CYKL KREBSA
CYKL KREBSA
Końcowy etap utleniania węglowodanów, aminokwasów i kwasów
tłuszczowych, ściśle powiązany z łańcuchem oddechowym. Zachodzi
wyłącznie w warunkach tlenowych.
LOKALIZACJA 
FUNKCJE
matrix mitochondrium
" rozkłada acetyloCoA
powstajÄ…cy podczas
Glukoza
katabolizmu
AcetyloCoA
węglowodanów,
lipidów, białek
Szczawiooctan Cytrynian
" dostarcza
AA
równoważników
NAD+
Jabłczan Izocytrynian
redukcyjnych 
NADH+H+ i FADH2
CO2
NAD+
zamienianych na ATP
AA
Fumaran Ä…ketoglutaran
w A
O oraz GTP (=ATP)
CO2
FAD
NAD+
" dostarcza substratów
AA
Bursztynian BursztynyloCoA
do procesów syntezy
różnych związków (np.
GTP
glukozy, hemu,
kwasów tłuszczowych)
FADH2 3 NADH + H+
fosforylacja oksydacyjna
A
AC
CUCH ODDECHOWY
1. Reduktaza NADH/CoQ
FMN, Fe-S
7
7
2. koenzym Q
1
1
1. Reduktaza cytochromowa
cytochrom b  hem b
cytochrom c1  hem c1
Fe-S
2
2
4. Cytochrom c (hem c)
3
3
1. Oksydaza cytochromowa
hem a1 z Fe+3, Cu+2,
4
4
hem a3 z Fe+3, Cu+2,
6. tlen
1. Dehydrogenaza
bursztynianowa
5
5
FAD, Fe-S
6
6
A
AC
CUCH ODDECHOWY
Jabłczan (dehydrogenaza jabłczanowa)
Jabłczan (dehydrogenaza jabłczanowa)
Izocytrynian (dehydrogenaza izocytrynianowa)
Izocytrynian (dehydrogenaza izocytrynianowa)
Glutaminian (dehydrogenaza glutaminianowa)
Glutaminian (dehydrogenaza glutaminianowa)
²-hydroksyacyloCoA (dehydrogenaza ²-hydroksyacyloCoA)
²-hydroksyacyloCoA (dehydrogenaza ²-hydroksyacyloCoA)
²-hydroksymaÅ›lan (dehydrogenaza ²-hydroksymaÅ›lanowa)
²-hydroksymaÅ›lan (dehydrogenaza ²-hydroksymaÅ›lanowa)
dihydroliponian (dehydrogenaza dihydroliponianowa)
dihydroliponian (dehydrogenaza dihydroliponianowa)
A
AC
CUCH ODDECHOWY
Glicerolo-3-fosforan (dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanowa)
Glicerolo-3-fosforan (dehydrogenaza glicerolo-3-fosforanowa)
AcyloCoA (dehydrogenaza acyloCoA)
AcyloCoA (dehydrogenaza acyloCoA)
SYNTAZA ATP
SYNTAZA ATP
ADP + Pi ATP + H2O
ADP + Pi ATP + H2O
Proces syntezy ATP zachodzÄ…cy w wyniku
Proces syntezy ATP zachodzÄ…cy w wyniku
przeniesienia elektronów z NADH i FADH2 na
przeniesienia elektronów z NADH i FADH2 na
O2 przez szereg przenośników elektronów
O2 przez szereg przenośników elektronów
(łańcuch oddechowy) nazywa się
(łańcuch oddechowy) nazywa się
FOSFORYLACJ
OKSYDACYJN
.
FOSFORYLACJ
OKSYDACYJN
.
Produktem końcowym A
O jest H2O
Produktem końcowym A
O jest H2O
2 H2 + O2 H2O
2 H2 + O2 H2O
Pirogronian
Pirogronian
martiks
martiks
FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA
Fosforylacja substratowa jest to synteza ATP z wykorzystaniem
energii zawartej w niektórych związkach wysokoenergetycznych.
" reszty fosforanowe 3 związków (fosfoenolopirogronian, 1,3-
bisfosfoglicerynian, fosfokreatyna) majÄ… energiÄ™ wiÄ…zania
wystarczającą by mogły zostać przeniesione na ADP.
X ~ P + ADP Y + ATP
" rozpad wiÄ…zania w zwiÄ…zku wysokoenergetycznym
(bursztynyloCoA) wyzwala energiÄ™ wystarczajÄ…cÄ… do syntezy ATP z
ADP i Pi
X ~ P + GTP + Pi Y + GTP
GTP + ADP GDP + ATP
y
RÓDA
A ACETYLOCoA
tłuszcze białka
trawienie
proteoliza
węglowodany
lipoliza
trawienie
glikogenoliza
kwasy tłuszczowe aminokwasy
cukry proste
+ glicerol
(glukoza)
deaminacja,
glikoliza
oksydacja
²-oksydacja
ciała ketonowe
pirogronian
oksydacyjna
O
dekarboksylacja
//
acetyloCoA
aminokwasy
CH3 % C ~ SCoA
OKSYDACYJNA DEKARBOKSYLACJA
ą-KETOKWASÓW
COO-
COO- COO-
COO-
|
| |
|
CH2
C = O C = O
C = O
| |
|
|
CH2 CH2
C = O
CH3
|
| |
CH3
CH2 CH3
|
COO-
Ä…-KETOGLUTARAN Ä…-KETOMASLAN ACETOOCTAN
PIROGRONIAN
Ä… - ketokwasy
² - ketokwas
OKSYDACYJNA
üð
enzym
DEKARBOKSYLACJA
dekarboksylujÄ…cylub
PIROGRONIANU
dehydrogenaza
pirogronianowa
witamina B1, TPP
pirogronian + NAD+ + HSCoA
KOMPLEKS
üð
acetylotransferaza
DEHYDROGENAZY
dihydroliponianowa
PIROGRONIANOWEJ
kwas liponowy,
lipoamid, B5, HSCoA
acetyloCoA + NADH+H+ + CO2
üð
FADH2 + NAD+ FAD + NADH + H+
dehydrogenaza
dihydroliponianowa
B2, FAD, PP, NAD+
WITAMINY i KOENZYMY BIOR
CE UDZIAA
W
OKSYDACYJNEJ DEKARBOKSYLACJI Ä…-
KETOKWASÓW
" TPP (pirofosforan
TTP
tiaminy
witamina B1, tiamina
" lipoamid
kwas liponowy, wit B7
" koenzym A
Lipoamid
B5, kwas pantotenowy
" FAD
B2, ryboflawina
" NAD
B3, PP, niacyna
Kompleks wieloenzymatyczny
 dehydrogenaza ą-ketokwasów (3 typy)
O
||
HSCoA
R % C ~ CoA
O
||
TPP FAD NADH+H+
R % C % COO-
zredukowany
acetylo-
lipoamid
lipoamid
SH
L
3
SH
1 2
dehydrogenaza
dehydrogenaza acetylotransferaza
dihydro-
dihydroliponianowa
pirogronianowa
liponianowa
hydroksyetyloTPP utleniony lipoamid
CO2
FADH2
NAD+
OH S
| L
R % C % TPP S
REGULACJA DEHYDROGENAZY PIROGRONIANOWEJ
" AcetyloCoA i NADH+H+ są również allosterycznymi inhibitorami
nieufosforylowanej (aktywnej) formy dehydrogenazy
pirogronianowej.
HSCoA
kompleks
P
Ca2+
dehydrogenazy
pirogronian
pirogronianowej
NAD+
NIEAKTYWNA
+
+
H2O
ADP
fosfataza białkowa
kinaza białkowa
Pi
ATP
%
kompleks
dehydrogenazy
ATP
pirogronianowej
acetyloCoA
AKTYWNA
%
NADH
NADH
Pirogronian AcetyloCoA
REAKCJE CYKLU KREBSA
O
COO-
COO-
|
COO- //
|
CH3 % C ~ SCoA
CH2
|
CH2
C = O
| + H2O
|
|
HO % C % COO-
HO % C % COO-
CH2
|
|
HSCoA
|
CH2
CH2
COO-
|
|
C = O
COO-
|
SCoA
Enzym:
1
SYNTAZA CYTRYNIANOWA
SYNTAZA CYTRYNIANOWA
klasa IV (liazy)
klasa IV (liazy)
Typ reakcji:
KONDENSACJA
KONDENSACJA
reakcja nieodwracalna
reakcja nieodwracalna
enzym regulatorowy
enzym regulatorowy
REAKCJE CYKLU KREBSA
COO- COO- COO-
| | |
+ H2O
CH2 CH2 CH2
| | |
HO % C % COO- C % COO- HC % COO-
| || |
CH2 CH HO % CH
- H2O
| |
|
COO- COO-
COO-
Enzym:
2
AKONITAZA (HYDRATAZA
AKONITAZA (HYDRATAZA
cisAKONITANOWA)
cisAKONITANOWA)
2
klasa IV (liazy)
klasa IV (liazy)
Typ reakcji:
DEHYDRATACJA/HYDRATACJA
DEHYDRATACJA/HYDRATACJA
reakcja odwracalna
reakcja odwracalna
białko zawierajace Fe-S
białko zawierajace Fe-S
REAKCJE CYKLU KREBSA
COO-
COO- COO-
|
| |
NAD+
CH2
CH2 CH2
|
| |
HC % COO-
HC % COO- CH2
|
|
|
CO2
HO % CH
NADH+H+
O = CH
O = CH
|
|
|
COO-
COO-
COO-
Enzym:
DEHYDROGENAZA
DEHYDROGENAZA
IZOCYTRYNIANOWA
IZOCYTRYNIANOWA
klasa I (oksydoreduktazy)
klasa I (oksydoreduktazy)
Typ reakcji:
UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA
UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA
3
reakcja nieodwracalna
reakcja nieodwracalna
izoenzymy
izoenzymy
enzym regulatorowy
enzym regulatorowy
REAKCJE CYKLU KREBSA
COO-
COO-
|
|
NAD+, HSCoA
CH2
CH2
|
|
CH2
CH2
|
|
NADH+H+ CO2
C ~ SCoA
O = CH
||
|
O
COO-
Enzym:
KOMPLEKS DEHYDROGENAZY
KOMPLEKS DEHYDROGENAZY
Ä…-KETOGLUTARANOWEJ
Ä…-KETOGLUTARANOWEJ
klasa I (oksydoreduktazy)
klasa I (oksydoreduktazy)
Typ reakcji:
UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA
UTLENIANIE i DEKARBOKSYLACJA
4
reakcja nieodwracalna
reakcja nieodwracalna
enzym regulatorowy
enzym regulatorowy
REAKCJE CYKLU KREBSA
COO-
COO-
|
GDP + Pi
|
CH2
CH2
|
|
CH2
CH2
|
HSCoA
GTP
|
C ~ SCoA
COO-
||
O
Enzym:
SYNTETAZA BURSZTYNYLOCoA
SYNTETAZA BURSZTYNYLOCoA
klasa VI (syntetazy)
klasa VI (syntetazy)
Typ reakcji:
FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA
FOSFORYLACJA SUBSTRATOWA
5 reakcja odwracalna
reakcja odwracalna
REAKCJE CYKLU KREBSA
COO-
COO-
FAD
|
|
CH
CH2
||
|
CH
CH2
|
FADH2
|
COO-
COO-
Enzym:
DEHYDROGENAZA
DEHYDROGENAZA
BURSZTYNIANOWA
BURSZTYNIANOWA
klasa I (oksydoreduktazy)
klasa I (oksydoreduktazy)
Typ reakcji:
UTLENIANIE
UTLENIANIE
6
jest częścią błony mitochondrialnej
jest częścią błony mitochondrialnej
reakcja odwracalna
reakcja odwracalna
białko zawierające Fe-S
białko zawierające Fe-S
REAKCJE CYKLU KREBSA
COO-
COO-
H2O
|
|
HC % OH
CH
|
||
CH2
CH
|
|
COO-
COO-
Enzym:
HYDRATAZA FUMARANOWA
HYDRATAZA FUMARANOWA
(FUMARAZA)
(FUMARAZA)
klasa IV (liazy)
klasa IV (liazy)
7
Typ reakcji:
HYDRATACJA
HYDRATACJA
reakcja odwracalna
reakcja odwracalna
REAKCJE CYKLU KREBSA
COO-
COO-
NAD+
|
|
C = O
HC % OH
|
|
CH2
CH2
|
NADH+H+
|
COO-
COO-
Enzym:
DEHYDROGENAZA
DEHYDROGENAZA
8 JABA
CZANOWA
JABA
CZANOWA
klasa I (oksydoreduktazy)
klasa I (oksydoreduktazy)
Typ reakcji:
UTLENIANIE
UTLENIANIE
reakcja odwracalna
reakcja odwracalna
BILANS ENERGETYCZNY CYKLU KREBSA
z jednej czÄ…steczki acetyloCoA
" 3 NADH + H+ × 3 ATP = 9
ATP
" 1 FADH2 × 2 ATP = 2
ATP
" 1 GTP (FS) = 1 ATP = 1
ATP
= 12 ATP
GTP + ADP "! GDP + ATP
GTP + ADP "! GDP + ATP
enzym: kinaza difosfonukleozydowa
enzym: kinaza difosfonukleozydowa
REGULACJA CYKLU KREBSA
1
1
1. SYNTAZA CYTRYNIANOWA
2
2
- enzym allosteryczny
(+) Ca2+, ADP
3
3
(%) ATP, NADH, acyloCoA,
bursztynyloCoA
2. DEHYDROGENAZA
INHIBITORY:
IZOCYTRYNIANOWA
fluorooctan
- enzym allosteryczny
- hamuje akonitazÄ™
(+) ADP, Ca2+
malonian
- inhibitor kompetycyjny
(%) ATP, NADH
dehydrogenazy bursztynianowej
3. DEHYDROGENAZA
arszenik
Ä…KETOGLUTARANOWA
- hamuje enzymy współdziałające z
- aktywny nieufosforylowany
kwasem liponowym  kompleksy
(+) Ca2+
katalizujÄ…ce oksydacyjnÄ…
dekarboksylacjÄ™ pirogronianu i Ä…-
(%) ATP, GTP, NADH,
ketoglutaranu
bursztynyloCoA
POWI
ZANIA CYKLU KREBSA Z INNYMI SZLAKAMI
METABOLICZNYMI
Niektóre szlaki metaboliczne kończą się na metabolicie cyklu Krebsa a
niektóre wywodzą się z tego cyklu. Szczególne znaczenie odgrywa w wątrobie
gdzie nazywany jest  cyklem otwartym : w czasie sytości (ę! węglowodanów)
przeważa udział cyklu w procesie lipogenezy, w tworzeniu aminokwasów, w
czasie głodu ( węglowodanów) w procesie glukoneogenezy. Prawie
wszystkie metabolity cyklu Krebsa sÄ… potencjalnie glukogenne (najbardziej
szczawiooctan), ponadto niektóre aminokwasy są glukogenne dzięki
możliwości przekształcenia ich w metabolit cyklu Krebsa lub w pirogronian.
Cykl Krebsa powiązany jest z następującymi przemianami:
vð
glukoneogeneza (ze szczawiooctanu, pirogronianu, aminokwasów)
vð
synteza niektórych aminokwasów
vð
synteza hemu
vð
synteza ciał ketonowych
vð
synteza kwasów tłuszczowych
vð
synteza neurotransmiterów (mózg)
vð
cykl mocznikowy
POWI
ZANIA CYKLU KREBSA Z INNYMI SZLAKAMI
METABOLICZNYMI
Pirogronian
Pirogronian
Glukoza
Glukoza
AcetyloCoA
AcetyloCoA
Synteza kwasów
Synteza kwasów
szczawiooctan
szczawiooctan
tłuszczowych,
tłuszczowych,
Cytrynian
Cytrynian
Aminokwasy
Aminokwasy
Regulator
Regulator
metabolizmu
metabolizmu
fumaran
fumaran
węglowodanów
węglowodanów
Cykl mocznikowy
Cykl mocznikowy
Ä…-ketoglutaran
Ä…-ketoglutaran
bursztynyloCoA
bursztynyloCoA
Neurotransmitery
Neurotransmitery
Aminokwasy
Aminokwasy
Synteza hemu,
Synteza hemu,
porfiryny
porfiryny
POWI
ZANIA CYKLU KREBSA Z CYKLEM
MOCZNIKOWYM
Ä…-ketokwas
Ä…-ketokwas
amino
amino
Karbamoilofosforan Cytrulina Asparaginian
Karbamoilofosforan Cytrulina Asparaginian
kwas
kwas
Arginino-
Arginino-
Szczawiooctan
Szczawiooctan
Ornityna
Ornityna
bursztynian
bursztynian
Jabłczan
Jabłczan
mocznik
mocznik
Fumaran
Fumaran
Arginina CK
Arginina CK
Liaza arginino-
bursztynianowa
REAKCJE ANAPLEROTYCZNE CYKLU KREBSA
Reakcje w których powstają metabolity cyklu, nie będące
reakcjami cyklu. Usunięcie któregokolwiek metabolitu
powoduje spadek ilości szczawiooctanu potrzebnego do
kondensacji z acetyloCoA.
COO-
COO-
1.
1.
|
|
COO-
COO-
CO2, ATP
CO2, ATP
ADP, Pi
ADP, Pi
C = O
C = O
|
|
|
|
C = O
C = O
CH2
CH2
biotyna (wit.H), Mg2+
biotyna (wit.H), Mg2+
|
|
|
|
CH3
CH3
COO-
COO-
ENZYM
ENZYM
Brak lub niedostatek karboksylazy
Brak lub niedostatek karboksylazy
KARBOKSYLAZA
KARBOKSYLAZA
pirogronianowej prowadzi do
pirogronianowej prowadzi do
PIROGRONIANOWA
PIROGRONIANOWA
kwasicy mleczanowej, uszkodzeń
kwasicy mleczanowej, uszkodzeń
(+) acetyloCoA
(+) acetyloCoA
mózgu i śmierci podobnie jak brak
mózgu i śmierci podobnie jak brak
(%) acyloCoA
(%) acyloCoA
dehydrogenazy pirogronianowej.
dehydrogenazy pirogronianowej.
największa aktywność w wątrobie
największa aktywność w wątrobie
Dodatkowo brak syntezy glukozy z
Dodatkowo brak syntezy glukozy z
ze względu na glukoneogenezę
ze względu na glukoneogenezę
alaniny, seryny, mleczanu
alaniny, seryny, mleczanu
REAKCJE ANAPLEROTYCZNE CYKLU KREBSA
2. Przekształcanie alaniny w metabolit cyklu Krebsa przy udziale
2. Przekształcanie alaniny w metabolit cyklu Krebsa przy udziale
aminotransferazy.
aminotransferazy.
COO-
COO-
COO-
COO-
|
|
|
|
COO-
COO-
C = O
C = O
HC % NH2
HC % NH2
COO-
COO-
|
|
|
|
|
|
|
|
HC % NH2
HC % NH2
CH2
CH2
+
+
CH2
CH2
C = O
C = O
|
+ |
+
|
|
|
|
|
|
CH3
CH3
AMINOTRANSFERAZA CH2
AMINOTRANSFERAZA CH2
CH2
CH2
CH3
CH3
ALANINOWA
ALANINOWA
|
|
|
|
COO-
COO-
COO-
COO-
REAKCJE ANAPLEROTYCZNE CYKLU KREBSA cd.
3. Karboksykinaza fosfoenolopirogronianowa
PEP + GDP Szczawioctan + CO2 + GTP
4. mutaza metylomalonyloCoA
metylomalonyloCoA bursztynyloCoA
metylomalonyloCoA bursztynyloCoA
5. liaza argininobursztynianowa
arginina fumaran + mocznik