Đường phân và chu trình Krebs — hạch toán ATP, NADH, FADH2

Một phân tử glucose qua đường phân tạo 2 pyruvate; mỗi pyruvate qua oxi hoá thành acetyl-CoA rồi vào chu trình Krebs. Hạch toán số NADH, FADH2, ATP trực tiếp mà toàn bộ chu trình Krebs tạo ra cho một phân tử glucose.

Theo đúng trình tự tám bước, ba bước 3, 4, 8 tạo NADH; bước 6 tạo FADH2; bước 5 tạo ATP trực tiếp. Vậy mỗi vòng chu trình tạo 3 NADH, 1 FADH2, 1 ATP.

Glucose có 6 carbon, đường phân tách thành 2 pyruvate 3 carbon — không hơn không kém. Mỗi pyruvate cấp đúng một acetyl-CoA cho đúng một vòng chu trình, nên chu trình Krebs quay đúng 2 vòng cho mỗi glucose.

Nhân số carrier một vòng với 2 vòng: NADH = 3 × 2 = 6; FADH2 = 1 × 2 = 2; ATP trực tiếp = 1 × 2 = 2.

Vậy chu trình Krebs tạo tổng cộng 6 NADH, 2 FADH2 và 2 ATP trực tiếp cho mỗi glucose — khớp đúng con số tổng của khoá nền tảng, nhưng giờ ta biết chính xác từng carrier sinh ra ở bước nào.

Malonate cạnh tranh với succinate tại vị trí hoạt động của enzyme succinate dehydrogenase (bước 6) và khoá enzyme này lại — chu trình không thể đi tiếp qua bước 6. Hỏi mỗi vòng chu trình còn tạo được bao nhiêu NADH, FADH2, ATP trực tiếp, so với khi không bị ức chế?

Bước 6 đứng SAU các bước 3, 4, 5 và TRƯỚC bước 8 trong trình tự tám bước.

Bước 3, 4, 5 không phụ thuộc bước 6 để xảy ra, nên vẫn tạo đủ NADH thứ nhất, NADH thứ hai và 1 ATP trực tiếp như bình thường.

Bước 6 không xảy ra được nên không có FADH2 nào tạo ra; succinate ứ lại tại chỗ, không có fumarate cho bước 7 dùng, không có malate cho bước 8 tạo NADH thứ ba — chu trình đứt mạch ngay tại bước 6, không khép lại được để tái tạo oxaloacetate cho vòng kế tiếp.

Vậy mỗi vòng bị chặn chỉ còn tạo 2 NADH (thay vì 3) và 1 ATP trực tiếp (không đổi), mất hoàn toàn FADH2 (0 thay vì 1).

Giả sử một chất độc khác chặn α-cetoglutarat dehydrogenase (bước 4). Áp dụng đúng cách lập luận trên: bước 3 đứng trước bước 4 nên không bị ảnh hưởng, vẫn tạo NADH thứ nhất; các bước 4, 5, 6, 8 đứng từ vị trí chặn trở về sau đều mất, nên mất luôn NADH thứ hai, ATP trực tiếp, FADH2 và NADH thứ ba.

Chặn càng SỚM trong trình tự tám bước, số carrier bị mất theo sau càng nhiều — chặn ở bước 4 (sớm) chỉ giữ lại 1 NADH, còn chặn ở bước 6 (muộn hơn) vẫn giữ được 2 NADH và 1 ATP.

Vậy tổng thiệt hại của một chất ức chế enzyme không chỉ phụ thuộc việc nó chặn carrier nào, mà phụ thuộc vị trí của bước bị chặn trong toàn bộ trình tự — một nguyên lý áp dụng được cho bất kỳ con đường chuyển hoá nhiều bước nào, không riêng chu trình Krebs.