14
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 DISAHARIDI Riboza 5-fosfat + NADPH+H + fosfoglukonatna pot NADH+H + +ATP ETANOL anaerobni metabolizem (npr. kvasovke) LAKTAT anaerobni metabolizem (živalska mišica) ACETIL CoA CO 2 +NADH +FADH 2 oksidativna fosforilacija ADP + Pi ATP O 2 H 2 O Glikoliza: glukoza+ 2P i + 2 ADP + 2 NAD + 2 piruvata + 2ATP+2NADH + 2H + + 2H 2 O samo 7% celotne energije glukoze UVOD Če je prisoten kisik, piruvat vstopa v nadaljnje stopnje metabolizma in se popolnoma oksidira do CO 2 in H 2 O! Pri aerobnih organizmih glikoliza predstavlja 1. stopnjo metabolizma.

CIKLUS CITRONSKE KISLINE (CCK) = KREBSOV CIKLUS = …web.bf.uni-lj.si/bi/biokemija/studenti/Teze/BIKEGO/10-ciklus... · - DNA, ribosomi, ATP, ADP, Pi, Mg2+, Ca2+, K+ - ostali encimi

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.