苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-aspartate shuttle,也称为
苹果酸穿梭)是
真核细胞中一个转运在
糖酵解过程中传出的电子跨越半通透性的
线粒体内膜以进行
氧化磷酸化的生物化学体系。
这些电子以
还原性等效物的形式进入
线粒体的
电子传递链中以生成
ATP。正因为
线粒体内膜对于电子传递链的第一还原还原性等效物即
还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(
NADH)是不通透的,穿梭体系才有存在的必要。电子为了绕行,
苹果酸携带着还原性等效物跨越
线粒体膜。
位于苹果酸-天冬氨酸穿梭体系中的第一个酶是
苹果酸脱氢酶。苹果酸脱氢酶在该穿梭体系中有两种存在形式:
线粒体苹果酸脱氢酶以及
胞浆脱氢酶。两种苹果酸脱氢酶的区别在于他们的存在位置以及结构,并且在此过程中催化的
反应方向相反。
首先,在胞浆中苹果酸脱氢酶与
草酰乙酸以及
还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(
NADH)作用生成
苹果酸以及NAD+。在此过程中两个氢原子产生自NADH并伴随着一个H+也结合到草酰乙酸上形成
苹果酸。
一旦苹果酸形成,第一个反向转运体(苹果酸-
α-酮戊二酸)将苹果酸从胞浆引入
线粒体基质与此同时并将α-酮戊二酸从线粒体基质中导出到胞浆中。当苹果酸到达线粒体基质后,它被
线粒体苹果酸脱氢酶转换成草酰乙酸,与此同时NAD+被其中的两个电子还原成NADH且
氢离子被释放出来。草酰乙酸接下来被线粒体
天冬氨酸氨基转移酶转换为天冬氨酸(因为草酰乙酸不能透过内膜进入
胞浆)。生成天冬氨酸时需要由
谷氨酸提供氨基,同时谷氨酸被同一个酶转化生成
α-酮戊二酸。
第二个反向转运体(谷氨酸-天冬氨酸)将谷氨酸从胞浆引入
线粒体基质与此同时将天冬氨酸从线粒体基质中导出到胞浆中。一旦进入胞浆,天冬氨酸被胞浆天冬氨酸氨基转移酶转变成草酰乙酸。
苹果酸-天冬氨酸穿梭的净效应是完全地还原:
胞浆中的
NADH被氧化成NAD+并且线粒体基质中的NAD+被还原成NADH。胞浆中的NAD+接下来可以被另一轮
糖酵解还原,而线粒体基质中的NADH可以被用于向
电子传递链传递电子以使
ATP合成。
因为苹果酸-天冬氨酸穿梭时线粒体基质中的NADH重新生成,它可以使糖酵解所产生的能量最大化合成ATP(2.5个/NADH),最终导致每个葡萄糖代谢净收到32个ATP分子。将此与
甘油磷酸穿梭相比,后者只将电子传送给电子传递链中的复合体II(与还原型黄素腺嘌呤二核苷酸所走路线相同),这样只能使糖酵解中产生的每个NADH合成1.5个ATP(最终导致每个葡萄糖代谢净收到30个ATP分子)。