Cykl Krebsa

przygotował Maciej Jakubowski

Cykl Krebsa

• znaczenie cyklu,

• równanie reakcji – enzymy katalizujące

reakcje,

• miejsca powstawania związków

wysokoenergetycznych na poziomie
substratu i w tlenowej fosforylacji

• regulacja cyklu,

• powiązania z innymi przemianami,

Cykl Krebsa

• ciąg reakcji zachodzących w mitochondriach,

• główny szlak metabolizmu acetylo-CoA

w organizmach aerobowych,

• wspólny szlak końcowy utleniania

węglowodanów, lipidów i białek,

• polega na utlenianiu grup acetylowych

związanych
z acetylo~S-CoA do CO

2

wraz z jednoczesnym

uwolnieniem równoważników redukujących (2H).

 

Cykl Krebsa

Znaczenie cyklu

• Równoważniki redukujące w postaci

wodoru lub elektronów wchodzą do
łańcucha oddechowego – powstaje
2/3 ATP wytwarzanego w
organizmie człowieka
i zużywane jest 2/3 pobieranego
tlenu.

Znaczenie cyklu

• dostarcza substratów do różnych

biosyntez:

 przetwarza szkielety węglowodorowe

niektórych aminokwasów do
szczawiooctanu, zużywanego w
glukoneogenezie,

 α-ketokwasów do transaminacji i syntezy

aminokwasów,

bursztynianu do syntezy hemu.

Znaczenie cyklu

• Na duże znaczenie procesu wskazuje

fakt, że nie obserwuje się u ludzi
genetycznie uwarunkowanych
nieprawidłowości enzymów –
prawdopodobnie uniemożliwiają one
prawidłowy rozwój organizmu.

Reakcje cyklu Krebsa

Reakcje cyklu Krebsa

1) Synteza cytrynianu z acetylo-CoA

i szczawiooctanu

Reakcje cyklu Krebsa

2) Izomeryzacja cytrynianu

• reakcja jest niesymetryczna – ankonitaza

działa na część cytrynianu powstałą ze

szczawiooctanu

Reakcje cyklu Krebsa

2) Izomeryzacja cytrynianu

• Reakcję hamuje pośrednio

fluorooctan

. W formie

fluoroacetylo-CoA

kondensuje się ze

szczawiooctanem tworząc

fluorocytrynian

. Jest on inhibitorem

kompetycyjnym akonitazy.

Reakcje cyklu Krebsa

3) Utlenianie i dekarboksylacja

izocytrynianu

(związany z enzymem)

Mn

2+

/M

g

2+

Reakcje cyklu Krebsa

• Występują trzy różne dehydrogenazy

izocytrynianowej:

 w mitochondriach – zależna od NAD

+

 w mitochondriach
 w cytozolu

• Utlenianie związane z łańcuchem

oddechowym zachodzi prawie

wyłącznie przy udziale pierwszej z nich.

zależne od NADP

+

Reakcje cyklu Krebsa

4) Oksydacyjna dekarboksylacja α-

ketoglutaranu

• Równowaga reakcji jest przesunięta

zdecydowanie w prawo – reakcję uważa się
za jednokierunkową

Reakcje cyklu Krebsa

• Kopleks dehydrogenazy α-

ketoglutaranowej składa się z:

 dehydrogenazy α-ketoglutaranowej

 Jego grupa prostetyczna –

pirofosforan tiaminy

aktywuje substrar i dekarboksyluje go do reszty

bursztynianowej

 transacetylazy lipoinianowej

 Przenosi resztę bursztynianową na grupę –SH

lipoinianu

(koenzym), a następnie na

CoA

.

 dehydrogenazy lipoinianowej

 Utlenia wcześniej zredukowany kwas lipoinowy.

• Kompleks wymaga także

FAD i NAD

+

Reakcje cyklu Krebsa

5) Rozpad bursztynylo~S-CoA

(sukcynylo-CoA)

Reakcje cyklu Krebsa

5) Rozpad bursztynylo~S-CoA

(sukcynylo-CoA)

I.

Bursztynylo~CoA +Pi + E  E-

bursztynylo~P + CoA

II. E-bursztynylo~P  E~P + bursztynian
III. E~P + GTP  E + GTP

 jest to fosforylacja substratowa

 GTP może się przekształcić w ATP:

GTP + ADP  ATP + GDP

Reakcje cyklu Krebsa

6) Utlenianie bursztynianu

• Para atomów wodoru jest przekazywana

od razu na koenzym Q (omija kompleks
I łańcucha oddechowego).

Reakcje cyklu Krebsa

Dehydrogenaza bursztynowa:

 zwana także kompleksem II

 stanowi integralny składnik błony

mitochondrialnej,

 składa się z dwóch podjednostek:

 dużej z FAD i 2 centrami Fe

2

S

2

,

 małej z centrum Fe

4

S

4

,

Reakcje cyklu Krebsa

7) Hydratacja fumaranu

• Enzym jest absolutnie stereoswoisty.

Reakcje cyklu Krebsa

8) Utlenianie jabłaczanu

• Reakcja jednostronna, gdyż produkty są

stale usuwane w następnych reakcjach.

Reakcje cyklu Krebsa

• Szczawiooctan został odtworzony.

• Reszta acylowa uległa spaleniu do dwóch

cząsteczek CO

2

i czterech H

2

O.

• Podczas jednego obrotu cyklu powstaje 12

ATP:

 3NADH + 3H

+

+ 9ADP + 9Pi  3NAD

+

+

9ATP

 FADH

2

+ 2ADP + 2Pi  FAD +

2ATP

 GTP + ADP  GDP +

1ATP

Łącznie:

12ATP

Reakcje cyklu Krebsa

• Enzymy cyklu kwasu cytrynowego, z

wyjątkiem dehydrogenaz α-
ketoglutaranowej, bursztynianowej i
syntazy cytrynianowej, występują
również poza mitochondriami.

• Katalizują one podobne reakcje, ale

część
z nich, mimo tej samej nazwy, jest
izoenzymami tych występujących w
mitochondriom.

Regulacja cyklu Krebsa

Najbardziej prawdopodobnymi miejscami

regulacji są reakcje nieodwracalne
katalizowane przez:

• dehydrogenazę pirogronianową
• syntazę cytrynianową,
• NAD-zależną dehydrogenazę

izocytrynianową,

• kompleks dehydrogenazy α-

ketoglutaranowej.

Regulacja cyklu Krebsa

Wszystkie wymienione dehydrogenazy są
aktywowane przez Ca

2+

. Jego stężenie

rośnie

w komórce w czasie:

 skurczu mięśniowego,
 sekrecji,

a więc w czasie zwiększonego

zapotrzebowania

na energię.

Regulacja cyklu Krebsa

1) dehydrogenaza pirogronianowa

 leży poza cyklem
 dostarcza CoA
 hamowana allosterycznie przez:

 acetylo-CoA,
 NADH
 ATP

 hamowana drogą fosforlacji przez kinazę

białkową i ATP ,

 aktywowana przez fosfatazę białkową.

gromadzą się przy
spalaniu kwasów
tłuszczowych

Regulacja cyklu Krebsa

2) syntaza cyrtynianowa

 inhibitory syntazy cytrynowej:

 ATP,
 NADH,
 bursztynylo~S-CoA,
 acylo~S-CoA

 ilość szczawiooctanu jest regulowana

przez stosunek NADH/NAD

+

– od niego

zależy wydajność reakcji

jabłczan  szczawiooctan

Regulacja cyklu Krebsa

3) NAD-zależna dehydrogenaza

izocytrynianowa

 aktywowana przez ADP
 hamowana przez:

 ATP,
 NADH,

Regulacja cyklu Krebsa

4) dehydrogenaza α-ketoglutaranowa

 Kompleks jest hamowany przez:

 ATP,
 GTP,
 bursztynylo~S-CoA,
 NADH.

 Kompleks nie jest regulowany przez

fosforylację
i defosforylację białka enzymatycznego
(w odróżnieniu od dehydrogenazy
pirogronianowej, do której wykazuje wiele
analogii).

Regulacja cyklu Krebsa

• dehydrogenaza burszynianowa

 inhibitorem enzymu jest malonian –

analog strukturalny bursztynianu
oraz szczawiooctan,

 ATP sprzyja dysocjacji

szczawiooctanu,
więc jest aktywatorem enzymu,
podobnie jak bursztynian i fosforan

Powiązania z innymi

przemianami

Niektóre szlaki metaboliczne kończą

się na związku pośrednim cyklu

kwasu cytrynowego,

a inne wywodzą się z tego cyklu. Są

to:

• glukoneogeneza,
• transaminacja,
• deaminacja,
• synteza kwasów tłuszczowych.

Powiązania z innymi

przemianami

Powiązania z innymi

przemianami

• Transaminacja

 Asparaginian + Pirogonian  Sczawiooctan +

Alanina

 Glutaminian + Pirogronian  α-Ketoglutaran +

Alanina

Powiązania z innymi

przemianami

Cykl kwasu Krebsa uczestniczy w biosyntezie kwasów

tłuszczowych