CYKLUS TRIKARBOXYLOVÝCH KYSELIN A GLYOXYLÁTOVÝ CYKLUS
OBSAH • Základní charakteristika • Historie • Pyruvátdehydrogenasový komplex • Citátový cyklus – dílčí reakce
• Citátový cyklus – výtěžek • Citátový cyklus – regulace • Anapleroticé reakce • Kataplerotické reakce
Cyklus trikarboxylových kyselin, TCA-cyklus, citrátový cyklus, Krebsův cyklus Citrátový cyklus je sled osmi reakcí
• ve kterém dochází v cyklu k oxidaci acetylové skupiny acetyl-CoA na dvě molekuly CO2
• uvolněná
volná energie se ukládá do redukovaných koenzymů NADH a FADH2.
• produktem jednoho cyklu jsou dvě molekuly CO2, tři NADH, jedna FADH2 a jedna makroergická sloučenina GTP (=ATP). Citrátový cyklus působí katalyticky, jako důsledek vlastní regenerace oxalacetátu. Obrovský počet acetylskupin může být oxidován zásluhou jediné molekuly oxalacetátu.
Historie citrátového cyklu • Sled těchto reakcím byl intenzivně studován mezi léty 1932 až 1937 řadou badatelů na létacích svalech holubů.
• V roce 1935 publikoval maďarský vědec A. Szent-Gyorgyi poznatek, že respirace se urychlí přidáním malého množství sukcinátu, fumarátu, malátu nebo oxaloacetátu. Efekt působení těchto látek byl katalytický.
sukcinát→fumarát→malát→oxalacetát
• 1937
Carl Martius a Franz Knoop ukázali, že citrát může být převeden na a-oxoglutarát. citrát→cis-akonitát→isocitrát→2-oxoglutarát→ sukcinát→fumarát→malát→oxalacetát
Historie citrátového cyklu •V
roce 1937 publikovali Martius a Knoop klíčový poznatek, který Krebsovi chyběl pro spojení oxidace v citrátovém cyklu s metabolismem glukosy. Oxaloacetát a pyruvát mohou být převedeny na citrát za působení peroxidu vodíku.
• Pyruvát
jako produkt odbourávání glukosy v glykolýze se tak stal spojovacím článkem mezi metabolismem sacharidů a citrátovým cyklem.
• 1936 Hans Krebs, publikoval jako první cyklický charakter odbourání acetylové skupiny. 1. Sukcinát se tvoří z fumarátu, malátu nebo oxalacetátu v přítomnosti inhibitoru malonátu, který inhibuje přímou redukci fumarátu na sukcinát, reakce zastavuje celou oxidaci. Citrát musí být obnovován. 2. Pyruvát a oxalacetát mohou tvořit citrát enzýmově – uzavření cyklu pyruvát + oxalacetát → citrát + CO2 3. Jednotlivé kroky cyklu jsou dostatečně rychlé – odpovídají rychlosti respirace
Historie citrátového cyklu • 1945 N. Kaplan a F. Lipmann objevili koenzym A • 1951 S. Ochoa a F. Lynen zjistili, že acetyl-CoA je látka, která kondenzuje s oxalacetátem za vzniku citrátu
• Krebsův
první pokus o publikaci citrátového cyklu v Nature byl neúspěšný. Práce byla přijata do méně prestižního časopisu Enzymologia.
• Krebs, H.A. and Johnson, W.A.: The role of citric acid in intermediate metabolism in animal tissues. Enzymologia 4, 148 – 156 (1937).
• Hans Adolf Krebs (1900 – 1981) obdržel Nobelovu cenu za lékařství a fyziologii v roce 1953 spolu s Fritzem Albertem Lipmannem.
Sir Hans Adolf KREBS (1900-1981) • 1900 Born in Germany • 1918 Began medical school • 1923 Graduated from medical school • 1925 Graduated with Ph.D. from University of Hamburg
• 1932 Identification of Urea Cycle • 1933 Emigration to the United Kingdom • 1937 Identification of Citric Acid Cycle or "Krebs Cycle" • 1945 Became a Professor at University of Sheffield • 1953 Won the Nobel Prize in Physiology and Medicine
• 1954 University of Oxford • 1958 Knighted
• 1981 Died in the United Kingdom, Oxford
Základní charakteristika citrátového cyklu • Citrátový cyklus je ústřední metabolická dráha vedoucí k zisku energie ze substrátů jako jsou sacharidy, mastné kyseliny a aminokyseliny, které se odbourávají na acetyl CoA.
• Citrátový cyklus je lokalizován v matrix mitochondrií.
Základní charakteristika citrátového cyklu • Citrátový cyklus je aerobní metabolická dráha. • Citrátový cyklus je amfibolický. V cyklu dochází ke katabolické reakci (odbourávání acetyl CoA na CO2). Meziprodukty cyklu se využívají k syntézám dalších látek – anabolické reakce.
• Sumární rovnice citrátového cyklu: 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + acetylCoA → → 3 NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2 CO2
Citrátový cyklus propojení s glykolýzou a respirací
Citrátový cyklus propojení s respirací
Přehled vstupu substrátů do citrátového cyklu
Pyruvátdehydrogenasový komplex • Syntéza acetyl-CoA z pyruvátu • Pyruvát
je za aerobních podmínek transportován do matrix mitochondrie transportním proteinem (pyruvát – H+ symport).
• Multienzymový komplex pyruvátdehydrogenasy je skupina tří nekovalentně vázaných enzymů, který katalyzuje na sebe navazující reakce.
• Výhodou multienzymového komplexu je: 1. Sled reakcí je urychlován, protože jsou minimální vzdálenosti mezi enzymy. 2. Přímá návaznost reakcí zamezuje vedlejším reakcím.
3. Reakce na komplexu kontrolovány.
mohou
být
koordinovaně
Složení pyruvátdehydrogenasového komplexu • Pyruvátdehydrogenasa (E1) • Dihydrolipoyltransacetylasa (E2) • Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3)
Pyruvátdehydrogenasový komplex z Escherichia coli
• Komplex
E. coli je 5 300 kD proteinový komplex. Průměr 30 nm- větší než ribozom. Složení viz obrázek.
• Mitochondriální komplex je 10 000 kD protein, obsahuje 20 E2
komplex E. coli
trimerů obklopených 30 E1 heterotetramery a 12 E3 dimerů.
Složení pyruvátdehydrogenasového komplexu • Pyruvátdehydrogenasový
komplex katalyzuje sekvencí tří
reakcí, sumárně: Pyruvát + CoA + NAD+ → acetyl-CoA + CO2 + NADH
• Komplex využívá pěti různých koenzymů: Kofaktor Thiaminpyrofosfát (TPP) Lipoová kyselina KoenzymA (CoA)
Lokalizace
Funkce
Vázán na E1
Dekarboxylace pyruvátu za vzniku karbaniontu hydroxyethyl-TDP
Kovalentně vázán na lysin E2 (lipoamid)
Přijímá karbaniont hydroxyethyl zTDP jako acylskupinu
Substrát pro E3
Přijímá acylskupinu z lipoamidu
Flavinadenindinukleotid Vázán na E3 (FAD)
Redukován lipoamidem
Nikotinamiddinukleotid Substrát pro E3 (NAD+)
Redukován FADH2
Pyruvátdehydrogenasový komplex
Pyruvátdehydrogenasa (E1) • Dekarboxyluje pyruvát za tvorby hydroxyethyl-TPP meziproduktu
H3C
R1
R2 N
+
C-
H3C
S E1
R1
TPP E1
+
-
O
C
C
O
O
Pyruvát
CH3
H
+
CO2
H
R2 N
O
+
C C -
S E1 CH3
Hydroxyethyl-TPP E1
Lipoamid a dihydrolipoamid • Lipoová kyselina je vázána na E2 amidovou vazbou přes e-aminoskupinu Lys. Lipoová kyselina
S S
Lysin
CH2 CH2 CH2
NH
O
CH CH2
CH2
CH2
C
NH
(CH 2)4
CH C
Lipoamid
O
2H+ + 2eHS
CH2 CH2
HS
CH2
NH
O
CH CH2
CH2
CH2
C
Dihydrolipoamid
NH
(CH 2)4
CH C
O
Dihydrolipoyltransacetylasa (E2) • Hydroxyethylová skupina je přenesena na dihydrolipoyltransacetylasu (E2). • Hydroxyethylový karbanion je současně oxidován na acetyl a lipoamid redukován na disulfid. H3C H3C
R1 H
R2 N
O
+
C C -
S E1 CH3
H3C
H+
R1 H
R2 N
O
+
C C
S
S
S
HS E2
Lipoamid-E2
S E1
R1
H+
R2 N
+
C -
S E1
TPP E1
+
CH3 O
C
CH3
S E2
HS E2
Acetyl-dihydrolipoamid-E2
Dihydrolipoyltransacetylasa (E2) • E2 poté katalyzuje transesterifikací, při které se acetyl přenese na CoA za tvorby acetyl-CoA O CoA O
CoA
SH
C
CH3
S
HS
HS
HS
Acetyl-dihydrolipoamid-E2
CH3
Acetyl-CoA
S
E2
C
+
E2
Dihydrolipoamid-E2
Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3) • Regenerace lipoamidu na E2. • Reoxidace probíhá přes kovalentně vázaný FAD. FAD S
HS
+
S
E3 (oxidovaná forma)
FAD SH
HS E2
S
+
SH
E3 (redukovaná forma)
S E2
Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3) • Reoxidace redukovaného E3. • Elektrony z FADH2 se přenáší na NAD+ za tvorby NADH. • FAD slouží spíše jako vodič elektronů !!!
FAD
FADH2
FAD
SH
S
S
SH
S
S NAD+
E3 (redukovaná forma)
NADH + H+
E3 (oxidovaná forma)
Aktivní místo dihydrolipoamiddehydrogenasy
Lipoyllysylové raménko E2 • Raménko přenáší meziprodukty reakce mezi jednotlivými enzymy. S HC
S CH2
CH2
H2C
CH2 H2C CH2 140 nm
O
C NH H2C CH2 H2C CH2 HC
C O
N H
Lipoyllysylové raménko (plně roztažené)
Pyruvátdehydrogenasový komplex
Toxicita arsenitanu a organických sloučenin arsenu • Inhibují pyruvátdehydrogenasu a 2-oxoglutarátdehydrogenasu a tím i respiraci OH -
O
As OH
+
HS
S -
O
HS
As S
R
Arsenitan
R1
As
O
+
2 H2O
+
H2O
R
Dihydrolipoamid
+
Organická sloučenina arsenu
HS
S R1
HS
As S
R
R
Pyruvátdehydrogenasový komplex
Pyruvátdehydrogenasový komplex - regulace • Inhibice produkty: NADH a acetyl-CoA • Kovalentní modifikace fosforylací
Pyruvátdehydrogenasový komplex animace * http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resour ces/shared_resources/animations/pdc/pdc.html
Citrátový cyklus
Citrátsynthasa • Kondenzace acetyl-CoA s oxaloacetátem za tvorby citrátu. • Dvousubstrátová reakce s uspořádaným mechanismem
His 320
His 320
H
H
-
OOC
-
OOC
O
C
H2C
COO
-
H2C
• Uplatňuje se enolforma H acetyl-CoA !
COO
-
Oxaloacetát
1
+
N His 274
N
• První se váže na enzym oxaloacetát.
H2C
Oxaloacetát
+
O
C
N His 274
N
H
H -
O SCoA
O
H2C
SCoA
Acetyl-CoA O
-
H
O
Asp 375 O
Asp 375 O
Enol forma acetyl CoA jako nukleoefil !! His 320
N
H
N
-
OOC
O
C
H2C
OOC
COO
+
H
-
-
OOC
Oxaloacetát
2
OH C CH2
CH2
O C
SCoA
Citryl-CoA
N
H
O
His 274
N
Asp 375 O
H -
O
H2C
H2O 3
SCoA
CoASH -
OOC
H
His 274
O
-
Asp 375 O
OOC
OH C
CH2
CH2
Citrát
COO
-
Akonitasa • Reverzní izomerizace citrátu na isocitrátu přes cis-akonitát. • Akonitasa obsahuje komplex [4Fe-4S] podílející se na odštěpení OH skupiny z citrátu.
COO
-
H2O
CH2 HO
C
COO
H
C
H
COO
-
Citrát
-
COO H2C
H
-
COO
-
COO
H2O
-
CH2
C
H
C
COO
C
HO
C
H
COO
-
cis-Akonitát
COO
-
Isocitrát
-
NAD+ dependentní isocitrátdehydrogenasa • Enzym katalyzuje oxidativní dekarboxylaci isocitrátu na a-oxoglutarát. • Oxid uhličitý se odštěpuje z původní molekuly oxaloacetátu ne z acetylCoA.
• Produkuje se NADH + H+. • Koenzymy jsou Mg nebo Mg ionty. COO
-
CH2 C
C
HO
C
H
O
H
-
O
+
-
O
Isocitrát
-
CH2
O
H
C
COO
NAD
+
NADH + H
O
C
C
O -
-
COO
CH2
O
C
C
COO
H
-
O
2+
Mn
O
Oxalosukcinát
CO2
O
CH2
C C C
-
H -
O
-
O
2+
Mn
+
H
O
C
H
C
O
C
-
O
2-Oxoglutarát
2-Oxoglutarátdehydrogenasa • Oxidační dekarboxylace – podobnost s pyruvátdehydrogenasovým komplexem • Multienzymový komplex
• 2-oxoglutarátdehydrogenasa (E1) • Dihydrolipoylsukcinyltransferasa (E2)
• Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3) - stejná jako v pyruvátdehydrogenasovém komplexu • Katalyzuje oxidativní dekarboxylaci a-oxoglutarátu za tvorby druhé molekuly CO2 a NADH • Molekula CO2 má také původ v oxaloacetátu
• Produktem je sukcinyl-CoA
2-Oxoglutarátdehydrogenasa
COO
-
CoA-SH
CH2
CO2
CH2 C O
C
COO
-
CH2 CH2
O O
-
2-Oxoglutarát
C NAD+
NADH + H+
S
O CoA
Sukcinyl-CoA
Sukcinyl-CoA synthetasa (sukcinátthiokinasa) • Katalyzuje štěpení vazby s vysokou energií (sukcinyl-CoA) spojené se syntézou v případě
• savčího enzymu GTP z GDP a Pi • u rostlin a bakterií je to ATP z ADP a Pi • ATP
a GTP jsou energeticky ekvivalentní, díky nukleosiddifosfátkinasa dochází k přechodu:
• GTP + ADP ↔ GDP + ATP
• Reakce
enzymu
D Go´= O !!
katalyzovaná sukcinyl-CoA synthetasou je další příklad fosforylace na úrovni substrátu (nezávisí na přítomnosti kyslíku).
Sukcinyl-CoA synthetasa (sukcinátthiokinasa) • Reakce probíhá ve třech stupních: A) sukcinyl-CoA reaguje s Pi za tvorby sukcinylfosfátu a CoA
B) transfer fosfátu ze sukcinylfosfátu na His enzymu za uvolnění sukcinátu C) fosfát z enzymu je přenesen na GDP za tvorby GTP.
• V tomto bodě citrátového cyklu je acetyl již kompletně oxidován na • dvě CO2 • dva NADH • GTP. • Další část cyklu je převod sukcinátu na oxaloacetát.
První fáze sukcinyl-CoA synthetasové reakce
COO CH2 CH2 O
C
-
COO
OH
+
S CoA
Sukcinyl-CoA
O
-
P
O
1
-
CH2 CH2
-
O
O
C
O
+ 2-
PO 3
Sukcinyl-fosfát
HS CoA
Druhá fáze sukcinyl-CoA synthetasové reakce
-
Enzym
COO CH2 CH2 O
C
O
+ 2PO 3
Sukcinyl-fosfát
N N
COO H
2
CH2
O
C
Enzym
+
CH2 H+
His
-
-
O
Sukcinát
N N
H
+
2PO 3
3-Fosfo-His
Třetí fáze sukcinyl-CoA synthetasové reakce
Enzym O G
O
P
-
O O
O
GDP
-
P O
O -
+
N N
Enzym H
3
+
2PO 3
3-Fosfo-His
N N
H+
His
H
O
+
G
O
P O
-
O O
P O
GTP
-
O O
-
P O
O -
Sukcinátdehydrogenasa • Stereospecifická dehydrogenace sukcinátu na fumarát • Enzym je jediným z citrátového cyklu lokalizovaný v mitochondriální membráně a obsahuje přes His kovalentně vázaný FAD, který je redukován na FADH2.
• FAD se obvykle účastní oxidace alkanů za tvorby alkenů. • Pro další katalytický cyklus musí být FADH2 nejdříve reoxidován. • Přenos elektronů je součástí mitochondriálního elektronového transportního řetězce. COO
-
H
C
H
H
C
H
COO
-
Sukcinát
H
+
E-FAD
-
OOC
C C
COO
-
+ H
Fumarát
E-FADH2
Kovalentní vazba FAD na His sukcinátdehydrogenasy
Enzym CH2
His
N N H2C
H3C
H2C
R
HO
C
H
HO
C
H
HO
C
H
CH2 N
N NH
N
FAD
O
O
Inhibice sukcinátdehydrogenasy • Inhibice sukcinátdehydrogenasy substrátovým analogem malonátem • Jeden z Krebsových příspěvků k objasnění citrátového cyklus
COO COO
-
CH2 COO
-
CH2 CH2
-
Malonát
COO
-
Sukcinát
Fumarasa (fumaráthydratasa) • Adice vody na dvojnou vazbu za tvorby malátu. • Reakce probíhá přes karbaniontový přechodový stav. Adice OH – předchází adici H+. • Fumarasa katalyzuje hydrataci dvojné vazby fumarátu za tvorby malátu. H - COO C
-
OH
H -
OOC
C C
COO
H
Fumarát
OOC
C H
OH H+
Karbaniontový přechodový stav -
H
H -
COO
C
OOC
C H
Malát
OH
-
Malátdehydrogenasa - regenerace • Enzym katalyzuje koncovou reakci CC – regeneraci oxaloacetátu. • Mechanismus přenosu hydridového aniontu na NAD+ je obdobný jako u laktátdehydrogenasy.
• Malátdehydrogenasová reakce má D Go´= + 29, 7 kJ.mol-1 a proto je koncentrace oxaloacetátu v rovnováze velmi nízká.
• Reakci
udržuje odběr oxaloacetátu citrátsynthasou, protože citrátsynthasová reakce má D Go´= - 31, 5 kJ.mol-1. H -
H
COO
C
OOC
C H
Malát
OH
-
+
H
H
+
NAD
-
OOC
C C
COO
-
+ O
Oxaloacetát
NADH
+
H+
Citrátový cyklus
Citrátový cyklus
Citrátový cyklus animated, Voet, Animated fig. Chapt. 16
* http://higheredbcs.wiley.com/legacy/college/voet/0471214957/ani mated_figures/ch16/f16-2.html
Výtěžek citrátového cyklu • Oxidace jednoho acetylu v jednom cyklu vede ke tvorbě dvou CO2 (Pozor: to nejsou atomy uhlíku vstupujícího acetyl-CoA) ve 4 x dvouelektronovém procesu.
• Dalším ziskem jsou tři molekuly NADH a jedna FADH2 a jedno GTP.
• Elektrony
z redukovaných koenzymů jsou přeneseny do elektronového transportního řetězce, který vede k redukci O2 na H2O a uvolněná energie se zachytí jako ATP.
• Oxidace
jednoho NADH vede ke tvorbě tří ATP a oxidace jednoho FADH2 ke tvorbě dvou ATP.
• Jeden cyklus vede ke tvorbě 12 ATP!!! • Vyjdeme-li z molekuly glukosy, získáme za aerobních podmínek cca 38 ATP!!!
Aerobní zisk ATP z glukosy
Regulace pyruvátdehydrogenasy • Pyruvátdehydrogenasa
je jediný savčí systém tvorby acetyl CoA
z pyruvátu.
• Dva regulační systémy: A) Inhibice produkty – NADH a acetyl-CoA. B) Kovalentní modifikace systémem fosforylace/defosforylace E1.
• Vysoké poměry NADH/NAD+ a acetyl-CoA/CoA udružují enzym E2 v acetylovaném stavu, který nepřijímá hydroxyethylovou skupinu – zpomalení pyruvátdehydrogenasy.
Aktivace a deaktivace pyruvátdehydrogenasy defosforylací a fosforylací Pi
E1-OH (aktivní)
Pyruvátdehydrogenasa fosfatasa H2O
ATP Pyruvátdehydrogenasa kinasa
E1-OPO3
2-
(inaktivní)
ADP
• U eukaryot produkty jako NADH a acetyl CoA, aktivují pyruvátdehydrogenasakinasu. Výsledná fosforylace specifického Ser vede k inaktivaci pyruvátdehydrogenasy. • Insulin, signál dostatku glukosy, pyruvátdehydrogenasafosfatasu a tím enzym aktivuje.
aktivuje
Enzymy kontroly rychlosti citrátového cyklu • Změna standardní volné energie (D Go´) a fyziologická změna volné energie (D G) reakcí citrátového cyklu. Reakce Enzym
kofaktor
D Go´
DG
- 31, 5
Negativní
1
Citrátsynthasa
2
Akonitasa
Fe-S
~5
3
Isocitátdehydrogenasa
Fe-S
- 21
Negativní
4
2-Oxoglutarátdehydrogenasa multienzymový komplex
Kyselina lipoová, FAD
- 33
Negativní
5
Sukcinyl CoAsynthetasa
6
Sukcinátdehydrogenasa
7
Fumarasa
- 3, 4
8
Malátdehydrogenasa
+ 29, 7
- 2, 1 FAD, Fe-S
+ 6, 0
Regulace citrátového cyklu • Identifikace
rychlost limitujících pochodů CC je obtížná, protože neznáme přesné koncentrace substrátů a produktů, které se pohybují mezi matrix a cytosolem.
Tři enzymy CC jsou za fyziologických podmínek mimo rovnováhu: 1)
citrátsynthasa
2)
NAD+-dependentní isocitrátdehydrogenasa
3)
2-oxoglutarátdehydrogenasa.
Regulace citrátového cyklu • V srdečním svalu
je průtok metabolitů CC závislý na spotřebě
kyslíku.
Citrátový cyklus je kontrolován:
A) Dostupností substrátů B) Inhibicí produkty
C) Kompetitivní zpětnovazebnou inhibicí meziprodukty cyklu
pyruvátdehydrogenasa
NAD+-dependentní isocitrátdehydrogenasa
2-oxoglutarátdehydrogenasa
Regulace citrátového cyklu • Acetyl
CoA a oxaloacetát jako hlavní substráty jsou přítomny v matrix v nízkých koncentracích, které nesaturují citrátsynthasu.
• Metabolický
tok přes citrátsynthasu závisí na dostupnosti
substrátů.
• Koncentrace
oxaloacetátu, který je v rovnováze s malátem se pohybuje v závislosti na [NADH] / [NAD+ ] dle rovnice:
K = [oxaloacetát].[NADH] / [malát].[ NAD+ ]
• Znamená to, že v pracujícím svalu při zvyšující se současně [NADH] v mitochondrii. To [oxaloacetátu], který stimuluje citrátsynthasu.
respiraci klesá doprovází vzrůst
Regulace citrátového cyklu Pyruvát Ca2+
pyruvátdehydrogenasa Acetyl-CoA
citrátsyntasa Oxaloacetát Citrát
Malát
Fumarát
NADH
Isocitrát Ca2+ ADP
Sukcinát
GTP
Sukcinyl-CoA
2-Oxoglutarát Ca2+
ATP
2-oxoglutarátdehydrogenasa
NAD+-dependentní isocitrátdehydrogenasa
Amfibolické funkce citrátového cyklu
Amfibolické funkce citrátového cyklu
Kataplerotické reakce 1. Glukoneogeneze – oxaloacetát k syntéze glukosy. Oxaloacetát musí být transportován do cytosolu, kde glukoneogeneze probíhá. Vstupuje tam ve formě malátu nebo aspartátu. Vzhledem k cyklickému charakteru CC, může být takto využit k syntéze glukosy každý meziprodukt. 2. Biosyntéza mastných kyselin – probíhá v cytosolu. Acetyl CoA je do cytosolu transportován ve formě citrátu. V cytosolu je ATP-citrátlyasa která katalyzuje reakci: ATP + citrát + CoA ADP + Pi + oxaloacetát + acetyl CoA. 3. Biosyntéza aminokyselin – 2-oxoglutarát přechází na Glu a oxaloacetát na Asp.
Kataplerotické reakce
Glutamátdehydrogenasová reakce tvorby glutamátu
COO
-
COO
CH2
-
CH2
+
CH2 C
O
COO
-
2-Oxoglutarát
NADH
+
H+
+
NH4+
+
CH2 H
+
C
NH3
COO
-
Glutamát
NAD+
+
H2O
Transaminace oxaloacetátu na aspartát
COO
-
COO
CH2
CH3
C
O
COO
-
Oxaloacetát
+
H3N
+
CH2
C
H
COO
-
Alanin
-
H3N
+
CH3
C
H
COO
-
Aspartát
+
C
O
COO
-
Pyruvát
Anaplerotické reakce Doplňují meziprodukty citrátového cyklu
• Nejdůležitější anaplerotickou reakcí je pyruvátkarboxylasová: Pyruvát + CO2 + ATP + H2O oxaloacetát + ADP + Pi
• Reakce je také prvním stupněm glukoneogeneze. • Pyruvátkarboxylasu aktivuje acetyl CoA.
Anaplerotické reakce Doplňují meziprodukty citrátového cyklu
• Další anaplerotickou látkou je sukcinyl-CoA, který se tvoří při odbourávání mastných kyselin s lichým počtem uhlíků a některých aminokyselin.
• Dále
2-oxoglutarát a oxaloacetát vznikající reverzibilní transaminací Glu a Asp.
Anaplerotické reakce citrátového cyklu
Reverzní citrátový cyklus • Některé bakterie produkující uhlíkaté stavební jednotky z vody a CO2. • Jedna z forem fixace CO2.
Glyoxylátový cyklus • Rostliny,
bakterie a plísně obsahují enzymy, které katalyzují konverzi acetyl-CoA na oxaloacetát a tím do glukoneogeneze.
• Glyoxylátový cyklus probíhá v glyoxysomech a mitochondriích. • Glyoxysomy jsou na membránu vázané organely, specializované peroxisomy.
• Řada enzymů je společných s citrátovým cyklem. • Navíc: glyoxysomální isocitrátlyasa a malátsynthasa.
Glyoxylátový cyklus • Výsledkem
glyoxylátového cyklu je převod dvou molekul acetyl-CoA na sukcinát, kdežto v citrátovém cyklu se uhlíky acetyl-CoA uvolňují jako CO2.
• Vytvořený sukcinát je transportován do mitochondrie - do CC a převeden na malát- anaplerotická reakce !!
• Malát může být převeden na oxaloacetát, nebo transportován do cytosolu a tam převeden na oxaloacetát jako prekurzor glukosy v glukoneogenezi.
Reakce glyoxylátového cyklu
Reakce glyoxylátového cyklu v glyoxysomech
Reakce glyoxylátového cyklu v mitochondriích
Dráha malátu v cytosolu
CYTOSOL OH -
OOC
CH
O CH2
COO -
-
OOC
Malát
C
CH2
Oxaloacetát NAD+ NADH NAD + H+
COO -
GLUKONEOGENEZE
Význam glyoxylátového cyklu • Celková reakce glyoxylátového cyklu: 2 Acetyl-CoA + 2 NAD+ + FAD oxaloacetát + 2 CoA + 2 NADH + FADH2 + 2 H+
• Isocitrátlyasa
a malátsynthasa existují jen u rostlin a některých mikroorganismů. • Umožňují klíčícím rostlinám využívat skladované triacylglyceroly. • Jedná se o anaplerotickou reakci!! Vnáší oxaloacetát do citrátového cyklu.
• Patogen, jako Mycobacterium tuberculosis přežívá v plících aniž by bylo odhaleno imunitním systémem. Využívá glyoxylátový cyklus. Možnost zásahu - inhibice isocitrátlyasy. Obdobně kvasinka Candida albicans.
