Cykl kwasów trójkarboksylowych (CKT)

•

Glikoliza wykorzystuje tylko

niewielką część potencjalnej energii

zawartej w glukozie.

•

W obecności tlenu zredukowany w

gliko-lizie NADH nie jest

regenerowany przez redukcję

pirogronianu do mleczanu czy

aldehydu octowego do etanolu, ale

nastę-puje jego utlenianie w

łańcuchu transportu elektronów.

•

Pirogronian przekształcany jest w

acetylo-CoA i utleniany do CO

2

w

cyklu kwasów trójkarboksylowych.

•

Elektrony uwalniane w czasie tego

procesu przekazywane są przez

związany z błoną mitochondrialną

system transportu na końcowy

akceptor – tlen. Przekazywanie

elektronów generuje gradient

protonów napędzający syntezę ATP.

•

Synteza ATP jako konsekwencja

transportu elektronów to

fosforylacja oksydacyjna.

•

System ten pozwala na wytworzenie

30 – 38 cząsteczek ATP z utleniania

jednej cząsteczki glukozy.

Garrett & Grisham, Biochemistry

• Wejście nowych

fragmentów

węglowych do cyklu

odbywa się przez

acetylo-CoA

• Acetylo-CoA tworzony

jest z pirogronianu

dostarczanego przez

glikolizę albo z

utleniania kwasów

tłuszczowych

• Acetylo-CoA

pochodzić może

również z katabolizmu

aminokwasów

Nelson, Cox, Lehninger Principles of Biochemistry

• Cykl kwasów

trójkarboksy-lowych, w

przeciwieństwie do

glikolizy, zachodzi w

macierzy

mitochondrialnej

• Transfer dwuwęglowej

reszty acetylowej z

acetylo-CoA na

czterowęglowy

szczawiooctan z udziałem

syntazy cytrynianowej

daje sześciowęglowy

cytrynian

Berg, Tymoczko, Stryer, Biochemistry

•

Odwodnienie i uwodnienie

przekształca cytrynian

przy udziale akonitazy w

izocytrynian

•

Dwie kolejne dekarboksy-

lacje z udziałem dehydro-

genazy izocytrynianowej i

dehydrogenazy -ketoglu-

taranowej produkują -ke-

toglutaran i bursztynylo-

CoA, czterowęglową jed-

nostkę, z której regenero-

wany jest szczawiooctan

•

Energia powstająca w

wyniku utleniania

magazynowana jest w

postaci ATP, NADH i FADH

2

Garrett & Grisham, Biochemistry

• Dlaczego tak skomplikowany proces dla rozbicia

dwuwęglowej jednostki na 2 CO

2

?

• Dla dwuwęglowej jednostki nie jest możliwe, typowe

dla większych biopolimerów, rozszczepienie przy

węglu  wobec grupy karbonylowej (np. rozkład

fruktozo-1,6-bisfosforanu na aldehyd 3-

fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton)

O

║
-C-C-C-

• Dlatego dochodzi najpierw do kondensacji:

C4+C2=C6

a następnie do kolejnych dekarboksylacji poprzez

rozszczepie-nie wiązania przy węglu .

Etap wiążący glikolizę z cyklem kwasów

trójkarboksylowych

•

Oksydacyjna dekarboksylacja pirogronianu

przez dehydrogenazę pirogronianową

•

Pirogronian musi przejść z cytoplazmy,

gdzie odbywała się glikoliza, do

mitochondrium gdzie zachodzi cykl TCA

Pirogronian + CoA +NAD

+



acetylo-CoA+CO

2

+NADH+H

+

•

Dehydrogenaza pirogronianowa: kompleks

multienzymatyczny trzech enzymów

•

Produkt pierwszej reakcji przechodzi bezpo-

średnio do centrum aktywnego następnego

enzymu. Nie ma dyfuzji substratów i

pośrednich produktów w otoczeniu

•

Do reakcji potrzeba pięciu koenzymów:

piro-fosforanu tiaminy (TPP), CoA, kwasu

lipono-wego, NAD

+

i FAD

•

Kompleks enzymatyczny ma strukturę

zbliżoną do sześcianu, którego zrąb tworzą

24 łańcuchy acylotransferazy

dihydroliponianowej. Na każ-dym brzegu

sześcianu znajdują się 4 łańcuchy

podjednostek (łącznie 24) dehydrogenazy

piro-gronianowej. W centrum każdej ściany

występu-ją po dwa (łącznie 12) łańcuchy

dehydrogenazy dihydroliponianowej

Berg, Tymoczko, Stryer, Biochemistry

Garrett & Grisham, Biochemistry

•

W pierwszym etapie reakcji

pirogronian jest dekarboksylo-

wany przez dehydrogenazę

pirogronianową, tworzy się

hydroksyetylo-TPP

•

W drugim etapie grupa hydro-

ksyetylowa jest utleniana do

grupy acetylowej i przenoszona

przez dehydrogenazę pirogro-

nianową na kw. liponowy, two-

rząc acetylodihydrolipoamid.

•

W trzecim etapie acetylotrans-

feraza dihydroliponianowa

przenosi grupę acetylową na

CoA.

•

Czwarty etap polega na reoksy-

dacji dihydroliponianu przez

dehydrogenazę dihydroliponia-

nową przy udziale FAD i NAD

+

Garrett & Grisham, Biochemistry

•

Dodatnio naładowany azot i siarka

pierścienia tiazolowego TPP stabilizują

powstawanie karboanionu tego

pierścienia, który szybko łączy się z

grupą karbonylową pirogronianu

•

Azot stabilizuje ujemny ładunek i

odciąga elektrony podczas następującej

dekarbo-ksylacji

•

Powstaje stabilny związek pośredni

(stabilizacja strukturami

rezonansowymi), który po protonacji

przekształca się w pirofosforan

hydroksyetylotiaminy

•

Grupa hydroksylowa reaguje z utlenioną

formą lipoamidu (połączenie kwasu

liponowego z białkiem enzymatycznym).

Następuje redukcja lipoamidu (powstaje

forma hydrosulfidowa) z równoczesnym

utlenieniem grupy hydroksyetylowej do

acetylowej

•

Z powstałego acetylolipoamidu grupa

acetylowa przenoszona jest przez

acetylotransferazę (transacetylazę) dihy-

droliponianową na CoA

•

Ostatni etap reakcji polega na utlenieniu

zredukowanej formy lipoamidu

(disiarczek) zależną od FAD

dehydrogenazą kwasu liponowego,

przekazującą następnie protony na NAD

+

Garrett & Grisham, Biochemistry

Berg, Tymoczko, Stryer, Biochemistry

Pierwsza reakcja CKT

• SYNTAZY – katalizują reakcje

kondensacji bez udziału NTP

• SYNTETAZY – katalizują

reakcje kondensacji z

udziałem NTP (np. ATP)

•

Acetylo-CoA reaguje przy udziale syntazy

cytrynianowej z szczawiooctanem dając

cytrynian

•

Enzym odciąga proton z acetylo-CoA,

powstający karboanion podejmuje

nukleofilowy atak na węgiel karbonylowy

szczawiooctanu, powstaje tioester

(cytrynylo-CoA), którego intensywna

hydroliza popycha reakcję do przodu

(G

0

’=-31.4 kJ/mol)

•

Syntaza cytrynianowa ssaków jest homo-

dimerem. Każde z miejsc aktywnych

znajduje się w szczelinie między dwoma

domenami podjednostki, w pobliżu styków

podjednostek.

•

W czasie katalizy najpierw wiązany jest

szczawiooctan, powoduje to

konformacyjną zmianę ułatwiającą

wiązanie acetylo-CoA. Katalityczne reszty

powodujące hydrolizę wiązania

tioestrowego są ustawione w pozycji

umożliwiającej działanie dopiero po

wytworzeniu cytrynylo-CoA. Zapobiega to

hydrolizie wchodzącego do reakcji acetylo-

CoA.

•

Ze względu na duże ujemne G reakcja

jest jednym z regulacyjnych etapów cyklu

kwasu cytrynowego. Inhibitorem syntazy

jest NADH i bursztynylo-CoA (produkty

cyklu TCA).

Garrett & Grisham, Biochemistry

Izomeryzacja cytrynianu do izocytrynianu

•

Cytrynian zawiera trudny do

utlenienia trzeciorzędowy

alkohol. Konieczna jest więc

izomeryzacja do alkoholu

drugorzędowego –

izocytrynianu

•

Izomeryzacja prowadzona jest

przez akonitazę poprzez

pośredni związek – cis-akonitan

•

Akonitaza jest

stereospecyficzna i spośród 4

równoważnych chemicznie

atomów wodoru wybiera

zawsze ten sam

•

W skład akonitazy wchodzi

żelazo niezwiązane z hemem.

Trzy atomy żelaza i 4 atomy

siarki tworzą tzw. klaster

żelazowo-siarkowy o kształcie

zbliżonym do sześcianu. Klaster

wiąże się z akonitazą przez trzy

reszty cysteinowe enzymu.

Przyłączenie czwartego atomu

żelaza do jednego z rogów

sześcianu powoduje aktywację

akonitazy i przyłączenie

cytrynianu

Garrett & Grisham, Biochemistry

• Inhibitorem cyklu TCA in vivo (ale bez wpływu na

izolowa-ne enzymy cyklu) jest fluorooctan. Wchodzi on

do cyklu jako fluoroacetylo-CoA (syntetyzowany przez

acetylo-CoA syntetazę). Staje się substratem dla syntazy

cytryniano-wej, dając po reakcji z szczawiooctanem

fluorocytrynian, będący inhibitorem akonitazy.

• Jest to przykład tzw. inhibitora typu konia trojańskiego.

Garrett & Grisham, Biochemistry

Utlenianie izocytrynianu do

-ketoglutaranu

•

Izocytrynian jest oksydacyjnie dekarboksylowany przez dehydrogenazę

izocytrynianową do -ketoglutaranu z równoczesną redukcją NAD

+

do NADH

 G

0

’ wynosi dla tej reakcji –8.4 kJ/mol, co wystarcza, żeby przesunąć na prawo

równowagę poprzedniej reakcji cyklu (z akonitazą)

•

Reakcja jest dwustopniowa: (1) oksydacja alkoholu C2 prowadząca do powstania

szczawio-bursztynianu (intermediat), (2) -dekarboksylacja usuwająca centralną

grupę karboksylową w postaci CO

2

i dająca w rezultacie -ketoglutaran.

•

Reakcja dehydrogenazy izocytrynianowej jest pierwszym połączeniem między

cyklemTCA a fosforylacją oksydacyjną poprzez NADH.

•

Łącząc dwa cykle metaboliczne stanowi dobry punkt regulacyjny. NADH i ATP są

alloste-rycznymi inhibitorami. ADP jest allosterycznym aktywatorem, obniżając

10-krotnie K

M

wobec izocytrynianu. Enzym jest praktycznie nieaktywny przy

braku ADP.

•

Produkt reakcji: -ketoglutaran – zasadniczy -ketokwas dla reakcji

transaminacji, łączy cykl TCA z metabolizmem azotu.

Berg, Tymoczko, Stryer, Biochemistry

Reakcja dehydrogenazy

-ketoglutaranowej

Enzym

(E. coli)

Koenzy

m

M

r

(kD)

Ilość

podjedn.

M

r

podjednost

ek

(kD)

Ilość

podjedn. w

kompleksie

Dehydrogenaza

α-ketoglutaranu

TPP

192

2

96

24

Bursztynylotransferaza

(Transacylaza

bursztynianowa)

Kw.

liponowy

,

CoASH

170

0

24

70

24

Dehydrogenaza amidu

kwasu

liponowego

FAD,

NAD

+

112

2

56

12

• Jest drugą oksydacyjną

dekarboksylacją cyklu

TCA

• Dehydrogenaza

-

ketogluta-ranowa stanowi

multienzy-matyczny

kompleks

• Mechanizm reakcji jest

identyczny z reakcją

dehy-drogenazy

pirogronianowej

• Produktem reakcji jest

bursztynylo-CoA i NADH

Berg, Tymoczko, Stryer, Biochemistry

Reakcja syntetazy bursztynylo-CoA

•

Fosforylacja na poziomie

substratowym.

•

NADH z poprzedniego etapu

przekazuje elektrony (energię) na

syntezę ATP w fosforylacji

oksydacyjnej, bursztynylo-CoA, będąc

wysokoenergetycznym związkiem

używany jest w tej reakcji do syntezy

GTP (u ssaków) lub ATP (rośliny i

bakterie)

•

Reakcję katalizuje syntetaza

bursztynylo-CoA (tiokinaza

bursztynianowa)

 G

0

’reakcji wynosi –3.3 kJ/mol

•

Jedyna reakcja substratowej

fosforylacji w cyklu

•

GTP powstający u ssaków może

wymie-niać terminalną resztę

fosforanową z ADP w reakcji z kinazą

nukleozydodifosforano-wą:

GTP+ADPATP+GDP

•

Mechanizm reakcji zawiera: (1)

wyparcie CoA przez fosforan, (2)

utworzenie w centrum aktywnym

bursztynylofosforanu, (3)

przemieszczenie reszty fosforanowej

na histydynę centrum aktywnego, (4)

powstanie bursztynianu, (5)

przeniesienie reszty fosforanowej na

GDP

Tioester[bursztynylo-P] 

[fosfohistydyna] GTPATP

Berg, Tymoczko, Stryer, Biochemistry

• Pierwsze pięć reakcji cyklu TCA

polega-ło na wprowadzeniu
dwuwęglowego fragmentu jako
acetylo-CoA.

• Po połączeniu ze

szczawiooctanem nastąpiły dwie
dekarboksylacje (2 CO

2

),

powstały dwie cząsteczki NADH,
jedna cząsteczka GTP lub ATP i
jedna cząsteczka bursztynianu

Reakcja dehydrogenazy bursztynianowej

•

Utlenianie bursztynianu z udziałem FAD

•

Enzym związany jest z wewnętrzną błoną

mito-chondrialną i stanowi część łańcucha

trans-portu elektronów (wchodzi w skład

reduktazy bursztynylo-koenzym Q)

•

Utlenianie bursztynianu polega na

usunięciu atomów wodoru z dwóch

sąsiednich węgli i powstaniu trans-

nienasyconego fumaranu. Reakcja

utleniania alkanu do alkenu nie jest

wystarczająco egzotermiczna żeby

zredukować NAD

+

, energii wystarcza tylko

na redukcję FAD (utlenianie alkoholi do

ketonów daje więcej energii i pozwala na

redukcję NAD

+

)

•

Dehydrogenaza bursztynianowa jest

dimerem (70 kD + 27 kD)

•

FAD wiąże się kowalencyjnie z większą

podjednostką (wiązanie między

metylenową grupą C8a FAD-u a N3

histydyny enzymu)

•

Enzym zawiera 3 różne klastery żelazowo-

siarkowe, które przechwytują elektrony z

FAD i przekazują na koenzym Q (UQ), ten

przekazuje je dalej do łańcucha transportu

elektronów.

Garrett & Grisham, Biochemistry

Reakcja trans-uwodnienia fumaranu

• Katalizowana przez fumarazę

• Stereospecyficzna reakcja

przyłączenia H i OH w pozycji

trans

• Produktem jest L-jabłczan

• Mechanizm reakcji jest

niepewny: może zawierać

protonację pod-wójnego

wiązania z wytworzeniem jonu

karboniowego jako inter-

mediatu albo może polegać na

ataku cząsteczki wody lub jonu

hydroksylowego, w wyniku

czego powstaje karboanion

jako związek pośredni i L-

jabłczan jako produkt

Garrett & Grisham, Biochemistry

Ostatnia reakcja cyklu TCA – dehydrogenaza jabłczanowa

• L-jabłczan utleniany jest przez

dehydrogenazę jabłczanową

do szczawiooctanu

• Reakcja jest bardzo

endotermiczna (+30 kJ/mol)

• Reakcja napędzana jest przez

następną w cyklu reakcję

syntazy cytrynianowej

• Utlenianie jabłczanu związane

jest z redukcją NAD

+

(trzecia w

cyklu)

• Dehydrogenaza jabłczanowa

jest strukturalnie i

funkcjonalnie podobna do

innych dehydrogenaz (np.

dehydrogenazy mleczanowej)

• Zbudowana jest z przemiennie

wys-tępujących fragmentów -

struktury i -helisy

• Wiązanie NAD

+

powoduje

konfor-macyjne zmiany w 20-

aminokwa-sowym fragmencie

wiążącym -struktury D i E.

Garrett & Grisham, Biochemistry

Podsumowanie cyklu TCA

• Utlenienie jednej reszty octanowej daje dwie cząsteczki CO

2

,

jedną cząsteczkę ATP i cztery cząsteczki zredukowanych

koenzymów:

Acetylo-CoA + 3NAD

+

+ [FAD] + ADP + P

i

+ 2H

2

O 2CO

2

+

3NADH +

+ 3H

+

+ [FADH

2

] + ATP + CoASH

• Sumarycznie cykl jest procesem egzoergicznym, jeden obrót

cyklu daje

G

0

’=-40 kJ/mol

• Jedna cząsteczka glukozy poprzez glikolizę daje dwie

cząsteczki pirogronianu i w konsekwencji dwie cząsteczki

acetylo-CoA, które mogą wejść w cykl TCA

Glukoza + 2H

2

O + 10NAD

+

+ 2[FAD] + 4ADP + 4P

i

 6CO

2

+10NADH + 10H+ + 2[FADH

2

] + 4ATP

• Wszystkie 6 węgli glukozy są uwalniane jako CO

2

, 4

cząsteczki ATP powstają na drodze fosforylacji substratowej,

12 zredukowanych cząsteczek koenzymów poprzez szlak

transportu elektronów i fosforylacji oksydacyjnej

wyprodukować może 34 cząsteczki ATP (10x3) + (2x2):

NADH + H

+

+ ½ O

2

+ 3ADP + 3P

i

 NAD

+

+ 3ATP + 4H

2

O

[FADH

2

] + ½O

2

+ 2ADP + 2P

i

 [FAD] + 2ATP + 3H

2

O

Cykl TCA dostarcza substratów do biosyntezy

•

Cykl ma zasadniczo charakter

kataboliczny, jednak szereg jego

intermediatów jest eksportowanych z

mitochondriów do cytoplazmy i

używanych jako substraty w

procesach biosyntetycznych



-ketoglutaran w reakcji

transaminacji przekształcany jest w

glutaminian, będący prekursorem

proliny, argininy i glutaminy

•

Bursztynylo-CoA dostarcza atomów

węgla do syntezy porfiryn

•

Szczawiooctan po transaminacji

przekształcany jest w kwas

asparaginowy będący prekursorem

dla syntezy nukleotydów

pirymidynowych, asparaginy, lizyny,

treoniny, izoleucyny i metioniny

•

Dekarboksylacja szczawiooctanu

przekształca go w

fosfoenolopirogronian będący u

roślin i mikroorganizmów

prekursorem aromatycznych

aminokwasów (tyrozyny,

fenyloalaniny i tryptofanu)

•

Przekształcenie

fosfoenolopirogronianu w 3-

fosfoglicerynian prowadzi do dalszej

biosyntezy seryny, glicyny i cysteiny

Garrett & Grisham, Biochemistry

• Cytrynian może być

eksportowany z mito-

chondriów i rozkładany

przez liazę cytrynian-

ATP do szczawiooctanu

i acetylo-CoA, który

uży-wany jest do

biosyntezy kwasów

tłuszczowych.

• Powstały

szczawiooctan może

ulec szybkiej redukcji

do jabłczanu. Ten albo

jest transpor-towany

do mitochon-drium

albo dekarboksy-

lowany do

pirogronianu, który

także jest transpor-

towany do mitochon-

drium

Garrett & Grisham, Biochemistry

Reakcje anaplerotyczne

Komórkowy metabolizm również zaopatruje cykl TCA
w intermediaty poprzez tzw. reakcje anaplerotyczne

Nelson, Cox, Lehninger Principles of Biochemistry

•

Karboksylaza fosfoenolopirogronianowa z

PEP, a karboksylaza pirogronianowa z

pirogronianu syn-tetyzują szczawiooctan

•

Karboksylaza pirogronianowa występuje

tylko w zwierzęcych mitochondriach i

stanowi bezpoś-redni łącznik między

glikolizą a cyklem TCA. Jest tetramerem

wiążącym cząsteczkę biotyny i atom Mg

2+

z

każdą podjednostką. Wymaga acetylo-CoA

jako allosterycznego efektora. Jeśli poziom

acety-lo-CoA przewyższa dostępny poziom

szczawio-octanu, to allosteryczna aktywacja

przez acetylo-CoA przyspiesza działanie

karboksylazy i zwięk-sza poziom

szczawiooctanu, umożliwiając syn-tezę

pierwszego intermediatu cyklu TCA –

cytrynianu

•

Karboksylaza fosfoenolopirogronianowa

wystę-puje u drożdży, bakterii i roślin, nie

ma jej u zwie-rząt. Inhibowana jest przez kw.

asparaginowy (z transaminacji

szczawiooctanu). Enzym kontroluje w ten

sposób produkcję kwasu asparaginowego w

organizmie

•

Katabolizm aminokwasów dostarcza

pirogronia-nu, acetylo-CoA, szczawiooctanu,

fumaranu, -ketoglutaranu, bursztynianu.

Związki te mogą być utleniane w cyklu TCA.

Białka stanowią więc doskonałe źródło

energii

Garrett & Grisham, Biochemistry

Nelson, Cox, Lehninger Principles of Biochemistry

Odwrotny cykl kwasów trójkarboksylowych – pierwotny szlak

metaboliczny?

(Hipoteza G. Wächterhausera)

• Odwrócenie cyklu mogłoby

powo-dować asymilację dwóch

cząste-czek CO

2

i powstanie 1

cząsteczki izocytrynianu w

jednym obrocie cyklu oraz

asymilację dwóch dodat-kowych

cząsteczek CO

2

w redukcyj-nym

przejściu od acetylo-CoA do

szczawiooctanu

• Na każdą cząsteczkę

bursztynianu wchodzącą w cykl

przypadałaby synteza nowej

cząsteczki tego związku

• Cykl mógłby być napędzany

reakcją:

FeS + H

2

S FeS

2

(piryt)  + H

2

G

0

’= -38 kJ/mol

• Duża ilość związków żelaza i

siarki w archaicznym środowisku

mogła-by się przyczynić do

rozwoju białek zawierających

struktury siarkowo-żelazowe

Garrett & Grisham, Biochemistry

Regulacja cyklu TCA

•

Cykl regulowany jest przez reakcje z dużą

ujemną zmianą G

0

’: reakcje syntazy

cytrynianowej, dehydrogenazy

izocytrynianowej i dehydrogenazy -

ketoglutaranu

•

Regulacja występuje również na poziomie

reakcji bezpośrednio poprzedzającej cykl

(dehydrogenaza pirogronianowa)

•

Wszystkie wymienione wyżej enzymy

hamowane są przez NADH

•

ATP inhibuje dehydrogenazę pirogronianową,

syntazę cytrynianową i dehydrogenazę

izocytry-nianową

•

Cykl jest aktywowany przez wysoki stosunek

ADP/ATP lub NAD

+

/NADH

•

O wszystkich powyższych regulacjach

decyduje stan energetyczny komórki

•

Wewnątrz cyklu istnieje inhibicja syntazy

cytry-nianowej i dehydrogenazy -

ketoglutaranowej przez bursztynylo-CoA

•

Acetylo-CoA inhibuje dehydrogenazę pirogro-

nianową, a aktywuje karboksylazę

pirogronianową dostarczającą

szczawiooctanu do wiązania acetylo-CoA

Garrett & Grisham, Biochemistry

Regulacja dehydrogenazy pirogronianowej

•

Enzym odgrywa zasadniczą rolę w

kiero-waniu produktów glikolizy

(pirogronianu) po konwersji do acetylo-

CoA na drogę utleniania w cyklu TCA

lub szlak syntezy kwasów tłuszczowych

•

Wysoki poziom produktów: acetylo-CoA

i NADH hamuje kompleks

enzymatyczny. Acetylo-CoA działa na

transacetylazę dihy-droliponianową,

NADH na dehydrogenazę

dihydroliponianową

•

Ssacza dehydrogenaza pirogronianowa

regulowana jest przez kowalencyjną

modyfikację (fosforylację). Enzymem

modyfikującym jest Mg

2+

-zależna kinaza

dehydrogenazy pirogronianowej.

Kinaza aktywowana jest allosterycznie

przez NADH i acetylo-CoA.

Defosforylacja dehydrogenazy

pirogronianowej zachodzi przez

działanie specyficznej fosfatazy

aktywowanej przez Ca

2+

, niski stosunek

NADH

+

/NAD i niski poziom acetylo-CoA.

Insulina i Ca

2+

aktywują defosforylację,

pirogronian inhibuje fosforylację

•

Dehydrogenaza pirogronianowa jest

wrażliwa na stan energetyczny

komórki. Wysoki poziom AMP (słabe

zaopatrzenie komórki w energię)

uruchamia dehydroge-nazę. Wysoki

poziom GTP hamuje enzym.

Garrett & Grisham, Biochemistry

Regulacja dehydrogenazy izocytrynianowej

• Wysokie stosunki stężeń NAD

+

/NADH

i ADP/ATP stymulują dehydrogenazę

izocytrynianową

• U E. coli występuje kowalencyjna

mo-dyfikacja (fosforylacja i

defosforylacja) enzymu. Wysoki

poziom intermediatów cyklu TCA

stymuluje specyficzną de-

fosforylującą fosfatazę, niski poziom

intermediatów stymuluje kinazę,

która fosforylując, inaktywuje

dehydrogena-zę izocytrynianową.

Następuje wtedy kierowanie

substratu dehydrogenazy

(izocytrynianu) na szlak cyklu kwasu

glioksalowego

• Regulacja dehydrogenazy

izocytrynia-nowej wpływa na

cytoplazmatyczną syntezę acetylo-

CoA z cytrynianu. Cytrynian

pochodzi tu z mitochon-drium.

Aktywna dehydrogenaza fawo-ryzuje

kataboliczny szlak dla cytrynia-nu

(wewnątrz cyklu TCA). Inaktywacja

dehydrogenazy zwiększa eksport

cytrynianu na zewnątrz mitochon-

drium, gdzie zachodzi jego

degradacja do szczawiooctanu i

acetylo-CoA.

Nelson, Cox, Lehninger Principles of Biochemistry

Garrett & Grisham, Biochemistry

Cykl glioksalowy (bakterie i rośliny)

• Rośliny (szczególnie kiełki

jeszcze niezdolne do

fotosyntezy), a także glony i

bakterie mogą poprzez cykl

glioksalowy używać octanu jako

wyłącznego źródła syntezy

wszystkich związków

węglowych

• Cykl TCA nakierowany jest na

produkcję energii i “marnuje”

łańcuchy węglowe

przekształcając je w lotny CO

2

.

Modyfikacja cyklu TCA zwana

cyklem glioksalowym produkuje

z reszt octowych cztero-

węglowe kwasy karboksylowe

(a w konsekwencji cukry)

• Cykl glioksalowy omija dwie

dekarboksylacje, kierując

izocytrynian do reakcji z liazą

izocytrynianową, powstający

gliok-salan reaguje z cząsteczką

acetylo-CoA, dając pod

wpływem syntazy jabłczanowej

jabłczan

Garrett & Grisham, Biochemistry

• Końcowy efekt cyklu –

z dwóch reszt acetylo-

CoA powstaje jeden

szczawio-octan,

którego część

przekształcana jest w

PEP i dalej w glukozę

• U bakterii i glonów cykl

glioksalowy zachodzi w

cytoplazmie, u roślin w

wyspecjalizowanych

organellach – glioksy-

somach

Nelson, Cox, Lehninger Principles of Biochemistry

•

Liaza izocytrynianowa prowadzi

reakcję o mechanizmie

zbliżonym do aldolazy z

glikolizy

•

Kondensacja acetylo-CoA z

glioksalanem jest podobna do

reakcji syntazy cytrynianowej

•

Cykl glioksalowy ma tylko 5

etapów w porównaniu z 8

etapami cyklu TCA

•

Nie powstaje w nim CO

2

•

Na 1 cykl zużywa się 2

cząsteczki acetylo-CoA i

powstaje 1 czterowę-glowa

cząsteczka szczawiooctanu

•

Dzięki cyklowi glioksalowemu

możliwy jest rozwój nasion w

ciemności przy braku

fotosyntezy. Acetylo-CoA

pochodzi z degradacji kwasów

tłuszczowych z zapasów

lipidowych nasion

•

Po rozpoczęciu fotosyntezy

glioksysomy zanikają

Garrett & Grisham, Biochemistry

Nelson, Cox, Lehninger Principles of Biochemistry

• W glioksysomach brakuje

dehydro-genazy

bursztynianowej, fumarazy i

dehydrogenazy jabłczanowej.

Do przeprowadzenia cyklu

konieczna jest kooperacja z

mitochondrium. Bursztynian

przenoszony jest z

glioksysomów do

mitochondrium, tam

przekształcany jest kolejno w

szczawiooctan i asparaginian,

który wraca do glioksysomów

(sam szczawiooctan nie może

opuścić mitochondrium). W

glioksysomach asparaginian po

transaminacji przekształcany

jest w szczawio-octan

• Grupy aminowe z

asparaginianu przenoszone są

na -ketoglutaran. Powstały w

ten sposób glutaminian

eksportowany jest do

mitochon-drium, gdzie

dostarcza reszt ami-nowych do

aminacji szczawioocta-nu

Garrett & Grisham, Biochemistry