Poziomy metabolizmu energetycznego

Poziomy metabolizmu energetycznego

TŁUSZCZE CUKRY BIAŁKA

TŁUSZCZE CUKRY BIAŁKA

KWASY TŁUSZCZOWE GLUKOZA

KWASY TŁUSZCZOWE GLUKOZA

AMINOKWASY

AMINOKWASY

GLICEROL

GLICEROL

acetylo-CoA

acetylo-CoA

CIAŁA

CIAŁA

KETONOWE

KETONOWE

cykl Krebsa

cykl Krebsa

HANS KREBS - 1937

HANS KREBS - 1937

1.

Cykl kwasów trikarboksylowych

2.

2.

Cykl kwasu cytrynowego

Cykl kwasu cytrynowego

3.

3.

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

Schemat cyklu Krebsa

Schemat cyklu Krebsa

acetylo-CoA

acetylo-CoA

CoA

CoA

szczawiooctan

szczawiooctan

cytrynian

cytrynian

2H

2H

+

+

+ 2e

+ 2e

-

-

jabłczan

jabłczan

akonitan

akonitan

fumaran

fumaran

izocytrynian

izocytrynian

CO

CO

2

2

2H

2H

+

+

+ 2e

+ 2e

-

-

2H

2H

+

+

+ 2e

+ 2e

-

-

bursztynian

bursztynian

α

α

-ketoglutaran

-ketoglutaran

CO

CO

2

2

CoA

CoA

bursztynylo-CoA

bursztynylo-CoA

2H

2H

+

+

+ 2e

+ 2e

-

-

Enzymy cyklu Krebsa

Enzymy cyklu Krebsa

1.

Syntaza cytrynianowa (EC 4.1.3.7)

2.

Hydrataza akonitowa (akonitaza) (EC 4.2.1.3)

3.

Dehydrogenaza izocytrynianowa (EC 1.1.1.41)

4.

Dehydrogenaza α-ketoglutaranowa (EC1.2.4.2)

5.

Syntetaza bursztynylo-CoA (tiokinaza bursztynianowa) (EC
6.2.1.4)

6.

Dehydrogenaza bursztynianowa (EC 1.3.99.1)

7.

Hydrataza fumaranowa (fumaraza) (EC 4.2.1.2

8.

Dehydrogenaza jabłczanowa (EC 1.1.1.37)

(1) Reakcja powstawania cytrynianu

(1) Reakcja powstawania cytrynianu

acetylo-CoA + szczawiooctan + H

acetylo-CoA + szczawiooctan + H

2

2

O

O

syntaza cytrynianowa

syntaza cytrynianowa

cytrynian + CoA + H

cytrynian + CoA + H

+

+

koenzym: CoA

koenzym: CoA

aktywatory: AMP

aktywatory: AMP

inhibitory: ATP, NADH, bursztynylo-CoA, acylo-CoA,

cytrynian

charakterystyka: kondensacja aldolowa i hydroliza,

charakterystyka: kondensacja aldolowa i hydroliza,

reakcja nieodwracalna

reakcja nieodwracalna

(1) Reakcja powstawania cytrynianu

(1) Reakcja powstawania cytrynianu

I etap: kondensacja

I etap: kondensacja

O

O C COO

O C COO

-

-

O C CH

3

CH

2

C

CoA

CoA

+

+

H

H

2

2

C COO

C COO

-

-

S CoA

S CoA

HO C COO

HO C COO

-

-

CH

CH

2

2

COO

COO

-

-

szczawiooctan

szczawiooctan

acetylo-CoA

cytrynylo-CoA

cytrynylo-CoA

(1) Reakcja powstawania cytrynianu

(1) Reakcja powstawania cytrynianu

II etap: hydroliza

II etap: hydroliza

O

CH

2

C

CoA

CoA

CH

2

COO

-

HO C COO

HO C COO

-

-

+ H

+ H

2

2

O

O

HO C COO

HO C COO

-

-

+ CoA

+ CoA

CH

CH

2

2

COO

COO

-

-

CH

CH

2

2

COO

COO

-

-

cytrynylo-CoA cytrynian

cytrynylo-CoA cytrynian

(2) Reakcja izomeryzacji cytrynianu

(2) Reakcja izomeryzacji cytrynianu

cytrynian

cytrynian

H

H

2

2

O akonitaza

O akonitaza

cis

cis

-akonitan

-akonitan

H

H

2

2

O akonitaza

O akonitaza

izocytrynian

izocytrynian

aktywatory: jony Fe

aktywatory: jony Fe

2+

2+

inhibitory: fluorocytrynian

charakterystyka: odwodnienie i uwodnienie,

charakterystyka: odwodnienie i uwodnienie,

reakcja odwracalna, stereospecyficzna

reakcja odwracalna, stereospecyficzna

(2) Reakcja izomeryzacji cytrynianu

(2) Reakcja izomeryzacji cytrynianu

I etap: odwodnienie (dehydratacja)

I etap: odwodnienie (dehydratacja)

CH

2

COO

-

CH

2

COO

-

HO

C COO

C COO

-

-

C COO

C COO

-

-

+

+

H

2

O

C

C

H

2

2

COO

COO

-

-

H C COO

H C COO

-

-

cytrynian

cytrynian

cis

cis

-akonitan

-akonitan

(2) Reakcja izomeryzacji cytrynianu

(2) Reakcja izomeryzacji cytrynianu

II etap: uwodnienie (hydratacja)

II etap: uwodnienie (hydratacja)

CH

2

COO

-

CH

2

COO

-

C COO

C COO

-

-

+

+

H

2

O

H

C COO

C COO

-

-

H C COO

H C COO

-

-

H C

H C

OH

COO

COO

-

-

cis

cis

-akonitan izocytrynian

-akonitan izocytrynian

Fluor jako inhibitor cyklu Krebsa

Fluor jako inhibitor cyklu Krebsa

fluorooctan + CoA fluoroacetylo-CoA

fluorooctan + CoA fluoroacetylo-CoA

fluoroacetylo-CoA + szczawiooctan

fluoroacetylo-CoA + szczawiooctan

fluorocytrynian + CoA

fluorocytrynian + CoA

cytrynian izocytrynian

cytrynian izocytrynian

(3) Oksydacyjna dekarboksylacja

(3) Oksydacyjna dekarboksylacja

izocytrynianu

izocytrynianu

izocytrynian + NAD

izocytrynian + NAD

+

+

dehydrogenaza

dehydrogenaza

izocytrynianowa

izocytrynianowa

szczawiobursztynian + NADH + H

szczawiobursztynian + NADH + H

+

+

dehydrogenaza

dehydrogenaza

izocytrynianowa

izocytrynianowa

α

α

-ketoglutaran + CO

-ketoglutaran + CO

2

2

koenzym: NAD

koenzym: NAD

+

+

aktywatory: ADP, jony Mg

aktywatory: ADP, jony Mg

2+

2+

, jony Mn

, jony Mn

2+

2+

inhibitory: ATP, NADH

charakterystyka: odwodornienie (utlenienie)

charakterystyka: odwodornienie (utlenienie)

i dekarbksylacja, reakcja nieodwracalna

i dekarbksylacja, reakcja nieodwracalna

(3) Oksydacyjna dekarboksylacja

(3) Oksydacyjna dekarboksylacja

izocytrynianu

izocytrynianu

I etap: utlenienie izocytrynianu

I etap: utlenienie izocytrynianu

CH

2

COO

-

CH

2

COO

-

H C COO

H C COO

-

-

H C COO

H C COO

-

-

+ NAD

+ NAD

+

+

+

+

NAD

NAD

H

+

+

H

+

H

C O

C O

H

C O

C O

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

izocytrynian

izocytrynian

szczawiobursztynian

szczawiobursztynian

(3) Oksydacyjna dekarboksylacja

(3) Oksydacyjna dekarboksylacja

izocytrynianu

izocytrynianu

II etap: dekarboksylacja

II etap: dekarboksylacja

szczawiobursztynianu

szczawiobursztynianu

CH

2

COO

-

CH

2

COO

-

H C

H C

COO

-

H C H

H C H

+ H

+ H

+

+

+

+

CO

2

C O C O

C O C O

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

szczawiobursztynian

szczawiobursztynian

α

α

-ketoglutaran

-ketoglutaran

(4) Oksydacyjna dekarboksylacja

(4) Oksydacyjna dekarboksylacja

α

α

-ketoglutaranu

-ketoglutaranu

α

α

-ketoglutaran + NAD

-ketoglutaran + NAD

+

+

+ CoA

+ CoA

dehydrogenaza

dehydrogenaza

α

α

-

-

ketoglutaranowa

ketoglutaranowa

bursztynylo-CoA + NADH + H

bursztynylo-CoA + NADH + H

+

+

+ CO

+ CO

2

2

koenzymy: pirofosforan tiaminy, NAD

koenzymy: pirofosforan tiaminy, NAD

+

+

, FAD,

, FAD,

lipoamid,

lipoamid,

CoA

CoA

inhibitory: ATP, GTP, NADH, bursztynylo-CoA,

arsenian

charakterystyka: utlenienie i dekarboksylacja,
reakcja nieodwracalna

(4) Oksydacyjna dekarboksylacja

(4) Oksydacyjna dekarboksylacja

α

α

-ketoglutaranu

-ketoglutaranu

CH

2

COO

-

CH

2

COO

-

H C H H C H

H C H H C H

+ NAD

+ NAD

+

+

+ CoA + NADH + H

+ CoA + NADH + H

+

+

+

+

CO

2

C O C O

C O C O

COO

-

CoA

CoA

α

α

-ketoglutaran bursztynylo-CoA

-ketoglutaran bursztynylo-CoA

(5) Przekształcenie bursztynylo-CoA

(5) Przekształcenie bursztynylo-CoA

fosforylacja substratowa

fosforylacja substratowa

bursztynylo-CoA + GDP + P

bursztynylo-CoA + GDP + P

i

i

syntetaza bursztynylo-

syntetaza bursztynylo-

CoA

CoA

bursztynian + GTP + CoA

bursztynian + GTP + CoA

GTP + ADP

GTP + ADP

kinaza difosfonukleozydowa

kinaza difosfonukleozydowa

ATP + GDP

ATP + GDP

(5) Przekształcenie bursztynylo-CoA

(5) Przekształcenie bursztynylo-CoA

fosforylacja substratowa

fosforylacja substratowa

CH

2

COO

-

CH

2

COO

-

H C H

H C H

CH

CH

2

2

+

+

GDP

+

P

i

+

GTP

+

CoA

C O

C O

COO

COO

-

-

CoA

bursztynylo-CoA bursztynian

bursztynylo-CoA bursztynian

(6) Utlenianie bursztynianu

(6) Utlenianie bursztynianu

bursztynian + FAD

bursztynian + FAD

dehydrogenaza bursztynianowa

dehydrogenaza bursztynianowa

fumaran + FADH

fumaran + FADH

2

2

grupa prostetyczna: FAD

grupa prostetyczna: FAD

inhibitory: malonian, szczawiooctan

charakterystyka: reakcja odwracalna, enzym związany

charakterystyka: reakcja odwracalna, enzym związany

z wewnętrzną powierzchnią wewnętrznej błony

z wewnętrzną powierzchnią wewnętrznej błony

motochondrialnej

motochondrialnej

(6) Utlenianie bursztynianu

(6) Utlenianie bursztynianu

COO

-

COO

-

H C H C H

+ FAD

+ FAD

+ FAD

+ FADH

2

H C

H C H

H C

H C

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

bursztynian fumaran

bursztynian fumaran

(7) Hydratacja fumaranu

(7) Hydratacja fumaranu

fumaran + H

fumaran + H

2

2

O

O

fumaraza

fumaraza

L – jabłczan

L – jabłczan

charakterystyka: reakcja odwracalna,

charakterystyka: reakcja odwracalna,

enzym specyficzny dla L-izomeru jabłczanu

enzym specyficzny dla L-izomeru jabłczanu

(7) Hydratacja fumaranu

(7) Hydratacja fumaranu

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

C H H C

C H H C

OH

OH

+ H

+ H

2

2

O

O

H C H C H

H C H C H

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

fumaran L-jabłczan

fumaran L-jabłczan

(8) Utlenianie jabłczanu

(8) Utlenianie jabłczanu

L-jabłczan + NAD

L-jabłczan + NAD

+

+

dehydrogenaza

dehydrogenaza

jabłczanowa

jabłczanowa

szczawiooctan + NADH + H

szczawiooctan + NADH + H

+

+

koenzym: NAD

koenzym: NAD

charakterystyka: reakcja odwracalna

charakterystyka: reakcja odwracalna

(8) Utlenianie jabłczanu

(8) Utlenianie jabłczanu

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

H C OH C O

H C OH C O

+ NAD

+ NAD

+

+

+

+

NADH + H

NADH + H

+

+

H C H CH

H C H CH

2

2

COO

COO

-

-

COO

COO

-

-

L-jabłczan szczawiooctan

L-jabłczan szczawiooctan

Sumaryczne równanie cyklu Krebsa

Sumaryczne równanie cyklu Krebsa

Acetylo-CoA + 3NAD

Acetylo-CoA + 3NAD

+

+

+ FAD + GDP + P

+ FAD + GDP + P

i

i

+

+

H

H

2

2

O

O

2CO

2CO

2

2

+ 3NADH + 3H

+ 3NADH + 3H

+

+

+ FADH

+ FADH

2

2

+ GTP +

+ GTP +

CoA

CoA

Bilans energetyczny cyklu Krebsa

Bilans energetyczny cyklu Krebsa

3NADH + 3H

3NADH + 3H

+

+

+ 9ADP + 9P

+ 9ADP + 9P

i

i

3NAD

3NAD

+

+

+

+

9ATP

9ATP

FADH

FADH

2

2

+ 2ADP + P

+ 2ADP + P

i

i

FAD +

FAD +

2ATP

2ATP

GTP + ADP GDP +

GTP + ADP GDP +

1ATP

1ATP

12ATP

12ATP

Amfiboliczna rola cyklu Krebsa

Amfiboliczna rola cyklu Krebsa

glukoza

glukoza

alanina

alanina

glukoza

glukoza

treonina

treonina

seryna

seryna

cysteina

cysteina

fosfoenolopirogronian

fosfoenolopirogronian

pirogronian kwasy tłuszczowe

pirogronian kwasy tłuszczowe

izoleucyna

izoleucyna

leucyna

leucyna

lizyna

lizyna

asparaginian

asparaginian

szczawiooctan acetylo-CoA

szczawiooctan acetylo-CoA

tryptofan

tryptofan

fenyloalanina

fenyloalanina

fenyloalanina

fenyloalanina

tyrozyna

tyrozyna

fumaran cytrynian

fumaran cytrynian

acetooctan

tyrozyna

tyrozyna

leucyna

leucyna

bursztynian

bursztynian

kwasy tłuszczowe

kwasy tłuszczowe

metionina

metionina

walina

walina

sukcynylo-CoA

sukcynylo-CoA

α

α

-ketoglutaran

-ketoglutaran

izoleucyna

izoleucyna

histydyna

histydyna

glutaminian arginina

glutaminian arginina

prolina

prolina