2008 by nixon
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 czÄ…steczek CO2
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) ZwiÄ…zek 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 2CO2
- 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 8 e 36 H+
2O2 A
aocuch Syntaza ATP
transportu 9ADP
2CO2
4H2O Elektronów +Pi
Gradient protonowy (ok 36H+) 9ATP
GTP + 8 elektronów
1
2008 by nixon
Przekształcenie pirogronianu do acetyloCo-A przez kompleks
DEHYDROGENAZY PIROGRONIANOWEJ obecnej w mitochondriach
kinaza pirogronianowa Glikoliza...
Pirogronian <------------------------------ fosfoenolopirogronian <------------------ Glukoza
Kompleks
dehydrogenazy
cetylo-CoA
SKA
AD 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 Å‚Ä…czy siÄ™ 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 SYNTAZ
CYTRYNIANOW

H2O 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
H2O H2O
2
2008 by nixon
3) Utlenienie i dekarboksylacja izocytrynianu do Ä…- ketoglutaranu
- enzym DEHYDROGENAZA IZOCYTRYNIANOWA
Izocytrynian szczawiobursztynian Ä… ketoglutaran
NAD+ NADH+H H+ CO2
4) Dekarboksylacja oksydacyjna Ä… ketoglutaranu do bursztynylo-CoA
Enzym: DEHYDROGENAZA Ä… KETOGLUTAROWA- kompleks podobny do deh. pirogronianowej
- E1- dehydrogenaza Ä… ketoglutarowa
- E2  bursztynylotransferaza
- E3  dehydrogenaza dihydroliponianowa
Ä… 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 JABA
CZANOWA)
Bursztynian Fumaran Jabłczan Szczawiooctan
FAD FADH2 H2O NAD NADH+H
3
2008 by nixon
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 sÄ… 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 pozawÄ…trobowych: transferaza CoA sukcynylo-CoA:acetooctanÄ…ð przemiana sukcynylo-CoA
w bursztynian sprzężona z przekształceniem acetooctanu w acetoacetylo-CoA
4
2008 by nixon
3.Energetyka cyklu Krebsa
Enzym Sposób wytworzenia energii zysk ATP
Dehydrogenaza Utlenienie NADH w Å‚aocuchu oddechowym
3
izocytrynianowa
Kompleks dehydrogenazy Utlenienie NADH w Å‚aocuchu oddechowym
3
ketoglutaranowej
Syntetaza bursztynylo-CoA FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA (GDP->GTP)
1
Dehydrogenaza Utlenianie FADH2 w Å‚aocuchu oddechowym
2
bursztynianowa
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-CoAÄ…ðporfiryny
Ssaki nie posiadają enzymu, który mógłby przekształcid acetylo-CoA w dowolny intermedia cyklu Krebsa.
Reakcje anaplerotyczne dzielÄ… siÄ™ na:
1) Związane z asymilacja CO2 w tkankach zwierzęcych:
Karboksylaza pirogronianowa
biotyna
a) Pirogronian + CO2 + ATP + H2O szczawiooctan + ADP + Pi + H+
Karboksylaza pirogronianowa
redukujÄ…ca
b) Pirogronian + CO2 +NADPH + H+ jabłczan + NADP+ + H+
c) Propionian + CO2 +CoA + ATP + H2O propionylo-CoA + ADP + Pi + H+
izomeraza
sprzężona z B12
Metylomalonylo-CoA bursztynylo-CoA
karboksykinaza
PEP
d) Fosfoenolopirogronian + CO2 + IDP ITP + szczawiooctan
2) Reakcje związane z katabolizmem aminokwasów kooczące się określonym intermediatem dla CK
Ä…-ketoglutaran glutaminian, histydyna, prolina, glutamina, arginina
sukcynylo-CoA izoleucyna, walina, metionina,
fumaran tyrozyna, fenyloalanina
szczawiooctan kwas asparaginowy
5
2008 by nixon
5.Amfiboliczny charakter cyklu Krebsa - znaczenie w katabolizmie i
anabolizmie
1) W
GLOWODANY
wszystkie ważniejsze metabolity cyklu są potencjalnie glukogenne (glukoneogeneza w
wÄ…trobie i nerce)
GTP GDP+CO2
Szczawiooctan fosfoenolopirogronian ---> glukoza
Karboksykinaza PEP
ADP+Pi
Karboksylaza pirogronianowa
ATP,HCO3-
Pirogronian
NADH
NAD+ Dehydrogenaza mleczanowa
mleczan
2) AMINOKWASY:
W reakcjach katalizowanych przez aminotransferazy powstajÄ…:
Alanina <------------> pirogronian
Asparaginian <----------> szczawiooctan
Glutaminian <------------> ketoglutaran
Reakcje są odwracalne, dlatego cykl może służyć do syntezy szkieletów węglowych
aminokwasów endogennych
3) TA
USZCZE:
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
6
2008 by nixon
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:
pirogronian
ATP, CoA NAD+
AcetyloCoA,
NADH
- bezpośrednio reakcję hamują: dehydrogenaza -
nieaktywna forma aktywna
NADH i acetyloCoA
-aktywatory fosfatazy: jony Ca2+
kinaza
+
aktywatory
- inhibitory kinazy:
pirogronian, NADH+H
CoA, Co2
NAD+ AcetyloCoA
ADP
7
2008 by nixon
1) Dehydrogenaza izocytrynianowa
Aktywatory:
stymulacja allosteryczna przez ADP (zwiększa powinowactwo do substratu)
Inhibitory:
NADH,
ATP
2) dehydrogenaza ketoglutarowa
Inhibitory:
NADH,
ATP,
bursztynylo-CoA
INHIBITORY:
CytrynianÄ…ðcis-akonitan (fluorooctan w postaci fluoroacetylo-CoA kondensuje ze szczawiooctanem tworzÄ…c
fluorocytrynian hamujÄ…cy akonitazÄ™)
Ä…-ketoglutaranÄ…ðsukcynylo-CoA (arsenin)
bursztynianÄ…ðfumaran (malonian)
szczawiooctan hamuje kompetycyjnie dehydrogenazÄ™ bursztynianowÄ…
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)
8