2008 by nixon

1

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

2008 by nixon

2

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

O

H

2

O

2008 by nixon

3

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

2008 by nixon

4

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

2008 by nixon

5

3.Energetyka cyklu Krebsa

Enzym

Sposób wytworzenia energii

zysk ATP

Dehydrogenaza
izocytrynianowa

Utlenienie NADH w łaocuchu oddechowym

3

Kompleks dehydrogenazy
ketoglutaranowej

Utlenienie NADH w łaocuchu oddechowym

3

Syntetaza bursztynylo-CoA

FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA (GDP->GTP)

1

Dehydrogenaza
bursztynianowa

Utlenianie FADH2 w łaocuchu oddechowym

2

Dehydrogenaza jabłczanowa

Utlenienie NADH w łaocuchu oddechowym

3

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

2

+ ATP + H

2

O

szczawiooctan + ADP + Pi + H

+

Ka rboks ylaza pi rogronianowa

redukująca

b) Pirogronian + CO

2

+NADPH + H

+

jabłczan + NADP

+

+ H

+

c) Propionian + CO

2

+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

2

+ 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

2008 by nixon

6

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

2008 by nixon

7

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

2008 by nixon

8

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)