Biochemie Citrtov cyklus Josef Trgl Modernizace vuky technickch
Biochemie – Citrátový cyklus Josef Trögl Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 1
Trocha termodynamiky na úvod • Vnitřní energie (U) = energie všech částic tělesa / systému – U=Q+W • Chemická energie = energie molekuly (1 molu molekul) = sumy energie chemických vazeb – energie uvolněná rozkladem sloučeniny resp. potřebná na jeho syntézu • Entalpie (tepelný obsah, H) = tepelná energie jednoho molu látky – – H = U + p. V stavová veličina, extenzivní lze měřit jen změnu (DH) při chemické reakci (ne absolutní hodnoty) standardní hodnoty v tabulkách H 0 f (25°C) Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 2
Trocha termodynamiky na úvod • Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 3
Trocha termodynamiky na úvod • Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 4
Trocha termodynamiky na úvod • Exotermické reakce = uvolňuje teplo (DH < 0) • Endotermické reakce = spotřebovává teplo (DH > 0) • Exergonická reakce = uvolňuje se volná energie (DG < 0) – běží samovolně • Endergonická reakce = spotřebovává volnou energii (DG > 0) – samovolně neběží – musí být spřažena s exergonickou reakcí, suma DG musí být < 0 • ATP + H 20 ADP + Pi + H+, DG 0´= -33 k. J / mol Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 5
Trocha termodynamiky na úvod • Redoxní potenciál (E 0) = míra oxidačně redukčních vlastností – – tendence oxidačního činidla přitáhnout elektrony čím vyšší, tím silnější oxidační činidlo čím nižší, tím silnější redukční činidlo měřit lze jen změny – standardizace na vodíkovou elektrodu (definičně určeno E 0=0) • ½ O 2 / H 2 O E 0´= 0. 82 V • NAD+/NADH E 0´= -0. 3 V • Oxidace NADH + ½ O 2 + H+ NAD+ + H 2 O – DE 0´= -0. 3 – 0. 82 = -1. 12 V exergonická reakce Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 6
Citrátový cyklus • Též Krebsův cyklus podle svého objevitele (1937, NC 1953), tricarboxylic cycle, TCA cycle Cyklická dráha mající funkci „křižovatky“ aerobních metabolických drah - amfibolická • – – • Buněčná lokalizace – – • odbourávání acetylkoenzymu A na 2 CO 2 metabolismus aminokyselin jednotlivé reakce jsou součástí dalších metabolických drah produkce výchozích metabolitů anabolických drah prokaryota: cytoplasma eukaryota: matrix mitochondrie Některé reakce vázané na membránu Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Vstupy citrátového cyklu • Pyruvát – odbourávání sacharidů a některých aminokyselin (glykogenních), glycerol z lipidů • Acetylkoenzym A – odbourávání mastných kyselin (boxidace), odbourávání aminokyselin (ketogenních) a dalších lipidových látek Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 8
Koenzym A NH 2 N cysteamin SH HN O O N H P O OH kyselina pantotenová N O O P O difosfát H N adenin O O- N H H OH ribóza
Koenzym A • Přenašeč zbytků organických kyselin (acylů) • Vazbou se aktivuje b-uhlík – reaktivní NH 2 N SH HN O O N H P O N O O P O O OH OH N N
Citrátový cyklus 1. Syntéza citrátu – enzym citrátsyntháza H 3 C SCoa. A acetylkoenzym A O citrát + HO oxalacetát H 2 C COOH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí + SCo. A
Citrátový cyklus 2. Izomerace citrátu – – enzym akonitáza meziprodukt cis-akonitát - dehydratace izocitrát HO H C COOH H 2 C COOH C H 2 C HO
Citrátový cyklus 3. Oxidace a dekarboxylace izocitrátu – – enzym izocitrátdehydrogenáza meziprodukt oxasukcinát izocitrátdehydrogenáza 2 -oxoglutarát HO H C HC H 2 C O COOH + + NAD COOH C + CH 2 H 2 C NADH+ H+ COOH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí + CO 2
Citrátový cyklus 4. Oxidace a dekarboxylace 2 -oxoglutarátu – enzymový komplex 2 -oxoglutarátdehydrogenáza sukcinylkoenzym A O C COOH CH 2 H 2 C COOH NAD+ + + HSCo. A O NADH + H+ CH 2 + + CO 2 H 2 C COOH C SCo. A Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Citrátový cyklus 5. Rozklad sukcinylkoenzymu A O – enzym sukcinyl-Co. A-synthetáza C SCo. A CH 2 H 2 C COOH Sukcinát + O C OH CH 2 GDP + HPO 32+ H 2 O H 2 C + COOH Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí GTP + SCo. A
NH 2 N O O P O- N O O P O O H OH OH H Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí N N
Citrátový cyklus 6. Oxidace sukcinátu – enzym sukcinátdehydrogenáza Fumarát O C OH + FAD CH 2 H 2 C COOH + FADH 2 Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Citrátový cyklus 7. Hydratace fumarátu – enzym fumaráza Malát HO HOOC + H 2 O Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí COOH
Citrátový cyklus 8. Oxidace malátu – enzym malátdehydrogenáza Oxalacetát HO COOH HOOC + NAD+ + NADH + H+ Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Souhrn citrátového cyklu • • Oxidace Ac. SCo. A na 2 CO 2 Redukce kofaktorů – – • 3 NADH 1 FADH 2 Vznik 1 GTP – může fosforylovat ADP na ATP Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí
Bilance energie • NADH, FADH 2 se zpětně oxidují v dýchacím řetězci energie do ATP – Aerobně NADH = 3 ATP – Aerobně FADH 2 = 2 ATP – Celkem aerobně vznikne 3 x 3 + 1 x 2 +1 = 12 ATP Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 21
Bilance energie Reakce DG 0´ (k. J / mol) 1 Syntéza citrátu -31, 4 2 Izomerace citrátu +6, 3 3 Oxidace a dekarboxylace izocitrátu -8, 4 4 Oxidace a dekarboxylace 2 -oxoglutarátu -30, 1 5 Rozklad sukcinylkoenzymu A -3, 3 6 Oxidace sukcinátu 0 7 Hydratace fumarátu -3, 8 8 Oxidace malátu +29, 7 Suma -41, 0 = max 1 ATP Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 22
Napojení citrátového cyklu • Citrát se transportuje do cytoplasmy a rozkládá zpět na Ac. Sco. A a oxalacetát – syntéza mastných kyselin ze sacharidů • Izocitrát se může štěpit na sukcinát a glyoxylát – glyoxylátový cyklus rostlin – syntéza sacharidů z lipidů • 2 -oxoglutarát přebírá -NH 2 skupiny při transamoniacích (rozklad aminokyselin) Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 23
Napojení citrátového cyklu • Sukcinylkoenzym A – výchozí metabolit syntézy porfyrinu (hemu) • Sukcinát – propojení s glyoxylátovým cyklem • Fumarát – propojení s močovinovým cyklem • Malát – oxidace a dekarboxylace na pyruvát – syntéza sacharidů, alaninu a aminokyselin • Oxalacetát – propojení s oxalacetátovým-pyruvátovým cyklem u C 4 rostlin, prekurzor aspartátu – syntéza purinů a pyrimidinů Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 24
Anaplerotické reakce • Slouží k doplňování meziproduktů citrátového cyklu • Oxalacetát – – – z pyruvátu a CO 2 (za hydrolýzy ATP na ADP) – hlavně živočichové z fosfoenolpyruvátu a HCO 3 - (vzniká ATP) – heterotrofní bakterie obrácení oxidační dekarboxylace pyuvátu (spotřeba NADPH) transaminace aspartátu ze dvou Ac. SCo. A – glyoxalátový cyklus – rostliny a některé bakterie z jednouhlíktých sloučenin – serinový cyklus – tzv. methylotrofní bakterie Modernizace výuky technických a přírodovědných oborů na UJEP se zaměřením na problematiku ochrany životního prostředí 25
- Slides: 25