background image

2008 by nixon 

 

 

1.  Reakcje cyklu Krebsa i ich koenzymy 

 

 

Cykl Krebsa (cykl kw. Cytrynowego) jest koocowym szlakiem utlenienia substratów energetycznych 
(aminokwasów, kw. Tłuszczowych i węglowodanów). Większośd tego paliwa wchodzi do cyklu w postaci acetylo-
CoA, który następnie jest poddawany szeregowi reakcji utlenienia i redukcji, w wyniku których grupa acetylowa 
zostaje utleniona do 2 cząsteczek CO

2

 

Ogólny schemat: 

1)  Acetylo-CoA (2C) po wejściu do cyklu kondensuje ze związkiem czterowęglowym (szczawiooctan) 

tworząc kwas sześciowęglowy trikarboksylowy (cytrynian) 

2)  Izomer cytrynianu jest następnie oksydacyjnie dekarboksylowany do związku pięciowęglowego (alfa-

ketoglutaran) 

3)  Związek 5C znowu ulega dekarboksylacji oksydacyjnej do 4C (bursztynian) 
4)  Bursztynian zostaje przekształcony spowrotem do szczawiooctanu 

 

C2 

(acetyloCoA)

 

 

 

 

 

 

C6 

 

 

 

 

(cytrynian) 

 

 

 

  C4 

 

 

 

(szczawiooctan

)   

 

 

 

NADH 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CO2 

NADH   

 

 

 

 

FADH2   

 

 

   

 

 

    C5 

GTP 

 

 

 

 

 

 

(ketoglutaran) 

 

 

 

 

 

 

 

 

        NADH 

 

 

 

 

 

  

        CO2 

C4   

 

 

 

 

       (bursztynian) 

 
Ogólny bilans: 

- Dwa atomy węgla które wchodzą wychodzą w postaci 2CO

2

 

- Trzy jony hydroniowe (razem 6 elektronów) zostaje przerzuconych na 3 cz. NADH 
- Dwa atomy wodoru (czyli razem 2 elektrony) -----> FADH2 

 
Ogólna funkcja: 

- odbieranie wysokoenergetycznych elektronów z substratów energetycznych i przekazanie ich w postaci 
NADH, FADH2 do fosforylacji oksydacyjnej (sam cykl nie dostarcza ATP, dopiero fosforylacja 
oksydacyjna) 

     CYKL KREBSA   

                 FOSFORYLACJA OKSYDACYJNA 

acetyloCoA 
 
 
                                        2CO

2

 

 
 
          GTP + 8 elektronów 

               8 e 
 
    2O

2

            Łaocuch  

                         transportu 
4H

2

O                Elektronów 

 
Gradient protonowy (ok 36H

+

              36 H+ 
 
                        Syntaza ATP 
  9ADP 
   +Pi 
 
               9ATP 

 

background image

2008 by nixon 

 

 

Przekształcenie pirogronianu do acetyloCo-A przez kompleks 

DEHYDROGENAZY PIROGRONIANOWEJ obecnej w mitochondriach

 

 

 
                       kinaza pirogronianowa                                                  Glikoliza... 

 

Pirogronian <------------------------------  fosfoenolopirogronian <------------------ Glukoza 

 

 

 

 

 

 

 

               Kompleks  
             dehydrogenazy 

cetylo-CoA 

 

 

SKŁAD KOMPLEKSU DEHYDROGENAZY 

1)  Składnik E1 – o aktywności dehydrogenazy + grupa prostetyczna TPP 
2)  Składnik E2 – o aktywności acetylotransferazy dihydroliponianowej (+lipoamid) 
3)  Składnik E3 – o aktywności dehydrogenazy dihydroliponianowej (+FAD) 

 
ETAPY 

1)  Pirogronian łączy się z TPP i ulega dekarboksylacji (E1) 
2)  Grupa hydroksyetylowa połączona do TPP jest utleniana do grupy acylowej i jednocześnie przenoszona 

na lipoamid(kwas liponowy połączony z lizyną jakiegoś białka), który redukuje do formy 
dihydrosulfidowej i tworzy się acetylo-lipoamid– reakcja również katalizowana przez E1 

3)  Przeniesienie grupy acetylowej z acetylolipoamidu na CoA (E2)  
4)  Utlenienie formu dihydrosulfidowej lipoamidu przez E3 (z udziałem FAD a następnie FADH2 oddaje 

elektrony na NAD+ ) 

CYKL KREBSA 

1)  Kondensacja aldolowa szczawiooctanu i acetylo-CoA a następnie hydroliza powstałego cytrynyloCoA 

 
 – reakcje katalizowane przez SYNTAZĘ CYTRYNIANOWĄ 
 
 

                                                                                  H

2

O            CoA              

                                                                                    

szczawiooctan + acetyloCoA 

 

cytrnynyloCoA   

 

Cytrnynian 

 

*dlaczego nie dochodzi do hydrolizy acetylo-CoA? Ze względu na wyłaściwości syntazy, który jest dimerem : 
  acetyloCoA nie połączy się z enzymem dopóki szczawiooctan nie zostanie związany z syntazą 

 

2)  Izomeracja cytrynianu do izocytrynianu (cytrynian nie może ulec dekarboksylacji przez położenie grupy 

OH przy trzecim węglu – w czasie izomeracji cytrynian ulega dehydratacji a następnie ponownej 
hydratacji, w rezultacie czego dochodzi do zmiany położenia grupy OH)  
 
– enzym AKONITAZA 
 

Cytrynian  

 

 

   cis-akonitan    

 

 

izocytrynian 

 
 

 

H

2

 

 

 

 

  H

2

 
 

background image

2008 by nixon 

 

 

3)  Utlenienie i dekarboksylacja izocytrynianu do α- ketoglutaranu 

- enzym DEHYDROGENAZA IZOCYTRYNIANOWA 

 
 

Izocytrynian 

 

 

 

szczawiobursztynian 

 

 

α ketoglutaran 

 

 
NAD+    

NADH+H 

 

 

 

H+ 

 

CO2 

 

4)  Dekarboksylacja oksydacyjna α ketoglutaranu do bursztynylo-CoA 

Enzym: DEHYDROGENAZA α  KETOGLUTAROWA- kompleks podobny do deh. pirogronianowej 

- E1- dehydrogenaza α ketoglutarowa 
- E2 – bursztynylotransferaza 
- E3 – dehydrogenaza dihydroliponianowa 

 

 

α

 Ketoglutaran + NAD + CoA ----------------- > bursztynyloCoA +Co2 + NADH 

 

5)  Rozerwanie wiązania tioestrowego w bursztynylo-CoA sprzężone z fosforylacją GDP 

-enzym SYNTETAZA BURSZTYNYLO-CoA 
 

bursztynyloCoA + Pi + GDP --------------> Bursztynian + CoA + GTP  

 

 

6)  Regeneracja szczawiooctanu przez utlenianie bursztynianu 

- grupa metylenowa (CH2) zostaje przekształcona w karbonylową (C=O) w trzech reakcjach: 

a.  Utlenienie (DEHYDROGENAZA BURSZTYNIANOWA) 
b.  Uwodnienie (FUMARAZA) 
c.  Utlenienie (DEHYDROGENAZA JABŁCZANOWA) 

 
 

Bursztynian    

 

Fumaran 

 

    

Jabłczan   

 

Szczawiooctan 

 

FAD  

 

FADH2  

   H2O   

 

    NAD  

NADH+H 

 

 

 

 

background image

2008 by nixon 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Koenzymy w cyklu Krebsa 

1)  Ryboflawina w formie FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy) 

– kofaktor: 

a.  dehydrogenazy bursztynianowej 

 

2)  Niacyna w formie NAD (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy) 

– kofaktor: 

a.   dehydrogenazy izocytrynianowej,  
b.   kompleksu dehydrogenazy ketoglutaranowej  
c.   

denydrogenazy jabłczanowej 

 

3)  Tiamina (B1) jako difosfotiamina jako koenzym w procesie dekarboksylacji 

(dehydrogenaza ketoglutaranowa) 
 

4)  Kwas pantotenowy 

– jako część koenzymu A 

2.Wewnątrzkomórkowa lokalizacja enzymów cyklu Krebsa 

 

Wszystkie enzymy cyklu Krebsa zlokalizowane są w macierzy mitochondrialnej. 
Jedynym enzymem zlokalizowanym poza matrix jest ektoenzymem (związany z wewnętrzną błoną 
mitochondrialna)-dehydrogenaza bursztynianowa. 
 
Częśd enzymów cyklu Krebsa posiada swoje izoenzymy: 

1)  Dehydrogenaza izocytrynianowa  

Swoista względem NAD

, która znajduje się w mitochondriom, obecna w cyklu Krebsa 

Dwie swoiste względem NADP

, jedna w mitochondrium, druga w cytozolu 

2)  Syntetaza sukcynylo-CoA  

Izoenzym z cyklu Krebsa 
Izoenzym występujący w matrix, swoisty dla nukleotydow guaninowych, nie uczestniczy w cyklu Krebsa 
W tkankach pozawątrobowych: transferaza CoA sukcynylo-CoA:acetooctan przemiana sukcynylo-CoA 
w bursztynian sprzężona z przekształceniem acetooctanu w acetoacetylo-CoA  

 

background image

2008 by nixon 

 

 

3.Energetyka cyklu Krebsa

 

Enzym 

Sposób wytworzenia energii 

zysk ATP 

Dehydrogenaza 
izocytrynianowa 
 

Utlenienie NADH w łaocuchu oddechowym 

Kompleks dehydrogenazy 
ketoglutaranowej 
 

Utlenienie NADH w łaocuchu oddechowym 

Syntetaza bursztynylo-CoA 
 

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA (GDP->GTP) 

Dehydrogenaza 
bursztynianowa
 
 

Utlenianie FADH2 w łaocuchu oddechowym 

Dehydrogenaza jabłczanowa 
 

Utlenienie NADH w łaocuchu oddechowym 

 

zysk 

12 

4.Reakcje anaplerotyczne (dopełniające) cyklu Krebsa

 

Reakcje anaplerotyczne to reakcje prowadzące do uzupełnienia intermediatów cyklu tak, by  cykl Krebsa nie 
został zatrzymany. Cykl kwasu cytrynowego dostarcza wiele intermediatów, które są wykorzystywane do wielu 
szlaków biosyntez, np.: sukcynylo-CoAporfiryny 
 
Ssaki nie posiadają enzymu, który mógłby przekształcid acetylo-CoA w dowolny intermedia cyklu Krebsa.  
Reakcje anaplerotyczne dzielą się na: 

1)  Związane z asymilacja CO

2

 w tkankach zwierzęcych: 

                                                                        

  Ka rboks ylaza  pi rogronianowa 

                                                                                              

biotyna 

a) Pirogronian + CO

+ ATP + H

2

                              szczawiooctan + ADP + Pi + H

 

 

 

 

 

    

   

  

Ka rboks ylaza  pi rogronianowa 

 

 

 

 

 

       

  redukująca 

b) Pirogronian + CO

+NADPH + H

 

 

jabłczan + NADP

+

 + H

+

 

 

c) Propionian + CO

+CoA + ATP + H

2

O   

 

propionylo-CoA + ADP + Pi + H

+

 

                  
                                                          

 

   

i zomera za  

                                                                      

 

sprzężona  z B12 

 

 

 

Metylomalonylo-CoA                                 bursztynylo-CoA 

  
 

 

 

      

                       

ka rboks ykina za  

 

 

 

 

 

 

    PEP 

        d) Fosfoenolopirogronian + CO

+ IDP                            ITP + szczawiooctan 

 

2)  Reakcje związane z katabolizmem aminokwasów kooczące się określonym intermediatem dla CK 

 

α-ketoglutaran   

 

glutaminian, histydyna, prolina, glutamina, arginina 

sukcynylo-CoA    

 

izoleucyna, walina, metionina, 

fumaran  

 

 

tyrozyna, fenyloalanina 

szczawiooctan    

 

kwas asparaginowy 

 

background image

2008 by nixon 

 

 

5.Amfiboliczny charakter cyklu Krebsa - znaczenie w katabolizmie i 

anabolizmie

 

1) 

WĘGLOWODANY  

wszystkie ważniejsze metabolity cyklu są potencjalnie glukogenne (glukoneogeneza w 
wątrobie i nerce) 

 

 

              

  GTP   

GDP+CO

2

 

 

              

Szczawiooctan  

 

 

 

 

 fosfoenolopirogronian ---> glukoza 

Karboksykinaza PEP 

ADP+Pi 

 

                                   Karboksylaza pirogronianowa 
ATP,HCO3- 
 

  Pirogronian  
 

 
NADH 
 
NAD+      

        Dehydrogenaza mleczanowa 

 
   mleczan 

2) AMINOKWASY: 
       

W reakcjach katalizowanych przez aminotransferazy powstają: 

Alanina <------------> pirogronian 

Asparaginian <----------> szczawiooctan 

Glutaminian <------------> ketoglutaran 

Reakcje są odwracalne, dlatego cykl może służyć do syntezy szkieletów węglowych 
aminokwasów endogennych 

3) 

TŁUSZCZE: 

AcetyloCoA utworzony z pirogronianu stanowi podstawowy element do syntezy kwasów 
tłuszczowych. 

AcetyloCoA nie może przechodzić przez błonę mitochondrialną do cytozolu gdzie odbywa się 
synteza kw. Tłuszczowych, więc musi zostać przekształcony do cytrynianu, który może 
dyfundować do cytoplazmy a następnie zostaje przekształcony w acetylo CoA 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

LIAZA ATP:cytrynianowa 

 

 

 

 

 

Cytrynian + ATP + CoA  

 

 

 

 

 

 

 

 

Cytrynian 

AcetyloCoA + szczawiooctan + ADP + Pi 

acetyloCoA 

background image

2008 by nixon 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 

 

6. Regulacja cyklu Krebsa 

 

 
 
Głównymi punktami kontroli są enzymy allosteryczne, dehydrogenaza izocytrynianowa i dehydrogenaza 
ketoglutarowa oraz dehydrogenaza pirogronianwa (żeby cykl mógł zajśd musi byd CoA) 
 
0) 

dehydrogenaza Pirogronianowa

 (aktywna w formie NIEufosforylowanej) 

 
Inhibitory: 

- Kinaza aktywowana: 
                     ATP, 
                     AcetyloCoA, 
                     NADH 

 

- bezpośrednio reakcję hamują:  
                     NADH i acetyloCoA 
-aktywatory fosfatazy: jony Ca

2+

 

 
aktywatory 

- inhibitory kinazy:  

                                  pirogronian,  
                                  CoA,  
                                 NAD+ 
                                 ADP 

 
                                                                             pirogronian 
                                                               CoA                        NAD+ 
 
 
dehydrogenaza            - 
nieaktywna                                 forma aktywna 
                                  kinaza 
                           + 
 
 
                                           NADH+H 
                                                                Co2 
                                                                              AcetyloCoA 

 

background image

2008 by nixon 

 

 

 
1) 

Dehydrogenaza izocytrynianowa

 

 
Aktywatory: 

stymulacja allosteryczna przez ADP (zwiększa powinowactwo do substratu) 

Inhibitory: 

NADH,  
ATP 

 
2) 

dehydrogenaza ketoglutarowa 

Inhibitory:  

NADH,  
ATP,  
bursztynylo-CoA 

 

INHIBITORY: 
 
Cytryniancis-akonitan (fluorooctan w postaci fluoroacetylo-CoA kondensuje ze szczawiooctanem tworząc 
fluorocytrynian hamujący akonitazę)  

α-ketoglutaransukcynylo-CoA (arsenin) 

bursztynianfumaran (malonian)  

szczawiooctan hamuje kompetycyjnie dehydrogenazę bursztynianową 

hipoksja, anoksja 

Cykl przebiega szybciej gdy poziom energii w komórce jest niski (duze stężenie ADP, małe ATP i NADH), a 
zwalnia, gdy dochodzi do akumulacji ATP (też NADH, bursztynylo-CoA, cytrynianu)