Citrátový cyklusGlyoxylátový cyklus

24.11.2008

Citrátový cyklus(Krebsov cyklus, c. trikarboxylových kyselín)

• Najdôležitejšia dráha z hľadiska produkcie metabolickej energie

• Acetylové zvyšky sa oxidujú na CO2; uvoľnená energia sa konzervuje v redukovaných koenzýmoch NADH a FADH2; v procese ich reoxidácie v dýchacom reťazci dochádza k vzniku veľkého množstva ATP

• Lokalizácia:– Eukaryoty – v mitochondriách (matrix)– Prokaryoty – v cytoplazme

β-oxidáciamastných kyselín glykolýza

rozklad aminokyselín

Stupeň 2

mastné kyselinya glycerol

glukóza a iné monosacharidy

aminokyseliny

lipidy sacharidy bielkovinyStupeň 1

acetyl-CoA

pyruvát

NADH FADH2

NH4+

citrátový cyklus

Stupeň 3 CO2

dýchací reťazecATP H2O

O2Stupeň 4 ADP + Pi

Premena pyruvátu na acetyl-CoA (oxidačná dekarboxylácia)

vyžaduje 3 enzýmy a 5 koenzýmov

Pyruvátdehydrogenázový komplex:E1 + E2 + E3

pyruvát Acetyl-CoA

TPP, k. lipoová,FAD

tiazóliový kruh

aktívny aldehyd

tiamínpyrofosfát

hydroxyetyltiamínpyrofosfát

oxidovaná forma

redukovaná forma

acetylovanáforma

Lys zvyšok

enzýmu E2

kyselina lipoová

Polypeptidový reťazec enzýmu E2

Koenzým A

3´ fosfoadenozíndifosfát

tioetanolamín(cysteamín) kyselina pantoténová

väzba acylu

ribóza3´fosfát

adenín

Acetyl-CoA

adenín

NAD+

(oxidovaná forma)

V NADP+ je táto hydroxylová skupina esterifikovaná fosfátom.

NADH(redukovaná

forma)

izoaloxazínová skupina

FADH+ (FMNH+) FADH2 (FMNH2)

Flavínadeníndinukleotid (FAD)a flavínmononukleotid (FMN)

kyselinalipoová

proteín

SH

SC

O

CH3

SHSH

S S

2

hydroxyetylová skupina sa prenáša na kyselinu lipoovú a oxiduje sa za vzniku acetyldihydrolipoamidu

2

pyruvát

CO2

tiamín-pyrofosfát

hydroxyetyl-TPP

CH

CH3

TPP

OH

C

O

CH3 COO-

z pyruvátu sa odštepuje CO2a tvorí sa hydroxyetyl-TPP

E1 - pyruvátdehydrogenáza

1

1

E1

E2 - dihydrolipoyltransacetyláza

C

O

CH3 S-CoA

HS-CoAacetyl-CoA

3

acetylová skupina sa prenáša na CoA3

E2

E3 - dihydrolipoyldehydrogenáza

[FAD]

NAD+

NADH + H+

4

dihydrolipoamid sa reoxiduje4

E3

Z. H. Zhou and colleagues (2001);

COO-

CH2

C COO-HO

CH2

COO-

COO-

CH2

CH2

C

COO-

OCOO-

CH2

CH2

C

SCoA

O

COO-

CH2

CH2

COO-

COO-

CH

CH

COO-

COO-

CH

CH2

COO-

HO

COO-

CH2

COO-

OC

izocitrát

citrát

COO-

CH2

C COO-

HO C

COO-

H

H

acetyl-CoA HS-CoA

α-ketoglutarát

~

CH3C

O

SCoA

~sukcinyl-CoA

sukcinát

fumarát

malát

oxalacetát

NAD+

NAD+

FADFADH2

H2O

NAD+

citrátsyntáza

α-ketoglutarát-dehydrogenáza

izocitrát-dehydrogenáza

sukcinyl-CoA-syntetáza

malát-dehydrogenáza

sukcinát-dehydrogenáza

fumaráza

akonitáza

GTP

NADH + H+

H+ + NADH

NADH + H+

CO2

CO2HS-CoA

GDP+ Pi

HS-CoA

izocitrát

citrát

acetyl-CoA

HS-CoA

malát

oxalacetát

NAD+

NAD+

FAD

FADH2

H2O

NAD+

GTP

NADH + H+

H+ + NADH

NADH + H+CO2

CO2

C6

C6

C5

C4

C4

C4

C4

C4

C2

dehydratáciahydratácia

oxidačnádekarboxylácia

oxidačnádekarboxylácia

α-keto-glutarát

sukcinyl-CoA

sukcinát

fumarátsubstrátováfosforylácia

dehydrogenácia

dehydrogenácia

hydratácia

kondenzácia

acetyl-CoA oxalacetát

citrátsyntázacitrát

1. Kondenzácia

citrát cis-akonitát izocitrát

akonitáza akonitáza

2. Dehydratácia, hydratácia

izocitrátdehydrogenáza

izocitrát α-ketoglutarát

3. Oxidačná dekarboxylácia

4. Oxidačná dekarboxylácia

α-ketoglutarát

α-ketoglutarát-dehydrogenázový

komplex sukcinyl-CoA

-zloženie a reakcie analogické ako v pyruvátdehydrogenázovom komplexe

5. Substrátová fosforylácia

sukcinyl-CoA sukcinát

sukcinyl-CoAsyntetáza

Syntáza vs. syntetáza!

6. Dehydrogenácia (oxidácia)

sukcinátdehydrogenáza

sukcinát fumarát

-enzým asociovaný s vnútornou mitochondriálnou membránou (euk.) resp. plazmatickou membránou (prok.)

fumaráza

fumarát L- malát

7. Hydratácia

8. Dehydrogenácia (oxidácia)

L- malát oxalacetát

malátdehydrogenáza

izocitrát

citrát

acetyl-CoA

malát

oxalacetát

FADH2

GTP

NADH + H+

H+ + NADH

NADH + H+CO2

CO2

α-ketoglutarátsukcinát

fumarát

sukcinyl-CoA

Význam citrátového cyklu v anabolizme

• Medziprodukty citrátového cyklu sú dôležitými biosyntetickými prekurzormi

• Citrátový cyklus má teda amfibolický charakter (je súčasťou katabolických aj anabolických procesov)

• Medziprodukty odčerpané z cyklu na biosyntézy sú doplnené anaplerotickými(doplňovacími) reakciami

acetyl-CoA

α-ketoglutarát

sukcinyl-CoA

malát

oxalacetát

pyruvát

1

2

3

45

6

7

8

citrát

mastné kyselinysteroidy

glutamínprolín

arginín

glutamát

puríny

porfyrínyhem

fosfoenol-pyruvát

aspartátasparagín

pyrimidíny

glukóza

serínglycín

cysteínfenylalanín

tyrozíntryptofán

pyruvát

B

C

A

DAnaplerotické

reakcie

Anaplerotické reakcie

bežne sa nachádza v eukaryotoch ako aj v prokaryotoch

jablčný enzýmpyruvát + HCO3

- + NAD(P)H ↔ malát + NAD(P)+

vyššie rastliny,

kvasinky, baktériePEPkarboxyláza

fosfoenolpyruvát + HCO3- ↔ oxalacetát + Pi

srdce, kostrový sval

PEPkarboxykinázafosfoenolpyruvát + CO2 + GTP ↔ oxalacetát + GDP

pečeň, obličkypyruvátkarboxylázapyruvát + HCO3

- + ATP ↔ oxalacetát + ADP + Pi

tkanivo/organizmus

reakcia

Glyoxylátový cyklus• umožňuje rast na acetáte

(syntéza sacharidov a ďalších medziproduktov z acetátu -toto nie je možné v Krebsovomcykle!)

• prebieha v rastlinách, niektorých baktériách a riasach

• kroky, v ktorých sa uvoľňuje CO2 sa obídu a spotrebuje sa ďalší acetyl-CoA

• „skratové“ enzýmy:– izocitrátlyáza– malátsyntáza

• 3 enzýmy požičané z citrátového cyklu

acetyl-CoA

izocitrát-lyáza

citrát

α -ketoglutarát

sukcinyl-CoAsukcinát

fumarát

oxalacetát

malát

glyoxylát

izocitrát

sukcinát

acetyl-CoA

malát-syntáza

CO2

CO2

HC

O

COO-

citrát

izocitrát

glyoxylát

malát

acetyl-CoA

acetyl-CoA oxalacetát

sukcinát

glutamát

aspartát aspartát

oxalacetát

sukcinát

α -keto-glutarát

malát

fumarát

glutamát

glyoxyzóm

mitochondria

cytoplazma

mastnékyseliny α -keto-

glutarát

sacharidy fosfoenolpyruvát oxalacetát malát(glukoneogenéza)