ATP

• ADP

+

P

+

Energia

--->

ATP

• ATP

-->

ADP

+

P

+

Energia

Rozerwaniu wiązania
ostatniego fosforanu
z ATP towarzyszy
wydzielenie energii
7300 cal/mol czyli
30500 J/mol lub
30,5kJ/mol.
Masa cząsteczkowa
ATP wynosi 507.2
czyli około 60 kJ/ kg.
+

Wysokoenergetyczne wiązania

Bezwodnikowe wiązania

(tworzone między cząsteczkami

kwasu fosforowego lub między cząsteczką kwasu fosforowego

i grupą karbonylową przez odłączenie cząsteczki wody) mają

duży ujemny potencjał termodynamiczny (dG hydrolizy)

N

N

N

N

NH

2

O

OH

OH

H

H

H

CH

2

H

O

P

O

P

O

P

-O

O

O-

O-

O

O

O-

adenine

ribose

ATP

adenosine triphosphate

phosphoanhydride

bonds (

~

)

adenozynotrójfosforan

Wiązania bezwodnikowe
wysokoenergetyczne (

-

)

AMP, ADP, ATP

• AMP ADP ATP

• Cząsteczka ATP jest nukleotydem składającym się z

zasady azotowej - adeniny połączonej wiązaniem N-
glikozydowym z cząsteczką cukru - rybozy i trzech reszt
fosforanowych połączonych ze sobą dwoma wiązaniami
bezwodnikowymi. Reszty fosforanowe są oznaczane w
ogólnie przyjętej notacji greckimi literami α, β i γ.

Zużycie ATP

• Najbardziej wszechstronnym nośnikiem energii

w komórce jest ATP.

• Jest to donor energii a nie forma

magazynowania

• W ciągu doby człowiek zużywa około 40 kg
• W czasie wysiłku może zużywać 0,5 kg na

minutę

• ATP jest cały czas zużywane i tworzone

Stężenia związków zawierających

fosforan w mięśniach w stanie

spoczynku

ATP 4 mM
ADP 0,013 mM

Fosforan kreatyny 25 mM
Kreatyna 13 mM

Metabolizm to całokształt reakcji biochemicznych

zachodzących w komórkach organizmu. Związany jest z
przepływem materii i energii.

Anabolizm to reakcje syntez związków złożonych z

prostszych, wymagające dostarczenia energii. Energia ta
podnosi poziom energetyczny związków w czasie procesu
chemicznego. Powstający produkt rekcji zawiera większą
ilość energii, niż poszczególne substraty. Dostarczona
energia zostaje zmagazynowana w postaci wiązań
chemicznych.

Katabolizm to reakcje chemiczne podczas których

następuje obniżanie poziomu energetycznego substratów
w wyniku ich rozkładu na związki proste, oraz wydzielana
jest energia wiązań wysokoenergetycznych substratów.

GTP, GDP ATP

• energia z GTP jest łatwo zamieniana na

energię ATP po przez przeniesienie grupy
fosforanowej z GTP na ADP.

• NADH i FADH

2

biorą udział w

mitochondrialnym łańcuchu oddechowym -
przemianie, która zamienia energię tych
zredukowanych związków na energię wiązań
ATP. Niezbędnym uczestnikiem łańcucha
oddechowego jest tlen.

utlenianie NADH

Przemiany energetyczne

organizmu

węglowodany

białka

tłuszcze

Cukry proste

kwasy tłuszczowe

aminokwasy

Acetylo-
koenzym

Cykl Krebsa

Energia w postaci powstającego ATP, NADH oraz FADH2

acetyloCoA

Powstawanie acetylo-CoA

• Cykl Krebsa

, czyli

cykl kwasu cytrynowego

to cykl przemian metabolicznych, który

przebiega w komórkach wszystkich organizmów

oddychających tlenem. Został odkryty w 1937

roku przez Hansa Krebsa.

• Cykl Krebsa u eukariotów zlokalizowany jest

wewnątrz mitochondriów - ważnych organelli

komórkowych (u prokariotów przebiega w

cytoplazmie).

Lokalizacja

• Cykl Krebsa jest końcowym, wspólnym szlakiem

utleniania cząsteczek będących źródłem energii
dla organizmu, takich jak białka (aminokwasy),
kwasy tłuszczowe, węglowodany.

• Jest ciągiem reakcji zachodzących w

mitochondriach,w wyniku których reszty
acylowe ulegają katabolizmowi z uwolnieniem
równoważników wodorowych.

Funkcje cyklu Krebsa

• Dostarcza równoważników redukujących

zamienianych na energię magazynowaną

w ATP w łańcuchu oddechowym

• Dostarcza energii w postaci GTP

• Dostarcza ważnych prekursorów do

syntezy innych cząsteczek

• Zadaniem cyklu Krebsa jest utlenić związek o

nazwie: acetylokoenzym A (acetylo-CoA) do
2 cząsteczek dwutlenku węgla (CO

2

), pozyskaną

w tym procesie energię ulokować w chemicznych
nośnikach energii: GTP, NADH i FADH

2

.

Sumaryczny wzór cyklu Krebsa to:

acetylo

-CoA + GDP + P

i

+ 3NAD

+

+ FAD +

2H

2

0 →

CoA + GTP + 3NADH + 3H

+

+ FADH

2

+ 2

CO

2

Cykl kwasu cytrynowego (Krebsa)

bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

4-węglowy i 2-karboksylowy (4C, 2COOH) szczawiooctan łączy się z

grupą acetylową pochodzącą z acetylo-CoA i tworzy 6-węglowy i 3-

karboksylowy cytrynian –(

enzym-syntaza cytrynianowa

)

bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

• Następuje izomeryzacja cytrynianu do izocytrynianu czemu

towarzyszy odłączenie i przyłączenie cząsteczki wody –
(

enzym-hydrataza akonitanowa

)

bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

6-węglowy i 3-karboksylowy izocytrynian (6C, 3COOH) ulega

utlenieniu (odłączane są dwa atomy wodoru) i przechodzi w

szczawiobursztynian jednocześnie następuje redukcja NAD+ do NADH

–(

enzym-dehydrogenaza izocytrynianowa

)

bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

Następuje odłączenie cząsteczki CO

2

, ze szczawiobursztynianu (6C, 3COOH)

powstaje α-ketoglutaran(5C,2COOH) –(

enzym-dehydrogenaza izocytrynianowa

)

Bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

5-węglowy i 2-karboksylowy α-ketoglutaran (5C, 2COOH)

analogicznie do poprzedniego etapu ulega utlenieniu i

dekarboksylacji tworząc

4-węglowy i 1-karboksylowy związek, który łącząc się z koenzymem

A daje bursztynylo-CoA (4C, 1COOH) –(

enzym-dehydrogenaza -

ketoglutaranowa

)

bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

bursztynylo-CoA (4C, 1COOH) odłączając koenzym A tworzy
bursztynian (4C, 2COOH) uwalniając jednocześnie dużą porcję
energii, która za pośrednictwem nukleotydu GTP przekazywana jest
na ADP fosforylując go do ATP – (fosforylacja substratowa} –
(

enzym-syntetaza bursztynylo-CoA

)

Bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

4-węglowy i 2-karboksylowy bursztynian (4C, 2COOH) ulega

dehydrogenacji i utlenieniu do 4-węglowego i 2-karboksylowego

fumaranu (4C, 2COOH) towarzyszy temu redukcja FAD do FADH

2

–

(

enzym-dehydrogenaza bursztynianowa

)

Bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

fumaran (4C, 2COOH) ulega hydratacji do jabłczanu (4C, 2COOH);

jabłczan jest bardzo podobny pod względem budowy chemicznej do

bursztynianu – zamiast jednego wodoru przy C2 (bursztynian)
występuje grupa hydroksylowa (jabłczan) –(

enzym-fumaraza

)

bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

4-węglowy i 2-karboksylowy jabłczan (4C, 2COOH) ulega

dehydrogenacji do 4-węglowego i 2-karboksylowego szczawiooctanu

(4C, 2COOH), który w kolejnym etapie łącząc się z grupą acetylową

acetylo-CoA rozpoczyna kolejny cykl od nowa–(

enzym-

dehydrogenaza jabłczanowa

)

bursztynian bursztynyloCoA -ketoglutaran

szczawiobursztynian

Jabłczan szczawiooctan
cytrynian

iz

o

cy

tr

y

n

ia

n

Fu

m

a

ra

n

• Jedna cząsteczka NADH pozwala

wyprodukować 2,5 cząsteczki ATP

• jedna cząsteczka FADH

2

– 1,5 cząsteczki

ATP.

Bilans cyklu Krebsa

• W każdym cyklu powstają 3 cząsteczki NADH,

1cz. FADH

2

, 2 cz. CO

2

i jedna cząsteczka

ATP (pośrednio przez GTP).

• W glikolizie – procesie metabolizmu glukozy,

podstawowego surowca energetycznego
organizmu, z jednej cząsteczki glukozy powstają
dwa acetylo-CoA, czyli całkowite spalenie 1cz.
glukozy wymaga obiegu dwóch cykli Krebsa,
czyli bilans należy liczyć podwójnie

Bilans energetyczny

cyklu Krebsa II

Sposób wytwarzania
energii

Liczba utworzonych
cząsteczek ATP

Utlenianie 3 cząsteczek
NADH w łańcuchu
oddechowym

7,5 (3 x 2,5)

Utlenianie FADH2 w
łańcuchu oddechowym

1,5

1 Fosforylacja
substratowa

 

1

razem

10

Regulacja cyklu kwasu cytrynowego

Na szybkość cyklu ma wpływ:
dostępność substratów,
hamujące działanie nagromadzonych produktów i oparte na

mechanizmach sprzężenia zwrotnego allosteryczne hamowanie przez

następne intermediaty cyklu

. Najbardziej prawdopodobnymi miejscami regulacji są reakcje

nieodwracalne katalizowane przez następujące enzymy:

- syntazę cytrynianową (

hamowana przez cytrynian, a także przez ATP

)

- dehydrogenazę izocytrynianową (

hamowana przez NADH i ATP

, a

aktywowana przez ADP

)

- dehydrogenazę α-ketoglutaranową (

hamowana przez NADH i

bursztynylo-CoA

)

- dehydrogenazę pirogronianową (

hamowana przez NADH i acetylo-CoA

).

Wniosek 1

Cykl Krebsa przebiega szybciej, gdy poziom energii w

komórce jest niski

(duże stężenie ADP, a małe stężenie ATP i NADH),

zwalnia swój przebieg, gdy dochodzi do akumulacji ATP

(jak i również NADH, byrsztynylo-CoA oraz cytrynianu).

Wniosek 2

Cykl Krebsa zachodzi wyłącznie w

warunkach tlenowych. Tlen choć nie
bierze bezpośredniego udziału w cyklu
Krebsa to jest niezbędny do utleniania
FADH

2

i NADH