Citrátový cyklus a dýchací řetězec Pavla Balínová

Mitochondrie zevní membrána (relativně snadno propustná pro mnoho látek) mezimembránový prostor (H+ jsou sem pumpovány z matrix → ↓ pH vnitřní membrána (asi ze 75% je tvořena proteiny – enzymy, přenašeče) mitoch. matrix (β-oxidace mastných kyselin, citrátový cyklus, aerobní fosforylace, PDH reakce,….)

Citrátový cyklus cyklus kyseliny citrónové, cyklus trikarboxylových kyselin, Krebsův cyklus citrátový cyklus je řada reakcí, které tvoří společnou metabolickou dráhu při aerobní oxidaci sacharidů, lipidů a proteinů. postupnou dekarboxylací a oxidací šestiuhlíkaté kyseliny citrónové uvolňuje redukční ekvivalenty, které jsou použity při oxidativní fosforylaci k syntéze ATP citrátový cyklus hraje klíčovou roli i v dalších metabol. dějích, jako je glukoneogeneze, transaminace, deaminace nebo lipogeneze.

Funkce citrátového cyklu oxidace CH3-CO- na 2 CO2 → tvorba redukovaných koenzymů NADH + H+ a FADH2 citrátový cyklus je centrální křižovatka intermediárního metabolismu = amfibolická dráha → katabolické dráhy dodávají intermediáty do CKC → anabolické dráhy odčerpávají některé intermediáty z CKC (oxalacetát → glukoneogeneze, sukcinyl-CoA → syntéza porfyrinů atd.)

Koenzym A (CoA)

Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

Obrázek byl převzat z http://www. biocarta. com/pathfiles/KrebPathway

Výsledek CKC: Produkce 2 CO2, 3 NADH + H+, 1 FADH2, 1 GTP Anaplerotické (doplňovací) reakce: Pyr + CO2 + ATP → oxalacetát + ADP + Pi (pyruvátkarboxyláza) Uhlíkaté kostry některých aminokyselin poskytují tyto meziprodukty CKC: oxalacetát, α-ketoglutarát, fumarát Propionyl-CoA → sukcinyl-CoA jsou významné ve svalech a ledvinách

Regulace CKC Regulační faktory CKC jsou: poměr NADH / NAD+ poměr ATP / AMP dostupnost substrátů CKC a energetická situace v buňce Regulační enzymy CKC: Citrátsyntáza je regulována hlavně dostupností acetyl-CoA a oxalacetátu a ↑ NADH / NAD+. Isocitrátdehydrogenáza a α-ketoglutarátdehydrogenáza jsou inhibovány ↑ NADH / NAD+ a ↑ ATP / AMP . Naopak tyto enzymy jsou aktivovány AMP a NAD+. Aktivita CKC je úzce spojena též s dostupností O2.

Přenos acetyl-CoA v buňce acetyl-CoA + oxalacetát → citrát (citrátsyntáza) citrát je exportován z mitochondrie do cytoplasmy výměnou za malát v cytoplasmě je citrát štěpen na acetyl-CoA a oxalacetát (citrátlyáza) redukce oxalacetátu na malát (malátdehydrogenáza = „jablečný enzym“ – produkce NADP+) malát se vrací antiportem do mitochondrie nebo je oxidativně dekarboxylován na pyruvát

Respirační (dýchací) řetězec Redukované koenzymy NADH a FADH2 uvolňují vodíkové atomy v elektronovém transportním systému. Respirační řetězec lokalizace: vnitřní mitochondriální membrána složení: enzymové komplexy I – IV, 2 mobilní přenašeče elektronů – koenzym Q a cytochrom c funkce: transport elektronů v sérii redoxních reakcí a H+. H+ jsou přenášeny pomocí komplexů I, III a IV. Protonový gradient je použit k pohonu ATP-syntázy.

Redoxní potenciál „E“ Gibbsova energie „G“  redukční schopnosti Redoxní potenciál „E“ Gibbsova energie „G“  oxidační schopnosti Obrázek převzat z http://www.grossmont.net/cmilgrim/Bio220/Outline/ECB2Figures&Tables_Ed2- Ed1/Chapter14_13/REDOX_POTENTIALS_ElectronTransportChain_Fig14-21.htm

Schéma dýchacího řetězce

Obrázek byl převzat z http://www. biocarta. com/pathfiles/h_etcPathway

Dýchací řetězec a oxidativní fosforylace Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

ATP-syntáza ATP-syntáza obsahuje 2 podjednotky: F0 – ve vnitřní mitochondriální membráně F1 – vyčnívá z membrány do matrix Obrázek byl převzat z http://en.wikipedia.org/wiki/ATP_synthase

Odpřahovací (uncoupling) činidla Odpřahovače od sebe odpojí respirační řetězec a tvorbu ATP → protony jsou transportovány přes vnitř. mitoch. membránu zpět do matrix bez produkce ATP. Energie protonového gradientu je uvolněna ve formě tepla. Př. 2,4-dinitrofenol UCP = uncoupling proteins UCP-1 (termogenin) – hnědá tuková tkáň (novorozenci) UCP-2 – hlavně bílá tuková tkáň UCP-3 – kosterní svaly UCP-4,5 – mozek Hibernující živočichové

Uncoupling proteiny (UCP) = odpřahovače DŘ od syntézy ATP UCP 1 - termogenin energie protonového gradientu se uvolní ve formě tepla Obrázek převzat z http://departments.oxy.edu/biology/Franck/Bio222/Lectures/March23_lecture_shuttles.htm

Klinické korelace ● Hypoxie = nedostatek O2 na vnitřní mitochondriální membráně příčiny: nedostatek O2 ve vdechovaném vzduchu, poruchy plicní a oběhové, chudokrevnost, místní porucha prokrvení (ateroskleróza) důsledek: selhání tvorby ATP ● Otrava kyanidem Iont CN- se specificky váže na komplex IV (na Fe3+ cytochromu a) a blokuje přenos e- na O2 → blokace dýchacího řetězce a následně i tvorby ATP → rychlé selhání životních funkcí a smrt