Upload
trinhkiet
View
229
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
CIKLUS CITRONSKE KISLINE(CCK)
= KREBSOV CIKLUS= CIKLUS TRIKARBOKSILNIH KISLIN
Glavne metabolične poti oglj. hidratov pri rastlinah in živalih
GLIKOGEN, ŠKROB
GLUKOZA
PIRUVAT
katabolizem anabolizem
glikoliza glukoneogeneza
DISAHARIDIRiboza5-fosfat
+NADPH+H+
fosfoglukonatnapot
NADH+H+
+ATP
ETANOL
anaerobni metabolizem(npr. kvasovke)
LAKTAT
anaerobni metabolizem(živalska mišica)
ACETIL CoA
CO2+NADH+FADH2
oksidativnafosforilacija
ADP + PiATP
O2
H2O
Glikoliza:
glukoza+ 2Pi + 2 ADP + 2 NAD+
2 piruvata + 2ATP+2NADH + 2H++ 2H2O
samo 7% celotneenergije glukoze
UVOD
Če je prisoten kisik, piruvat vstopa v nadaljnje stopnje metabolizmain se popolnoma oksidira do CO2 in H2O!Pri aerobnih organizmih glikoliza predstavlja 1. stopnjo metabolizma.
KA
TA
BO
LIZ
EM
-FA
ZEFaza 1:Razgradnja makromolekulna enostavne podenote(hidroliza)
Faza 2:Razgradnja enostavnih podenot do acetil CoA, obiztočasni produkciji ATPin NADH
Faza 3:Popolna oksidacija Ac-CoA do H2O in CO2, tvorba NADH in ATP (elektronski transport)
STOPNJE AEROBNEGA METABOLIZMA
1. Stopnja: glikoliza (pretvorba glikoze do piruvata)
2. Stopnja: - pretvorba piruvata v acetil-CoA (piruvat dehidrogenazni
kompleks)- citratni ciklus: oksidacija CoA acetil-CoA do CO2,
pri čemer nastajajo energijsko bogate spojine (ATP, NADH, FADH2)
- veriga za prenos elektronov in oksidativnafosforilacija
VSTOP PIRUVATA V METABOLNE POTI
Piruvat
Mlečnafermentacija Alkoholna
fermentacija
Vstop v aerobnorazgradnjo
V citosolu
-O2 +O2
V mitohondriju
ZGRADBA MITOHONDRIJA
Notranja membrana
Zunanja membrana
Kriste
Matriks
.....
.....
...Ribosomi
Premer: 0.5 – 1 μmDolžina: 10 μmV celici: okoli 1000 mitohondrijev
Medmembranskiprostor
ZGRADBA MITOHONDRIJAZunanja membrana:-prepustna za večino malih molekul in ionov
Notranja membrana:-neprepustna za male molekule in ione-vsebuje: - verigo za prenos elektronov
- ATP sintazo- ostale transportne proteine
Matriks:- kompleks piruvat dehidrogenaze- encimi CCK- encimi za β-oksidacijo maščobnih kislin- encimi za oksidacijo aminoksilin- DNA, ribosomi, ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+
- ostali encimi in topni intermediati
OKSIDACIJA PIRUVATA
Vstop iz citoplazme v mitohondrij:- difuzija (zunanja membrana)- piruvat-translokaza (notranja membrana)
V matriksu mitohondrija:oksidacija piruvata na multiencimskem kompleksu piruvat--dehidrogenaze do acetil-CoA:
Vstop v ciklus citronske kisline
PIRUVAT-DEHIDROGENAZNI KOMPLEKSNETO REAKCIJA
piruvat + CoASH + NAD+ acetilCoA + NADH+ + H+ + CO2
CIKLUS CITRONSKE KISLINE (CCK)
Centralna pot aerobnega metabolizma (H. Krebs, 1937)
Pomen CCK:1. Oksidacija C2-enot acetil-CoA do CO2, pri čemer se sproščena
energija shranjuje v obliki ATP ali GTP, in reduciranih spojin(NADH in FADH2).
2. Zagotavljanje izhodnih spojin za biosintezo aminokislin inporfirinov, ter purinskih in pirimidinskih baz za nukleotide.
Glikoliza poteka po linearni poti, CCK pa po ciklični poti!
Iz glikolize
Piruvat
Iz β-oksidacijeAcetil-SCoA
Citrat
Izocitrat
α-ketoglutarat
Sukcinil-SCoA
Sukcinat
Fumarat
Malat
Oksaloacetat
Citratsintaza
Akonitaza
Izocitratdehidrogen.
α-KGdehidrogen.
Sukcinil-SCoAsintetaza
Sukcinatdehidrog.
Fumaraza
Malatdehidrog.
GTP GDP
FADH2
NADH + H+
NADH + H+
NADH + H+
C3
C4
C4
C4
C4
C4 C5
C6
C6
C2
Oksaloacetat
Citril-SCoA Citrat
Vezava acetil-CoA na oksaloacetat(adicija C2-enote na ketoskupino C4-kisline – nastanek C6 spojine)Encim = citrat-sintaza (alosterična inhibicija z NADH in sukcinil-CoA)
CCK - 1. REAKCIJA
ΔG0’ = -31.4 kJ/mol
Acetil-CoA
Citrat Izocitratcis-akonitat
CCK - 2. REAKCIJA
Pretvorba citrata v izocitrat(eliminacija vode in nastanek dvojne vezi, nato adicija vode na dvojno vez)Encim = akonitaza (liaza), Fe-S kompleks kot prostetična skupina
CCK - 2. REAKCIJA
Pretvorba citrata v izocitratEncim = akonitaza (liaza), Fe-S kompleks kot prostetična skupina
Citrat cis-Akonitat Izocitrat substrat
Izocitratdehidrogenaza
Oksalosukcinat α-ketoglutarat
CCK - 3. REAKCIJA Oksidacija izocitrata v α-ketoglutarat(oksidativna dekarboksilacija!)Encim = izocitrat-dehidrogenaza, (alosterična inhibicija z NADH in ATP,aktivacija z ADP).Povezava z metabolizmom dušikovihspojin in z elektronsko transportnoverigo.
Izocitrat
ΔG0’ = -8.4 kJ/mol
α-Ketoglutarat
α-Ketoglutaratdehidrogenaza
Sukcinil-SCoA
CCK - 4. REAKCIJA
Oksidacija α-ketoglutarata v sukcinil-CoA (oksidativna dekarboksilacija)
Encim = α-ketoglutarat-dehidrogenaza (encimski kompleks zgrajen iz 3 encimov in koencimov)
NAD kot akceptor elektronov.
ΔG0’ = -30 kJ/mol
Sukcinil-SCoAsintetaza
Sukcinil-SCoA Sukcinat
GTP
CCK - 5. REAKCIJA
Pretvorba sukcinil-CoA v sukcinat(fosforilacija na ravni substrata, nastanek ATP (in/ali GTP))Encim: sukcinil CoA sintetaza
Sukcinat(jantarjevakislina)
Fumarat
Sukcinatdehidrogenaza
CCK - 6. REAKCIJAOksidacija sukcinata do fumarata (biosinteza dvojne vezi med oksidacijo)Encim: sukcinat-dehidrogenaza, Fe-S kompleks kot prostetična skupinaKoencim: FAD
Fumaraza
Fumarat
Fumaraza
Malat(jabolčna kisl.)
CCK - 7. REAKCIJA
Pretvorba fumarata v L-malat.(adicija vode na dvojno vez)Encim: fumarat-hidrataza (fumaraza)
Malatdehidrogenaza
L-Malat Oksaloacetat
CCK - 8. REAKCIJAPretvorba L-malata v oksaloacetat.(oksidacija hidroksilne skupine)Encim: malat-dehidrogenazaKoencim: NAD+
CCK – NETO REAKCIJA
acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + ADP ali GDP + Pi + 2 H2O
2 CO2 + 3NADH + 3 H+ + FADH2 + ATP ali GTP + CoA-SH
1.Acetat, C2, vstopi kot acetil-CoA in dva ogljikova atoma zapustita ciklus v dvehločenih reakcijah kot CO2
2.Tri molekule NAD+ se reducirajo do NADH s pomočjo dehidrogenaz
3.Ena molekula FAD se reducira do FADH2
4.Fosfoanhidridna vez v ATP in GTP nastane iz energije, ki je bila shranjena v tioestru CoA-SH.
ΔG0’ = -40 kJ/mol
CCK – ENERGETSKA BILANCA
Reakcija: Bilanca ATP Bilanca NADH Bilanca FADH2(GTP)
(na en piruvat)Oksidacija piruvataKompleks piruvat dehidrogenaza 0 +1 0Skupaj oksidacija piruvata 0 +1 0Citratni ciklusIzocitrat α-ketoglutarat 0 +1 0α-ketoglutarat sukcinil-CoA 0 +1 0Sukcinil-CoA sukcinat +1 0 0Sukcinat fumarat 0 0 +1L-malat oksalacetat 0 +1 0
Skupaj citratni ciklus +1 +3 +1
Skupaj vse +1 +4 +1
GLIKOLIZA + CCK – ENERGETSKA BILANCA NA 1 MOLEKULO
GLUKOZE
GLUKOZA + 10 NAD+ + 2 FAD + 4 ADP + 4 Pi + 2 H2O
6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 FADH2 + 4 ATP
V OKSIDATIVNOFOSFORILACIJO
URAVNAVANJE CCK
Koncentracije AMP, ADP, ATP, NAD+, NADH in acetil-CoAuravnavajo delovanje encimov, udeleženihv CCK.
Aktivnost alosteričnih encimov (piruvat-dehidrogenaze, citrat-sintaze,izocitrat-dehidrogenaze in α-ketoglutarat-dehidrogenaze) jeuravnavana z različnimi modulatorji.
Katabolične reakcije se upočasnijo, ko ima celica dovolj metaboličnihproduktov in visokoenergetskih spojin.
ANABOLIČNA VLOGA CCK
α -Ketoglutarat se transaminira v Glu (sinteza purinskih nukleotidov, Arg in Pro)
Sukcinil-CoA: sinteza porfirinov (na pr.: hem)
Fumarat in oksalacetat: sinteza aminokislin in pirimidinskih nukleotidov
Oksaloacetat: transaminacija v Asp (sinteza nukleotidov), dekarboksilacija v PEP
CCK ima amfiboličen značaj – deluje pri razgradnji in biosintezi
CCK je pomemben vir izhodnih spojin za biosinteze, npr.:
ANABOLIČNA VLOGA CCK
ANAPLEROTIČNE (OSKRBOVALNE) REAKCIJE
Reakcije, s katerimi se nadomeščajo ključni intermediati CCK, kise porabijo za biosintezo
encim reakcija opombe
piruvat-karboksilaza
piruvat + CO2 + ATP + H2Ooksaloacetat + ADP + Pi
Je tudi izhodišče za glukoneogenezo.
PEP-karboksikinaza
fosfoenolpiruvat + CO2+ GDPoksaloacetat + GTP
Obratna reakcija je pomembna pri glukoneogenezi.
NAD-malatni encim
piruvat + CO2 +NADH + H+
malat + NAD+Poteka v rastlinah in mikroorganizmih.
AcCoA –alosterični aktivator
GLIOKSILATNI CIKLUS
Rastline in nekateri mikroorganizmi lahko sintetizirajo glukozoiz acetata, oz. uporabljajo acetat kot metabolično gorivov glioksilatnem ciklusu.
Glioksilatni ciklus: podoben CCK, 2 reakciji spremenjeni
Pomen: ko je acetat edini ali glavni vir ogljika za organizem.
Citrat (C6)
Izocitrat (C6)
Glioksilat (C2)
Sukcinat (C4)
Acetil-SCoA (C2)
Oksaloacetat (C4)
Izocitratliaza
Malatsintaza
GLIOKSILATNI CIKLUS
Acetil-CoAsintetaza
Acetat + CoA + ATP AcetilCoA + AMP + PPi
PPi + H2O 2PiPirofosfataza
Acetil-SCoA (C2)
V mitohondrij
NAD+
NADH + H+
Malat(C4)
2 acetil-CoA + NAD+ + 2H2O → sukcinat + 2 CoA-SH + NADH + H+
GLIOKSILATNI CIKLUS(NETO REAKCIJA)
Glioksilatni ciklus:2C2 C4Nastanek 1 NADH na en obratNi pretvorbe energije v obliko fosfoanhidridnih vezi
CCK:C2 2CNastanek 3 NADH in 1 FADH2 na en obratNastanek 1 ATP (ali 1 GTP) na en obrat
GLIOKSILATNI CIKLUS (II)
oksaloacetat
citrat
Ac-CoA
izocitrat
glioksilat
malat
Ac-CoAsukcinat sukcinat
fumarat
malat malat
oksaloacetat
fosfoenolpiruvat
GLUKOZA
MAŠČOBNE KISLINE
GLIOKSISOM MITOHONDRIJ
CITOPLAZMA
GLIOKSISOMI
lamele
celična stena
glioksisom
Specializirani celični organeli v semenih višjih rastlin, v katerihpoteka tudi glioksilatni ciklus.Na ta način se acetil-CoA pretvori v ogljikove hidrate.Sukcinat se transportira v mitohondrij, pretvori v oksaloacetat in
uporabi za glukoneogenezo.
Glioksilatni cikel pomaga rastlinam pri rasti v temi!
Glavne metabolične poti oglj. hidratov pri rastlinah in živalih
GLIKOGEN, ŠKROB
GLUKOZA
PIRUVAT
katabolizem anabolizem
glikoliza glukoneogeneza
DISAHARIDIRiboza5-fosfat
+NADPH+H+
fosfoglukonatnapot
NADH+H+
+ATP
ETANOL
anaerobni metabolizem(npr. kvasovke)
LAKTAT
anaerobni metabolizem(živalska mišica)
ACETIL CoA
CO2+NADH+FADH2
oksidativnafosforilacija
ADP + PiATP
O2
H2O
PENTOZA-FOSFATNA POT (PFP)(FOSFOGLUKONATNA POT)
Alternativna pot za metaboliziranje glukoze v nekaterih živalskih celicah (maščobno tkivo, mlečne žleze, jetra, skorja nadledvične žleze,eritrociti).
Oksidacija glukoze (C6) do riboza 5-fosfata (C5) ob nastanku NADPH.
Prekurzor za sintezo koencimov, nukleinskih kislinin nukleotidov
Potreben za redukcijske reakcije v biosintezi
Glukoza se pred vstopom v PFP aktivira z ATP:
Glukoza + ATP glukoza 6-fosfat + ADPheksokinaza
PENTOZA-FOSFATNA POT
Glukoza 6-fosfat
Fruktoza 6-fosfat
Eritroza 4-fosfat
Gliceraldehid 3-fosfat
Sedoheptuloza7-fosfat
6-fosfo glukonat
Ribuloza 5-fosfat
Riboza 5-fosfat
glukonolaktonaza
6-fosfoglukonatdehidrogenaza
fosfopentozaepimeraza
fosfopentoznaizomeraza
transketolazatransaldolaza
Fosfoglukozaizomeraza
Glukoza 6-fosfatdehidrogenaza 6-fosfo glukonolakton
Ksiluloza 5-fosfat
H
H
PENTOZA-FOSFATNA POT- NETO REAKCIJA
glukoza +ATP +2NADP+ + H2O → riboza-5-fosfat + CO2 + 2NADPH + 2H+ + ADP
PFP se v nekaterih tkivih konča pri riboza 5-fosfatu, v drugih se panadaljuje na neoksidativen način do glukoza 6-fosfata, ki povezuje PFP z glikolizo.