BIOCHÉMIA II KATEDRA CHÉMIE, FAKULTA PRÍRODNÝCH VIED, UNIVERZITA MATEJA BELA BANSKÁ BYSTRICA CITRÁTOVÝ CYKLUS TÉMA 03 DOC. RNDR. MAREK SKORŠEPA, PHD.

BIOCHÉMIA II KATEDRA CHÉMIE, FAKULTA PRÍRODNÝCH VIED, UNIVERZITA MATEJA BELA BANSKÁ BYSTRICA CITRÁTOVÝ CYKLUS TÉMA 03 DOC. RNDR. MAREK SKORŠEPA, PHD.

POSTAVENIE CITRÁTOVÉHO CYKLU V METABOLIZME 3 centrálne metablické prcesy v aeróbnm metablizme: 1. citrátvý cyklus (C.C.) 2. elektrónvý transprt 3. xidačná fsfrylácia dýchací reťazec 2

SCHÉMA POSTAVENIA CITRÁTOVÉHO CYKLU V KATABOLICKÝCH PROCESOCH 3

INTRO centrálna metablická dráha ďalšie názvy: cyklus trikarbxylvých kyselín (TCA cycle) Krebsv cyklus (Hans Adlf Krebs bjasnenie C.C. 1937, Nbelva cena 1953) VÝZNAM: C.C. má amfiblický charakter (katablický aj anablický) degradácia AcCA z rôznych zdrjv až na CO 2 (katablizmus) syntéza rôznych látk z intermediátv C.C. (anablizmus) prebieha v aeróbnm prstredí (kvôli vyskej sptrebe xidvadiel NAD + a FAD) u eukaryt prebieha v mitchndriálnej matrix všetky enzýmy C.C. sú lkalizvané v mitchndriálnej matrix (výnimka: sukcinátdehydrgenáza vnútrná mitchndriálna membrána) 4

MITOCHONDRIA 5

ŠTRUKTÚRA MITOCHONDRIE 6

SCHÉMA CITRÁTOVÉHO CYKLU 7

REAKCIE CITRÁTOVÉHO CYKLU 8

2 FÁZY CITRÁTOVÉHO CYKLU 1. degradačná fáza: 1. 4. reakcia degradácia acetylu (v frme AcCA) na 2 mlekuly CO 2 2. regeneračná fáza: 5. 8. reakcia regenerácia s cieľm uzavretia cyklu 9

1 KONDENZÁCIA ACCOA S OXALACETÁTOM vzniká citrát exergnická reakcia ( G = 32.8 kj.ml -1 ) enzým: citrátsyntáza (alster. inhibítr = NADH, ATP, sukcinyl-ca, citrát) 10

2 IZOMERIZÁCIA CITRÁTU NA IZOCITRÁT citrát bsahuje terciárnu OH sk. (nemôže sa priam xidvať) musí sa izmerizvať na izcitrát (sekundárna OH sk.) endergnická reakcia pháňa ju ďalší krk (dehydrgenácia izcitrátu) citrát je achirálny, izcitrát je chirálny (2 C* 4 stereizméry) vzniká len jeden stereizmér enzým: aknitáza (aknitáthydratáza) 11

3 OXIDAČNÁ DEKARBOXYLÁCIA IZOCITRÁTU (1. OXIDÁCIA) xidácia izcitrátu na xalsukcinát xalsukcinát = nestabilná 3-xkyselina (3-xkyseliny pdliehajú dekarbxylácii) následná dekarbxylácia xalsukcinátu na 2-xglutarát (α-ketglutarát) vznik prvej mlekuly CO 2 úplná xidácia 1. z 2 atómv uhlíka AcCA vznik prvej mlekuly NADH enzým: izcitrátdehydrgenáza (alster. inhibítr = NADH, ATP) (alster. aktivátr = NAD +, ADP) 12

4 OXIDAČNÁ DEKARBOXYLÁCIA 2-OXOGLUTARÁTU (2. OXIDÁCIA) 2-xglutarát (hmlóg pyruvátu) pdlieha xidačnej dekarbxylácii (dekarbxylácia = všebecná reakcia 2-xkyselín) vzniká sukcinyl-ca vznik druhej mlekuly CO 2 úplná xidácia 2. atómu uhlíka AcCA vznik druhej mlekuly NADH enzým: xglutarátdehydrgenázvý kmplex (pdbný ak pyruvátdehydrgenázvý kmplex) (alster. inhibítr = NADH, ATP, sukcinyl-ca),(alster. aktivátr = NAD +, ADP) enzým vyžaduje: CA, tiamínpyrfsfát (TPP), kys. lipvú, FAD a NAD + ) 13

5 TVORBA SUKCINÁTU (ZAČIATOK REGENERAČNEJ FÁZY CYKLU) sukcinyl-ca je na nižšm xidačnm stupni ak výchdiskvá látka cyklu (xalacetát), pret nasleduje regeneračná fáza cyklu (na uzavretie cyklu) vznik sukcinátu, uvľnenie CA enzým: sukcinyl-ca-syntetáza makrergická tiestervá väzba sukcinyl-ca nemôže byť prevedená na makrergickú väzbu ATP priam, ale prstredníctvm GDP/GTP GTP ADP GDP ATP enzým: nuklezidfsfátkináza jediný priamy zisk ATP v C.C. 14

6 OXIDÁCIA SUKCINÁTU NA FUMARÁT dehydrgenácia (xidácia) nasýtenéh reťazca CH 2 CH 2 energeticky nárčná dehydrgenácia ak xid. činidl sa musí pužiť FAD (prstetická sk., silnejšie x. činidl ak NAD + ) vznik fumarátu vznik mlekuly FADH 2 enzým: sukcinátdehydrgenáza (viazaná na vnútrnú mitchndriálnu membránu) 15

7 HYDRATÁCIA FUMARÁTU NA MALÁT adícia H 2 O na dvjitú väzbu fumarátu analógia druhej reakcii C.C. vznik L-malátu reakcia je sterešpecifická vzniká len L-izmér enzým: fumaráthydratáza 16

8 OXIDÁCIA MALÁTU NA OXALACETÁT (UZAVRETIE CYKLU) xidácia hydrxyskupiny na ketskupinu vznik xalacetátu (uzavretie cyklu) vznik tretej mlekuly NADH enzým: malátdehydrgenáza 17

REGULAČNÉ BODY CITRÁTOVÉHO CYKLU 3 regulačné bdy v rámci C.C. citrátsyntáza inhibítry: ATP, NADH, sukcinyl-ca, citrát izcitrátdehydrgenáza inhibítry: ATP, NADH aktivátry: ADP, NAD + xglutarátdehydrgenázvý kmplex inhibítry: ATP, NADH, sukcinyl-ca aktivátry: ADP, NAD + 1 regulačný bd mim C.C. pyruvátdehydrgenázvý kmplex inhibítry: ATP, NADH, acetyl-ca 18

AMFIBOLICKÝ CHARAKTER CITRÁTOVÉHO CYKLU 19

POSTAVENIE CITRÁTOVÉHO CYKLU V KATABOLIZME C.C. je centrálnu katablicku dráhu sacharidv, lipidv aj prteínv rôzne látky vstupujú d C.C. na rôznych miestach 20

CITRÁTOVÝ CYKLUS A ANABOLIZMUS jedntlivé metablity C.C. sú výchdiskvými látkami pre syntézu iných látk napr. 2-xglutarát aminkyseliny (časť 2-xglutarátu krem th aj spntánne dekarbxyluje na pyruvát) sukcinát prfyríny dberaním jedntlivých členv C.C. by bl narušený cyklický charakter C.C. sptrebvané metablity sa nahrádzajú tzv. anaplertickými (dplnkvými) reakciami napr. 2-xglutarát sa dpĺňa karbxyláciu pyruvátu 21

POSTAVENIE CITRÁTOVÉHO CYKLU V ANABOLIZME 22

ENERGETICKÁ BILANCIA CITRÁTOVÉHO CYKLU 23

BILANCIA CITRÁTOVÉHO CYKLU citrátvý cyklus AcCA teretický efekt pdľa Lehningervej rvnice reálny efekt 1 cyklus + 3 NADH + 1 FADH 2 dýchací reťazec * + 9 ATP + 2 ATP + 7,5 ATP + 1,5 ATP + 1 GTP + 1 ATP + 1 ATP 2 CO 2 celkvý efekt + 12 ATP + 10 ATP * spracvanie (rexidácia) redukvaných kenzýmv v dýchacm reťazci pskytne ďalšiu energiu v frme ATP: 1 NADH tere cky 3 ATP (reálne 2,5 ATP) 1 FADH 2 tere cky 2 ATP (reálne 1,5 ATP) 24

SUMARIZÁCIA AERÓBNEJ METABOLIZÁCIE GLC pyruvát prdukvaný v glyklýze (a) je xidvaný v C.C. (b) elektróny uvľnené pri xidácii sú prenášané elektrónvým transprtm až na O2 (c) energia tht transprtu (v frme prtónvéh gradientu) sa pužije na tvrbu ATP (xidatívna fsfrylácia) (d) 25

BILANCIA AERÓBNEJ METABOLIZÁCIE GLC glukóza teretický efekt (pdľa Lehningervej rvnice) reálny efekt glyklýza + 2 ATP + 2 NADH + 2 ATP + 6 ATP + 2 ATP + 5 ATP 2 pyruvát xidačná dekarbx. + 2 NADH dýchací reťazec + 6 ATP + 5 ATP 2 CO 2 2 AcCA citrátvý cyklus + 6 NADH + 2 FADH 2 + 2 GTP + 18 ATP + 4 ATP + 2 ATP + 15 ATP + 3 ATP + 2 ATP 4 CO 2 celkvý efekt + 38 ATP + 32 ATP

POROVNANIE ENERGETICKEJ EFEKTIVITY ANAERÓBNEJ A AERÓBNEJ METABOLIZÁCIE GLC úplná xidácia glukózy (tereticky): (ΔG = 2829,0 kj.ml 1 ) zisk z anaeróbnej metablizácie glukózy (mliečne a alkhlvé kvasenie): reálny: 2 ATP (ΔG = 61,0 kj.ml 1 ) ~2 % z úplnej x. Glc zisk z aeróbnej metablizácie glukózy: teretický (Lehninger. r.): 38 ATP (ΔG = 1159,0 kj.ml 1 ) ~41 % z úplnej x. Glc reálny: 32 ATP (ΔG = 976,0 kj.ml 1 ) 34,5 % z úplnej x. Glc 27

DOC. RNDR. MAREK SKORŠEPA, PHD. MAREK.SKORSEPA@UMB.SK KATEDRA CHÉMIE FAKULTA PRÍRODNÝCH VIED UNIVERZITA MATEJA BELA V BANSKEJ BYSTRICI