UTLENIANIE BIOLOGICZNE

                                    

1.       Budowa i funkcja błon komórkowych, przepuszczalność błon.

Budowa

Podstawowymi lipidami błon komórek ssaków są fosfolipidy (fosfoglicerydy i sfingomieliny), glikosfingolipidy i cholesterol

- Lipidy błon są amfipatyczne – mają części hydrofobową i hydrofilową
- Polarne główki fosfolipidów i grupa hydroksylowa cholesterolu są skierowane w stronę środowiska wodnego
- kwasy tłuszczowe w ogonach fosfolipidów mogą być nasycone (proste ogony) lub nienasycone (ogony zagięte)
- im więcej zagięć jest w błonie tym mniej ścisłe upakowane stają się błony i tym bardziej są one płynne
- w rozpuszczalnikach takich jak woda, fosfolipidy tworzą micele (ryc 40-4, s.510, harper)

Dwuwarstwa lipidowa tworzy strukturę błon biologicznych (ryc 40-5, s.511, harper)

Funkcje
- wybiórcza (selektywna) przepuszczalność
- biorą udział w oddziaływaniach międzykomórkowych i sygnalizacji przezbłonowej
- oddzielają kompartmenty wewnątrzkomórkowe

Płyn wewnątrzkomórkowy – bogaty w jony K⁺, Mg⁺
Płyn zewnątrzkomórkowy – bogaty w Na⁺ i Ca⁺

Stosunek białek do lipidów w różnych błonach- niemal we wszystkich błonach białka występują w takich samych ilościach jak lipidy lub większych. Wyjątkiem jest mielina – elektryczny izolator występujący w wielu włóknach nerwowych.

Przepuszczalność

Dyfuzja przed dwuwarstwę lipidową zachodzi tym szybciej, im cząsteczka jest mniejsza, bardziej hydrofobowa i elektrycznie obojętna

- małe cząsteczki niepolarne - O₂, CO₂ – łatwo rozpuszczają się w warstwie lipidowej i dlatego szybko przez nią dyfundują

- nienaładowane cząsteczki polarne również szybko dyfundują przez podwójną warstwę lipidową , jeśli są dostatecznie małe, na przykład H₂O i etanol przechodzą dość szybko, lecz glicerol dyfunduje wolniej, a nieco większe cząsteczki glukozy nie dyfundują prawie wcale

- podwójne warstwy lipidowe są nieprzepuszczalne dla wszystkich jonów i cząsteczek naładowanych elektrycznie, nawet bardzo małych.

Asymetria błon, przyczyny:
- węglowodany przyłączone zewnętrznie do białek błonowych
- specyficzne enzymy działającej po wewnętrznej albo zewnętrznej błon
-...

Lipidy i niektóre białka wykazują szybką dyfuzję boczną. Ruchy flip-flop lipidów są bardzo wolne, a w przypadku białek w ogóle nie występują.

Translokazy – enzymy przenoszące określone fosfolipidy z wewnętrznej warstwy do zewnętrznej

Lipidy przenoszone są też przez białka wymiany fosfolipidowej.

Białka błonowe dzielimy na:

- integralne -zwykle globularne i amfipatyczne. Składają się z hydrofilowych końców rozdzielonych regionem hydrofobowym. Częstokroć wielokrotnie przenikają przez warstwę lipidową.
Wymagają użycia detergentów w celu ich rozpuszczenia

- peryferyjne – nie oddziałują zwykle z hydrofobowym rdzeniem fosfolipidów, dlatego nie wymagają detergentów w celu ich uwolnienia. Słabo związane z błoną. Można je uwolnić stosując roztwory soli o wysokiej sile jonowej.

2.       Transport  przez błony:

•      bierny - przenośniki, kanały jonowe (budowa i funkcja), mechanizm transportu, przykłady

•      aktywny - przenośniki sprzężone, pompy [ATP-azy] (budowa, funkcja), mechanizm transportu, przykłady

	łatwość przenikania	gęstość ładunku elektrolitu	wielkość otoczki hydratacyjnej
Cl^-	trudno	najmniejsza	najmniejsza
K^+	trudniej	większa	większa
Na^+	najtrudniej	największa	największa

substancje rozpuszczone przemieszczają się w kierunku roztworu mającego przeciwny ładunek; wnętrze komórki ma zwykle ładunek ujemny

Przepuszczalność kanału zależy od wielkości jonu, stopnia jego hydratacji i od gęstości ładunku jonu.

Aktywność niektórych kanałów jest kontrolowana przez neuroprzekaźniki – może być regulowana

Kanały jonowe są bramkowane – otwierane okresowo. Wyróżnia się kanały:
- bramkowane ligandem – specyficzna cząsteczka wiąże się z receptorem i w ten sposób otwiera kanał
- bramkowane napięciem – otwierają się lub zamykają w odpowiedzi na zmianę potencjału błonowego

Kanały bramkowane ligandem lub napięciem uczestniczą w przemieszczaniu cząsteczek naładowanych (K⁺, Na⁺, Ca^2+, itp.)

Kanał K⁺
- integralne białko błonowe, zbudowany z czterech identycznych podjednostek, z których każda zawiera dwa segmenty przezbłonowe (odwrócony wigwam, ryc. 40-12)
- filtr selektywności – ustawiony atomami tlenu karbonylowego oddziałującymi na jony potasowe (jon Na⁺ jest zbyt mały, aby oddziaływać z atomami tlenu karbonylowego w odpowiednim ustawieniu filtru i dlatego zostaje odrzucony)

Kanał (K⁺) bramkowany napięciem
- zbudowany z 4 podjednostek, składających się z 6 przezbłonowych segmentów
- jeden z segmentów jest czujnikiem napięcia; może poruszać się w wewnętrznej części błony przenosząc cztery dodatnie ładunki (wynikające z obecności 4 reszt Arg w każdej podjednostce) z jednej strony błony na drugą w odpowiedzi na zmiany napięcia
- 4 czujniki napięcia obecne w kanale, są związane z bramką kanału
- ruchy bramki kanału jako reakcja na zmiany napięcia skutecznie zamykają kanał lub ponownie go otwierają, umożliwiając w tej drugiej sytuacji przepływ jonów

Jonofory
- działają jak błonowe „czółenka” przerzucające różne jony
- zawierają centra hydrofilowe, które wiążą określone jony i są otoczone obwodowymi regionami hydrofobowymi – taka organizacja pozwala cząsteczkom na skuteczne rozpuszczenie się w błonie i dyfuzję w poprzek błony

Np. walinomycyna – umożliwia przenikanie K⁺

Akwaporyny – białka tworzące kanały wodne w błonach np. czerwonych krwinek albo komórkach kanalików zbiorczych nerki. W ten sposób wzmagają przemieszczanie się wody w komórce (innym bowiem sposobem przemieszczania jest dyfuzja prosta)

SYSTEMY TRANSPORTOWE

uniport – polega na dwukierunkowym ruchu cząsteczek jednego rodzaju

symport – polega na przenikaniu dwóch substancji rozpuszczonych w tym samym kierunku (np. transportery Na⁺-węglowodanu (dla glukozy i niektórych innych węglowodanów)

antyport – odpowiedzialny za ruch dwóch cząsteczek w przeciwnych kierunkach (np. Na⁺ do środka i Ca²⁺ na zewnątrz)

Dyfuzja ułatwiona może być dwukierunkowa, natomiast transport aktywny przebiega zwykle w jednym kierunku

Dyfuzja ułatwiona – np. glukoza

Dyfuzja ułatwiona –mechanizm ping-pong

Szybkość dyfuzji ułatwionej zależy od:
- gradientu stężenia
- ilości białka transportującego (kluczowy czynnik regulujący)
- szybkości oddziaływania między substancją rozpuszczoną a białkiem transportującym
- szybkości zmiany konformacyjnej obu stanów białka – białko związane z substancją rozpuszczoną i białko uwolnione od substancji rozpuszczonej

Liczbę dostępnych białek transportujących regulują hormony.

Np. Insulina
- zwiększa transport glukozy w tk. tłuszczowej i mięśniach, mobilizując białka transportujące pochodzące z zapasów wewnątrzkomórkowych
- zwiększa transport aminokwasów w wątrobie i innych tkankach.

Hormony glikokortykoidowe
- nasilają transport aminokwasów do wątroby, gdzie służą jako substraty w glukoneogenezie

Hormon wzrostu
- zwiększa transport aminokwasów do wszystkich komórek

Estrogeny
- zwiększają transport aminokwasów, do komórek macicy

ATP-aza – to pompa protonowa
syntaza ATP – kompleks białkowy wytwarzający ATP z ADP + Pi

ATP-aza jest integralnym białkiem błonowym i do uaktywnienia wymaga fosfolipidów. ATP-aza ma centra katalityczna dla ATP i Na⁺ po wewnętrznej stronie błony, natomiast miejsce wiązania K⁺ po zewnętrznej stronie. Inhibitory ATP-azy to Ouabaina lub digitoksyna – wiążą zewnątrzkomórkową domenę.
Inhibicja ATP-azy przez ouabainę może być antagonizowana przez zewnątrzkomórkowy K⁺

Digitoksyna – glikozyd nasercowy, blokujący ATP-azę – pobudza pracę serca, zwiększając siłę skurczu m. sercowego

endocytoza – pochłanianie dużych cząsteczek przez komórki
-endocytoza fazy płynnej jest przypadkowa i nieukierunkowana
- endocytoza w której pośredniczy receptor, jest wybiórcza i zachodzi w dołkach pokrytych klatryną

większość przęcherzyków zlewa się z pierwotnymi lizosomami, tworząc lizosomy wtórne

Dwa zasadnicze typy endocytozy: fagocytoza i pinocytoza
fagocytoza – zachodzi w wyspecjalizowanych komórkach – makrofagach, granulocytach. Polega na wchłanianiu wirusów, bakterii, komórek i resztek komórek
pinocytoza – zachodzi we wszystkich komórkach i polega na pobieraniu przez komórkę płynów wraz z ich składnikami

egzocytoza – uwalnianie makrocząsteczek przez komórki

3.       Oksydoreduktazy i ich kofaktory (podział i funkcja):

•      enzymy pirydynowe, flawoproteiny,

•      białka żelazosiarkowe, ubichinony, cytochromy,

•      NAD, NADPH, FAD, FMN, THF, CoA.

Oksydazy są to enzymy przenoszące elektrony bezpośrednio na tlen

Dehydrogenazy utleniają substraty poprzez ich odwodorowanie, przy czym elektrony przenoszone są na pośrednie przenośniki, zazwyczaj kofaktory enzymów. Ze względu na budowę części niebiałkowej oksydoredukcyjne enzymy i przenośniki enzymów podzielono na:

1/ enzymy pirydynowe (słabo związane z białkiem, czynna grupa – pierścień amidu kwasu nikotynowego)
-NAD -głównie uczestniczy w transporcie elektronów z substratów na łańcuch oddechowy
-NADP głównym zadaniem enzymów z nim związanych jest gromadzenie zredukowanego enzymu, który następnie przenosi wodory na inne związki. Redukcje z udziałem NADP mają miejsce w syntezie wielu związków, np. KT, sterydów, aminokwasów, itp.

2/ flawoproteiny – są silniejszymi utleniaczami niż NAD i NADP (b. silnie związane z białkiem, czynna grupa – pierścień izoalloksazynowy)
- FMN
- FAD

3/ białka żelazowo-białkowe (występujące w nich atomy żelaza tworzą chelatowe połączenia z atomami siarki, pochodzącymi z grup SH reszt cysteinowych)
- FeS
- Fe₂S₂
- F_e4S₄

4/ ubichinon – jest biorcą elektronów przekazywanych przez flawoproteiny. Nie jest związany z białkiem, lecz jako wolny związek jest składnikiem fazy lipidowej wewn. błony mitochondrialnej. Może przesuwać się wewnątrz błony od zewn do wewn jej powierzchni, co ma niemałe znaczenie w procesie transportu i wydalania protonów poza błone.

5/ cytochromy – to białka przenoszące elektrony. Zawierają jako grupę prostetyczną protohem lub hem A. Obecne głównie w wewn. błonie mitochondrium. Jedynie cytochromy P450 i b5 znajdują się w mikrosomach, gdzie wchodzą w skład niewswoistych układów utleniających i uczestniczą w biotransformacji i detoksykacji wielu związków hemicznych. Z wyjątkiem cytochromu c, wszystkie pozostałe są wszystkie związane z wewnętrzną błoną mitochondrialną i stanowią integralną część kompleksów oddechowych.
Kolejność transportu w łańcuchu oddechowym cyt b – c₁ – c – a – a₃ . Cytochromy przenoszą po jednym elektronie.

oksydaza cytochromowa – cytochrom a₃ – traci aktywność w obecności CO, cyjanku lub H₂S. Razem z cytochromem a, tworzy cytochrom aa₃ – IV kompleks łańcucha oddechowego

4.       Transport atomów wodoru przez błonę mitochondrialną;

•      znaczenie procesu,

•      układ glicerolo-3-fosforanowy,

•      układ  szczawiooctan – jabłczan – asparaginian.

Mostek glicerolofosforanowy funkcjonuje przede wszystkim w mięśniach, w mózgu [ Powstaja 2 cz. ATP na parę atomów wodoru]

Mostek jabłczanowo-asparaginianowy funkcjonuje przede wszystkim w m. sercowym i w wątrobie [Powstaja 3 cz. ATP na parę atomów wodoru]

Szczawiooctan w mitochondrium, po zredukowaniu NAD+ przekształca się w asparaginian, żeby mógł wrócić z powrotem do cytozolu. Aminotransferaza przenosi grupę aminową z glutaminianu na szczawiooctan.

Mostek jabłczanowo-asparaginianowy funkcjonuje tylko, gdy stosunek NADH/NAD+ jest wyższy w cytozolu niż w mitochondrium.

5.       Łańcuch oddechowy:

•      potencjały oksydacyjno-redukcyjne, przewidywanie kierunku reakcji na podstawie potencjałów red-oks,

•      lokalizacja łańcucha oddechowego,

•      kompleksy łańcucha oddechowego (budowa i funkcja),

Wodory lub elektrony przepływają stopniowo przez łańcuch oddechowy od składników tworzących układy o bardziej elektroujemnych potencjałach redoks (NAD+/NADH: -0,32V) do układu o najbardziej elektrododatnim potencjale (tlen/woda +0,82V)

Oksydoreduktazy (enzymy uczestniczące w utlenianiu i redukcji) dzielą się na:
- oksydazy
- dehydrogenazy
- peroksydazy
- oksygenazy

Z wyjątkiem oksydazy cytochromowej, cytochromy są klasyfikowane jako dehydrogenazy

Peroksydazy chronią organizm przed szkodliwymi nadtlenkami. Nagromadzenie się nadtlenków może sprzyjać tworzeniu się wolnych rodników, które z kolei mogą uszkadzać błony i przyczyniać się do powstawania nowotworów oraz miażdżycy. Grupą prostetyczną peroksydaz jest protohem – luźno związany z apoproteiną, substratem nadtlenki. Np. peroksydaza glutationowa

Ogólny schemat działania peroksydaz:
H₂O₂ +AH₂ ----> 2H₂O + A

W przestrzeni międzybłonowej znajdują się:
- kinaza adenylanowa
- kinaza kreatynowa

W błonie wewnętrznej znajdują się następujące enzymy:
- kardiolipina
- enzymy łańcucha oddechowego
- syntaza ATP
- przenośniki błonowe (translokatory)

W błonie zewnętrznej obecne są:
- syntetaza acylo-CoA
- acylotransferaza glicerolofosforanowa

Transport elektronów i fosforylacja oksydacyjna zachodzą w wewnętrznej błonie mitochondrialnej

Składniki łańcucha oddechowego występują w 4. kompleksach wewnętrznej błony mitochondrialnej

Elektrony przepływają przez łańcuch oddechowy dzięki różnicy potencjałów redoks jaka istnieje między układem NAD+/NADH i O2/H2O (wynosząca ok 1,1V)

Przepływ odbywa się za pośrednictwem trzech dużych kompleksów białkowych

Kompleks I -oksydoreduktaza NADH-CoQ
- elektrony są przenoszone z NADH na FMN, a potem na wiele centrów żelazowo-siarkowych i ostatecznie do CoQ

Kompleks III – oksydoreduktazy CoQ-cytochrom c
- elektrony przekazywane z ubichinonu na cyt. c. Proces ten wymaga udziału cytochromów c₁. b_L, b_H oraz Rieske Fe-S (nietypowego białka Fe-S, w którym jeden atom żelaza centrum 2Fe-2S jest połączony z dwoma resztami histydyny, a nie grupami –SH cysteiny) – potocznie nazywany
cyklem CoQ

Formy występowania CoQ
- utleniona (chinon)
- zredukowana (chinol)
- wolny rodnik (semichinon)

Kompleks IV – oksydaza cytochromu c
- przekazuje elektrony na O₂ i powoduje jego redukcję do H₂O. Przeniesienie elektronów z cytochromu c na O₂ wymaga obecności a i a₃ oraz jonów miedzi (Cu_A i Cu_B).

Niektóre substraty z bardziej dodatnim potencjałem redoks niż NAD+/NADH (np. bursztynian) przenoszą elektrony na CoQ przez reduktazę bursztynian-CoQ – kompleks II, a nie przez kompleks I. W czasie przemiany bursztynianu do fumaranu w cyklu kwasu cytrynowego, najpierw powstaje FADH₂, z którego następnie elektrony są przekazywane za pośrednictwem kilku centrów żelazowo-siarkowych na CoQ

4 kompleksy osadzone są w wewnętrznej błonie mitochondrialnej, ale CoQ i cytochrom c są ruchliwe

Przepływ elektronów przez kompleksy I, III i IV powoduje pompowanie protonów z macierzy przez wewnętrzną błonę mitochondrialną do przestrzeni międzybłonowej.

W kompleksach I i II obecne są flawoproteiny (FAD i FMN)
W kompleksach I, II i IV znajdują się białka żelazowo siarkowe Fe-S (zawierające żelazo niehemowe)

Przyjrzeć się budowie centrów Fe-S

cytochrom aa₃ – zawiera 2 cząsteczki hemu, z których każda posiada atom Fe. Kompleks zawiera ponadto dwa atomy Cu – po jednym na każdy hem

KLINIKA

Niedobory lub brak większości oksydoreduktaz łańcucha oddechowego są przyczyną śmiertelnej miopatii mitochondrialnej niemowląt i dysfunkcji nerek.

6.       Fosforylacja oksydacyjna:

•     lokalizacja i rola procesu,

•      budowa syntazy ATP,

•      mechanizm działania syntazyATP, (teoria chemiosmotyczna i teoria konformacyjna),

•      czynniki rozkojarzające i inhibitory tlenowej fosforylacji (przykłady, znaczenie).

fosforylacja oksydacyjna – mitochondrialny proces wytwarzania ATP sprzężony z oddychaniem

Transport elektronów przez łańcuch oddechowy powoduje wytworzenie gradientu protonowego, który napędza syntezę ATP.

- kompleksy I, III i IV pełnią funkcję pomp protonowych
- jony H⁺ gromadzą się w przestrzeni międzybłonowej, tworząc siłę protomotoryczną
- siła protomotoryczna jest wykorzystywana przez zlokalizowaną w wewnętrznej błonie syntazę ATP, która w obecności ADP i P_i wytwarza ATP
-

Proces ten zachodzi zgodnie z mechanizmem zmiany wiązania, według którego konformacja podjednostek beta w kompleksie F₁ zmienia się w czasie obrotu osi z konformacji mocno wiążącej ATP na konformację uwalniającą ATP i wiążącą ADP oraz P_i.

Centrum katalityczne syntazy ATP jest obecne w części F₁.

Szybkość oddychania może być regulowana przez dostępność ADP. Utlenianie w łańcuchu oddechowym nie może zachodzić bez towarzyszącej temu procesowi fosforylacji ATP

Na każdą cząsteczkę NADH ulegającą utlenieniu kompleks I i II przenosi po cztery protony, a kompleks IV tylko dwa.

Inhibitory łańcucha oddechowego:
- barbiturany (np. amobarbital) – hamują transport elektronów w I kompleksie, blokując przeniesienie ich z Fe-S na CoQ
- antymycyna A, dimerkaprol – hamują łańcuch na poziomie III kompleksu
- H₂S, CO, cyjanek – hamują kompleks IV
- malonian – kompetycyjny inhibitor kompleksu II

Inhibitory fosforylacji oksydacyjnej:
- atraktylozyd – hamuje fosforylację przez hamowanie przenośnika nukleotydów adeninowych, odpowiedzialnego za transport ADP do mitochondrium i wychodzenie ATP do cytozolu

Związki rozprzęgające mają właściwości amfipatyczne i zwiększają przepuszczalność lipidowej wewnętrznej błony mitochondrialnej dla protonów, obniżając w ten sposób potencjał elektrochemiczny i wywołując krótkie spięcie w syntazie ATP. W rezultacie utlenianie może przebiegać bez fosforylacji.

związki rozprzęgające – rozdzielają oddychanie w łańcuchu oddechowym i proces fosforylacji. Powodują, że przebieg oddychania jest niekontrolowany ponieważ szybość tego procesu przestaje być ograniczana przez stężenie ADP i Pi.
- 2,4-dinitrofenol -
- termogneina – fizjologiczne białko rozprzęgające
- oligomycyna całkowicie blokuje utlenianie i fosforylację hamując przepływ protonów przez syntazę ATP

Jonofory – raz jeszcze – to lipofilowe cząsteczki zdolne do kompleksowania swoistych kationów i ułatwiania ich transportu przez błony biologiczne.
np. walinomycyna – umożliwia przenikanie K⁺ przez błonę mitochondrialną

Klasyczne związki rozprzęgające, takie jak dinitrofenol, są w rzeczywistości jonoforami protonowymi

Utlenienie każdej cząsteczki NADH w mitochondrium powoduje powstawanie 3 cząsteczek ATP. Przy ominięciu kompleksu I, z wykorzystaniem kompleksu II, powstają tylko 2 cz. ATP

7.       Stres oksydacyjny a potencjał antyoksydacyjny organizmu:

•      reaktywne formy tlenu, znaczenie biologiczne procesów z ich udziałem,

•      mechanizmy obronne komórek: dysmutaza ponadtlenkowa, katalaza, peroksydazy ( reakcje katalizowane        przez te enzymy), drobnocząsteczkowe antyoksydanty (askorbinian, tokoferol, flawonoidy roślinne, karotenoidy, glutation).

Podczas działania łańcucha oddechowego powstają czasem produkty częściowej redukcji:
- ponadtlenek O^-₂ (anionorodnik ponadtlenkowy)
- nadtlenek H₂O₂

Są to substancje toksyczne. Utleniają lipidy błony i grupy –SH białek, powodując destrukcję błony komórkowej i unieczynniają enzymy. Są rozkładane przez dysmutazę, katalazę i peroksydazy

Dysmutaza ponadtlenkowa (SOD)

Nadtlenek wodoru powstający w wyniku działania dysmutazy oraz w innych reakcjach, jest rozkładany przez katalazę i peroksydazy

Katalaza (CT):
2H₂O₂ –(katalaza)--> 2H₂O + O₂

Peroksydazy

H₂O₂ + AH₂ –(peroksydaza)--> 2H₂O + A

8.       Procesy utleniań w mikrosomach:

•      lokalizacja i znaczenie procesów,

•      enzymy biorące udział w tych procesach (oksydazy i oksygenazy),

•      rola cytochromu P450.

Do oksydaz należą proste flawoproteiny redukujące O₂ do H₂O lub H₂O₂ m.in.:
- oksydaza aldehydowa
- oksydaza ksantynowa
- ceruloplazmina osocza (zawierająca miedź)

Oksydazy katalizują oderwanie wodoru z substratu i przeniesienie go na cząsteczkę tlenu. Produktem takiej reakcji jest woda lub nadtlenek wodoru:
AH₂ ^{+ 1}/₂O₂ ---> H₂O + A
AH₂ + O₂ ---> H₂O₂ + A

Oksygenazy katalizują reakcje, w któryc jeden lub dwa atomy tlenu cząsteczkowego są wbudowywane w substrat tworząc grupy hydroksylowe:

dioksygenazy:
X + O₂ ---> XO₂

monooksygenazy:
A-H + O₂ + BH₂ ---> A-OH + H₂O + B

Cytochromy P-450 są monooksygenazami uczestniczącymi w detoksykacji wielu leków oraz w hydroksylacjach steroidów. Zawierają hem. W cytochromie tym zachodzi cykl hydroksylacyjny. Hydroksylacja zwiększa rozpuszczalność w wodzie i ułatwia wydalanie takich związków jak: benzopiren, aminopiryna, anilina, morfina i benzofetamina.

Wiele leków, np. ! fenobarbital ! może indukować syntezę enzymów mikrosomalnych i cytochromu P-450.

Mitochondrialne układy cytochromu P-450, występują m. in. w korze nadnerczy, jądrach, jajnikach, łożysku. Biorą one udział w biosyntezie hormonów steroidowych z cholesterolu.

9.    Cykl Krebsa:

•      znaczenie cyklu,

•      równania reakcji - enzymy katalizujące reakcje,

•      regulacja cyklu,

•      powiązania z innymi przemianami,

•      miejsca powstawania związków wysokoenergetycznych na poziomie substratu i w tlenowej fosforylacji.

Cykl Krebsa (CK)– to ciąg reakcji, zachodzących w mitochondriach, w wyniku których reszty acetylowe acetylo-CoA ulegają utlenieniu a koenzymy redukcji.

ZNACZENIE: CK stanowi wspólny szlak końcowy utleniania węglowodanów, lipidów i białek. Wynika to z faktu, że glukoza, kwasy tłuszczowe i większość aminokwasów są metabolizowane do acetylo-CoA lub związków pośrednich cyklu.

Acetylo-CoA reaguje ze szczawiooctanem, tworząc cytrynian. W serii reakcji odwodornienia i dekarboksyllacji cytrynian jest degradowany, co powoduje redukcję koenzymów i uwolnienie dwóch cząsteczek CO₂ oraz regenerację szczawiooctanu.

Zredukowane koenzymy są utleniane w łańcuchu oddechowym, sprzężonym z tworzeniem ATP. CK jest więc głównym procesem tworzenia ATP.

MIEJSCE: enzymy CK znajdują się w macierzy mitochondrialnej lub są przyłączone do błony wewn.

CK jest procesem amfibolicznym, ponieważ oprócz tego, że bierze udział w utlenianiu, dostarcza węglowych szkieletów dla glukoneogenezy, syntezy KT i przemian aminokwasów

Fluorooctan jest toksyczny, ponieważ w formie fluoroacetylo-CoA kondensuje ze szczawiooctanem, tworząc fluorocytrynian. Ten ostatni hamuje akonitazę, powodując nagromadzenie się cytrynianu.

Dekarboksylacja szczawiobursztynianu do alfa-ketoglutaranu wymaga obecności jonów Mg⁺ lub Mn⁺.

Arsenian hamuje reakcję przekształcenia α-ketoglutaranu w sukcynylo-CoA. Powoduj e to nagromadzenie się α-ketoglutaranu.

Tkanki w których zachodzi glukoneogeneza (wątroba, nerki) zawierają dwa izoenzymy syntetazy sukcynylo-CoA, z których jeden wykazuje specyficzność względem GDP, a drugi względem ADP. Powstający GTP jest zużywany w procesie dekarboksylacji szczawiooctanu do fosfoenolopirogronianu w glukoneogenezie oraz stanowi regulacyjny łącznik między aktywnością kwasu cytrynowego i wycofaniem się szczawiooctanu do glukoneogenezy. Tkanki, w których nie zachodzi glukoneogeneza zawierają jedynie izoenzym wykorzystujący ADP.

W tkankach pozawątrobowych, gdy metabolizowane są związki ketonowe, zachodzi alternatywna reakcja katalizowana przez transferazę CoA sukcynylo-CoA:acetoocran (tioforazę). W reakcji tej w wyniku przeniesienia CoA z sukcynylo-CoA na acetooctan, powstaje acetoacetylo-CoA.

Malonian jest kompetycyjnym inhibitorem reduktazy bursztynianowej (kompleksu II/ dehydrogenazy bursztynianowej).

A’propos reakcji jabłczan<---> szczawiooctan: w stanie równowagi reakcja przeważa w stronę jabłczanu, jednak w komórce zachodzi ona w kierunku tworzenia szczawiooctanu, gdyż jest on ciągle usuwany (w reakcji tworzenia cytrynianu, w procesie glukoneogenezy lub ulega transaminacji do asparaginianu), a ponadto ciągle jest utleniany NADH.

ZYSK ENERGETYCZNY: podczas każdego obrotu cyklu kw. cytrynowego, powstaje 12 cz. ATP

Na każdą cz. acetylo-Coa katabolizowaną w jednym obrocie cyklu, przypadają:
- 3 cz. NADH
- 1 cz. FADH₂

Redukujące równoważniki, przeniesione do łańcucha oddechowego generują ATP:
- utlenienie każdej cz. NADH generuje ok. 3 cz. ATP
- utlenienie każdej cz. FADH₂ – ok. 2 cz. ATP

Dodatkowo 1.cz ATP (lub GTP) uzyskuje się na etapie fosforylacji substratowej katalizowanej przez syntetazę sukcynylo-CoA

Witaminy odgrywają kluczową rolę w cyklu Krebsa (s. 182 harper):
- ryboflawina (FAD)
- niacyna (NAD)
- tiamina (witamina B₁) – difosfotiamina
- kwas pantotenowy – składnik koenzymu A

CK ma kluczowe znaczenie w metabolizmie (s.182, harper)

Wrócić przy cukrach, tłuszczach, itp.

Regulacja CK:

- przez dostępność NAD+ (która to dostępność zależy od dostępności ADP w fosforylacji oksydacyjnej i szybkości zużywania ATP podczas chemicznej i fizycznej pracy)
- obecność Ca²⁺ niezbędna do katalizowania nieodwracalnych reakcji z udziałem: dehydrogenazy pirogronianowej, syntazy cytrynianowej, dehydrogenazy cytrynianowej oraz dehydrogenazy
α-ketoglutaranowej. Poziom tych jonów wzrasta podczas skurczu mięśnia, kiedy zwiększa się zapotrzebowanie na energię
- syntaza cytrynianowa jest allosterycznie hamowana przez ATP i acylo-CoA
- dehydrogenaza izocytrynianowa zależna od NAD+ jest hamowana przez ATP i NADH
- dehydrogenaza α-ketoglutaranowa jest regulowana tak samo jak pirogronianowa
- dehydrogenaza bursztynianowa hamowana jest przez szczawiooctan
- dostępność szczawiooctanu kontrolowana przez dehydrogenazę jabłczanową zależy od ilorazu [NADH]/[NAD+]

OBRAZEK

10.    Kompleks oksydazy α-ketokwasów:

•      enzymy i koenzymy kompleksu,

•      mechanizm tlenowej dekarboksylacji pirogronianu i α-ketoglutaranu.

Dekarboksylacja pirogronianu – opisane w WĘGLOWODANACH – przy glikolizie