5.2.2.1. Łańcuch oddechowy chemoorganotrofów prokariotycznych

Kierunek przenoszenia elektronów w łańcuchu oddechowym jest wyznaczony przez różnicę potencjałów oksydoredukcyjnych. Transport elektronów odbywa się od układów o wyższych wartościach ujemnych do układów o wyższych wartościach dodatnich. W przenoszeniu protonów i elektronów od substratów do tlenu uczestniczą dehydrogenazy, współdziałające z NAD, NADP, FAD lipoamidem i niekiedy Q, a poza tym: metaloflawoproteidy pośredniczące, ubichinon oraz układ cytochromów. Schemat łańcucha oddechowego u chemoorganotrofów prokariotycznych przedstawiono na poniższym rysunku (z minimalnymi odchyleniami, podobny łańcuch oddechowy występuje w błonie mitochondrialnej Eukariota).

Rys. 5.2.2. Uproszczony schemat łańcucha oddechowego u chemoorganotrofów prokariotycznych

Podjednostki składowe łańcucha oddechowego

Znaczną część podjednostek składowych łańcucha oddechowego, czyli NAD, NADP, FAD, FMN, lipoamid oraz ubichinon omówiono już w podrozdziale „Koenzymy i grupy prostetyczne oksydoreduktaz” na stronach 75-80.

Ten fragment należy traktować jako rozszerzenie wcześniejszej wiedzy.

Dehydrogenazy współdziałające z flawinami. Koenzymy tych dehydrogenaz – FAD i FMN - są względnie trwale z związane z apoenzymami. Niekiedy ich podjednostkami są białka żelazowo-siarkowe. Do tego typu dehydrogenaz należy: dehydrogenaza bursztynianowa, cholinowa lub acylo-CoA; wszystkie zawierają FAD. Również dehydrogenazy współdziałające z lipoamidem (wchodzące w skład kompleksów wieloenzymatycznych oksydacyjnej dekarboksylacji α-ketokwasów (α-OCD) zawierają FAD. W Kompleksie I u Prokariota występuje FAD, a u Eukariota FMN.

Flawoproteidy pośredniczące (fp). Występują one w komórkach poza wymienionymi już wyżej dehydrogenazami flawinowymi. Zawierają one barwniki flawinowe, bardzo często żelazo niehemowe, białka żelazowo-siarkowe, a niekiedy cynk. Metaloflawoproteidy fp pośredniczą często w przekazywania protonów i elektronów z dehydrogenaz sprzężonych z NADH, powodując ich utlenienie. Niektóre dehydrogenazy współdziałające z nukleotydami flawinowymi, jak np. dehydrogenaza acylo-CoA, współdziałają także z flawoproteidami przenoszącymi elektrony (ETF).

Ubichinon (koenzym Q). Ubichinon stanowi ostatnie ogniwo łańcucha oddechowego, do którego dochodzą atomy wodoru. Dalej przenoszone są już tylko elektrony. W łańcuchu oddechowym występuje on w ilości znacznie większej od innych składników łańcucha oddechowego. Ubichinon jest ruchomym elementem łańcucha. Krąży w membranie komórkowej (lub wewnętrznej błonie mitochondrialnej) pomiędzy Kompleksem I, Kompleksem II i cytochromami.

W łańcuchu oddechowym u niektórych Prokariota w okolicach działania ubichinonu mogą występować związki towarzyszące temu koenzymowi: witaminy K oraz witaminy E.

Białka żelazowo-siarkowe (Fe_n-S_n) stanowią jednoelektronowe układy oksydoredukcyjne. Współpracują one zarówno z flawoproteidami, jak i cytochromem b. Szczegóły dotyczące ich budowy opisano w rozdziale 1.3. na str. 13.

Cytochromy. Stanowią grupę białek transbłonowych uczestniczących w transporcie elektronów. Każdy cytochrom zawiera grupę heminową z umieszczonym w centrum atomem żelaza, który w trakcie przyjmowania elektronu przechodzi ze stanu Fe³⁺ do stanu Fe²⁺. Po oddaniu elektronu do następnego przenośnika atom żelaza powraca do stanu Fe³⁺.

Cytochromy rodzaju b. Ich masa cząsteczkowej waha się w granicach 28 kDa. Istnieje kilka odmian tego typu cytochromów: np. cytochrom b₅₅₈ jest składnikiem Kompleksu II, cytochromy b₅₅₆ i b₅₆₂ są składnikami kompleksu III a cytochrom b₅₅₉ odgrywa ważną rolę w ochronie fotosystemu PSII.

Cytochrom c1 jest lipoproteiną o masie cząsteczkowej około 360 kDa, zawierającą po 1 atomie żelaza na każdą podjednostką budulcową.

Cytochrom c; najlepiej poznany ze wszystkich cytochromów. Masa jego cząsteczki wynosi 13 kDa. Zawiera on 104 reszty aminokwasowe, znany jest jego skład aminokwasowy oraz struktura przestrzenna. Cytochrom c jest jedynym cytochromem rozpuszczalnym i podobnie jak ubichinon jest ruchomym składnikiem łańcucha oddechowego, łączącym jego kompleksy funkcyjne.

Cytochromy a i a₃. Są one elementem składowym Kompleksu IV, czyli oksydazy cytochromu c. W skład tego enzymu wchodzą dwa układy żelazoporfirynowe, z których każdy oprócz żelaza zawiera atom miedzi. Podczas przenoszenia elektronów atomy miedzi oscylują między stanem Cu²⁺ a stanem Cu¹⁺. Oksydaza cytochromu c ma niezwykle duże powinowactwo do tlenu. Reakcja, którą enzym ten katalizuje, jest nieodwracalna.

Główne elementy składowe łańcucha oddechowego i mechanizm ich działania

Kompleks I, czyli dehydrogenaza NADH (ubichinon) – EC 1.6.5.3. Duży kompleks białkowy, składający się z 45 podjednostek, zawierający FAD (u prokariota) lub FMN (u eukariota) i dwa typy centrów żelazowo-siarkowych Fe₂‑S₂ i Fe₄‑S₄ w białkach żelazowo-siarkowych. Jego podjednostką składową jest dehydrogenaza NAD (EC 1.6.99.3.).

Kompleksy I i II

Zredukowany NADH, pochodzący z wielu procesów katabolicznych, dostarcza jon wodorkowy (H^- - proton i dwa elektrony) do Kompleksu I. FAD (lub u Eukaryota - FMN) przejmuje ten jon i jednocześnie z cytoplazmy dobiera brakujący proton (H⁺). Następnie, w dwóch kolejnych krokach, po jednym, elektrony zostają przekazane do centrum Fe₂-S₂, gdzie atomy żelaza odbierają je, oscylując między stanem Fe³⁺ a stanem Fe²⁺. W dwóch kolejnych krokach elektrony te zostają przetransportowane do centrum białka Fe₄-S₄. Stamtąd, znowu pojedynczo, zostają przekazane na ubichinon, który ulega redukcji i jednocześnie pobiera protony z cytoplazmy przechodząc po drodze w semiubichinol, aby na końcu ulec redukcji do ubichinolu (QH₂). Ubichinol jest wolnym składnikiem membrany komórkowej (lub u Eukariota, wewnętrznej błony mitochondrialnej) i przenosi te dwa protony i elektrony do kompleksu III. W tym samym czasie, ze zredukowanego FAD-u dwa pozostające tam protony zostają przetransportowane do przestrzeni periplazmatycznej. Tak więc Kompleks I, pełni dodatkowo rolę pierwotnej pompy protonowej.

Kompleks II, czyli dehydrogenaza bursztynianowa (ubichinon) – EC 1.3.5.1. Jest to zakotwiczony w membranie komórkowej większości Prokariota (lub w wewnętrznej błonie mitochondrium u Eukariota) enzym związany z cyklem Krebsa, którego podjednostką jest dehydrogenaza bursztynianowa sprzężona z FAD – EC 1.3.99.1. U Eukariota i większości Prokariota w skład tego kompleksu wchodzą trzy białka żelazo-siarkowe Fe₂-S₂, Fe₄-S₄ i Fe₃-S₄ (drugie i trzecie z wyjątkiem E.coli i chemolitotrofów). Ubichinon, który odbiera elektrony i protony ze zredukowanego FADH₂ zakotwiczony jest w membranie komórkowej (lub w błonie mitochondrialnej) izoprenowym ogonem i tylko właściwy człon koenzymu (ugrupowanie chinonowe) ma dostęp do wnętrza kompleksu II. Zredukowany w kompleksie II ubichinol (QH₂) transportuje elektrony i protony z kompleksu II do kompleksu III.

Mechanizm działania Kompleksu II ma kilka cech wspólnych z mechanizmem działania Kompleksu I. FAD, będący zasadniczym elementem tego enzymu (w tej reakcji pełni rolę kofaktora), odrywa od bursztynianu dwa wodory (2H⁺ i 2e^-). W dwóch kolejnych krokach, elektrony są przekazywane poprzez centrum Fe₂-S₂ i cytochrom b₅₅₈ na ubichinon, który w międzyczasie odbiera od zredukowanego FADH₂ brakujące protony. Istotna różnica pomiędzy Kompleksami I i II polega na tym, że ten drugi nie jest pompą protonową (nie transportuje protonów do przestrzeni periplazmatycznej).

Kompleks III, czyli reduktaza ubichinol-cytochrom c –

rys. 5.2.4. Kompleks III

c₁  to cytochrom c₁, b_L to cytochrom b₅₅₆, b_H tocytochrom b₅₆₂

Kompleks III zbudowany jest z trzech dużych subjednostek (u Eukaryota jest ich 9). W jego skład wchodzą: cytochrom c₁, cytochrom b₅₅₆ i cytochromu b₅₆₂ oraz białko żelezowo-siarkowe Fe₂S₂.

Biochemiczne szczegóły dotyczące mechanizmu działania Kompleksu III, a zwłaszcza przebieg cyklu Q zostały dopracowane dopiero niedawno (2003).

Ubichinol (QH₂) transportuje z Kompleksu I i z Kompleksu II 2 wodory i 2 elektrony. W pobliżu Kompleksu III przyłącza się do niego druga cząsteczka QH₂, wydalona z Kompleksu III. Obie cząsteczki QH₂ kolejno wiążą się wiązaniem wodorowym z miejscem q₀ umiejscowionym w kompleksie III i tam zostają utlenione do ubichinonu Q. Miejsce q₀ sprzężone jest z białkiem Rieske z klasterem żelazowo-siarkowym Fe₂-S₂. Jedna z cząsteczek utlenionego ubichinonu Q zawracana jest do przestrzeni membranowej (wędruje więc z powrotem do kompleksu I), druga zaś jest wiązana w miejscu q₁ cytochromu b. W tym samym czasie 4 elektrony pochodzące z utlenionego ubichinolu są rozdzielane: 2 z nich są transportowane przez układ heminowy podjednostki b_L cytochromu b poprzez podjednostkę b_H do miejsca q₁. Tam ubichinon Q jest redukowany do ubichinolu QH₂. Protony niezbędne do tej reakcji czerpane są z przestrzeni periplazmatycznej. Zredukowany ubichinol (QH₂) zamyka cykl i przyłącza się do kolejnej cząsteczki QH₂ wędrującej z kompleksu I. Pozostałe dwa elektrony z miejsca q₀ są transportowane poprzez ISP na cytochrom c₁ i dalej na cząsteczki cytochromu c, który ulega redukcji i może zostać utleniony w Kompleksie IV. Najważniejszy efekt tego cyklu; 4 protony dostarczone z QH₂ (2 z kompleksu I lub Kompleksu II i 2 z przestrzeni periplazmatycznej) z miejsca q₀ są wyrzucane do cytoplazmy.

Kompleks IV, czyli oksydaza cytochromu c – EC 1.9.3.1. Złożony jest z kilku grup prostetycznych opartych na metalach (2 hemy- a i a3, 2 centra miedziowe - CuA i CuB) oraz 13 podjednostek białkowych (u ssaków 10 z nich kodowanych jest jądrowo, a 3 przez genom mitochondrialny mtDNA). Właściwa reakcja redukcji tlenu zachodzi przy wspólnym udziale hemu a3 i centrum CuB, jakkolwiek jej dokładny mechanizm wciąż jest przedmiotem badań.

Kompleks ten przekazuje nie tylko elektrony na tlen, ale również działa jak pierwotna pompa protonowa transportując dwa protony, specjalnym kanałem, do przestrzeni periplazmatycznej (lub u Eukariota - do matrixu).

Kompleks V, czyli H(+)-transportująca dwu-sektorowa ATP-aza – EC 3.6.3.14. (dawniej :syntaza ATP). Funkcja kompleksu V polega na syntezie ATP z ADP i P_i. Syntaza ATP, transportująca H⁺, działa jako wtórna pompa protonowa, przemieszczająca protony H⁺ w kierunku odwrotnym do działania pomp pierwotnych, tj. do wewnątrz cytoplazmy (u Eukariota do wnętrza mitochondrium – matrixu).

Kompleks V składa się z dwóch komponentów białkowych: F₁ i F₀. Element F₀ (rotor), jest zakotwiczony w membranie komórkowej (u Eukariota w błonie mitochondrialnej) - pokazanej schematycznie na poniższym rysunku jako szary pas - i zasilany jest przez strumień protonów. Przepływające protony wprawiają rotor w ruch wirowy. Ten białkowy rotor jest połączony z drugim elementem Kompleksu V – określanym jako F₁ - poprzez białkowy statecznik. Kiedy pod wpływem przepływających protonów zaczyna się obracać rotor (F₀), również obraca się część F₁. Pełnemu obrotowi elementu F₁ (czyli 360°) towarzyszy wytworzenie 3 cząsteczek ATP. Do pełnego obrotu elementu F₁, potrzeba 9 H⁺ przepływających przez rotor. Tak więc, przepływ 3 protonów przez Kompleks V powoduje wytworzenie 1 cząsteczki ATP.

. Cykl Krebsa

Cykl Krebsa, zwany też cyklem kwasów trikarboksylowych (TCA) lub cyklem kwasu cytrynowego to cykliczny ciąg reakcji enzymatycznych. Stanowi końcowy, III etap katabolizmu u organizmów aerobowych – ostatni etap spalania komórkowego węglowodanów, tłuszczów i białek. U organizmów eukariotycznych przebiega w matrixie, natomiast o Procaryota w cytoplazmie.

Istota cyklu polega na tym, że substrat wyjściowy acetylo-CoA (CH₃-CO~SCoA, zwany też czynnym octanem) łączy się ze szczawiooctanem (C4) dając kwas cytrynowy (C6), który w kolejnych przemianach (m.in. dwie dekarboksylacje, cztery odwodornienia) z powrotem przekształca się w szczawiooctan, dzięki czemu może nastąpić kolejny obrót cyklu. Efektem cyklu jest „spalenie” dwuwęglowej jednostki, jaką jest acetyl (CH₃-CO-) do CO₂ i H₂O. Przy okazji powstają 3 cząsteczki zredukowanego NADH, 1 cząsteczka FADH₂ i 1ATP.

W szczegółach cykl Krebsa przebiega następująco:

Rys. 5.3.1. Schemat cyklu Krebsa

1. (Si)-syntaza cytrynianowa 2. Hydrataza akonitanowa, 3. Dehydrogenaza izocytrynianowa (NAD⁺), 4. System dehydrogenazy oksoglutaranowej (przenoszącej sukcynyl), 5. Ligaza bursztynylo-CoA (tworząca ADP) 6. Dehydrogenaza bursztynianowa (ubichinon), 7. Hydrataza fumaranowa, 8. Dehydrogenaza jabłczanowa – EC

1. W pierwszym etapie cyklu (Si)-syntaza cytrynianowa łączy szczawiooctan z acetylo-CoA, w wyniku czego powstaje kwas cytrynowy. Aktywność enzymu hamowana jest wysokimi stężeniami ATP w komórce.

Większość syntaz należy do acylotransferaz i nie potrzebuje ATP jako źródła energii do wytworzenia wiązania kowalencyjnego. W tym konkretnym przypadku energia zawarta jest zresztą w wysokoenergetycznym acetylo~SCoA.

U niektórych beztlenowców w komórkach występuje (Re)-syntaza cytrynianowa enzym o stereospecyficzności będącej w opozycji do (Si)-syntazy cytrynianowej, ponadto bardzo wrażliwy na obecność tlenu.

2. W drugim etapie cyklu Krebsa dochodzi do transformacji cytrynianu do izocytrynianu. Pomimo, że w nomenklaturze enzymów reakcja jest przedstawiana jednoetapowo - tak, jak to pokazano na rys. 5.3.1. - w rzeczywistości jest ona dwuetapowa (patrz rysunek poniżej). Cytrynian pod wpływem hydratazy akonitanowej zostaje najpierw przekształcony w cis-akotynian, a ten dalej zostaje przekształcony pod wpływem tego samego enzymu w izocytrynian. Kofaktorem reakcji jest białko żelazo-siarkowe Fe₃S₄.

W cytoplazmie Procaryota (podobnie zresztą jak, i w matrixie Eucaryota) ustala się równowaga pomiędzy tymi trzema kwasami: udowodniono, że w środowisku reakcji enzymatycznej prowadzonej in vitro procentowy udział tych trzech kwasów jest następujący: cytrynian 91%, cis-akonitan 3%, izocytrynian 6%. W warunkach tlenowych, u aerobów równowaga przesunięta jest wybitnie w stronę powstawania izocytrynianu, który nieustannie ulega dalszym transformacjom enzymatycznym.

Natomiast w warunkach beztlenowych izocytrynian nie może być dalej przekształcany (ponieważ w komórce brak jest NAD-u) i u pewnych szczepów pleśni, np. Aspergillus itaconicus lub Asp.terreus dekarboksylaza akonitanowa (DA - EC 4.1.1.6) przekształca izocytrynian w kwas itakonowy (kwas metylenobursztynowy). Możemy w tym przypadku śmiało mówić o typowej fermentacji beztlenowej.

Kwas itakonowy stanowi podstawowy substrat w produkcji tworzyw sztucznych otrzymywanych na drodze estryfikacji i polikondensacji z glikolami. Ponadto, kwas itakonowy można stosować do różnych cyklizacji.

As

3. W trzecim etapie dehydrogenaza izocytrynianowa (NAD⁺) utlenia z jednoczesną dekarboksylacją izocytrynian (C6) do α-ketoglutaranu (C5). Aktywatorem enzymu są jony Mg²⁺ lub Mn²⁺, AMP i ADP. Aktywność enzymu hamują zaś wysokie stężenia NADH i ATP w komórce.

W komórkach organizmów eukariotycznych znalezione dwie formy enzymu: jedna współdziałająca z NAD⁺ występuje jedynie w mitochondriach. Ten enzym wykazuje właściwości allosteryczne. Bezpośrednio przekształca izocytrynian w α-ketoglutaran.

Druga forma enzymu współdziała z NADP⁺; nie wykazuje właściwości allosterycznych i występuje zarówno w mitochondriach, jak i w cytoplazmie. Ten enzym przekształca izocytrynian w α-ketoglutaran dwuetapowo, poprzez szczawiobursztynian (patrz rysunek poniżej). Aktywność tego enzymu hamowana jest przez cAMP.

4. W czwartym etapie cyklu Krebsa występuje dekarboksylacja oksydacyjna α-ketoglutranu (α‑ODCG), zostaje przekształcony enzymatycznie w bursztynylo-CoA (zwany też sukcynylo-CoA). Reakcję katalizuje system dehydrogenazy oksoglutaranowej (przenoszącej sukcynyl) – EC 1.2.4.2. Skrócony zapis tej reakcji przedstawiono poniżej.

W rzeczywistości reakcja ta jest kilkuetapowa, a system katalizujący tę reakcję jest złożonym kompleksem wieloenzymatycznym. Na rys. 5.3.2 przedstawiono szczegółowy przebieg dekarboksylacji oksydacyjnej, który jest identyczny zarówno dla transformacji 2-ketoglutaranu (α‑ODCG), jak i pirogronianu (α‑ODCP) - różnice dotyczą detali: m.in. numerów EC i nazw komponentów białkowych systemu.

Rys. 5.3.2. Szczegółowy schemat przebiegu dekarboksylacji oksydacyjnej

Przy dekarboksylacji oksydacyjnej α-ketoglutaranu (α-ODCG) występują: dehydrogenaza 2‑oksoglutaranowa (przenosząca sukcynyl) sukcynylotransferaza dihydroliponyloamidowa, dehydrogenaza dihydroliponyloamidowa –

Kompleks dehydrogenazy 2-oksoglutarowej katalizuje, ogólnie biorąc, konwersję 2-oksoglutaranu do sukcynylo-CoA i CO₂. Kompleks ten zawiera wielokrotne kopie trzech enzymatycznych komponentów - dehydrogenazy 2-oksoglutaranowej (przenoszącej sukcynyl) ‑ sukcynylotransferazy dihydroliponyloamidowej -, i E3 ‑ dehydrogenazy dihydroliponyloamidowej - W rdzeniu kompleksu znajduje się element E2, zbudowany z 24 polipeptydowych monomerów, do którego kowalencyjnie są przyłączone podjednostki E1 i E2. Jednym z kofaktorów reakcji jest amid kwasu liponowego (liponyloamid). Obok niego w reakcji biorą udział jeszcze cztery inne koenzymy: DPT, FAD, NAD⁺ i CoASH. Końcowym produktem reakcji jest bursztynylo~SCoA (inaczej zwany: sukcynylo~SCoA) i zredukowany NADH+H⁺.

5. W piątym etapie cyklu Krebsa mamy do czynienia z fosforylacją substratową. Ligaza bursztynylo-CoA (tworząca ADP) – EC 6.2.1.5 - katalizuje w pełni odwracalną reakcję powstawania bursztynylo~SCoA lub też reakcję odwrotną tworzenia ATP z wykorzystaniem energii w nim zawartej. Enzym ten lepiej jest znany pod nazwą syntetaza bursztynylo-CoA (tworząca ADP). Aktywatorem enzymu są jony Mg²⁺. Ta odmiana enzymu związana z cyklem Krebsa występuje u drożdży i u wielu szczepów bakteryjnych, m.in. Streptomyces, Bacillus, Pseudomonas.

U zwierząt z cyklem Krebsa związana jest ligaza bursztynylo-CoA (tworząca GDP) – EC 6.2.1.4. Mechanizm katalizy jest identyczny jak u wyżej opisanego enzymu bakteryjnego.

W komórkach zwierzęcych występuje także hydrolaza sukcynylo-CoA – EC 3.1.2.3, która hydrolitycznie rozkłada bursztynylo~S-CoA na bursztynian i CoASH. Aktywność enzymu hamowana jest nadmiarem pirofosforanu (PP_i) w komórce. Uwolniona w tej reakcji energia chemiczna zamieniana jest na ciepło.

bursztynylo~S-CoA + H₂O <==> bursztynian + CoASH

6. Szósty etap cyklu Krebsa katalizuje, znany już z łańcucha oddechowego, Kompleks II, czyli dehydrogenaza bursztynianowa (ubichinon) – EC 1.3.5.1. Więcej szczegółów dotyczących tego enzymu podano w rozdziale 5.5.2.1 na str. 115.

W wyniku działanie enzymu powstaje fumaran i zredukowana forma FADH₂. Silnym inhibitorem kompetycyjnym tego enzymu jest malonian (porównaj str.101). Aktywność enzymu hamują także wysokie stężenie szczawiooctanu w komórce.

7. Siódmy etap to transformacja fumaranu do (S)-jabłczanu (dawniej zapisywanego, jako L‑jabłczan). Reakcję katalizuje hydrataza fumaranowa – EC 4.2.1.2.

fumaran + H₂O <==> (S)-jabłczan

8. Ostatni, ósmy etap to utlenienie jabłczanu do szczawiooctanu. Reakcja katalizowana jest przez dehydrogenazę jabłczanową – EC 1.1.1.37, która sprzężona jest z NAD-em. Enzym utlenia również inne 2-hydroksydikarboksy kwasy. W wyniku tej reakcji zostaje odtworzony szczawiooctan, który zamyka cykl oraz zredukowana forma NADH+H⁺.

Znaczenie cyklu Krebsa

• Podstawową rolą cyklu Krebsa jest „spalenie” dwuwęglowej jednostki, jaką jest acetyl (CH₃‑CO-) do CO₂ i H₂O i przy okazji wytworzenie zredukowanych form NADH+H⁺ i FADH₂;

• w komórce cykl Krebsa jest głównym dostarczycielem zredukowanych form NADH+H⁺ i FADH₂, które oczywiście regenerują się (ulegają utlenieniu) w łańcuchu oddechowym;

• cykl Krebsa jest sprzężony z łańcuchem oddechowym i w związku z tym, może przebiegać jedynie w warunkach wybitnie tlenowych;

• zredukowane formy NADH i FADH₂ są dostarczycielami protonów i elektronów do łańcucha oddechowego i podczas ich regeneracji zostają wytworzone cząsteczki ATP;

w wyniku utleniania jednej reszty octanu powstają 3 cząsteczki NADH+H⁺ i jedna FADH₂, ponadto w wyniku fosforylacji substratowej powstaje też 1 cząsteczka ATP (lub GTP w komórkach zwierzęcych); stąd efekt energetyczny cyklu Krebsa jest następujący Sumarycznie daje to 11 cząsteczek ATP zysku ze „spalenia” jednej cząsteczki octanu.

 

Cykl Krebsa to ciąg reakcji zachodzących w mitochondrium, umożliwiający spalenie 1 cząsteczki acetylo-CoA. Cykl Krebsa to pierwsza część spalania acetylo-CoA, w trakcie którego następuje jego rozłożenie na wodór H₂ i dwutlenek węgla CO₂. Wodór jest wykorzystany następnie do syntezy ATP, co następuje w trakcie jego spalania z tlenem. CO₂ jest usuwany.

 

Kolejne reakcje tego cyklu są następujące:

1. szczawiooctan + acetylo-CoA + H₂O→ cytrynian + CoA

(przeniesienie reszty acetylowej z CoA na szczawiooctan)

2. cytrynian  → izocytrynian

(przekształcenia wewnątrz cząsteczki)

3. izocytrynian + NAD  → szczawiobursztynian + NADH₂

(przeniesienie dwóch pierwszych wodorów na NAD)

4. szczawiobursztynian  → α-ketoglutaran + CO₂

(odłączenie 1 cząsteczki CO₂)

5. α-ketoglutaran + CoA+ NAD → sukcynylo-CoA + CO₂ + NADH₂

(odłączenie cząsteczki CO₂ oraz przeniesienie dwóch kolejnych wodorów na NAD, chwilowo uczestniczy w tym cząsteczka CoA)

6. sukcynylo-CoA +H₂O+ ADP + P → bursztynian + CoA + ATP

(odłączenie CoA sprzężone jest z syntezą 1 cząsteczki ATP)

7. bursztynian + FAD → fumaran + FADH₂

(odłączenie dwóch kolejnych wodorów, tym razem uczestniczy w tym inny przenośnik: FAD[ix])

8. fumaran + H₂O  → jabłczan

(przyłączenie cząsteczki wody)

9. jabłczan + NAD → szczawiooctan + NADH₂

(przeniesienie kolejnych wodorów na NAD, powrót do wyjściowego szczawiooctanu)

 

Powyższe reakcje można podsumować następująco:

 

CH₃CO-CoA + 3 H₂0  + 3 NAD + FAD + ADP+P

→ CoA + 2CO₂  + 3 NADH₂  + FADH₂  + ATP.

Ponieważ z jednej cząsteczki NADH₂ można uzyskać 3 cząsteczki ATP, natomiast z FADH₂ można uzyskać jedynie 2 cząsteczki ATP, łącznie jeden pełny cykl spalania acetylo-CoA daje łącznie 12 cząsteczek ATP (3⋅3 z NADH₂ + 1⋅2 z FADH₂ + 1 bezpośrednio w cyklu Krebsa).

Jeśli teraz podliczymy wszystkie cząsteczki ATP, jakie mogą powstać przy spalaniu 1 cząsteczki glukozy, to uzyskamy: 8 ATP (glikoliza) + 2⋅3 ATP (pirogronian→acetylo-CoA) + 2⋅12 ATP (cykl Krebsa). Razem daje to 38 cząsteczek ATP

5.3.3.1. Glikoliza Glukoza i fruktoza (a także galaktoza pochodzenia pokarmowego) zostają enzymatycznie spalone w II fazie katabolizmu. W wyniku ich katabolizmu powstaje kwas pirogronowy. Zdecydowana jego większość zostaje przekształcana w acetylo-CoA i włączana w cykl Krebsa. W warunkach beztlenowych w efekcie glikolizy powstaje kwas mlekowy – pirogronian przy udziale dehydrogenazy mleczanowej, utleniającego ponownie NADH do NAD⁺ dla powtórnego użycia w glikolizie. Alternatywną drogą rozkładu glukozy jest szlak pentozofosforanowy, podczas którego następuje redukcja koenzymu NADPH i produkcja cukrów pentozowych takich jak ryboza, cukrowy komponentkwasu nukleinowego.Zasadnicze znaczenie glikolizy polega na tym, że może ona dostarczać ATP w nieobecności tlenu, co pozwala mięśniom szkieletowym funkcjonować sprawnie przy niedostatecznych procesach aerobowych. Miesień sercowy, przystosowany do warunków tlenowych, charakteryzuje się małą aktywnością glikolityczną.Rozpad glikogenu zachodzi jedynie wtedy, gdy w organizmie występuje niedobór glukozy i trzeba ją pozyskać z wielocukrów zapasowych - informuje o tym hormon adrenalina.Poniżej przedstawiony jest nieco uproszczony schemat glikolizy.

Rys. 5.3.10. Schemat glikolizy

:

1. W pierwszym etapie. Pierwsza z reakcji – fosforyzacja glukozy − katalizowana jest przez 2 enzymy. W tkankach występuje heksokinaza, która ma duże powinowactwo do glukozy i dzięki temu zapewnia dostarczanie cukru nawet przy niskim poziomie we krwi. W wątrobie natomiast występuje glukokinaza. Ma ona mniejsze powinowactwo do glukozy i w praktyce zaczyna działać dopiero przy stężeniach glukozy przekraczających poziom 100mg%. Służy więc do wyciągania nadmiaru cukru z krwi po posiłkach w celu zmagazynowania go w postaci glikogenu lub zamiany na tłuszcz.

Etapy glikolizy są następujące:

1. Glukoza przez fosforylację z udziałem heksokinazy w obecności ATP jest przekształcana w glukozo-6-fosforan.

2. Glukozo-6-fosforan (aldoza) ulega izomeryzacji katalizowanej przez izomerazę glukozofosforanową w fruktozo-6-fosforan (ketoza).

3. Fruktozo-6-fosforan jest fosforylowany z udziałem fosfofruktokinazy w obecności ATP w fruktozo-1,6-bisfosforan.

4. Fruktozo-1,6-bisfosforan (6 atomów węgla) jest rozszczepiany przez aldolazę na dwie cząstki: aldehyd 3-fosfoglicerynowy (3 atomy węgla) i fosfodihydroksyaceton (3 atomy węgla).

5. Aldehyd 3-fosfoglicerynowy jest dalej wykorzystywany w procesie glikolizy i jest on przekształcany do 1,3-bisfosfoglicerynianu. Reakcję katalizuje dehydrogenaza aldehydu 3-fosfoglicerynowego z użyciem nieorganicznego fosforanu i NAD H⁺.

6. 1,3-bisfosfoglicerynian jest przekształcany do 3-fosfoglicerynianu. Reakcję katalizuje kinaza fosfoglicerynianowa tworząca też ATP.

7. 3-fosfoglicerynian jest przekształcany w 2-fosfoglicerynian przez fosfogliceromutazę.

8. Enolaza katalizuje odwodnienie 2-fosfoglicerynianu i powstanie fosfoenolopirogronianu.

9. Kinaza pirogronianowa katalizuje utworzenie pirogronianu i ATP.

Znaczenie glikolizy

• Wytwarzanie ATP; w reakcjach szlaku glikolitycznego bezpośrednio powstają tylko dwie cząsteczki ATP na jedną cząsteczkę glukozy. Sumaryczna reakcja przekształcenia glukozy w pirogronian jest następująca:

glukoza + 2P_i + 2ADP + 2NAD⁺ → 2 cząsteczki pirogronianu + 2ATP + 2NADH + 2H⁺ + + 2H₂O.

• Wytwarzanie intermediatów, np. acetylo-CoA - prokursora w syntezie kwasów tłuszczowych i cholesterolu.

• Glikoliza dostarcza także substratów do cyklu kwasu cytrynowego i fosforylacji oksydacyjnej.

Losy pirogrionianu powstałego w procesie glikolizy

  W warunkach tlenowych pirogronian zostaje przekształcony w acetylo-CoA (CH₃-CO-S-CoA, aktywny octan) , który wchodzi w cykl kwasu cytrynowego:

pirogronian + NAD⁺ + CoA → acetylo-CoA + CO₂ + NADH.

Reakcję tę katalizuje dehydrogenaza pirogronianowa.

W warunkach ograniczonego dostępu tlenu, panujących podczas intensywnego wysiłku fizycznego, ilość NADH wytwarzanego podczas glikolizy przekracza możliwości łańcucha oddechowego pod względem utleniania NADH z powrotem do NAD ⁺. W tym wypadku pirogronian syntetyzowany w mięśniu szkieletowym podczas glikolizy zostaje przekształcony w mleczan przez dehydrogenazę mleczanową w reakcji generującej NAD ⁺ , dzięki czemu glikoliza w dalszym ciągu wytwarza ATP. Jednakże mleczan jest metabolitem uwięzionym w ślepej uliczce, ponieważ metabolizowany może być dalej tylko z powrotem w pirogronian. Mleczan dyfunduje więc z mięśni do krwi, skąd przechodzi do wątroby. Tutaj w wątrobie, przedostaje się do komórek, gdzie z udziałem dehydrogenazy mleczanowej zostaje przekształcony z powrotem w pirogronian. Następnie pirogronian w procesie glukoneogenezy ulega przekształceniu w glukozę; ta zostaje uwolniona znów do krwiobiegu, skąd może być pobierana przez mięsień szkieletowy (i mózg). Cykl tych reakcji nazywa się cyklem Corich.

. Fotosynteza

Fotosynteza przebiega w organizmach roślin, w glonach, u cyjanobakteria (sinice) i w nieco innych wariantach u bakterii zielonych oraz purpurowych. W procesie tym strukturalne składniki komórki, syntetyzowane są z wody i dwutlenku węgla, dzięki wykorzystaniu energii słonecznej.

W podręczniku przedstawiony zostanie szczegółowo proces fotosyntezy, zachodzący u zielonych eukariotów, czyli u organizmów posiadających w swoich komórkach jądro i chloroplasty.

Z wyjątkiem pewnych bakterii, fotosynteza przebiega w dwóch fazach: jasnej i ciemnej.

• faza jasna: energia fotonów wykorzystana jest do wytworzenia ATP i NADPH;

• faza ciemna: komórka zużywa NADPH i ATP do syntezy węglowodanów z CO₂ i H₂O.

W roślinach i glonach fotosynteza jest umiejscowiona w chloroplastach (sinice nie posiadają chloroplastów, ale mają tylakoidy). Reakcja świetlna zachodzi w błonie tylakoidów, a reakcja ciemna przebiega w stromie. U bakterii fotosyntetyzujących reakcja świetlna zachodzi w błonie komórkowej lub w miejscach inwaginacji tej błony (wgłębieniach) w tzw. chromatoforach.

Fosforylacja fotosyntetyczna

Fosforylacja fotosyntetyczna polega na “przekształceniu” energii świetlnej w ATP. Przebiega ona wyłącznie w fazie jasnej.

Światło widzialne jest formą promieniowania elektromagnetycznego złożonego z wielu fal o różnej długości, których zakres rozciąga się od fioletu (długość fali 400 nm) do dalekiej czerwieni (700 nm). Fotony światła czerwonego niosą ze sobą niższą energię niż np. fotony światła fioletowego. Cząsteczki chlorofilu najsilniej absorbują światło czerwone. Sens fizyczny tego zjawiska polega na tym, że energia zawarta w pojedynczym fotonie zostaje w całości pochłonięta przez elektron należący do chlorofilu lub innego barwnika, co powoduje podniesienie jego stanu podstawowego w stan wzbudzony. Aby cząsteczka mogła osiągnąć trwały stan wzbudzony musi zaabsorbować odpowiednią ilość energii. W chloroplastach, kiedy fotony światła zostają zaabsorbowane przez cząsteczki chlorofilu, wtedy ich elektrony wpadają w rezonans z kolejnymi fotonami i są przenoszone na wyższy poziom energetyczny osiągając stan wzbudzony. Proces zachodzi jedynie wówczas, gdy chlorofil jest związany z innymi właściwymi białkami i występuje jako integralny składnik tylakoidów. In vitro cząsteczka chlorofilu (czyli, wyizolowana z komórki) nie jest zdolna do przekształcania zaadsorbowanego światła w energię użyteczną dla komórki fotoautotroficznej.

5.5.2. Faza ciemna – cykl Calvina

Fotosynteza w rzeczywistości jest procesem anabolicznym, w wyniku którego z prostych związków nieorganicznych z wykorzystaniem energii świetlnej powstają związki organiczne.

W formie sumarycznej przebieg fotosyntezy można zapisać następująco:

Organizmy produkujące związki organiczne na drodze fotosyntezy to:

• wszystkie rośliny (nieliczne wyjątki to rośliny cudzożywne, saprofityczne i pasożytnicze),

• niektóre protisty,

• część bakterii (m.in. bakterie purpurowe oraz sinice).

Faza ciemna fotosyntezy (w tym, cykl Calvina) przebiega bez udziału światła i polega na asymilacji i włączeniu CO₂ w budowę składników strukturalnych komórki z wykorzystaniem energii zgromadzonej w fazie jasnej fotosyntezy.

Cykl Calvina (a właściwie Calvina-Bensona, zwany też cyklem C3) to cykl biochemiczny, który zachodzi w stromie chloroplastów i jest drugim etapem fotosyntezy niezależnym bezpośrednio od dostępu światła, określany stąd jako faza ciemna fotosyntezy.

W cyklu Calvina wyróżnia się trzy fazy:

• I. Faza karboksylacji

• II. Faza redukcji

• III. Faza regeneracji.

Faza I karboksylacji. Rozpoczyna cały cykl Calvina. Polega na przyłączenia cząsteczki CO₂ do 1,5-bisfosforybulozy (RuBP). Reakcja katalizowana jest przez karboksylazę rybulozo-bisfosforanową - EC 4.1.1.39 (1 na rys.5.5.5) w skrócie zwaną RuBisCO. W wyniku przyłączenia CO₂ powstaje nietrwały produkt przejściowy 1,5‑bisfosfo-2-karboksy-3-ketoarabanitol, który szybko ulega rozpadowi na dwie cząsteczki 3‑fosfoglicerynianu.

Faza II redukcji. Powstały w I fazie 3-fosfoglicerynian pod działaniem kinazy fosfoglicerynianowej - EC 2.7.2.3 (2) przy udziale ATP jako kosubstratu ulega ufosforylowaniu do 1,3‑bisfosfoglicerynianu, który następnie ulega redukcji pod działaniem dehydrogenazy gliceroaldehydo-3-fosforanowej (NADP(+)) (fosforylującej) – EC 1.2.1.13 (3), sprzężonej z NADPH, do aldehydu 3-fosfoglicerynowego (PGA).

Faza III regeneracji. W tej fazie z PGA (aldehydu 3-fosfoglicerynowego) i jego izomeru fosfodihydroksyacetonu odtwarzana jest w wyniku wielu reakcji biochemicznych 1,5‑bisfosforybuloza (występuje tu analogia do cyklu pentozowego). Część PGA, która nie jest potrzebna do odtworzenia 1,5-bisfosforybulozy jest przekształcana w glukozę, a ta w dalszym metabolizmie w skrobię.

Etap regeneracji jest najbardziej skomplikowanym ciągiem reakcji w całym cyklu. W jego trakcie pojawiają się triozy, tetrozy, pentozy, heksozy i heptuloza.

Na rys. 5.5.5. przedstawiono schematycznie przebieg cyklu Calvina. Dla celów dydaktycznych wygodnie jest rozpatrywać ten cykl wychodząc z 6 cząsteczek 1,5-bisfosforybulozy. Kolorem niebieskim na schemacie oznaczono ilość cząsteczek danego metabolitu, zaś czerwonym odnośniki do nazw enzymów katalizujących daną reakcję.

W cyklu Calvina zużywane zostają wytworzone w fazie jasnej ATP i NADPH, a ich energia zmagazynowana zostaje w wytworzonej cząsteczce glukozo-6-fosforanu, która w wyniku dalszych przemian anabolicznych stanowi punkt wyjściowy do syntezy całej gamy związków strukturalnych komórki - w tym skrobi, która jest materiałem zapasowym komórki.

Regulacja cyklu Calvina. Aktywność wielu enzymów cyklu Calvina stymulowana jest przez alkaliczne środowisko, co komórka w stromie osiąga w czasie fazy jasnej fotosyntezy. Jony Mg²⁺ są aktywatorem karboksylazy 1,5-bisfosforybozy, fosforybulokinazy oraz kinazy fosfoglicerynianowej. Ten ostatni enzym aktywowany może być również przez jony Mn²⁺. Kofaktorem reakcji katalizowanej przez aldolazę fruktozobisfosforanową są jony Zn²⁺. Szybkość wiązania CO₂ zależy od stężenia metabolitów pośrednich cyklu oraz od dostępności nieorganicznego fosforu.

Glikoliza

Podstawowym szlakiem spalania węglowodanów jest tzw. szlak glikolizy, który zachodzi w cytoplazmie komórki. W szlaku tym 1 cząsteczka glukozy C₆H₁₂O₆ zostaje zamieniona na 2 cząsteczki kwasu pirogronowego CH₃-CO-COOH. Kwas pirogronowy (zwany też w skrócie pirogronianem) jest najważniejszym punktem węzłowym metabolizmu wewnątrzkomórkowego. Jest on tą cząsteczką, która swobodnie przenika do mitochondrium by tam ulec dalszym przemianom.

 

Kolejne związki pośrednie na drodze od glukozy do pirogronianu w szlaku glikolizy to:

1. glukozo-6-fosforan. Jak już pisałem na pierwszym wykładzie, połączenie łańcucha węglowego z grupą fosforanową tworzy wiązanie wysokoenergetyczne. Przyłączenie grupy fosforanowej do 6-go węgla glukozy wymaga zużycia 1 cząsteczki ATP. Obecność grupy fosforanowej sprawia, że cząsteczka, mając w sobie więcej energii, łatwiej wchodzi w następne reakcje.

2. fruktozo-6-fosforan. Następuje przegrupowanie atomów wewnątrz cząsteczki. W tym miejscu, po fosforylacji, do szlaku wchodzi fruktoza.

3. fruktozo-1,6-dwufosforan. Następuje przyłączenie kolejnej grupy fosforanowej kosztem następnej cząsteczki ATP.

4. gliceraldehydo-3-fosforan (2x). Następuje rozpad łańcucha 6-węglowego na dwa łańcuchy 3-węglowe. Wszystkie dalsze przemiany występują podwójnie w stosunku do wyjściowej cząsteczki glukozy.

5. 1,3-dwufosfoglicerynian (2x). Następuje odłączenie dwóch atomów wodoru połączone z przyłączeniem kolejnej grupy fosforanowej. Atomy wodoru zostają przeniesione na złożoną cząsteczkę, której główną rolą jest przenoszenie wodoru. W skrócie nazywamy ją NAD[vi]. (Transport wodoru jest ważnym elementem przemian i zostanie omówiony osobno). Przyłączenie grupy fosforanowej tym razem nie wymaga ATP.

6. 3-fosfoglicerynian (2x). Odłączenie grupy fosforanowej sprzężone jest z odzyskiem ATP.

7. 2-fosfoglicerynian (2x). Następuje przeniesienie grupy fosforanowej z węgla trzeciego na drugi.

8. fosfoenolopirogronian (2x). Następuje odłączenie cząsteczki wody.

9. pirogronian (2x). Następuje odłączenie grupy fosforanowej sprzężone z syntezą cząsteczki ATP.

 

Aby nie wdawać się w nadmierne szczegóły, sumarycznie szlak ten można przedstawić następującym równaniem:

C₆H₁₂O₆ (glukoza) + 2 NAD + 2 ADP + 2 P → 2C₃H₄O₃ (pirogronian) + 2 NADH₂ + 2 ATP

W szlaku glikolizy na początku zostają zużyte 2 cząsteczki ATP do przyłączania grup fosforanowych, następnie jednak odzyskane są 4 cząsteczki. Łącznie powstają więc 2 cząsteczki ATP oraz 2 cząsteczki NADH₂. Wodór z NADH₂ może zostać przetransportowany do mitochondrium i tam ulec spaleniu z tlenem. Powstanie wtedy 6 cząsteczek ATP z 2 cząsteczek NADH₂.

2 NADH₂ + O₂ + 6 ADP + 6 P → 2 NAD + 2 H₂O + 6 ATP

Łącznie więc na tym etapie spalania glukozy z 1 cząsteczki glukozy powstaje 8 cząsteczek ATP.

 

  Cykl pentozowy

 

Jest to alternatywna droga spalania glukozy umożliwiająca ominięcie niektórych etapów glikolizy. Podobnie jak glikoliza, zachodzi on w całości w cytoplazmie komórki. Dla lepszego zrozumienia tego nieco złożonego szlaku rozpatrzmy los 3 cząsteczek glukozy:

1. glukozo-6-fosforan (3x). (W skrócie: glukozo-6P). Reakcja jak w glikolizie.

2. 6-fosfoglukonian (3x). Następuje odłączenie 2 atomów wodoru od każdej cząsteczki i przeniesienie ich na NADP[vii]. (Jest bardzo ważną kwestią odróżniać, czy wodór jest przenoszony na NAD czy na NADP, ale o tym później).

3. rybulozo-5P (3x). Po dwa kolejne wodory zostają przeniesione na NADP, odłączona zostaje też cząsteczka dwutlenku węgla CO₂. Rybuloza jest cukrem 5-węglowym, a więc należy do grupy pentoz. (Ponieważ w cyklu tym fosforan jest przyłączony zawsze do ostatniego węgla, cyferka w nazwach kolejnych cukrów pośrednich oznacza również ilość atomów węgla w cząsteczce).

4. ksylulozo-5P (2x), rybozo-5P (1x). Przegrupowania atomów wewnątrz cząsteczek.

5. ksylulozo-5P (1x), sedoheptulozo-7P (1x), gliceraldehydo-3P (1x). Przegrupowania atomów pomiędzy tymi cząsteczkami.

6. ksylulozo-5P (1x), fruktozo-6P (1x), erytrozo-4P (1x). Dalsze przegrupowania atomów pomiędzy cząsteczkami.

7. fruktozo-6P (2x), gliceraldehydo-3P (1x). Dalsze przegrupowania atomów między cząsteczkami. Oba powstałe związki są produktami pośrednimi glikolizy. Mogą więc ulec spaleniu włączając się do tego cyklu. Mogą też zajść reakcje odwrotne do glikolizy, czyli może nastąpić odbudowanie glukozo-6P, co powoduje zamknięcie cyklu pentozowego. glukozo-6P może wtedy ponownie wejść w reakcje tego cyklu.

 

Obraz tego cyklu jawi się pewnie jak na razie w sposób nie zbyt jasny. Dla naszych potrzeb zapamiętajmy więc jedynie sumaryczną reakcję spalania 1 cząsteczki glukozy po przejściu odpowiednią ilość razy tego cyklu, która jest już znacznie prostsza w odbiorze:

C₆H₁₂O₆ + 12 NADP + 6 H₂O → 12 NADPH₂ + 6 CO₂

Widzimy tu, że 1 cząsteczka glukozy bez udziału tlenu, wykorzystując dodatkowo tlen i wodór zawarte w wodzie, rozpada się na dwutlenek węgla i wodór. Duża ilość wodoru powstałego w tym cyklu (przenoszonego przez NADP, a nie NAD) jest następnie używana do syntezy kwasów tłuszczowych i cholesterolu. Zauważmy też ciekawostkę, że powstający w tym cyklu wodór pochodzi w połowie z cukru, a w połowie z wody. Nie będzie więc merytorycznie błędem, jeśli nieco przewrotnie i żartobliwie napiszę, że tkanka tłuszczowa, do syntezy której jest on zużywany, powstaje z wody. Oczywiście niezbędny jest współudział nadmiaru węglowodanów ☺. (Niech jednak nikt przypadkiem nie pomyśli, że jak się ograniczy picie wody, to można bezkarnie jeść cukier!! ☺)

 

  Los pirogronianu

 

Wróćmy jednak do tonu nieco poważniejszego. Jak już pisałem, pirogronian to węzłowy związek chemiczny w metabolizmie wewnątrzkomórkowym. Jest on końcowym etapem wstępnego spalania glukozy oraz (o czym się dowiemy na jednym z kolejnych wykładów) większości aminokwasów. Jest on tym związkiem, który swobodnie przenika z cytoplazmy do mitichondrium, by tam ulec dalszym przemianom. W mitochondrium ma on dwie możliwości przemian. Pierwsza z nich, prowadząca do jego spalenia, to zamiana na acetylo-koenzym A[viii]. W reakcjach chemicznych związek ten zapisywany jest w skrócie jako CH₃-CO–CoA lub po prostu acetylo-CoA. W czasie tej reakcji odłączony zostaje CO₂, a dwa wodory zostają przeniesione na NAD, by później w trakcie spalania z tlenem wytworzyć 3 cząsteczki ATP:

CH₃-CO-COOH + CoA + NAD → CH₃CO-CoA + CO₂ + NADH₂

Acetylo-CoA to drugi bardzo ważny, węzłowy związek w metabolizmie wewnątrzkomórkowym. Jest on cząsteczką, która może ulec albo spaleniu w mitochondrium, albo wyjść z mitochondrium i zostać zużytą do syntezy kwasów tłuszczowych lub cholesterolu w cytoplazmie komórki.

Wracając jednak do pirogronianu: druga możliwość, jaka może mu się przydarzyć poza zamianą na acetylo-CoA, to zamiana na szczawiooctan. Podstawowy cel tej przemiany to dostarczenie związków pośrednich dla cyklu Krebsa, o którym za chwilę. Jakie są jednak odleglejsze tego konsekwencje, dowiemy się na jednym z następnych wykładów, gdyż sprawa pozornie bardzo złożona, w dokładniejszej analizie będzie bardzo ładnie się upraszczać. Wyjaśnione to jednak zostanie po omówieniu spalania aminokwasów.