Tov Cyklus 08

Citrátový cyklus Glyoxylátový cyklus 24.11.2008

Citrátový cyklus (Krebsov cyklus, c. trikarboxylových kyselín) • Najdôležitejšia dráha z hľadiska produkcie metabolickej energie • Acetylové zvyšky sa oxidujú na CO2; uvoľnená energia sa konzervuje v redukovaných koenzýmoch NADH a FADH2; v procese ich reoxidácie v dýchacom reťazci dochádza k vzniku veľkého množstva ATP • Lokalizácia: – Eukaryoty – v mitochondriách (matrix) – Prokaryoty – v cytoplazme

Stupeň 1

lipidy mastné kyseliny a glycerol

Stupeň 2

b-oxidácia mastných kyselín

sacharidy

bielkoviny

glukóza a iné monosacharidy

aminokyseliny

glykolýza

rozklad aminokyselín NH4+

pyruvát

acetyl-CoA citrátový cyklus

Stupeň 3

Stupeň 4

ADP + Pi

ATP

FADH2

CO2

NADH

dýchací reťazec

O2 H2O

Premena pyruvátu na acetyl-CoA (oxidačná dekarboxylácia) vyžaduje 3 enzýmy a 5 koenzýmov

TPP, k. lipoová, FAD

Pyruvátdehydrogenázový komplex: E1 + E2 + E3 Acetyl-CoA pyruvát

tiazóliový kruh

tiamínpyrofosfát

aktívny aldehyd

hydroxyetyltiamínpyrofosfát

oxidovaná forma

redukovaná forma

acetylovaná forma

kyselina lipoová

Lys zvyšok enzýmu E2

Polypeptidový reťazec enzýmu E2

väzba acylu Koenzým A adenín tioetanolamín (cysteamín)

Acetyl-CoA

kyselina pantoténová

ribóza 3´fosfát 3´ fosfoadenozíndifosfát

NAD+ (oxidovaná forma)

adenín

V NADP+ je táto hydroxylová skupina esterifikovaná fosfátom.

NADH (redukovaná forma)

izoaloxazínová skupina

FADH+ (FMNH+)

Flavínadeníndinukleotid (FAD) a flavínmononukleotid (FMN)

FADH2 (FMNH2)

1 2

z pyruvátu sa odštepuje CO2 a tvorí sa hydroxyetyl-TPP hydroxyetylová skupina sa prenáša na kyselinu lipoovú a oxiduje sa za vzniku acetyldihydrolipoamidu C

CH3

pyruvát

1 CO2

E1

3

O CH3

C

S

3

SH

NAD+

2

4 [FAD] E3

proteín

NADH + H+

OH

TPP

4

hydroxyetylTPP E1 - pyruvátdehydrogenáza E2 - dihydrolipoyltransacetyláza E3 - dihydrolipoyldehydrogenáza

acetylová skupina sa prenáša na CoA

H S

E2

CH3 CH

S-CoA

HS-CoA

tiamínpyrofosfát

COO-

C

acetyl-CoA

SH

O CH3

O

S

S

kyselina lipoová

dihydrolipoamid sa reoxiduje

Z. H. Zhou and colleagues (2001);

O

~

CH3C SCoA

acetyl-CoA HS-CoA COO-

COOO

C

H+ +

citrátsyntáza

NADH

CH2

NAD+

COO- oxalacetát

COOHO

CH

CH2 HO

COO-

C CH2 COO-

citrát

malátdehydrogenáza

akonitáza

CH2

COO-

COO-

CH2

malát fumaráza COOCH

sukcinátdehydrogenáza

CH COO-

fumarát

sukcinyl-CoA- a-ketoglutarátsyntetáza dehydrogenáza COOCH2

FAD CH2 FADH2

GDP HS-CoA + P COOi

HS-CoA

CH2

C

sukcinát GTP

COO-

HO

C

O

SCoA

CO2

sukcinyl-CoA

COOH

COO-

izocitrát NAD+ NADH + H+

CH2 CH2 C

CO2 O

COO-

CH2

COO-

C

izocitrátdehydrogenáza

~

H2O

H

NAD+

NADH + H+

a-ketoglutarát

acetylCoA

H+ +

C4

NADH

C2

HS-CoA

kondenzácia

oxalacetát

C6

dehydratácia hydratácia

citrát

NAD+

dehydrogenácia

C4 malát

izocitrát

hydratácia H2O

C6 oxidačná dekarboxylácia

C4

fumarát

dehydrogenácia

NAD+

substrátová fosforylácia

sukcinát

C4 FAD

FADH2

GTP

a-ketoglutarát

C5

sukcinylCoA

C4

NADH + H+

CO2

NAD+

CO2

oxidačná dekarboxylácia

NADH + H+

1. Kondenzácia

citrátsyntáza acetyl-CoA

oxalacetát

citrát

2. Dehydratácia, hydratácia

akonitáza

akonitáza citrát

cis-akonitát

izocitrát

3. Oxidačná dekarboxylácia

izocitrátdehydrogenáza izocitrát

a-ketoglutarát

4. Oxidačná dekarboxylácia

a-ketoglutarát

a-ketoglutarátdehydrogenázový komplex

-zloženie a reakcie analogické ako v pyruvátdehydrogenázovom komplexe

sukcinyl-CoA

5. Substrátová fosforylácia

sukcinyl-CoA syntetáza sukcinyl-CoA

Syntáza vs. syntetáza!

sukcinát

6. Dehydrogenácia (oxidácia)

sukcinátdehydrogenáza

sukcinát -enzým asociovaný s vnútornou mitochondriálnou membránou (euk.) resp. plazmatickou membránou (prok.)

fumarát

7. Hydratácia

fumaráza

fumarát

L- malát

8. Dehydrogenácia (oxidácia)

malátdehydrogenáza L- malát

oxalacetát

acetyl-CoA oxalacetát

citrát

H+ + NADH

malát izocitrát fumarát NADH + H+

FADH2

CO2

a-ketoglutarát

sukcinát GTP

sukcinylCoA

CO2 NADH + H+

Význam citrátového cyklu v anabolizme • Medziprodukty citrátového cyklu sú dôležitými biosyntetickými prekurzormi • Citrátový cyklus má teda amfibolický charakter (je súčasťou katabolických aj anabolických procesov) • Medziprodukty odčerpané z cyklu na biosyntézy sú doplnené anaplerotickými (doplňovacími) reakciami

serín glycín cysteín fenylalanín tyrozín tryptofán

pyruvát

A acetyl-CoA

B

glukóza

C fosfoenolpyruvát

oxalacetát

citrát

3

malát

a-ketoglutarát

7 6 pyrimidíny

glutamát

4 5 sukcinyl-CoA

D pyruvát

glutamín prolín arginín

2

8

aspartát asparagín

Anaplerotické reakcie

1

mastné kyseliny steroidy

porfyríny hem

puríny

Anaplerotické reakcie reakcia

tkanivo/ organizmus

pyruvátkarboxyláza pyruvát + HCO3- + ATP

«

oxalacetát + ADP + Pi

PEPkarboxykináza fosfoenolpyruvát + CO2 + GTP « oxalacetát + GDP

PEPkarboxyláza fosfoenolpyruvát + HCO3-

«

oxalacetát + Pi

jablčný enzým pyruvát + HCO3- + NAD(P)H

pečeň, obličky

«

malát + NAD(P)+

srdce, kostrový sval vyššie rastliny, kvasinky, baktérie bežne sa nachádza v eukaryotoch ako aj v prokaryotoch

Glyoxylátový cyklus acetyl-CoA •

• • •

umožňuje rast na acetáte (syntéza sacharidov a ďalších medziproduktov z acetátu toto nie je možné v Krebsovom oxalacetát citrát cykle!) prebieha v rastlinách, malát malátizocitrát- izocitrát niektorých baktériách a riasach HC COOsyntáza lyáza kroky, v ktorých sa uvoľňuje O CO2 sa obídu a spotrebuje sa glyoxylát CO2 ďalší acetyl-CoA „skratové“ enzýmy: fumarát acetyl-CoA sukcinát a -ketoglutarát – izocitrátlyáza – malátsyntáza

•

3 enzýmy požičané z citrátového cyklu

sukcinát

sukcinyl-CoA

CO2

cytoplazma mastné kyseliny

a -ketoglutarát

aspartát

acetyloxalacetát glutamát CoA

izocitrát

malát

aspartát

glutamát

oxalacetát malát

citrát

acetylCoA glyoxylát

a -ketoglutarát

sukcinát

fumarát sukcinát

glyoxyzóm mitochondria

sacharidy

fosfoenolpyruvát (glukoneogenéza)

oxalacetát

malát