Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultetOdjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani

Izgaranje glukoze

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O

Go = - 2823 kJ mol-1

Reakcija oksidacije glukoze moe se rastaviti nadvije polureakcije:

C6H12O6 + 6H2O = 6CO2 + 24H+ + 24e- Reakcija oksidacije: odvija se u CLK

6O2 + 24H+ + 24e- = 12H2OReakcija redukcije: odvija se u respiracijskom lancu

U mitohondriju se odvija:

oksidacijska dekarboksilacija piruvata u acetil-CoA

ciklus limunske kiseline (CLK)

oksidacijska fosforilacija

glukozapiruvatglukozaglikolizaATPATPATPATPATPATPNADHNADHpiruvatU aerobnim uvjetima piruvat se prenosiu matriks mitohondrijaacetil-CoACLKPiruvat translokaza: nosa piruvata na unutranjoj membrani mitohondrija antiport koji prenosi piruvat u zamjenu za OH- ione

iznutrice, tamna puretina, losos, itarice, pivski kvasac, smea ria, lea, orasi, grah, kukuruz, graak, krumpir, jaja, meso, cvjetaa, lubenicasastojak koenzima A (HSCoA)Vitamin B5 ili pantotenska kiselina

acetil-SCoAadenozin-3-fosfat-merkaptoetilaminacetilna skupinapantotenskakiselina~Acetil-CoA je tioester - energijom bogati spoj svisokim potencijalom za prijenos acetilne skupine

Acetil-CoA nastaje u matriksu mitohondrija oksidacijskom dekarboksilacijom piruvata piruvatHS-CoAacetil-CoAIREVERZIBILNA reakcijaPosljedica: ivotinje ne mogu sintetizirati glukozu iz acetil-CoA, odnosno iz masnih kiselina.

piruvat-dehidrogenaza

nosa protein

Piruvat-dehidrogenza je multienzimski kompleks

E1: dekarboksilacija piruvataprostetika skupina: TIAMIN PIROFOSFAT (TPP)

E2: oksidacija C2-jedinice i prijenos na HSCoAprostetika skupina: LIPOAMIDE3: obnavljanje oksidiranog oblika lipoamidaprostetika skupina: FADHSCoAacetil-SCoATPP

hidroksietil-TPPlipoamidacetil-dihidrolipoamidFADH2FADdihidro-lipoamid

E1

E3

E2

piruvat

acetil-CoA

CO2

NAD+

NADH + H+

CoA

Piruvat-dehidrogenza jemultienzimski kompleks

pivski kvasac, neoljutena zrna itarica (ria), svinjetina (unka), jaja, grah, graak, orasi, banane, pinatManjak vitamina B1: beriberi - grenje i trnjenje ruku i nogu, smetnje u radu srca, zadravanje vode

Vitamin B1 ili tiaminAktivni oblik tiamina tiamin pirofosfat

nalazi se u aksionima ivacavaan za rad srca, ivanog iprobavnog sustava

kinazaPifosfatazaADPATPPipiruvatdehidrogenaza(inaktivna)Aktivnost piruvat-dehidrogenazeregulirana je reverzibilnom fosforilacijompiruvatdehidrogenaza(aktivna)Inaktivacija fosforilacijom

fosforilaciju aktivira visoki omjerATP/ADPacetil-CoA/CoANADH/NAD+

fosforilaciju inhibira piruvat

Piruvat dehidrogenazu inaktiviravisoki energijski naboj,izobilje biosintetskih pretea.

hidroksietilTPPInhibicija piruvat-dehidrogenaze produktominhibitori: acetil-CoA i NADHVisoke koncentracije produkata pokreu povratne reakcije

E1

E3

E2

piruvat

acetil-CoA

CO2

NAD+

NADH + H+

CoA

Piruvat-dehidrogenza jemultienzimski kompleks

Acetil-CoA je gorivo ciklusa limunske kiselineAcetil-CoA je veza izmeu glikolize iciklusa limunske kiselinepiruvatacetil-CoAGLIKOLIZAglukoza piruvat piruvatacetil-CoACLKCITOSOL MATRIKSpiruvatdehidrogenaza

KREBSOV CIKLUS

Metaboliki proces:niz oksido-reduksijskih reakcija u kojima se acetilna skupina oksidira do 2CO2

Mjesto:matriks mitohondrija

Uvjeti: AEROBNI

Hans Krebs1900-1981.Ciklus limunske kiseline

Sudjeluje u anabolizmu i katabolizmu:

konani ZAJEDNIKI PUT oksidacije molekula goriva: aminokiselina, masnih kiselina i ugljikohidrataveina molekula goriva ulazi u ciklus kao acetil-CoA

vaan IZVOR PRETEA za sintezu biomolekula (aminokiselina, kolesterola, porfirina).

Ciklus limunske kiseline je amfiboliki put

GLIKOLIZAglukoza

gliceraldehid-3-fosfat

piruvat

proteini

ugljikohidrati

masti

CLK

aminokiseline

masnekiseline

glicerol

ACETIL-CoA

eeri

oksidacijskafosforilacija

piruvatacetil-CoAcitratizocitrat-ketoglutaratsukcinil-CoAsukcinatfumaratmalatoksaloacetatCIKLUS LIMUNSKE KISELINE

Kondenzacija acetil-SCoA i oksaloacetatacitratsintazaH2OCoASHCitrat: ion limunske kiseline

izocitratcitratakonitazaakonitazaH2OH2OakonitazaIzomerizacija citrata

CO2NAD+NADH, H+Oksidacijska dekarboksilacija izocitrataizocitratdehidrogenaza

NAD+NADHCO2CoASH-ketoglutarat dehidrogenazaOksidacijska dekarboksilacija-ketoglutarataGDP + PiGTPCoASH

Oksaloacetat se obnavljaoksidacijom sukcinata

FADH2FADsukcinatdehidrogenazaSukcinat dehidrogenaza jeintegralni dio mitohondrijskemembrane

Promjena slobodne energijenije dovoljna za redukcijuNAD+Oksidacija sukcinataSukcinat: ion jantarne kiseline

NADH, H+H2ONAD+Hidracija fumarataOksidacija malatafumarazamalatdehidrogenazaMalat: ion jabune kiseline

Proizvodi CLK

2 CO2

8 energijom bogatih elektrona, u obliku 3 NADH U oksidacijskoj fosforilacij osigurat e sintezu3 x 2,5 ATP = 7,5 ATP

1 FADH2U oksidacijskoj fosforilaciji osigurat e sintezu1 x 1,5 ATP= 1,5 ATP

1 GTP GTP + ADP = GDP + ATP

Po jednoj C2 jedinici nastaje 10 ATP

NADHCO2FADH2NADHNADHCO2GTPacetil-SCoAEnergija osloboena tijekom ciklusa pohranjuje seu reduciranom obliku NADH i FADH2, te u obliku ATP Ciklus limunskekiseline

Inhibicija izocitrat dehidrogenaze uzrokuje porast koncentracije citrata

citrat se prenosi u citosol gdjeinhibicijom fosfofruktokinaze obustavlja glikolizuslui kao izvor acetil-CoA u sintezi masnih kiselina.

Regulacija CLK preko izocitrat dehidrogenaze i-ketoglutarat dehidrogenaze povezuje CLKs drugim metabolikim putevimaInhibicija -ketoglutarat dehidrogenaze uzrokuje porast koncentracije -ketoglutarata

-ketoglutarat slui kao pretea u sintezi nekih aminokiselina i purinskih baza. citratsintazaATP, NADHsukcinil-CoA (-)

piruvat

CLK

oksaloacetat

citrat

izocitrat

-ketoglutarat

sukcinil-CoA

sukcinat

fumarat

malat

acetil-CoA

izocitratdehidrogenaza

ATP (-), NADH ADP (+)

sukcinil-CoA, NADH (-)visoki energijski naboj

-ketoglutaratdehidrogenaza

ATP, acetil-CoA,NADH (-)

piruvatdehidrogenaza

aminokiseline

masnekiseline kolesterol

aminokiseline

glukoza

aspartatfenilalanintirozin

porfirini

izoleucinmetioninmasne kiseline svalinneparnim lancem

CLKoksaloacetatcitratizocitrat-ketoglutaratsukcinil-CoAsukcinatfumaratmalatacetil-CoApiruvat

CLK je izvor biosintetskih preteaCO2

Anaplerotske reakcije

Reakcije koje odravajukonstantnu koncentracijumeuprodukata CLK:nadoknada meuprodukataCLK koji su utroeni u Biosintezi.

Npr. oksaloacetat utroen zabiosintezu aminokiselinanadoknadi sekarboksilacijom piruvata:

CLKoksaloacetatfosfoenol-piruvatPEPpiruvatacetil-CoAmalatpiruvataspartatasparaginpiruvatkarboksilazaPEPkarboksikinazaPEPkarboksilazapiruvat + CO2 + ATP + H2O oksaloacetat + ADP + Pi

Izvor glukoze: simbiotska alga Zooxanthellate

CO2 + H2O H2CO3

H2CO3 H+ + HCO3-

Enzim: ugljina anhidraza

Koralji koriste metaboliki proizvedeni CO2 zaproizvodnju CaCO3

Uporaba limunske kiseline:

prehrambeni aditiv (aroma i konzervans)u sokovima (E330)

radi dobrih puferskih svojstava, u proizvodima za osobnu higijenu i farmaceutskim proizvodima radi odravanja pH

zbog stvaranja kelata s metalima, u sapunima i detregentima za omekivanje vode

zbog Krebsovog ciklusa grekom na Villejuif popisu 10 najopasnijih kancerogenih tvari: Krebs na njemakom znai rak Plijesan Aspargillus niger je vrlo efikasanproizvoa limunske kiseline

Malat: ion jabune kiselinenezrelo groe ima previe jabune kiseline koja vinu daje opori okusmlijena kiselina je slabija kiselina od jabune kiselinelaktat vinu daje meki okusMalolaktika fermentacija: bakterijaLeuconostoc oenos prevodi malat u laktat i CO2

malatlaktat

PonavljanjeGdje se odvija CLK?Koja je uloga CLK?to je gorivo CLK?to su produkti CLK?Koji su oksidansi u CLK?Na slici oznaite korakeoksidacijske dekarboksilacije.Koliko molekula ATP nastajeu CLK?Kako se iskoritava sukcinil-CoA?Koju reakciju katalizira sukcinat dehidrogenaza?U kojim uvjetima tee CLK?to su anaplerotske reakcije?to znai ampfibolini put?

*