Biochemie – Citrátový cyklus Josef Trögl

Trocha termodynamiky na úvod Vnitřní energie (U) = energie všech částic tělesa / systému U = Q + W Chemická energie = energie molekuly (1 molu molekul) = sumy energie chemických vazeb energie uvolněná rozkladem sloučeniny resp. potřebná na jeho syntézu Entalpie (tepelný obsah, H) = tepelná energie jednoho molu látky H = U + pV stavová veličina, extenzivní lze měřit jen změnu (DH) při chemické reakci (ne absolutní hodnoty) standardní hodnoty v tabulkách H0f (25°C)

Trocha termodynamiky na úvod  

Trocha termodynamiky na úvod  

Trocha termodynamiky na úvod Exotermické reakce = uvolňuje teplo (DH < 0) Endotermické reakce = spotřebovává teplo (DH > 0) Exergonická reakce = uvolňuje se volná energie (DG < 0) běží samovolně Endergonická reakce = spotřebovává volnou energii (DG > 0) samovolně neběží musí být spřažena s exergonickou reakcí, suma DG musí být < 0 ATP + H20  ADP + Pi + H+, DG0´= -33 kJ / mol

Trocha termodynamiky na úvod Redoxní potenciál (E0) = míra oxidačně redukčních vlastností tendence oxidačního činidla přitáhnout elektrony čím vyšší, tím silnější oxidační činidlo čím nižší, tím silnější redukční činidlo měřit lze jen změny – standardizace na vodíkovou elektrodu (definičně určeno E0=0) ½ O2 / H2O E0´= 0.82 V NAD+/NADH E0´= -0.3 V Oxidace NADH + ½ O2 + H+ NAD+ + H2O DE0´= -0.3 – 0.82 = -1.12 V  exergonická reakce

Citrátový cyklus Též Krebsův cyklus podle svého objevitele (1937, NC 1953), tricarboxylic cycle, TCA cycle Cyklická dráha mající funkci „křižovatky“ aerobních metabolických drah - amfibolická odbourávání acetylkoenzymu A na 2 CO2 metabolismus aminokyselin jednotlivé reakce jsou součástí dalších metabolických drah produkce výchozích metabolitů anabolických drah Buněčná lokalizace prokaryota: cytoplasma eukaryota: matrix mitochondrie Některé reakce vázané na membránu

Vstupy citrátového cyklu Pyruvát – odbourávání sacharidů a některých aminokyselin (glykogenních), glycerol z lipidů Acetylkoenzym A – odbourávání mastných kyselin (b-oxidace), odbourávání aminokyselin (ketogenních) a dalších lipidových látek

Koenzym A cysteamin adenin difosfát ribóza kyselina pantotenová N S P H N 2 P - S cysteamin adenin difosfát ribóza kyselina pantotenová

Koenzym A Přenašeč zbytků organických kyselin (acylů) Vazbou se aktivuje b-uhlík – reaktivní O H N 2 P - S

Citrátový cyklus + + SCoA 1. Syntéza citrátu acetylkoenzym A citrát enzym citrátsyntháza acetylkoenzym A H 3 C S o a A O citrát + H 2 C O + SCoA oxalacetát

Citrátový cyklus 2. Izomerace citrátu izocitrát enzym akonitáza meziprodukt cis-akonitát - dehydratace izocitrát H C 2 O H 2 C O

Citrátový cyklus NADH+ H+ + CO2 + NAD+ + 3. Oxidace a dekarboxylace izocitrátu enzym izocitrátdehydrogenáza meziprodukt oxasukcinát izocitrátdehydrogenáza 2-oxoglutarát H C 2 O NADH+ H+ + CO2 C H 2 O + NAD+ +

Citrátový cyklus NAD+ + HSCoA NADH + H+ + CO2 + + 4. Oxidace a dekarboxylace 2-oxoglutarátu enzymový komplex 2-oxoglutarátdehydrogenáza sukcinylkoenzym A NAD+ + HSCoA NADH + H+ + CO2 C H 2 O S o A C H 2 O + +

Citrátový cyklus + GTP + SCoA + GDP + HPO32- + H2O 5. Rozklad sukcinylkoenzymu A enzym sukcinyl-CoA-synthetáza C H 2 O S o A Sukcinát + C H 2 O GTP + SCoA + GDP + HPO32- + H2O

N H 2 O P -

Citrátový cyklus + FAD + FADH2 6. Oxidace sukcinátu Fumarát enzym sukcinátdehydrogenáza Fumarát C H 2 O + FAD + FADH2

Citrátový cyklus + H2O 7. Hydratace fumarátu Malát enzym fumaráza H O

Citrátový cyklus + NAD+ + NADH + H+ 8. Oxidace malátu Oxalacetát enzym malátdehydrogenáza Oxalacetát H O C + NAD+ + NADH + H+

Souhrn citrátového cyklu Oxidace AcSCoA na 2 CO2 Redukce kofaktorů 3 NADH 1 FADH2 Vznik 1 GTP – může fosforylovat ADP na ATP

Bilance energie NADH, FADH2 se zpětně oxidují v dýchacím řetězci energie do ATP Aerobně NADH = 3 ATP Aerobně FADH2 = 2 ATP Celkem aerobně vznikne 3x3 + 1x2 +1 = 12 ATP

Bilance energie Reakce DG0´ (kJ / mol) 1 Syntéza citrátu -31,4 2 Izomerace citrátu +6,3 3 Oxidace a dekarboxylace izocitrátu -8,4 4 Oxidace a dekarboxylace 2-oxoglutarátu -30,1 5 Rozklad sukcinylkoenzymu A -3,3 6 Oxidace sukcinátu 7 Hydratace fumarátu -3,8 8 Oxidace malátu +29,7 Suma -41,0 = max 1 ATP 22

Napojení citrátového cyklu Citrát se transportuje do cytoplasmy a rozkládá zpět na AcScoA a oxalacetát – syntéza mastných kyselin ze sacharidů Izocitrát se může štěpit na sukcinát a glyoxylát – glyoxylátový cyklus rostlin – syntéza sacharidů z lipidů 2-oxoglutarát přebírá -NH2 skupiny při transamoniacích (rozklad aminokyselin)

Napojení citrátového cyklu Sukcinylkoenzym A – výchozí metabolit syntézy porfyrinu (hemu) Sukcinát – propojení s glyoxylátovým cyklem Fumarát – propojení s močovinovým cyklem Malát – oxidace a dekarboxylace na pyruvát – syntéza sacharidů, alaninu a aminokyselin Oxalacetát – propojení s oxalacetátovým-pyruvátovým cyklem u C4 rostlin, prekurzor aspartátu – syntéza purinů a pyrimidinů

Anaplerotické reakce Slouží k doplňování meziproduktů citrátového cyklu Oxalacetát z pyruvátu a CO2 (za hydrolýzy ATP na ADP) – hlavně živočichové z fosfoenolpyruvátu a HCO3- (vzniká ATP) – heterotrofní bakterie obrácení oxidační dekarboxylace pyuvátu (spotřeba NADPH) transaminace aspartátu ze dvou AcSCoA – glyoxalátový cyklus – rostliny a některé bakterie z jednouhlíktých sloučenin – serinový cyklus – tzv. methylotrofní bakterie 25