‹#› Citrátový cyklus a dýchací reťazec Kristína Tomášiková 15.3.2012 ‹#› 2 OBR ‹#› 3 Image365 Hans Adolf Krebs (1900 – 1981) • • • •študoval •oxidáciu živín, • medziprodukty metabolismu, •vznik močoviny v pečeni u cicavcov, •syntézu kyseliny močovej a purínov u vtákov, •mechanizmus aktívneho transportu elektrolytov •vzťah medzi bunkovým dýchaním a vznikom fosfátov adenozínu • 1932 - spolu s Kurtom Henseleitem popísali cyklus močoviny • 1937 - University of Sheffield - cyklus kyseliny citrónovej, Krebsov cyklus • 1953 - Nobelova cena za lekárstvo a fyziológiu spolu s americkým biochemikom Fritzem Albertem Lipmannem • 1958 - povýšený do šľachtického stavu • • ‹#› 4 •lokalizovaný v matrix mitochondrie •prebieha za aeróbnych podmienok •amfibolický – katabolické i anabolické pochody •vstup dvojuhlíkatej zlúčeniny – acetyl-CoA, ktorý je oxidovaný (dehdrogenovaný) za tvorby redukovaných koenzýmov a CO2 •uvoľňuje sa jediná skladovateľná energia vo forme GTP •prebieha iba v spojení s dýchacím reťazcom • • • Charakteristika citrátového cyklu acetylkoenzým A, acetyl-CoA ‹#› 5 Koenzým A •adenosindifosfát, kyselina pantoová, β-alanín a cysteamín •A = acetylácia, syntéza viď vitamín B5 (kyselina pantothenová) • • ‹#› 6 • • • Charakteristika citrátového cyklu ‹#› 7 Acetylkoenzým A • •vzniká: •oxidáciou mastných kyselín (z lipidov) •oxidačnou dekarboxyláciou pyruvátu (zo sacharidov) •degradáciou uhlíkových kostier ketogénnych AMK (z bielkovín) • • • ‹#› 8 I.Kondenzácia C2- a C4- molekuly na C6-molekulu II.Prechod C6-molekuly na C5-molekulu za odštiepenia CO2 III.Prechod C5-molekuly na C4-molekulu za odštiepenia CO2 IV.Reakcia na úrovni C4-dikarboxylových kyselín Charakteristika citrátového cyklu ‹#› 9 ‹#› 10 CC_new ‹#› 11 Reakcie citrátového cyklu Typ reakcie Enzým Kofaktor acetyl-CoA + oxalacetát + H2O → → citrát + CoA + H+ kondenzácia citrátsyntáza CoA citrát ↔ cis-akonitát + H2O ↔ izocitrát izomerizácia akonitáza Fe2+ izocitrát + NAD+ ↔ 2-oxoglutarát + +CO2 + NADH + H+ oxidácia, dekarboxylácia izocitrátdehydrogenáza NAD+ 2-oxoglutarát + NAD+ + CoA ↔ ↔ sukcinyl-CoA + CO2 + NADH + H+ oxidácia, dekarboxylácia komplex 2-oxoglutarát- dehydrogenázy TPP, α-lipoát, CoA, FAD, NAD+ sukcinyl-CoA + GDP + Pi + H2O ↔ ↔ sukcinát + GTP + CoA substrátová fosforylácia sukcinyl-CoA-syntetáza CoA sukcinát + FAD ↔ fumarát + FADH2 oxidácia sukcinátdehydrogenáza FAD fumarát + H2O ↔ L-malát hydratácia fumaráza - L-malát + NAD+ ↔ oxalacetát + +NADH + +H+ oxidácia malátdehydrogenáza NAD+ Reakcie citrátového cyklu ‹#› 12 •Syntáza - enzým katalyzujúci reakciu, v ktorej sa syntetizuje určitá molekula, nie nevyhnutne tvorbou väzby medzi dvomi molekulami (na rozdiel od syntetázy) • •Syntetáza (ligáza) - enzým katalyzujúci tvorbu väzby medzi dvomi molekulami substrátu Syntáza vs. syntetáza ‹#› 13 cyklusc1 ‹#› Pyruvát (3C) CO2 NAD+ NADH + H+ Acetyl-CoA (2C) Oxalacetát (4C) Citrát (6C) Izocitrát (6C) α-ketoglutarát (5C) Sukcinyl-CoA (4C) Sukcinát (4C) Fumarát (4C) Malát (4C) CO2 NAD+ NADH + H+ NADH + H+ NAD+ CO2 GTP GDP P FADH2 FAD NAD+ NADH + H+ ‹#› 15 Pyruvát (3C) CO2 NAD+ NADH + H+ Acetyl-CoA (2C) Oxalacetát (4C) Citrát (6C) Izocitrát (6C) Alfa-ketoglutarát (5C) Sukcinyl-CoA (4C) Sukcinát (4C) Fumarát (4C) Malát (4C) CO2 NAD+ NADH + H+ NADH + H+ NAD+ CO2 GTP GDP P FADH2 NAD+ NADH + H+ citrátsyntáza dekarboxyláza dehydrogenáza dehydrogenáza dekarboxyláza dehydrogenáza dehydrogenáza dehydrogenáza dekarboxyláza FAD ‹#› 16 •premena pyruvátu na acetyl-CoA •každá otočka cyklu poskytuje 3 NADH a jeden FADH2 pre oxidáciu cez flavoproteín-cytochrómový reťazec •tvorba 1 GTP, ktorý je okamžite premenený na ATP • Charakteristika citrátového cyklu ‹#› 17 Pyruvát (3C) CO2 NAD+ NADH + H+ Acetyl-CoA (2C) Oxalacetát (4C) Citrát (6C) Izocitrát (6C) Alfa-ketoglutarát (5C) Sukcinyl-CoA (4C) Sukcinát (4C) Fumarát (4C) Malát (4C) CO2 NAD+ NADH + H+ NADH + H+ NAD+ CO2 GTP GDP P FADH2 FAD NAD+ NADH + H+ ‹#› 18 Energetická bilancia cyklu 3 NADH + H+ prostredníctvom dýchacieho reťazca z nich získame 9 ATP 1 FADH2 prostredníctvom dýchacieho reťazca z nich získame 2 ATP 1GTP reakciou GTP + ADP → GDP + ATP z neho získame 1 ATP celkom 12 ATP ‹#› 19 NAD •nikotínamid, •adenín, •dve molekuly ribózy •dva fosfáty ‹#› 20 FAD • riboflavínová skupina, • dva fosfáty, • cukor ribóza, • adenín ‹#› 21 Oxalacetát Citrát S-CoA Acetylkoenzým A Izocitrát 2-oxoglutarát Sukcinylkoenzým A Sukcinát Fumarát Malát H H S-CoA H H GTP H H H H Dýchací reťazec Citrátový cyklus – spustiť animáciu > ‹#› 22 Napojenie cyklu na iné deje •na odbúravanie všetkých typov živín prostredníctvom acetyl-CoA •bočnými vstupmi oxidované uhlíkové atómy pyrimidínov, hému, AMK •redukované kofaktory NADH a FADH2 napájajú cyklus na dýchací reťazec •fumarát na močovinový cyklus (u cicavcov) ‹#› 23 Biosyntetické reakcie vychádzajúce z cyklu •Citrát -spätné štiepenie → acetyl-CoA a oxalacetát – kľúčový v biosyntéze sacharidov -transaminácia → aspartát (prekurzor purínov a pyrmidínov) -dekarboxylácia → alanín •2-oxoglutarát -prenos aminoskupín pomocou aminotransferáz → glutamát (východiskový v biosyntéze AMK glutamínu, prolínu, arginínu, histidínu, ornithínu, citrulínu) •Sukcinyl-CoA -s glycínom dáva δ-aminolevulovú kyselinu (pre výstavbu porfirínových štruktúr) •Malát -→ pyruvát (syntéza sacharidov, alanínu, atď.) - ‹#› 24 Kontrolné otázky •Ktoré z nasledujúcich tvrdení o citrátovom cykle nie je pravdivé? a)Všetky enzýmy tohto cyklu sú lokalizované v cytoplasme okrem sukcinátdehydrogenázy, ktorá je viazaná v internej mitochondriálnej membráne. b)Oxalacetát je využívaný ako substrát, ale nie je metabolizovaný v cykle. c)Sukcinátdehydrogenáza prenáša elektróny priamo do dýchacieho reťazca. > ‹#› 25 •Konverzia 1 molu pyruvátu na 3 moly CO2 prostredníctvom pyruvátdehydrogenázy a citrátového cyklu sa získa _____ molov NADH, _____ molov FADH2, a _____ molov ATP (alebo GTP). a)2; 2; 2 b)3; 1; 1 c)3; 2; 0 d)4; 1; 1 e)4; 2; 1 • Kontrolné otázky > ‹#› 26 •Všetky oxidačné reakcie citrátového cyklu produkujú NADH, okrem reakcie katalyzovanej: a)malátdehydrogenázou. b)pyruvátdehydrogenázou. c)sukcinátdehydrogenázou. d)α-ketoglutarátdehydrogenázovým komplexom • • • Kontrolné otázky ‹#› 27 •Ktorá z nasledujúcich zlúčenín nie je medziproduktom citrátového cyklu? a)citrát. b)oxalacetát. c)sukcinyl-CoA. d)α-ketoglutarát. e)acetyl-CoA. • • Kontrolné otázky > ‹#› 28 •Pri ktorej z nasledujúcich reakcií je produkovaný ekvivalent ATP (vo forme GTP) pomocou substrátovej fosforylácie? a)citrát na isocitrát. b)fumarát na malát. c)malát na oxalacetát. d)sukcinát na fumarát e)sukcinyl-CoA na sukcinát. • Kontrolné otázky > ‹#› 29 •Ktorá reakcia citrátového cyklu je veľmi podobná oxidatívnej dekarboxylácii pyruvátu na acetyl-CoA? a)citrát na isocitrát. b)fumarát na malát. c)α-ketoglutarát na sukcinyl-CoA. d)malát na oxaloacetát. e)sukcinyl-CoA na sukcinát. • Kontrolné otázky > ‹#› 30 •Odkiaľ pochádzajú dva moly CO2, ktoré sú produkované behom prvej otáčky citrátového cyklu? a)karboxylová a methylenová skupina oxaloacetátu. b)karboxylová skupina acetátu a karboxylová skupina oxalacetátu. c)dve karboxylové skupiny z oxalacetátu. d)karboxylová skupina acetátu a keto skupina oxaloacetátu. e)dva uhlíky z acetátu. • Kontrolné otázky > ‹#› 31 Použité zdroje literatúry •www.wikipedia.com •B. Kotlík a kol., Chémia v kocke 2, Fragment, 1996. •D. Sofrová, M. Tichá a kol., Biochemie – základní kurz, skriptá UK, 1993. •P. Klouda, Základy biochemie, nakladateľstvo Pavel Klouda, 2000. •Z. Vodrážka, Biochemie, Scientia, 1998. • •