C5720 Biochemie
22_Citrátový cyklus
11/26/2013
1
Petr Zbořil

Obsah
•Citrátový cyklus, reakce, význam, energetická bilance. •Anabolický význam, anaplerotické reakce,
glyoxylátový cyklus.
•Praktické aplikace, technologické využití.
•
11/26/2013
Petr Zbořil
2

Citrátový cyklus
•Synonyma: cyklus trikarboxylových kyselin - TCA, Krebsův cyklus
•Katabolický pochod (nejen, ale převážně)
•Spojnice metabolismu sacharidů, lipidů a aminokyselin
•Odbourává aktivní acetát vzniklý
ooxidační dekarboxylací pyruvátu (pochazejícího z glykolýzy)
onebo β-oxidací mastných kyselin – viz příslušná kapitola
•Vstupy a výstupy dalších metabolitů
•Lokalisován v mitochondriální matrix
oÚzká vazba na respirační řetězec
oAerobní podmínky – reoxidace redukovaných kofaktorů
11/26/2013
Petr Zbořil
3

Cyklický průběh
•
•Reakce acetylCoA s oxalacetátem – citrát
•Přeměny dehydrogenacemi a dekarboxylacemi
•Výstup startovní molekuly oxalacetátu
•Formulován H. Krebsem (Oxford 1937), NC 1953
oDílčí zjištění již dříve – A. Szent-Györgyi, F. Knoop, C. Martius
•
•
•
•
11/26/2013
Petr Zbořil
4

Průběh TCA
11/26/2013
Petr Zbořil
5
•Enzymy
•1 citrátsyntasa
•2 akonitasa
•3 isocitrát DH
•4 a-ketoglutarát DH
•5 sukcinylCoA
•       syntetasa
•6 sukcinát DH
•7 fumarasa
•8 malát DH
•


                                                                                                 +
H2O

11/26/2013
Footer Text
6

Citrát syntasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Bez účasti ATP
oAldolová kondensace
•
11/26/2013
Petr Zbořil
7

Citrát syntasa
•
•
•
•
•
•
•
•Uspořádaný mechanismus
onejprve vazba oxalacetátu
opak acetylCoA
ohydrolytické místo se zformuje nakonec
onehydrolyzuje se acetylCoA, ale citrylCoA
o
11/26/2013
Petr Zbořil
8

Citrát syntasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Homodimer (savci)
opodjednotky po 49 kDa
ozměna konformace
11/26/2013
Petr Zbořil
9

Rovnováhy
•
•Citrate synthase
•Kobs = [Citrate][CoA]/[Oxaloacetate][Acetyl-CoA][H2O] = 2.24 ± 0.11 x 106
•
•Citrate lyase
•Kobs = [Citrate]/[Oxaloacetate][Acetate] = 2.22 ± 0.16 m-1   - 28,4 kJ/mol
•
•Ovlivněno [Mg2+]
•
11/26/2013
Footer Text
10

Rovnováhy
•
•1. Citrate synthase, DG0‘= -34.2 kJ/mol,
•2. Aconitase DG0‘= + 6.4 kJ/mol
•
•3. Isocitrate dehydrogenase DG0‘= - 20.9 kJ/mol
•
•4. -Ketoglutarate dehydrogenase DG0‘= -33.5 kJ/mol
•
•5. Succinyl-CoA synthetase DG0‘= -4.0 kJ/mol
•
•6. Succinate dehydrogenase DG0‘= -1.4 kJ/mol
•
•7. Fumarase DG0‘= -3.8 kJ/mol
•
•8. Malate dehydrogenase DG0‘= +29.7 kJ/mol
•
11/26/2013
Footer Text
11

Dílčí kroky TCA
11/26/2013
Footer Text
12

Akonitasa
•
•
•
•
•
•
•
•Ustavení rovnováhy
•Fe-S protein (klastr Fe4S4)
ovnitřní oxidoredukce (no net)
oRovnovážný stav 9:1:2 (dle cMg2+)
o
11/26/2013
Footer Text
13

Isocitrát dehydrogenasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Dvoustupňová přeměna
odehydrogenace
odekarboxylace β-karboxylu
•
11/26/2013
Footer Text
14

a – ketoglutarátdehydrogenasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Multienzymový komplex – analog pyruvát DH
oLipoamid DH stejná
11/26/2013
Footer Text
15

SukcinylCoA syntetasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Opačný směr
•GTP – ekvivalent ATP
oSpeciální funkce GTP
11/26/2013
Footer Text
16

SukcinylCoA syntetasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Účast fosfohistidinu
oObecnější mechanismus přenosu ~P
11/26/2013
Footer Text
17

Sukcinát dehydrogenasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Membránově vázaný enzym
oOstatní enzymy TCA rozpuštěny v matrix
oReoxidace prostetické skupiny FADH2
11/26/2013
Footer Text
18

Sukcinát dehydrogenasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Komplex 4 podjednotek
o2 katalytické
o2 membránové
11/26/2013
Footer Text
19
C:\Users\Zboril\Documents\=VYUKAnove\=Bioenergetika\Succinate_Dehydrogenase_1YQ3_and_Membrane.png

11/26/2013
Footer Text
20

Fumarasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Adice vody, lyasa
•Stereospecificita – L-malát
11/26/2013
Footer Text
21

11/26/2013
Footer Text
22
Stereospecificita adice vody
– L-malát

Malát dehydrogenasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•Kobs = [Oxaloacetate][NADH]/[Malate][NAD+] = 2.86 ± 0.12 x 10-5
•DG0‘= +29.7 kJ/mol
11/26/2013
Footer Text
23

Malát dehydrogenasa
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•Aktivní místo MDH
•
11/26/2013
Footer Text
24

Malát DH
•
•
•
•
•
•
•
•Homodimer
oGlykoprotein
oVázané oligosacharidy
•Mitochondriální
•vs. cytoplasmatická
oFylogeneticky odlišné
oProkaryontní předek
11/26/2013
Footer Text
25

Bilance cyk
Bilance TCA
•Látková
•CH3CO.SCoA + 3 H2O + 3 NAD+ + FAD
•HSCoA + 2CO2 + 3 NADH + 3 H+ + FADH2
•
•Energetická
•1 GTP (2 GTP/glukosu)
•Další energie se získá oxidací NADH a FADH2
•
•Proces striktně respirační – provázán s dýchacím řetězcem
11/26/2013
Footer Text
26

11/26/2013
Footer Text
27

Metabolické vztahy
•
•
•
•
•
•
•Zjednodušené schema
•Dekarboxylace pyruvátu
oireverzibilní proces (živočichové)
11/26/2013
Footer Text
28

Anabolický význam TCA
•Vývojově starší
oFunkce za anaerobních
opodmínek
oAdaptace pro aerobní
oorganismy
•U mikroorganismů
oNeúplný TCA za anaerobiosy
oSmysl vysloveně katabolický
•
•Vzájemné vztahy mezi TCA
•a metabolismem sacharidů,
•lipidů a aminokyselin.
•Zvláštní význam má
•biosysntetická dráha syntézy
•porfyrinů (modře)
11/26/2013
Footer Text
29

Biosyntetické vztahy TCA
•Mm
•
11/26/2013
Footer Text
30
Sacharidy
glukosa

Anaplerotické dráhy
•Doplnění metabolitů
oOdčerpaných z TCA k nezbytným biosyntetickým účelům
oPřeváděných na zásobní formy (glukosa)
•U živočichů
okarboxylace pyruvátu (vzniklého hlavně glykolýzou)
oprodukty katabolismu aminokyselin
oZávisí na přísunu sacharidů
•Mikroorganismy a rostliny
oJsou schopny doplňovat metabolity TCA i z jednodušších látek (dvouuhlíkaté metabolity – z MK
apod.)
oAnaplerotické dráhy nezávislé na přísunu sacharidů
o2 enzymy tzv. glyoxylátového cyklu – isocitrátlyasa a malátsyntasa
oŽivočichové nemají – nepotvrzené zprávy
•
11/26/2013
Footer Text
31

Glyoxylátová dráha (zkratka)
•
•
•
•
•
•
•
•
•Překlenutí dekarboxylačních kroků
•2 CH3CO.SCoA          HOOC.CO.CH2.COOH + 2 HSCoA
11/26/2013
Footer Text
32
2 malát