Hai con đường hô hấp ở thực vật - Chu trình Crep

 Tùy theo điều kiện môi trường đầy đủ hay thiếu oxi phân tử mà quá trình hô hấp có thể xảy ra theo con đường phân giải hiếu khí hay phân giải kị khí. Nhưng gia đoạn đầu của quá trình hô hấp của 2 con đường điều giống nhau đó là đường đường phân, ở giai đoạn này xảy ra ở chất nền của ti thể và không cần oxi. 

Trong giai đoạn đường phân, đầu tiên sử dụng 2 phân tử ATP để hoạt hóa  và chuyển phân tử glucozo thành Fructozo 1,6-điphotphat

• Glucozo + 2ATP → Fructozo 1,6-diphotphat

 Phân tử Fructozo 1,6-diphotphat hoạt động mạnh mẽ hoăn và dưới xúc tác của enzim, Fructozo 1,6-diphotphat được phân giải thành hai phân tử đường 3 cacbon là glixeraldehit-3-3photphat (G3P).

• Fructozo 1,6-diphotphat → G3P

 Mỗi hợp chất G3P bị oxi hóa loại đi một đôi nguyên tử hidro và tạo thành axit piruvic và giải phóng 2 phân tử ATP. Tế bào dùng nguyên tử hidro để biến NAD+ thành NADH. 

Như vậy tự 1 phân tử glucozo qua giai đoạn đường phân đã sử dụng 2ATP ( để hoạt hóa glucozo ban đầu) và tạo ra 4ATP, 2NADH và 2 axit piruvic. 

Con đường hô hấp kị khí (hay yếm khí)

Tiếp theo, nếu trong điều kiện kị khí (thiếu O2) như rễ cây bị ngập úng thì con dường dẫn truyền hiro bị ức chế và việc cung cấp NAD+ ban đầu của tế bào nhanh chóng dùng hết. Khi điều này xảy ra thì NADH thường nhường hiro để hình thành hoặc axit lactic hoặc rượu etilic tùy thuộc vào loại hô hấp kị khí nào xảy ra. Nhờ đó giải phóng NAD+ nhựng lại làm mất năng lượng đáng kể. Hô hấp kị khí (hay yếm khí) là một quá trình lãng ophis và tế bào chỉ thu được khoảng 2% năng lượng sẵn dự trữ trong phân tử glucozo. Riêng tế bào kị khí dùng glucozo nhiều gấp 19 lần tế bào hiếu khí để tiến hành cùng một loại công việc và giải phóng lượng lớn axit lactic hay rượu etylic dưới dạng sản phẩm thừa.

Con đường hô hấp hiếu khí

Trong điều kiện có oxi thì axit piruvic được phân giải hoàn toàn thành CO2 và H2O. Con đường biến đỗi này được nhà hóa sinh học Crep (người Anh) tìm ra trong nghiên cứu mô cơ học của chim bồ câu và năm 1937. Chu trình này được gọi là chu trình axit xitric (còn gọi là chu trình Crep hay chu trình axit tricacboxilic), vì axit xitric là một chất trung gian quan trọng. Gai đoạn hô hấp hiếu khí có thể được tóm tắt như sau:

Đầu tiên, một phân tử khí cacbonic (CO2) bị loại khỏi axit piruvic và một đôi nguyên tử hiro được dẫn truyền để tổng hợp NADH. Phần còn lại là đoạn 2 cacbon (CH3CO) gọi là nhóm axetyl hay etanoyl. Nhóm này kết hợp với phân tử hữu cơ thuộc họ vitamin gọi là coenzim A (CoA) tạo nên một chất có tầm quan trọng là axetyl-CoA.

• Axit piruvic → Axetyl Co-A + CO2

Hợp chất axetyl-CoA trực tiếp vào chu trình Crep, cụ thể là axetyl-CoA sẽ chuyển nhóm axetil 2-cacbon cho phân tử 4 cacbon có tên là oxaloaxetic để tạo nên axit xitric.

• Axetyl-CoA + Oxaloaxetic → Axit Xitric

Các bước còn lại trong chu trình Crep là phân giải từng bước phân tử 6 cacbon axit xitric cho đến khi hình thành lại axit oxaloaxetic để tế bào sẵn sàng lạp lại chu trình với một phân tử axetyl-CoA khác. Một số bước trong chu trình sử dụng nước trong khi đó một số bước lại giải phóng khi CO2. Ở một điểm trong chu trình, ATP được tổng hợp bở một phân tử đi kèm trong khi đó một nơi khác nào đó một số nguyên tử hidro nào đó được tách ra và chuyển cho các phân tử chất mang. Tế bào thường dùng NAD+ nhưng ở một số bước trong chu trình thì nó được thay bằng một chất mang khác gọi là FAD (flavin andenin dinucleotit). 

Nói chung chu trình Crep dùng 8 phân tử nước và thu 8 phân tử NADH cùng 2 phân tử FADH và 2 phân tử ATP khi tế bào phân giải hoàn toàn một phân tử glucozo. Cũng cần lưu ý rằng mỗi phân tử glucozo qua đường phân đã tạo ra 2 axit piruvic để tham gia vào chu trình Crep.

Tiếp theo, các sản phẩm tring gian NADH và FADH được tạo ra ở đường phân và chu trình Crep sẽ đi vao chuỗi truyền eleactron với sự tham gia của oxi tạo thành ATP (Trong chuỗi truyền eleactron 1NADH sẽ giải phóng ra 3 ATP và 1FADH sẽ giải phóng 2ATP)

Các bạn có thể xem sơ đồ rút gọn của toàn bộ con đường hô hấp hiếu khí ở hình sau: 

Tóm lại: con đường hô hấp yếm khí gồm có 2 giai đoạn là đường phân và len men; còn hô hấp hiếu khí có 3 giai đoạn là đường phân, chu trình Crep và chuỗi truyền eleactron.

Cũng lưu ý rằng axetyl-CoA có khả năng kết nối nhiều con đường trao đổi chất khác nhau. Phụ thuộc vào môi trường sống, tế bào dùng axetyl Co-A như một đơn vị nhỏ để xây dựng cấu trúc hóa học lớn hơn, cung cấp một phổ rộng các hợp chất cabon cần cho tế bào. Mặt khác khi thiếu năng  lượng, axit amin từ protein và axit béo từ lipit có thể bị phân giải để cung cấp axetyl-CoA dùng trong hô hấp.