Oxidace proteinů, tuků a cukrů jako zdroj energie v živých organismech

Transkript

1 Citrátový cyklus

2 Oxidace proteinů, tuků a cukrů jako zdroj energie v živých organismech 1. stupeň: OXIDACE cukrů, tuků a některých aminokyselin tvorba Acetyl-CoA a akumulace elektronů v NADH a FADH 2 2. stupeň: OXIDACE acetátu v citrátovém cyklu a akumulace elektronů v NADH a FADH 2 3. stupeň: elektrony z NADH a FADH 2 vstupují do elektrontransportního řetězce a jejich postupný tok až k O 2 vede k akumulaci energie a tvorbě ATP

3 Částečná a celková oxidace glukózy Glykolýza G = -146 kj/mol 2 GLUCOSE Plná oxidace (+ 6 O 2 ) G = -2,840 kj/mol 6 CO H 2 O

4 Buněčné dýchání proces oxidace organických látek kyslíkem a vznik CO 2 oxidace cukrů, tuků, aminokyselim a některých meziproduktů metabolismu akumulace energie ve formě ATP objevuje se asi před 2.5 miliardou let stejný princip u zvířat, rostlin a řady mikroorganismů tři stupně: 1. produkce Acetyl-CoA 2. oxidace Acetyl-CoA 3. přenos eletronů, tvorba gradientu ph a následně ATP

5 1. stupeň - buněčné dýchání

6 2. stupeň - buněčné dýchání

7 3. stupeň - buněčné dýchání

8 U eukaryot je citrátový cyklus lokalizován v mitochondriích Glykolýza v cytoplasmatu Citrátový cyklus v mitochondriální matrix Oxidativní fosforylace na vnitřní mitochondriální membráně S výjimkou sukcinát dehydrogenázy ve vnitřní mitochondriální membráně

9 Oxidace acetyl-coa v Citrátovém cyklu

10

11

12

13

14 Citrátový cyklus Krebsův cyklus Cyklus trikarboxylových kyselin TCA cyklus

15 Citrátový cyklus

16 Sekvence dějů v Citrátovém cyklu Krok1: tvorba C-C vazby, vznik citrátu Krok 2: Izomerizace citrátu Krok 3-4: Oxidativní dekarboxylace, vznik 2 NADH Krok 5: Fosforylace na substrátové úrovni, vznik GTP Krok 6: Dehydrogenace, vznik FADH 2 Krok 7: Hydratace Krok 8: Dehydrogenace, vznik NADH

17 1) Syntéza citrátu

18 1) Syntéza citrátu Jediná reakce cyklu ve které se tvoří C-C vazba V podstatě ireverzibilní proces

19 2) Izomerizace citrátu

20 2) Izomerizace citrátu Terciální alkohol je špatný substrát pro oxidaci Eliminace H 2 O z citrátu, vznik cis C=C vazby Adice H 2 O na cis-akonitát je stereospecifická Izocitrát, sekundární alkohol, je dobrý substrát pro oxidaci

21

22 2) Izomerizace citrátu Termodynamicky nevýhodná reakce Rovnovážná konstanta jen méně než 10% izocitrátu Izocitrát je rychle spotřebováván následnými reakcemi

23 3) Dehydrogence izocitrátu

24 3) Dehydrogence izocitrátu Oxidace alkoholu na keton - přenos 2e - současně s protonem a hydridovým aniontem na NAD + Vznik jedné molekuly NADH Odštěpení jedné molekuly CO 2

25 4) Oxidace -ketoglutarátu

26 4) Oxidace -ketoglutarátu -ketoglutarátdehydrogenáza Vznik jedné molekuly NADH Odštěpení jedné molekuly CO 2

27 5) Substrátová fosforylace

28 5) Substrátová fosforylace Sukcinyl-CoA vysokoenergetická thioesterová vazba Energie rezonanční stabilizace produktu Vznik GTP, které se může konvertovat na ATP

29 6) Dehydrogenace Sukcinátu

30 6) Dehydrogenace Sukcinátu Dehydrogenace sukcinátu na fumarát Tvorba dvojné vazby Stereospecifická reakce Tvorba FADH 2

31 Sukcinátdehydrogenáza Komplex II dýchacího řetězce Enzym vnitřní mitochondriální membrány Kovalentně vázané FAD se redukuje na FADH 2 Obsahuje tři Fe-S klastry FADH 2 předává elektrony přes Fe-S klastry na koenzym Q součást elektrontransportního řetězce

32 7) Hydratace fumarátu na malát

33 7) Hydratace fumarátu na malát Fumaráza vysoce stereospecifická Hydratace trans dvojné vazby (žádná cis specificita) Adice OH - na fumarát - karbanion intermediát Adice H + na karbanion Reversibilní reakce (pouze L-malate)

34 8) Oxidace malátu na oxalacetát

35 8) Oxidace malátu na oxalacetát Termodynamicky nevýhodná reakce Oxidace probíhá jen díky velmi nízké koncentraci oxalacetátu Ta je zajištěna kontinuální tvorbou citrátu

36 Produkty jednoho cykly

37 Produkty jednoho cykly Acetyl-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + P i + 2 H 2 O 2CO 2 +3NADH + FADH 2 + GTP + CoA + 3H + Vstupuje jeden acetyl ve formě Acetyl-CoA uhlík je oxidován na dvě molekuly CO 2 elektrony z oxidace jsou zachyceny na 3 NADH a 1 FADH 2 produkce jednoho GTP (ATP) Jedna molekula oxalacetátu reaguje na citrát Jedna molekula oxalacetátu se regeneruje Oxalacetát se může točit donekonečna

38 Výtěžek ATP z citrátového cyklu

39 Citrátový cyklus centrum metabolismu Není pouhým místem oxidace a konverze energie Prekurzory různých produktů Anaplerotické reakce doplnění citrátového cyklu substráty

40 Role citrátového cyklu v anabolických reakcích

41 Anaplerotické reakce - Reakce doplňující metabolity do cyklu - Čtyřuhlíkaté intermediáty jsou tvořeny karboxylací tříuhlíkatých prekurzorů

42 Biosyntetické prekurzory produkované nekompletním citrátovým cyklem u baktérií

43 Role citrátového cyklu v anabolických reakcích

44 Regulace citrátového cyklu

45 Glyoxylátový cyklus Centrální molekuly metabolismu pyruvát a acetyl-coa Obratlovci neumí metabolizovat acetyl-coa na cukry Obratlovci mohou tvořit cukry z pyruvátu Oxidace mastných kyslein vede ke vzniku acetyl-coa Obratlovci tedy neumí přeměnit tuky na cukry

46

47 Glyoxylátový cyklus Glukoneogenese pyruvát se konvertuje na oxalacetát ten dál na fosfoenolpyruvát a ten dál na cukry Reakce citrátového cyklu neprodukují oxalacetát z acetyl-coa Oxalacetát + acetyl-coa 2CO 2 + oxalacetát Glyoxylátový cyklus dělá sukcinát z acetyl-coa Sukcinát poté vstupuje do citrátoveého cyklu a tak vzniká molekula oxalacetátu navíc

48 Glyoxylátový cyklus

49 Vztah mezi glyoxylátovým a citrátovým cyklem Glyoxylátový cyklus probíhá současně s citrátovým cyklem Meziprodukty se mohou přesouvat mezi jednotlivými cykly (kompartmentace) Konverze sukcinátu na malát v citrátovém cyklu a malátu na oxalacetát v cytosolu

50 Co musím znát Role acetyl-coa Reakce citátového cyklu Produkty oxidace acetylu v citrátovém cyklu Role citrátového cyklu v katabolismu Role citrátového cyklu v anabolismu Co jsou anaplerotické reakce Glyoxylátový cyklus Konverze acetátu na prekurzory biosyntézy cukrů

51

52

53