาจาก acetate เพียงอย่างเดียว

GLYOXYLATE PATHWAY - เซลล์พืชเกิดขึ้นใน glyoxisome ส่วนเซลล์ยีสต์และ algae เกิดขึ้น ใน cytoplasm - เอนไซม์ที่มีในทั้งวิถีนี้และ TCA cycle เป็น isozyme ที่ต่างกัน จึงทำงานต่างกันในคนละวิถี - ไม่มีการออกซิไดซ์คาร์บอนใน acetyl CoA ไปเป็น CO2 - การดัดแปลง TCA cycle นี้เพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตของ เซลล์โดยพึ่งพา acetate นำไปสู่การผลิตสารประกอบสี่คาร์บอน เพิ่มขึ้น - วิถีนี้ได้ก้าวข้าม 2 ปฏิกิริยา oxidative decarboxylation ใน TCA cycle แล้วทดแทนด้วยปฏิกิริยาที่อาศัยเอนไซม์ isocitrate lyase และ malate synthase

GLYOXYLATE PATHWAY เมล็ดพืชที่กำลังงอก (เมื่อมี glyoxisome เกิดขึ้นใน เมล็ดพืชที่กำลังงอก (เมื่อมี การสังเคราะห์แสงเกิดขึ้น glyoxisome จะหายไป) ไขมันที่เก็บไว้ถูกย่อยสลาย เป็นกรดไขมันและต่อมาเป็น acetyl CoA เพื่อใช้ในการ สร้าง oxaloacetate ใน ปริมาณมากๆ และสาร มัธยันตร์อื่นๆสำหรับการ สังเคราะห์สารคาร์โบไฮเดรต ต่อไป

GLYOXYLATE PATHWAY : succinate dehydrogenase, fumarase Glyoxisome ขาดเอนไซม์หลายชนิด : succinate dehydrogenase, fumarase และ malate dehydrogenase จึงต้อง พึ่งพาเอนไซม์เหล่านี้ในไมโตคอนเดรีย Succinate ถูกส่งมายังไมโตคอนเดรีย เปลี่ยนเป็น oxaloacetate ซึ่งไม่สามารถ ส่งออกนอกไมโตคอนเดรียได้ จึงต้อง เปลี่ยนและส่งออกในรูปของ aspartate แทน ซึ่งจะถูกเปลี่ยนกลับมาเป็น oxaloacetate โดยปฏิกิริยา transamination และ glutamate ที่เกิด ขึ้นจะกลับสู่ไมโตคอนเดรีย เพื่อรักษา ความสมดุลของปฏิกิริยา transamination ในทั้งสองออร์แกลแนล

จุดควบคุมวิถีมักอยู่ที่ 1. ใกล้จุดเริ่มต้นของวิถี 2 จุดควบคุมวิถีมักอยู่ที่ 1. ใกล้จุดเริ่มต้นของวิถี 2. ตรงจุดแยกที่ 2 วิถีต่างมีสับสเตรทร่วมกัน 3. ปฏิกิริยาในสรีรวิทยาที่ไม่ผันกลับ ปฏิกิริยาที่ไม่ผันกลับนั้นจะย้อนกลับได้ต้องใช้เอนไซม์ที่ต่างจาก ชนิดเดิมที่เร่งปฏิกิริยาไปข้างหน้า ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ kinase เติมหมู่ฟอสเฟตให้แก่สับสเตรท เอนไซม์ phosphatase ตัดหมู่ฟอสเฟตออกจากสับสเตรท การควบคุมทางเมตาบอลิสม เกิดขึ้นได้ 3 ระดับ 1. ระดับสับสเตรท รวมถึงความมีอยู่ของโคเอนไซม์ 2. ระดับเอนไซม์ 3. ระดับยีน