Końcowy etap utleniania węglowodanów, aminokwasów i kwasów
tłuszczowych, ściśle powiązany z łańcuchem oddechowym. Zachodzi
wyłącznie w warunkach tlenowych.

CYKL KREBSA

CYKL KREBSA

LOKALIZACJA –

matrix mitochondrium

FUNKCJE

• rozkłada acetyloCoA

powstający podczas

katabolizmu

węglowodanów,

lipidów, białek

• dostarcza

równoważników

redukcyjnych –

NADH+H

+

i FADH

2

zamienianych na ATP

w ŁO oraz GTP (=ATP)

• dostarcza substratów

do procesów syntezy

różnych związków (np.

glukozy, hemu,

kwasów tłuszczowych)

AcetyloCoA

Fumaran

CO

2

CO

2

GTP

NAD

+

NAD

+

NAD

+

FAD

3 NADH + H

+

FADH

2

fosforylacja oksydacyjna

AA

AA

Glukoza

Cytrynian

Izocytrynian

α

ketoglutaran

BursztynyloCoA

Bursztynian

Jabłczan

Szczawiooctan

AA

ŁAŃCUCH ODDECHOWY

1.

Reduktaza NADH/CoQ
FMN, Fe-S

2.

koenzym Q

1.

Reduktaza cytochromowa
cytochrom b – hem b
cytochrom c

1

– hem c

1

Fe-S

4.

Cytochrom c (hem c)

1.

Oksydaza cytochromowa
hem a

1

z Fe

+3

, Cu

+2

,

hem a

3

z Fe

+3

, Cu

+2

,

6.

tlen

1.

Dehydrogenaza

bursztynianowa
FAD, Fe-S

1

1

7

7

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

ŁAŃCUCH ODDECHOWY

Jabłczan (dehydrogenaza jabłczanowa)

Jabłczan (dehydrogenaza jabłczanowa)

Izocytrynian (dehydrogenaza izocytrynianowa)

Izocytrynian (dehydrogenaza izocytrynianowa)

Glutaminian (dehydrogenaza glutaminianowa)

Glutaminian (dehydrogenaza glutaminianowa)

β

β

-hydroksyacyloCoA (dehydrogenaza

-hydroksyacyloCoA (dehydrogenaza

β

β

-hydroksyacyloCoA)

-hydroksyacyloCoA)

β

β

-hydroksymaślan (dehydrogenaza

-hydroksymaślan (dehydrogenaza

β

β

-hydroksymaślanowa)

-hydroksymaślanowa)

dihydroliponian (dehydrogenaza dihydroliponianowa)

dihydroliponian (dehydrogenaza dihydroliponianowa)

ŁAŃCUCH ODDECHOWY

Glicerolo-3-fosforan (dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanowa)

Glicerolo-3-fosforan (dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanowa)

AcyloCoA (dehydrogenaza acyloCoA)

AcyloCoA (dehydrogenaza acyloCoA)

SYNTAZA ATP

SYNTAZA ATP

ADP + P

ADP + P

i

i

ATP + H

ATP + H

2

2

O

O

Proces syntezy ATP zachodzący w wyniku

Proces syntezy ATP zachodzący w wyniku

przeniesienia elektronów z NADH i FADH

przeniesienia elektronów z NADH i FADH

2

2

na

na

O

O

2

2

przez szereg przenośników elektronów

przez szereg przenośników elektronów

(łańcuch oddechowy) nazywa się

(łańcuch oddechowy) nazywa się

FOSFORYLACJĄ OKSYDACYJNĄ.

FOSFORYLACJĄ OKSYDACYJNĄ.

Produktem końcowym ŁO jest H

Produktem końcowym ŁO jest H

2

2

O

O

2 H

2 H

2

2

+ O

+ O

2

2

H

H

2

2

O

O

martiks

martiks

Pirogronian

Pirogronian

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA

Fosforylacja substratowa

jest to synteza ATP z wykorzystaniem

energii zawartej w niektórych związkach wysokoenergetycznych.
• reszty fosforanowe 3 związków (fosfoenolopirogronian, 1,3-

bisfosfoglicerynian, fosfokreatyna) mają energię wiązania

wystarczającą by mogły zostać przeniesione na ADP.

X ~ P + ADP Y + ATP

• rozpad wiązania w związku wysokoenergetycznym

(bursztynyloCoA) wyzwala energię wystarczającą do syntezy ATP z

ADP i P

i

X ~ P + GTP + P

i

Y + GTP

GTP + ADP GDP + ATP

ŹRÓDŁA ACETYLOCoA

cukry proste

(glukoza)

acetyloCoA

aminokwasy

kwasy tłuszczowe

+ glicerol

białka

tłuszcze

węglowodany

pirogronian

O

//
CH

3

─ C ~ SCoA

lipoliza

deaminacja,
oksydacja

β

-oksydacja

glikoliza

glikogenoliza

proteoliza

oksydacyjna
dekarboksylacja

trawienie

trawienie

ciała ketonowe

aminokwasy

OKSYDACYJNA DEKARBOKSYLACJA

α

-KETOKWASÓW

COO

-

|
C = O

|
CH

3

COO

-

|
C = O

|
CH

2

|
CH

2

|
COO

-

COO

-

|
C = O

|
CH

2

|
CH

3

COO

-

|
CH

2

|

C = O

|
CH

3

PIROGRONIAN

α

-KETOGLUTARAN

α

-KETOMASLAN

ACETOOCTAN

α

- ketokwasy

β

- ketokwas

OKSYDACYJNA

DEKARBOKSYLACJA

PIROGRONIANU

 enzym

dekarboksylującylub

dehydrogenaza

pirogronianowa

witamina B

1

,

TPP

 acetylotransferaza

dihydroliponianowa

kwas liponowy,

lipoamid,

B

5

,

HSCoA

 dehydrogenaza

dihydroliponianowa

B

2

,

FAD,

PP,

NAD

+

pirogronian + NAD

+

+ HSCoA

acetyloCoA + NADH+H

+

+ CO

2

KOMPLEKS
DEHYDROGENAZY
PIROGRONIANOWEJ

FADH

2

+ NAD

+

→

FAD + NADH + H

+

WITAMINY i KOENZYMY BIORĄCE UDZIAŁ W

OKSYDACYJNEJ DEKARBOKSYLACJI

α

-

KETOKWASÓW

• TPP (pirofosforan

tiaminy

witamina B

1

, tiamina

• lipoamid

kwas liponowy, wit B

7

• koenzym A

B

5

, kwas pantotenowy

• FAD

B

2

, ryboflawina

• NAD

B

3

, PP, niacyna

TTP

Lipoamid

Kompleks wieloenzymatyczny

– dehydrogenaza

α

-ketokwasów (3 typy)

O
||
R ─ C ─ COO

-

FAD

NAD

+

NADH+H

+

zredukowany
lipoamid
SH
L
SH

utleniony lipoamid
S
L
S

FADH

2

hydroksyetyloTPP
OH
|
R ─ C ─ TPP

CO

2

HSCoA

O
||
R ─ C ~ CoA

acetylo-

lipoamid

TPP

1

2

3

dehydrogenaza

pirogronianowa

acetylotransferaza

dihydroliponianowa

dehydrogenaza

dihydro-

liponianowa

REGULACJA DEHYDROGENAZY PIROGRONIANOWEJ

• AcetyloCoA i NADH+H

+

są również allosterycznymi inhibitorami

nieufosforylowanej (aktywnej) formy dehydrogenazy
pirogronianowej.

kompleks

dehydrogenazy

pirogronianowej

AKTYWNA

─

P

─

AcetyloCoA

NADH

Pirogronian

kompleks

dehydrogenazy

pirogronianowej

NIEAKTYWNA

+

+

kinaza białkowa

HSCoA
pirogronian
NAD

+

ATP
acetyloCoA
NADH

ATP

ADP

Ca

2+

fosfataza białkowa

H

2

O

P

i

REAKCJE CYKLU KREBSA

COO

-

|
C = O
|
CH

2

|
COO

-

COO

-

|
CH

2

|

HO ─ C ─ COO

-

|
CH

2

|
COO

-

COO

-

|
CH

2

|

HO ─ C ─ COO

-

|
CH

2

|
C = O
|
SCoA

O
//
CH

3

─ C ~ SCoA

HSCoA

Enzym:

SYNTAZA CYTRYNIANOWA

SYNTAZA CYTRYNIANOWA

klasa IV (liazy)

klasa IV (liazy)

Typ reakcji:

KONDENSACJA

KONDENSACJA

reakcja nieodwracalna

reakcja nieodwracalna

enzym regulatorowy

enzym regulatorowy

+ H

2

O

1

REAKCJE CYKLU KREBSA

COO

-

|
CH

2

|

C ─ COO

-

||
CH
|
COO

-

Enzym:

AKONITAZA (HYDRATAZA

AKONITAZA (HYDRATAZA

cisAKONITANOWA)

cisAKONITANOWA)

klasa IV (liazy)

klasa IV (liazy)

Typ reakcji:

DEHYDRATACJA/HYDRATACJA

DEHYDRATACJA/HYDRATACJA

reakcja odwracalna

reakcja odwracalna

białko zawierajace Fe-S

białko zawierajace Fe-S

+ H

2

O

- H

2

O

COO

-

|
CH

2

|

HO ─ C ─ COO

-

|
CH

2

|
COO

-

COO

-

|
CH

2

|

HC ─ COO

-

|
HO ─ CH
|
COO

-

2

2

REAKCJE CYKLU KREBSA

Enzym:

DEHYDROGENAZA

DEHYDROGENAZA

IZOCYTRYNIANOWA

IZOCYTRYNIANOWA

klasa I (oksydoreduktazy)

klasa I (oksydoreduktazy)

Typ reakcji:

UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA

UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA

reakcja nieodwracalna

reakcja nieodwracalna

izoenzymy

izoenzymy

enzym regulatorowy

enzym regulatorowy

COO

-

|
CH

2

|

HC ─ COO

-

|
HO ─ CH
|
COO

-

COO

-

|
CH

2

|

HC ─

COO

-

|

O =

CH

|
COO

-

COO

-

|
CH

2

|

CH

2

|
O = CH
|
COO

-

CO

2

NAD

+

NADH+H

+

3

REAKCJE CYKLU KREBSA

Enzym:

KOMPLEKS DEHYDROGENAZY

KOMPLEKS DEHYDROGENAZY

α

α

-KETOGLUTARANOWEJ

-KETOGLUTARANOWEJ

klasa I (oksydoreduktazy)

klasa I (oksydoreduktazy)

Typ reakcji:

UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA

UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA

reakcja nieodwracalna

reakcja nieodwracalna

enzym regulatorowy

enzym regulatorowy

COO

-

|
CH

2

|

CH

2

|
C ~ SCoA
||
O

COO

-

|
CH

2

|

CH

2

|
O = CH
|
COO

-

CO

2

NAD

+

, HSCoA

NADH+H

+

4

REAKCJE CYKLU KREBSA

Enzym:

SYNTETAZA BURSZTYNYLOCoA

SYNTETAZA BURSZTYNYLOCoA

klasa VI (syntetazy)

klasa VI (syntetazy)

Typ reakcji:

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA

reakcja odwracalna

reakcja odwracalna

COO

-

|
CH

2

|

CH

2

|
C ~ SCoA
||
O

GDP + P

i

GTP

HSCoA

COO

-

|
CH

2

|

CH

2

|
COO

-

5

REAKCJE CYKLU KREBSA

Enzym:

DEHYDROGENAZA

DEHYDROGENAZA

BURSZTYNIANOWA

BURSZTYNIANOWA

klasa I (oksydoreduktazy)

klasa I (oksydoreduktazy)

Typ reakcji:

UTLENIANIE

UTLENIANIE

jest częścią błony mitochondrialnej

jest częścią błony mitochondrialnej

reakcja odwracalna

reakcja odwracalna

białko zawierające Fe-S

białko zawierające Fe-S

FAD

FADH

2

COO

-

|
CH

2

|

CH

2

|
COO

-

COO

-

|
CH

||

CH
|
COO

-

6

REAKCJE CYKLU KREBSA

Enzym:

HYDRATAZA FUMARANOWA

HYDRATAZA FUMARANOWA

(FUMARAZA)

(FUMARAZA)

klasa IV (liazy)

klasa IV (liazy)

Typ reakcji:

HYDRATACJA

HYDRATACJA

reakcja odwracalna

reakcja odwracalna

H

2

O

COO

-

|
HC ─ OH

|

CH

2

|
COO

-

COO

-

|
CH

||

CH
|
COO

-

7

REAKCJE CYKLU KREBSA

Enzym:

DEHYDROGENAZA

DEHYDROGENAZA

JABŁCZANOWA

JABŁCZANOWA

klasa I (oksydoreduktazy)

klasa I (oksydoreduktazy)

Typ reakcji:

UTLENIANIE

UTLENIANIE

reakcja odwracalna

reakcja odwracalna

NAD

+

NADH+H

+

COO

-

|
HC ─ OH

|

CH

2

|
COO

-

COO

-

|
C = O

|

CH

2

|
COO

-

8

BILANS ENERGETYCZNY CYKLU KREBSA

• 3 NADH + H

+

×

3 ATP = 9

ATP

• 1 FADH

2

×

2 ATP = 2

ATP

• 1 GTP (FS) = 1 ATP = 1

ATP

=

12 ATP

z jednej cząsteczki acetyloCoA

GTP + ADP

GTP + ADP

↔

↔

GDP + ATP

GDP + ATP

enzym: kinaza difosfonukleozydowa

enzym: kinaza difosfonukleozydowa

REGULACJA CYKLU KREBSA

1.

SYNTAZA CYTRYNIANOWA
- enzym allosteryczny

(+) Ca

2+

, ADP

(─) ATP, NADH, acyloCoA,
bursztynyloCoA

2.

DEHYDROGENAZA
IZOCYTRYNIANOWA

- enzym allosteryczny

(+) ADP, Ca

2+

(─) ATP, NADH

3.

DEHYDROGENAZA

α

KETOGLUTARANOWA

- aktywny nieufosforylowany

(+) Ca

2+

(─) ATP, GTP, NADH,
bursztynyloCoA

1

1

2

2

3

3

INHIBITORY:
fluorooctan

- hamuje akonitazę

malonian

- inhibitor kompetycyjny

dehydrogenazy bursztynianowej

arszenik

- hamuje enzymy współdziałające z

kwasem liponowym – kompleksy
katalizujące oksydacyjną
dekarboksylację pirogronianu i

α

-

ketoglutaranu

POWIĄZANIA CYKLU KREBSA Z INNYMI SZLAKAMI

METABOLICZNYMI

Niektóre szlaki metaboliczne kończą się na metabolicie cyklu Krebsa a
niektóre wywodzą się z tego cyklu. Szczególne znaczenie odgrywa w wątrobie
gdzie nazywany jest „cyklem otwartym”: w czasie sytości (

↑

węglowodanów)

przeważa udział cyklu w procesie lipogenezy, w tworzeniu aminokwasów, w
czasie głodu (

↓

węglowodanów) w procesie glukoneogenezy. Prawie

wszystkie metabolity cyklu Krebsa są potencjalnie glukogenne (najbardziej
szczawiooctan), ponadto niektóre aminokwasy są glukogenne dzięki
możliwości przekształcenia ich w metabolit cyklu Krebsa lub w pirogronian.

Cykl Krebsa powiązany jest z następującymi przemianami:

 glukoneogeneza (ze szczawiooctanu, pirogronianu, aminokwasów)
 synteza niektórych aminokwasów
 synteza hemu
 synteza ciał ketonowych
 synteza kwasów tłuszczowych
 synteza neurotransmiterów (mózg)
 cykl mocznikowy

POWIĄZANIA CYKLU KREBSA Z INNYMI SZLAKAMI

METABOLICZNYMI

Pirogronian

Pirogronian

AcetyloCoA

AcetyloCoA

Cytrynian

Cytrynian

α

α

-ketoglutaran

-ketoglutaran

bursztynyloCoA

bursztynyloCoA

fumaran

fumaran

szczawiooctan

szczawiooctan

Synteza kwasów

Synteza kwasów

tłuszczowych,

tłuszczowych,

Regulator

Regulator

metabolizmu

metabolizmu

węglowodanów

węglowodanów

Aminokwasy

Aminokwasy

Neurotransmitery

Neurotransmitery

Synteza hemu,

Synteza hemu,

porfiryny

porfiryny

Glukoza

Glukoza

Aminokwasy

Aminokwasy

Cykl mocznikowy

Cykl mocznikowy

POWIĄZANIA CYKLU KREBSA Z CYKLEM

MOCZNIKOWYM

Liaza arginino-
bursztynianowa

Szczawiooctan

Szczawiooctan

Jabłczan

Jabłczan

Fumaran

Fumaran

Asparaginian

Asparaginian

α

α

-ketokwas

-ketokwas

amino

amino

kwas

kwas

Karbamoilofosforan

Karbamoilofosforan

Ornityna

Ornityna

mocznik

mocznik

Cytrulina

Cytrulina

Arginino-

Arginino-

bursztynian

bursztynian

Arginina

Arginina

CK

CK

REAKCJE ANAPLEROTYCZNE CYKLU KREBSA

Reakcje w których powstają metabolity cyklu, nie będące

reakcjami cyklu. Usunięcie któregokolwiek metabolitu

powoduje spadek ilości szczawiooctanu potrzebnego do

kondensacji z acetyloCoA.

1.

1.

COO

COO

-

-

|

|

C = O

C = O

|

|

CH

CH

3

3

CO

CO

2

2

, ATP

, ATP

ADP, P

ADP, P

i

i

COO

COO

-

-

|

|

C = O

C = O

|

|

CH

CH

2

2

|

|

COO

COO

-

-

biotyna (wit.H), Mg

biotyna (wit.H), Mg

2+

2+

ENZYM

ENZYM

KARBOKSYLAZA

KARBOKSYLAZA

PIROGRONIANOWA

PIROGRONIANOWA

(+) acetyloCoA

(+) acetyloCoA

(

(

─) acyloCoA

─) acyloCoA

największa aktywność w wątrobie

największa aktywność w wątrobie

ze względu na glukoneogenezę

ze względu na glukoneogenezę

Brak lub niedostatek karboksylazy

Brak lub niedostatek karboksylazy

pirogronianowej

prowadzi

do

pirogronianowej

prowadzi

do

kwasicy mleczanowej, uszkodzeń

kwasicy mleczanowej, uszkodzeń

mózgu i śmierci podobnie jak brak

mózgu i śmierci podobnie jak brak

dehydrogenazy pirogronianowej.

dehydrogenazy pirogronianowej.

Dodatkowo brak syntezy glukozy z

Dodatkowo brak syntezy glukozy z

alaniny, seryny, mleczanu

alaniny, seryny, mleczanu

REAKCJE ANAPLEROTYCZNE CYKLU KREBSA

2

2

. Przekształcanie alaniny w metabolit cyklu Krebsa przy udziale

. Przekształcanie alaniny w metabolit cyklu Krebsa przy udziale

aminotransferazy.

aminotransferazy.

COO

COO

-

-

|

|

HC ─ NH

HC ─ NH

2

2

|

|

CH

CH

2

2

|

|

CH

CH

2

2

|

|

COO

COO

-

-

+

+

COO

COO

-

-

|

|

C = O

C = O

|

|

CH

CH

3

3

COO

COO

-

-

|

|

C = O

C = O

|

|

CH

CH

2

2

|

|

CH

CH

2

2

|

|

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

|

|

HC ─ NH

HC ─ NH

2

2

|

|

CH

CH

3

3

+

+

AMINOTRANSFERAZA

AMINOTRANSFERAZA

ALANINOWA

ALANINOWA

REAKCJE ANAPLEROTYCZNE CYKLU KREBSA cd.

3.

Karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa

PEP + GDP

Szczawioctan

+ CO

2

+ GTP

4.

mutaza metylomalonyloCoA

5.

liaza argininobursztynianowa

arginina

fumaran

+ mocznik

metylomalonyloCoA

metylomalonyloCoA bursztynyloCoA

bursztynyloCoA