9. Citrátový cyklus, oxidační dekarboxylace pyruvátu a anaplerotické dráhy Obtížnost A Vyjmenujte kofaktory, které využívá multienzymový komplex pyruvátdehydrogenasy; které z nich řadíme mezi koenzymy a které mezi prostetické skupiny? Pokuste se vytvořit systémový název pyruvátkarboxylasy (zde je to opravdu snadné). Popište, jak může vznikat sukcinát kondensací acetylových zbytků. Jaký má tato reakce fyziologický význam? Napište sumární rovnici citrátového cyklu. Jaký je jeho význam, kde je lokalizován v buňce? Vysvětlete význam citrátového cyklu pro metabolismus chemoorganotrofních buněk. Mohly by existovat buňky tohoto typu, které by tímto cyklem nebyly vybaveny? Vysvětlete. Naznačte průběh citrátového cyklu. Zařaďte enzymy, které tento komplexní proces katalyzují, do tříd! Napište rovnice (slovy či vzorci) libovolných dvou dílčích reakcí citrátového cyklu.. Kolik reakcí cyklu je oxidačně-redukční povahy, jaké typy (a kolik) redukovaných kofaktorů tak vzniká v jednom cyklu? Stručně a výstižně popište, jak je propojen citrátový a močovinový cyklus. Uveďte, jaký to má význam z hlediska vylučování odpadního aminodusíku. Uveďte reakce, při nichž vzniká či zaniká v primárním metabolismu pyruvát (100 % = 6 reakcí). Vždy uveďte nejbližší předchozí resp. následující metabolit, popř. název metabolické dráhy (Při uvedení naprosto neadekvátní reakce (dráhy) se body odečítají!!!) Prekursorem acetyl-coa může být pyruvát. Uveďte celkovou rovnici této reakce a popište enzymový komplex katalyzující tuto přeměnu, včetně kofaktorů. Alespoň u pěti reakcí pyruvátu uveďte název vznikající látky a slovy třídu katalyzujícího enzymu. a) CH 3 -CO-COO - + CO 2 + ATP - OOC-CH 2 -CH 2 -COO - + ADP + P i b) CH 3 -CO-COO - + - OOC-CH 2 -CH 2 -CH(NH + 3 )-COO - CH 3 -CH(NH + 3 )-COO - + OOC-CH 2 -CH 2 -CO-COO - c) CH 3 -CO-COO - + ATP CH 2 =CO(PO - 3 )-COO - + AMP + P i d) CH 3 -CO-COO - + CO 2 + NADPH + H + - OOC-CH 2 -CH(OH)-COO - + NADP + e) CH 3 -CO-COO - + H + CH 3 -CHO + CO 2 f) CH 3 -CO-COO - + HSCoA + NAD + CH 3 -CO-SCoA + NADH + H + + CO 2 - Uveďte alespoň tři reakce, jimiž vzniká nebo do nichž vstupuje acetylkoenzym A (CH 3 CO-SCoA). U každé reakce uveďte název příslušné metabolické dráhy. Vysvětlete, proč nazýváme citrátový cyklus amfibolickým dějem.
Vysvětlete, proč je v citrátovém cyklu oxidace sukcinátu na fumarát spojena pouze s produkcí dvou ATP, kdežto oxidace malátu na oxaloacetát s tvorbou tří ATP. Obtížnost B Thiamindifosfát je na apoenzym vázán nepříliš silnou nekovalentní vazbou. V průběhu katalytického cyklu na svůj C2-uhlík váže hydroxyethylový zbytek (tzv. aktivní aldehyd), který pak již ve formě acetylového zbytku předává na sirný atom α-lipoátu enzymu E2, aniž by opustil svou pozici v aktivním místě enzymu E1. Je tedy thiamindifosfát prostetickou skupinou nebo koenzymem? Malátdehydrogenasová reakce je zajímavá tím, že její ΔG ' činí neuvěřitelných +29,7 kj.mol -1. Vysvětlete, jakými biochemickými mechanismy se v mitochondrii může tato reakce (a tím i celý citrátový cyklus) udržet v chodu? Citrátový cyklus je často označován jako křižovatka aerobního metabolismu, ačkoli v žádné z jeho reakcí nevystupuje kyslík jako reaktant. Pokuste se vysvětlit tento zdánlivý paradox. Napište tři reakce glyoxylátového cyklu, které nejsou totožné s reakcemi cyklu citrátového. Zařaďte příslušné enzymy do tříd! Test - 1 správná odpověď 1. Která z následujících látek se nezúčastňuje oxidativní dekarboxylace pyruvátu? a) ATP b) HSCoA c) FAD d) lipoová kyselina e) NAD + 2. Které z následujících tvrzení o reakci katalysované pyruvátdehydrogenasovým komplexem není pravdivé? a) Biotin se zúčastňuje dekarboxylace. b) NAD + i FAD slouží jako přenašeč elektronů. c) Reakce probíhá v mitochondriích eukaryot. d) Substrát je přenášen pomocí lipoyl-lysinového ramínka. e) Reakce se zúčastňují dva různé kofaktory obsahující SH skupinu. 4. Konverzí jednoho molu pyruvátu na tři moly CO 2 prostřednictvím pyruvátdehydrogenasy a citrátového cyklu se získá molů NADH, molů redukovaného koen zymu Q a molů ATP (nebo GTP). a) 2; 2; 2 b) 3; 1; 1 c) 3; 2; 0 d) 4; 1; 1 e) 4; 2; 1 5. Všechny oxidační reakce citrátového cyklu produkují NADH, kromě reakce katalysované
a) malátdehydrogenasou; b) pyruvátdehydrogenasou; c) sukcinátdehydrogenasou; d) 2-oxoglutarátdehydrogenasovým komplexem. 6. Konversí jednoho molu acetyl-coa na dva moly CO 2 a CoA prostřednictvím citrátového cyklu vzniká a) 1 mol citrátu; b) 1 mol CoQH 2 ; c) 1 mol NADH; d) 1 mol oxalacetátu; e) 7 molů ATP. 7. Která z následujících sloučenin není meziproduktem citrátového cyklu? a) Acetyl-CoA; b) citrát; c) oxalacetát; d) sukcinyl-coa; e) 2-oxoglutarát. 8. Při které z následujících reakcí je produkován ekvivalent ATP (ve formě GTP) pomocí substrátové fosforylace? Přeměna a) citrátu na isocitrát; b) fumarátu na malát; c) malátu na oxalacetát; d) sukcinátu na fumarát; e) sukcinyl-coa na sukcinát. 9. Která reakce citrátového cyklu probíhá analogicky jako oxidativní dekarboxylacr pyruvátu na acetyl-coa? Přeměna a) citrátu na isocitrát; b) fumarátu na malát; c) malátu na oxaloacetát; d) sukcinyl-coa na sukcinát; e) 2-oxoglutarátu na sukcinyl-coa. 10. Funkcí glyoxylátového cyklu je zajistit a) kompletní oxidaci acetyl-coa na CO 2 ; b) konverzi mastných mkyselin na cukry; c) syntézu glyoxylátu z acetyl-coa; d) celkovou syntézu dlouhých mastných kyselin z intermediátů citrátového cyklu. 11. V průběhu klíčení semen je glyoxylátový cyklus pro rostliny důležitý, neboť jim umožňuje a) realizovat celkovou syntézu glukosy z acetyl-coa; b) vytvořit acetyl-coa z malátu; c) zbavit se isocitrátu vytvořeného akonitasou; d) získat glyoxylát pro biosyntézu cholesterolu; e) získat glyoxylát pro syntézu pyrimidinů. 12. Spojení citrátového cyklu s dýchacím řetězcem je zprostředkováno a) molekulami CO 2 ; b) cytochromoxidasou;
c) poměrem ATP/ADP; d) redukovanými koenzymy. 13. Reakce citrátového cyklu jsou v eukaryotní buňce lokalizovány a) v endoplasmatickém retikulu; b) v mitochondriální matrix; c) v cytosolu; d) v mezimembránovém prostoru mitochondrií. 14. Pyruvátdehydrogenasový komplex katalyzuje konverzi pyruvátu na a) acetát a CO 2 ; b) acetyl-coa a CO 2 ; c) sukcinyl-coa a CO 2 ; d) lipoát a CO 2. 15. Konverze isocitrátu na 2-oxoglutarát a dále na sukcinyl-coa zahrnuje a) dehydrataci; b) oxidaci; c) oxidativní dekarboxylaci; d) kondensaci. 16. Glyoxylátový cyklus probíhá u a) rostlin a vyšších živočichů; b) bakterií a vyšších živočichů; c) rostlin a některých bakterií; d) rostlin, vyšších živočichů a bakterií. 17. V glyoxylátovém cyklu reaguje acetyl-coa s glyoxylátem za vzniku a) sukcinyl-coa; b) sukcinátu; c) fumarátu; d) malátu. 18. Citrátový cyklus je považován za součást aerobního mechanismu, ačkoli kyslík se přímo nevyskytuje v žádné z jeho reakcí. Je tomu tak proto, že b) vznikající NADH a FADH 2 jsou reoxidovány v elektron-transportním řetězci, kde je konečným akceptorem elektronů nejčastěji kyslík; c) reoxidace NADH a FADH 2 vede k produkci významného množství ATP; d) tento cyklus probíhá v mitochondriích; e) tento cyklus zahrnuje i oxidační reakce. 19. Kolik jednotek přímo využitelného ATP vznikne jednou otáčkou citrátového cyklu? a) 12 b) 36 c) 2 d) 1 e) Žádná hodnota není správná. 20. CO 2 je v citrátovém cyklu produktem reakce katalysované a) citrátsynthasou;
b) isocitrátdehydrogenasou; c) sukcinyl-coa-synthetasou; d) sukcinátdehydrogenasou. 21. Kofaktorem malátdehydrogenasy u eukaryot je a) NAD + ; b) FAD; c) NADP + ; d) CoA. 22. Jedním ze společných meziproduktů citrátového i glyoxylátového cyklu je a) glyoxylát; b) fumarát; c) sukcinyl-coa; d) malát. 23. Jedním z postranních vstupů do dýchacího řetězce je enzym citrátového cyklu a) isocitrátdehydrogenasa; b) 2-oxoglutarátdehydrogenasa; c) sukcinátdehydrogenasa; d) malátdehydrogenasa. 24. Hlavním smyslem citrátového cyklu je a) produkce aktivních vodíků ve formě redukovaných kofaktorů; b) produkce CO 2 ; c) výroba acetyl CoA; d) odbourání toxických látek. 25. Akonitasa katalysuje reakci a) citrát isocitrát; b) fumarát malát; c) sukcinát fumarát; d) malát oxalacetát. 26. 3V citrátovém cyklu vznikají dvě molekuly a) CO 2 ; b) FADH 2 ; c) GTP; d) NADH. 27. Kolik molekul ATP lze získat úplnou degradací pyruvátu, pokud je meziprodukt (acetyl-coa) odbourán pomocí citrátového cyklu spřaženého s dýchacím řetězcem? a) 12 ATP b) 13 ATP c) 14 ATP d) 15 ATP
28. Z isocitrátu vzniká v citrátovém cyklu jednou enzymovou reakcí a) 2-oxoglutarát; b) sukcinát; c) fumarát; d) malát. 29. Glyoxylátový cyklus probíhá u a) všech organismů, neboť jeho nepřítomnost není slučitelná se životem. b) pouze u eukaryotních organismů. c) organismů schopných přeměňovat tuky na sacharidy. d) pouze u prokaryotních organismů. 30. Z hlediska sumární rovnice do citrátového cyklu nevstupuje a) voda; b) fosfát; c) oxalacetát; d) GDP. 31. Glyoxylátový cyklus je typická a) katabolická dráha; b) anabolická dráha; c) amfibolická dráha; d) anaplerotická dráha. 32. Pyruvátdehydrogenasový komplex katalyzuje a) dehydrogenaci pyruvátu; b) oxidační dekarboxylaci pyruvátu; c) dekarboxylaci pyruvátu; d) přeměnu pyruvátu na citrát. 33. GTP je a) energetická molekula jako ATP; b) prekursor pro syntézu glukosy; c) produkt odbourávání mastných kyselin; d) guanosinmonofosfát. 34. NADH vzniklé v Citrátovém cyklu a) vstupuje do glukoneogeneze; b) vstupuje do dýchacího řetězce; c) vstupuje do pentosového cyklu; d) vstupuje do -oxidace mastných kyselin. 35. Fumarasa katalyzuje přeměnu a) malátu na oxalacetát; b) citrátu na isocitrát; c) fumarátu na malát; d) sukcinátu na fumarát.