CYKL KWASU CYTRYNOWEGO – CYKL KREBSA –

CYKL KWASÓW TRIKARBOKSYLOWYCH (TCA)

Funkcją cyklu Krebsa jest odbieranie wysokoenergetycznych e

-

z substratów energetycznych.

Zachodzi wewnątrz mitochondriów.
Sam cykl nie dostarcza dużo ATP, natomiast podczas niego przenośniki e

-

takie jak FAD (nukleotyd

flawinoadeninowy) i NAD

+

(dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy) są dalej wykorzystywane w fosforylacji

oksydacyjnej gdzie e

-

są uwalniane z FADH

2

i NADH generując cząsteczki ATP. Uwalnianych jest 8 e

-

.

1)

dekarboksylacja oksydacyjna – reakcja pomostowa (nie zalicza się do cyklu Krebsa – łączy cykl Krebsa z

glikolizą), jest nieodwracalna:

PIROGRONIAN + CoA + NAD

+




 

ACETYLO–CoA + CO

2

+ NADH

Reakcja ta zachodzi w 3 etapach:

+ Dekarboksylacja pirogronianu
+ Utlenienie (przeniesienie e

-

na NAD

+

) – niezwykłe gdyż wyjatkowo e

-

przenoszone są z FADH

2

na NAD

+

+ Przeniesienie gr. acetylowej na CoA

Nadmiar acetylo – CoA może być użyty do syntezy kw tłuszczowych lub ciał ketonowych.
Zachodzi w matriks mitochondrialnej, gdzie specjalne białko w błonie mitochondriom przenosi pirogronian.
Powstaje CO

2

a wysokoenergetyczne e

-

zmagazynowane zostają w NADH.

Dehydrogenaza pirogronianowa to olbrzymi enzym 4 – 10 mlnDa złożony z 3 enzymów:

+ Składnik o aktywności dehydrogenazy pirogronianowej

+ Acetylotransferaza dihydroliponianowa

+ Dehydrogenaza dihydroliponianowa

___________________________________________________________________________________________

2)

kondensacja: C2 + C4 = C6

ACETYLO – CoA + SZCZAWIOOCTAN + H

2

O



 

CYTRYNIAN + CoA

Syntaza cytrynianowa nie hydrolizuje wiązania acetylo–CoA , ponieważ

+ acetylo–CoA nie wchodzi w reakcje z syntezą, dopóki nie zostanie związany ze szczawiooctanem

+ reszty enzymu decydujące o reakcji działają dopiero gdy powstanie cytrynylo–CoA ,

3)

izomeryzacja

CYTRYNIAN



 

IZOCYTRYNIAN

Akonitaza jest enzymem żelazowo – siarkowym: 4 at Fe połączone są z 4 at S nieorg i 2 at S cysteiny.
Cytrynian jest dehydratowany, powstaje cis – akonitan, który jest ponownie hydratoway dając izocytrynian.

4)

utlenianie C6 → C5

IZOCYTRYNIAN + NAD

+




  

α–KETOGLUTARAN + NADH + CO

2

Powstaje pierwsza cz z wysokoenergetycznymi e

-

– NADH

Szybkość tworzenia się α–ketoglutaranu decyduje o szybkości całego cyklu.




5)

utlenianie C5 ՜ C4

α–KETOGLUTARAN + NAD

+

!"

 

#$"%   &

BURSZTYNYLO – CoA + NADH + CO

2

Reakcja jest analogiczna jak dekarboksylacja oksydacyjna – reakcja pomostowa.
Wiązanie tioestrowe w bursztynylo–CoA jest wysokoenergetyczne.




6)

przekształcenie, w wyniku którego powstaje ATP (u roślin) lub GTP (raczej u zwierząt)

BURSZTYNYLO – CoA + Pi + ADP/GDP



'% "$

BURSZTYNIAN + ATP/GTP + CoA

Wiązanie bursztynylo–CoA jest wysokoenergetyczne, rozerwanie tego wiązania – tioestrowego – jest sprzężone
z fosforylacją difosforanu nukleozydu purynowego – GDP/ADP.
Syntetaza bursztynylo–CoA jest heterodimerem α

2

β

2

– każda podjednostka składa się z 2 domen.

7)

utlenienie

BURSZTYNIAN + FAD




'%  

FUMARAN + FADH

2

FAD jest akceptorem H

+

, ponieważ zmiana energii swobodnej tej reakcji jest niewystarczająca do redukcji NAD

+

.

FAD łączy się z enzymem dając kompleks E–FAD.
Dehydrogenaza bursztynianowa (podobnie jak akonitaza) jest białkiem żelazowo – siarkowym, o 3 różnych
ugrupowaniach tych pierwiastków:

2Fe – 2S

3Fe – 2S

4Fe – 4S

Dehydrogenaza bursztynianowa różni się od innych enzymów cyklu Krebsa tym, że jest integralną częścią
wewnętrznej błony mitochondrialnej – enzym ten stanowi pomost między cyklem Krebsa a łańcuchem
oddechowym – syntezą ATP.
Kompleks E–FADH

2

nie dysocjuje, wysokoenergetyczne e

-

przenoszone są z FADH na ugrupowania żelazowo –

siarkowe, które przekazują je do koenzymu Q – CoQ – ubichinon.




8)

uwodnienie fumaranu do jabłczanu

FUMARAN + H

2

O

(%! 

JABŁCZAN

Powstaje wyłącznie L – jabłczan, ponieważ fumaraza jest enzymem stereospecyficznie przyłączającym H

+

i OH

-

w

układnie trans – gr. OH

-

przyłączana jest tylko z jednej strony wiązania podwójnego fumaranu.

9)

utlenienie

JABŁCZAN + NAD

+




& 'Ł 

SZCZAWIOOCTAN + NADH

Energia swobodna tej reakcji jest wyjątkowo, znacząco dodatnia, jej zajście jest możliwe dzięki wykorzystaniu
produktów reakcji:

Szczawianu przez syntezę cytrynianową (reakcja 2)

NADH przez łańcuch transportu e

-

w łańcuchu oddechowym

Acetylo – CoA + 3NAD

+

+ FAD + GDP/ADP + Pi + 2H

2

O

2CO

2

+ 3NADH + FADH

2

+ GTP/ATP + 2H

+

+ CoA

Powstaje

8 e

-

6 w 3NADH i 2 w 1FADH

2

8 H

+

Tunelowanie substratowe:

Proces za pomocą, którego substraty cyklu Krebsa wędrują od jednego MA do drugiego w innym

enzymie za pomocą kontaktujących się kanałów pomiędzy poszczególnymi enzymami, które są ciasno

upakowane. Taki olbrzymi kompleks nazwano metabolonem (nazwa proponowana).

Dzięki jednej jednostce octanowej w wyniku cyklu Krebsa powstaje 1 cz ATP/GTP oraz 3NADH i 1FADH

2

,

które dalej zostają użyte w łańcuchu oddechowym dając 9 cząsteczek ATP. Wobec tego, w sumie powstaje 10
cząsteczek ATP. Ponadto powstaje 8 protonów, które zostaną wykorzystane również w fosforylacji oksydacyjnej
– syntezie ATP.

Cykl kwasu cytrynowego może zachodzić jedynie w warunkach tlenowych, ponieważ regeneracja NAD

+

i

FAD przebiega wyłącznie poprzez transport e

-

w łańcuchu oddechowym na O

2

.

Cykl kwasu cytrynowego nie tylko dostarcza paliwa komórkowego, ale również jest ważnym źródłem

elementów budulcowych dla wielu biocząsteczek.

Regulacja cyklu kwasu cytrynowego:

+ Fosforylacja dehydrogenazy pirogronianowej hamuje jej aktywność:

+ Enzym ten jest nieaktywny, gdy stężenie produktów oraz ładunek energetyczny są duże.

+ Ponowna aktywacja następuje przy dużym stężeniu ADP i pirogronianu.

+ Dodatkowo wzrost stężenia Ca

2+

wzmaga aktywność dehydrogenazy pirogronianowej.

+ Regulacja hormonalna, np. adrenalina zwiększa stężenie Ca

2+

.

+ Dehydrogenaza izocytrynianowa jest hamowana poprzez ATP oraz NADH.

+ Dehydrogenaza α – ketoglutaranowa (jest podobna do dehydrogenazy pirogronianowej), ponadto

hamowana przez: ATP, NADH oraz bursztynylo – CoA.