1. Khái niệm cơ bản của chu trình crep

1.1. Chu trình crep là gì?

Chu trình crep (chu trình Krebs hay chu trình axit citric) là một trong những chu trình trong quá trình hô hấp tế bào thực vật và động vật. Chu trình crep là một loạt các phản ứng enzim, liên quan đến quá trình chuyển hóa oxi hoá của các đơn vị acetyl.

Chính vì vậy, chu trình crep đóng vai trò là nguồn năng lượng chính của tế bào.

Chu trình crep diễn ra trong chất nền của ti thể của tế bào.

Không giống như quá trình đường phân, chu trình crep là một vòng khép kín bao gồm phần ở đầu cuối con đường tái tạo hợp chất. Đây là con đường hiếu khí do NADH và FADH2 được tạo ra có nhiệm vụ chuyển các điện tử đến con đường tiếp theo trong mạng lưới hệ thống hô hấp tế bào, oxi sẽ được sử dụng trong giai đoạn này. Nếu quy trình này không diễn ra, các bước oxi hoá tiếp theo của chu trình axit citric cũng không thể diễn ra.

1.2. Ý nghĩa của chu trình crep trong hô hấp tế bào

Chu trình Crep trong hô hấp tế bào có ý nghĩa như sau:

• Là giai đoạn thoái hóa chung, cuối cùng của các chất glucid, lipit và protein.
• Cung cấp nhiều năng lượng cho các hoạt động của tế bào.
• Cung cấp các chất chuyển hóa trung gian cho các hoạt động chuyển hóa khác (liên hệ với các chuyển hóa khác ở những chương sau).

2. 7 bước trong chu trình crep

Chu trình crep gồm 7 bước bao gồm các phản ứng hoá khử, hydrat hoá, khử nước và khử cacbon, từ đo tạo ra 2 phân tử cacbon dioxide, GTP/ATP và những dạng khử của NADH và FADH2. Chi tiết 8 bước trong chu trình crep như sau:

Bước 1: Ngưng tụ, tích hợp

Ở bước đầu tiên của chu trình crep, các nhóm acetyl 2 cacbon và phân tử oxaloacetat 4 cacbon sẽ được ngưng tụ và phối hợp để tạo ra phân tử 6 cacbon nitrat.

Ở bước này, các thành phần không biến đổi được vì do đây là bước quan trọng nhất, tốc độ của phản ứng được lượng ATP có sẵn trấn áp. Nếu mức ATP tăng lên, vận tốc của phản ứng sẽ giảm và ngược lại, nếu ATP giảm thì tỉ suất sẽ tăng lên. Từ đó ta có thể suy ra rằng ATP tỉ lệ nghịch với vận tốc phản ứng trong chu trình crep.

Bước 2: Isocitrate

Trong bước 2, citrate mất 1 phân tử nước và nhận được phân tử khác khi citrate được chuyển thành đồng phân của nó, được gọi là isocitrate.

Bước 3 và 4: Oxi hoá và khử cacbon

Trong bước 3, isocitrate bị oxi hoá tạo thành α-ketoglutarate, phân tử 5 cacbon và 1 phân tử CO2, 2 điện tử, chúng khử NAD++ trở thành NADH.

Hai bước này đều là bước oxi hoá và khử cacbon, giải phóng điện tử khử NAD+ trở thành NADH, để giải phóng các nhóm cacbonyl tạo ra phân tử CO2. α-Ketoglutarate là sản phẩm của bước 3 và nhóm succinyl là sản phẩm của bước 4. CoA liên kết với nhóm succinyl tạo ra succinyl CoA. Đồng thời, enzim xúc tác ở bước 4 được điều hoà bởi hoạt động ức chế phản hồi ATP, NADH và succinyl CoA.

Bước 5: Tạo ra GTP và ATP

Một nhóm photphat thay thế cho coenzym A và hình thành liên kết năng lượng cao. Năng lượng này được dùng trong quá trình phosphoryl hoá mức cơ chất (hình thành trong quá trình chuyển đổi nhóm succinyl thành succatine) để tạo ra guanine triphosphate (GTP) hoặc tạo thành ATP.

Có 2 dạng enzim được dùng trong bước này:

• Dạng thứ nhất tìm thấy trong các mô sử dụng một lượng lớn ATP như tim và xương. Dạng này tạo thành ATP.

• Dạng enzim thứ hai được tìm thấy trong các mô có số lượng lớn chẳng hạn như gan. Hình thức này tạo ra GTP (GTP chủ yếu được sử dụng để tổng hợp protein)

Bước 6: Quy trình khử nước

Đây là quá trình chuyển đổi succate thành fumarate thông qua quá trình khử nước. Ở quá trình này, 2 nguyên tử hydro chuyển thành FAD, từ đó tạo ra FADH 2. Năng lượng chứa trong các electron của các nguyên tử này không đủ để giảm NAD+ nhưng đủ để giảm FAD.

Không giống như NADH, chất mang này vẫn gắn với enzim và chuyển các electron sang chuỗi vận chuyển điện tử trực tiếp. Quy trình này được thực hiện bằng cách nội địa hoá enzim xúc tác bước này bên trong màng của ti thể.

Bước 7: Ở bước này, nước được thêm vào fumarate, từ đó sản xuất ra malate. Đây là bước cuối cùng trong chu trình crep tái tạo ra oxaloacetate bằng phương pháp oxi hoá malate. Từ đó, một phân tử khác của NADH được hình thành.

Qua 7 bước của chu trình crep, mỗi lượt chu trình sẽ tạo ra sản phẩm cuối cùng là 3 phân tử NADH và 1 FADH 2 phân tử. Các chất này sẽ kết hợp với phần hô hấp thiếu khí để tạo ra các đồng tiền năng lượng ATP. GTP và ATP được thực hiện trong mỗi lượt chu kỳ.

3. Sơ đồ tóm tắt chu trình crep - Sinh 10 VUIHOC

Để hệ thống hoá các bước trong chu trình crep, các em cùng đọc sơ đồ tư duy tóm tắt chu trình crep của VUIHOC sau đây:

4. Câu hỏi tự luận về chu trình crep sinh 10 - có giải chi tiết

Để luyện tập thành thạo lý thuyết về chu trình crep sinh học lớp 10, mời các em cùng thực hành với bộ câu hỏi tự luận chọn lọc của các thầy cô ban chuyên môn VUIHOC dưới đây. Lưu ý, mỗi câu hỏi đều có lời giải chi tiết để các em tham khảo, để đạt hiệu quả ôn tập tốt nhất các em nên tự luyện tập trả lời sau đó so sánh với đáp án gợi ý của VUIHOC đưa ra nhé!

Câu 1: Phân biệt chu trình crep và đường phân (vị trí diễn ra, nguyên liệu, sản phẩm tạo ra và năng lượng)

Lời giải:

Các quá trình	Vị trí	Nguyên liệu	Sản phẩm	Năng lượng
Đường phân	Chất tế bào	Glucozo	Axit piruvic (C3H4O3)	ATP và NADH
Chu trình Crep	Chất nền của ti thể	Axit Piruvic	Acetyl - CoA và CO2	ATP NADH và FADH2

Câu 2: Hãy mô tả các giai đoạn của chu trình crep.

Lời giải:

Chu trình crep gồm 5 giai đoạn sau đây:

- Giai đoạn 1: Acetyl-CoA (2C) + axit oxaloacetic (4C) ⇒ axit citric (6C) + CoA-SH.

- Giai đoạn 2: axit citric (6C) + NAD+ ⇒ 3 phản ứng ⇒ axit α-xetoglutaric (5C) + CO2 + NADH.

- Giai đoạn 3: axit α-xetoglutaric (5C) + CoASH + NAD+ ⇒ 1 phản ứng ⇒ 4C (succinil-CoA) + CO2 + NADH.

- Giai đoạn 4: 4C (succinil-CoA) + ADP +Pvc + FAD ⇒ 2 phản ứng ⇒ 4C (axit fumaric) + ATP + FADH2

- Giai đoạn 5: 4C (axit fumaric) + NAD+ ⇒ 2 phản ứng ⇒ axit cloaxetic (4C) + NADH.

Câu 3: Chu trình crep diễn ra ở đâu?

Lời giải:

Chu trình crep diễn ra ở chất nền của ti thể.

Câu 4: Tại sao nói chu trình Crep được coi là trung tâm chuyển hoá vật chất trong tế bào?

Lời giải:

Sản phẩm quá trình phân giải các chất trong tế bào gồm phân giải cacbohidrat, lipit, protein, đều tạo acetyl- coA đi vào chu trình Crep

Nhiều sản phẩm trung gian của chu trình Crep là nguyên liệu cho các phản ứng chuyển hoá trong tế bào:

Ví dụ:

Acetyl - CoA được sử dụng để tổng hợp axit béo.

Acetylcholin được sử dụng để tổng hợp Urê

→ Chu trình Crep là mắt xích liên hợp của nhiều điểm giao lưu phân giải và tổng hợp các chất khác nhau trong tế bào, đồng thời là hướng chính của các quá trình phân giải hợp chất hữu cơ

Câu 5: Tại sao trong ti thể, quá trình chuyển hóa năng lượng vào ATP lại đạt hiệu suất cao nhất?

Lời giải:

• Ở ti thể có hệ enzim và các chất định vị trên màng giữ vai trò chuyền electron đã được chuyển hóa chức năng chuyển hóa năng lượng từ các chất hữu cơ vào ATP.

• Ở ti thể, với chất nhận điện tử cuối cùng là O2 các chất đã được oxi hóa đến sản phẩm cuối cùng là CO2 nên đạt hiệu suất năng lượng rất cao.

Bài viết trên tổng hợp toàn bộ lý thuyết bao gồm khái niệm và quá trình hoạt động của chu trình crep. Hy vọng rằng sau bài viết này, các em học sinh lớp 10 sẽ hiểu rõ bản chất và nắm được các bước trong chu trình crep. Để đọc và học nhiều hơn các bài giảng về Sinh học 10 nói riêng và các môn thi THPT Quốc gia nói chung, mời các em truy cập vuihoc.vn hoặc đăng ký ngay các lớp học với thầy cô VUIHOC nhé!

>>> Bài viết liên quan:

Bài 16 Sinh 10: Lý thuyết và bài tập về hô hấp tế bào

Chi tiết về quá trình đường phân trong hô hấp tế bào - VUIHOC Sinh 10

Chuỗi truyền electron hô hấp diễn ra ở đâu? - Lý thuyết Sinh 10 VUIHOC