Cykl kw. cytrynowego- utlenia gr acetylową wchodzącą C2 wchodzącą do CKC jako Acetylo-CoA do CO2 , a elektrony i protony gromadzone są w zredukowanych przenośnikach, NADH i FADH2 których reoksydacja w łańcuchu oddechow dostarcza przewidzianych ilości energii w formie ATP. Cykl obejmuje 8 etapów:
1 synteza cytrynianowa katalizuje nieodwracalną reakcję kondensacji acetylo-CoA ze szczawiooctanem i powst cytrynian
2 akonitaza katalizuje izomeryzację cytrynianu do izocytrynianu
3 oksydacyjna dekarboksylacja izocytrynianu do 2-oksoglutaranu przez dehydrogenezę izocytrynianową, redukowany jest NDA+ do NADH i odłączany CO2
4 utlenianie 2-oksoglutaranu do bursztynylo-CoA i CO2 przez kompleks dehydrogenezy 2-oksyglutaranowej redukujący NAD+ do NADH, reszta bursztynianowa wiązana jest z CoA
5 przekształcenie bursztynylo-CoA w bursztynian przez syntezę, energia uwalniana podczas rozrywania wiązania wykorzystywana jest do syntezy GTP lub ATP
6 utlenianie bursztynianu do fumaranu przez dehydrogenezę bursztynianową, redukowana jest gr prostetyczna FAD do FADH2
7 przekształcanie fumaranu w jabłczan przez fumarazę
8 utlenianie jabłczanu do szczawiooctanu przez dehydrogenezę jabłczanową współdziałającą z NAD+.
Sumaryczne równanie CKC: acetylo-CoA +3NAD+ +FAD +GDP +Pi +2H2O -> 2CO2 +3NADH +H+ +FADH2 +GTP +CoA-SH.
Sumaryczną reakcją można zrekapitulować:
1 podczas kondenascji szczawiooctanu z gr acetylową wchodzą do CKC 2 atomy C i opuszczają cykl 2 atomy C jako CO2.
2 podczas 4 reakcji utleniania opuszczają cykl 4 pary atomów H, redukowane są 3 cząsteczki NAD+ i 1 FAD
3 kosztem wysokoenerget wiązania tioestrowego w bursztynylo-CoA tworzy się 1 wysokoenerget wiązanie fosforowe
4 zużywane są 2 cząsteczki wody: w trakcie syntezy cytryniany do hydrolizy cytrynylo-CoA i uwodnienia fumaranu.
NADH i FAD2 utleniane są w łańcuchu oddechwym czemu towarzyszy wytworzenie 2,5 i 1,5 cząst ATP.
Tlen nie uczestniczy w CKC lecz jest niezbędny do jego funkcjonowania (reoksydacja koenzymów).
Synteza cytrynianowa jest hamowana przez cytrynia i ATP a aktywowana przez ADP.
Do mechanizmu regulacyjnego CKC włączana jest też dehydrogeneza pirogronianowa.
CKC przebiega szybciej gdy jest niski poziom energii w komórce (duże stęż ADP, małe ATP i NADH).
Inne funkcje CKC:
Metabolity pośrednie CKC są prekursorami do różnych biosyntez. Reakcje anaploretyczne CKC np. karboksylacja pirogronianu: pirogronian +CO2 +ATP +H2O -karboksylaza-> szczawiooctan +ADP +Pi.
Transport elektronów przez łańcuch oddechowy. W łańcuchu reoksydowane są NADH i FADH2 wytworzone w CKC, glikolizie i β-oksydacji a uwalniana energia w znacznym stponiu jest wykorzystywana do syntezy ATP- fosforylacja oksydacyjna. Transport elektronów w łańcuchu oddechowym jest reakcją oksydoredukcyjną miarą powinowadztwa substancji do elektron jest jej potencjał osydoredukcyjny w stosunku do wodoru.
Łańcuch oddech obejmuje 3 duże kompleksy białkowe zanurzone w wewn błonie mitochond:
-reduktaza NADH-Q - nazywana też dyhydrogenezą NADH zawiera co najmniej 34 łańc polipeptydowe. Wiąże ona NADH i utlenia do NAD+ przekazując 2 elektrony i 2H+ fo FMN, powstaje FMNH2. dalej elektrony przechodzą wewnątrz kompleksu przez centra żelazowo-siarkowe białek żelazowo- siarkowych, a następnie przez CoQ związany z białkiem. Para elektr ze związanego CoQ przechodzi do drugiego centrum żelazowo- siarkowego. Niehamowane żelazo podlega zmianom.
- ubichinom łącznikowy- elektrony z centrów żelazowo- siarkowych reduktazy NAHH-Q przenoszone są na ruchomą cząsteczkę ubichinomu. Przyjmując 2e- i 2H+ CoQ przekształca się w ubichinol. Za pośredn CoQ przenoszone są też elektrony i H+ z FADH2. enzymy przenoszące elekto z FADH2 na CoQ nie pompują H+ do przestrzeni międzybłonowej ze względu na mała zmianę energii swobodnej. Dlatego utlenianie FADH2 dostarcza mniej cząsteczek ATP niż utlen NADH.
- reduktaza cytochromowa- określana jako ubichinol-cytochrom C. cytochromy sa białkami transport elektrony, zawierają różne gr hemowe jako gr protetyczne. Znanych jest kilka typów cytochromów w których jest czynny żelaza hemu w formie Fe3+ a zredukowanej do Fe2+ i podlegają cyklicznym zmianom. Reduktaza zawiera 2 typy cytochromów b i c1 oraz białka żelazowo- siarkowe i przenosi elektrony z ubichinolu do kompleksu Fe-S enzymu, a poprzez cytochrom C1 na cytochrom C.
Cytochrom C łącznikowy jest luźno związany z wewnętrzną błona mitochondrialną i pośredniczy w przenoszeniu elektron od reduktazy cytochromowej do oksydazy cytochrom.
Osydaza cytochromowa zawiera 2 rodzaje cytochromów a i a3 oraz 2 jony miedzi nazwane CuA i CuB różniące się sposobem wiązania z białkiem. Cytochrom a stanowi parę z atomem miedzi CuA, a cytochrom a3 parę z Cub. Oksydaza cytochromowa katalizuje ostatni etap łańcucha oddech, przenosząc 4 elektrony z 4 cząsteczek cytochromu c na akceptorktórym jest tlen cząsteczkowy: 4cyt c (Fe2+) +4H+ +O2 -> 4cyt c (Fe3+) +2H2O.
Podczas przenoszenia elektronów atomy żelaza hemu oscylują między stanem Fe3+ a Fe2+, a atomy miedzi między Cu2+ a Cu. W czasie reakcji tlen wiąże się z cytochromem a3-CuB.
Przyjęcie 4 elektr przez O2 powoduje jego redukcję do H2O z równoczesnym wypompowaniem H+ do przestrzeni międzybłon mitochondrium.
Tworzenie gredientu H+- w łańcuchu oddech przenośniki elektronów oddziaływują wzajemnie zgodnie z ich potencjałem redoks. Przenośnik przyjmujący elektron ma większe powinowadztwo od elektronów niż oddający. W ten sposób elektrony przepływają od NADH o najmniejsz powinowadztwie do O2 o najwyższym powinowadztw. Podczas przepływu elektronów w łańcuchu oddech spada potencjał redoks, ale największy spadek występuje w 3 miejscach odpowiadających 3 głównym kompleksom białkowym: reduktaza NADH-Q, reduktaza cytochromowa i oksydaza cytochromowa. Zmiana energii swobodnej tylko w tych miejscach jest wystarcz duża do wypompowania 4, 2 i 4H+z matriks mitochondrialnej poprzez wewnętrzną błonę mitochondria do przestrzeni międzybłonowej.
Inhibitory transportu elektronów- przenośniki łańcucha oddechow mogą być hamowane przez:
- amytal, hamuje aktywność reduktazy NADH-CoQ
- antymycyna, hamuje transport elektronów przez reduktazę cytochromową
- cyjanek i azydek.
Fosforylacja oksydacyjna- to proces syntezy ATP zachodzący NADH i FADH2 są utleniane dzięki transportowi elektronów przez łańcuch oddechowy. Hipoteza chemiostatyczna zakłada, że energia uwolniona podczas transportu elektronów jest wykorzystywana do tworzenia w poprzek wewnętzrnej błony mitochondrialnej gradientu protonowego. Wypompowywanie H+ generuje ich wysokie stężenie w przestrzeni międzybłonowej i tworzy potencjał elektryczny wewnętrznej błony mitochondrialnej, który ma wartość + po stronie zwróconej ku przestrzeni międzybłonowej i ujemną po stronie matriks mitochondrialnej.
Proces fosforylacji ADP do ATP zachodzi wskutek powrotnego przepływu H+ do matriks mitochondrial przez synteze ATP: ADP +Pi +H+ ->
ATP +H2O.
Stężenie i kontrola oddech- transport elektronów jest zazwyczaj sprzężony z syntezą ATP. Jeżeli cały ADP zostanie ufosforylowany do ATP, to przestaje działać łańcuch oddch, gromadzi się NADH, FADH2, cytrynian i zostają zahamowane CKC i glikoliza. Taki mechanizm przepływu elektr i zużycia tlenu przez ADP nazwano kontrolą oddechową która gwarant, że elektrony przepływ przez łańcuch oddech tylko gdy jest potrzebna synteza ATP.
Rozprzęganie przepływu elektronów i syntezy ATP- niektóre związki działają jako czynniki rozprzęg, gdyż wprowadzone do komórek hamują syntezę ATP, a nie hamują transportu elektronów. Takie drobnocząsteczkowe związki rozpuszczają się w lipidach, wiążą H+ i przenoszą je z powrotem do mitochondrium, a więc są jonofosforami H+. Nie zachodzi tu synteza ATP to energia uwalniana z transportu elektr ma jest w postaci ciepła.
Utlenianie cytoplazmatycznego NADH- wewn błona mitochondrialna jest nieprzepuszczalna dla NADH powstającego w cytozolu w glikolizie, który musi być reoksydowany. Cytozolowy NADH jest utleniany, a elektrony są przenoszone wraz z protonami do łańcucha oddechow za pośredn tzw. czółenka błonowego. Działanie czółenka glicerolo-3 -fosforanowego: fosfodihydroksyaceton jest redukowany w cytozolu z udziałem dehydrogenezy do glicerolo-3 -fosforanu i NADH jest redukowane do NAD+. Glicerolo-3 -fosforan dyfunduje do wewn błony mitochondrialnej, gdzie jest z powrotem utleniany do fosfodihydroksyacetonu przez dehydrogenezę, białko transbłonowe błony wewnętrznej. Fosfodihydroksyaceton z powrotem dyfunduje do cytozolu. Enzym błonowy zawiera FAD, który po redukcji do FADH2 ulega reoksydacji przez przeniesienie elektonów do łańc oddech za pośrednictwem ubichinonu.
Kw nukleinowe- DNA i RNA, są produktami kondensacji nukleotydów.
Reakcja na obecność fosforanów- polega na łączeniu się molibdenu amonowego z jonem fosforanowym, tworzy się wówczas kompleks soli amonowej heteropolikwasu teratrimolibdenianofosforowego o barwie żółtej.
Reakca na obecność tyminy- polega na wytworzeniu przez tę zasadę z diazową pochodną kw sulfanilowego kompleksu o barwie czerwonobrunatnej.