乙醛酸循环是植物和某些微生物(大肠杆菌、
醋酸杆菌等)及一些
无脊椎动物细胞内脂肪酸氧化分解为
乙酰CoA之后,在乙醛酸循环体(glyoxysome)内生成
琥珀酸、
乙醛酸和苹果酸的过程;此琥珀酸可用于糖的合成。大多数动物和人类细胞中没有
乙醛酸循环体,无法将乙酰CoA转变为糖。油料植物种子(花生、油菜、棉籽等)萌发时存在着能够将脂肪转化为糖的乙醛酸循环。水稻盾片中也分离出了乙醛酸循环中的两个
关键酶——
异柠檬酸裂解酶和
苹果酸合酶。
2
乙酰辅酶A+NAD++2H2O→琥珀酸+2辅酶A+NADH+H+
脂肪酸经过β-氧化分解为乙酰CoA,在
柠檬酸合成酶的作用下乙酰CoA与
草酰乙酸缩合为柠檬酸,再经乌头酸酶催化形成
异柠檬酸。随后,
异柠檬酸裂解酶(isocitratelyase)将异柠檬酸分解为琥珀酸和乙醛酸。再在
苹果酸合酶(malate synthetase)催化下,乙醛酸与乙酰CoA结合生成苹果酸。苹果酸
脱氢重新形成草酰乙酸,可以再与乙酰CoA缩合为柠檬酸,于是构成一个循环。其总结果是由2分子乙酰CoA生成1分子琥珀酸,反应方程式如下:
琥珀酸由
乙醛酸循环体转移到线粒体,在其中通过三羧酸循环的部分反应转变为延胡索酸、苹果酸,再生成草酰乙酸。然后,草酰乙酸继续进入TCA循环或者转移到细胞质,在
磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEP carboxykinase)催化下
脱羧生成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),PEP再通过
糖酵解的逆转而转变为葡萄糖6磷酸并形成蔗糖。
油料种子在发芽过程中,细胞中出现许多乙醛酸循环体,贮藏脂肪首先水解为甘油和脂肪酸,然后脂肪酸在乙醛酸循环体内
氧化分解为乙酰CoA,并通过乙醛酸循环转化为糖,直到种子中贮藏的脂肪耗尽为止,乙醛酸循环活性便随之消失。淀粉种子萌发时不发生乙醛酸循环。可见,乙醛酸循环是富含脂肪的油料种子所特有的一种
呼吸代谢途径。
以后在研究
蓖麻种子萌发时脂肪→糖类的转化过程中,对上述乙醛酸循环途径作了修改。一是乙醛酸与乙酰CoA结合所形成的苹果酸不发生
脱氢,而是直接进入细胞质逆着
糖酵解途径转变为蔗糖。二是在乙醛酸循环体和线粒体之间有“苹果酸穿梭”发生。
通过“苹果酸穿梭”和转
氨基反应解决了乙醛酸循环体内NAD+的再生和OAA的不断补充,这对保证GAC的正常运转是至关重要的。
乙醛酸循环和三羧酸循环中存在着某些相同的酶类和中间产物。但是,它们是两条不同的
代谢途径。乙醛酸循环是在乙醛酸循环体中进行的,是与脂肪转化为糖密切相关的反应过程。而三羧酸循环是在
线粒体中完成的,是与糖的彻底
氧化脱羧密切相关的反应过程。
油料植物种子发芽时把脂肪转化为
碳水化合物是通过乙醛酸循环来实现的。这个过程依赖于线粒体、乙醛酸循环体及细胞质的协同作用。