C 3181 Biochemie I 09 Citrtov cyklus FRV

C 3181 Biochemie I 09 -Citrátový cyklus FRVŠ 1647/2012 Petr Zbořil 10/25/2020 1

Obsah • Citrátový cyklus, reakce, význam, energetická bilance. • Anabolický význam, anaplerotické reakce, glyoxylátový cyklus. • Praktické aplikace, technologické využití. Petr Zbořil 10/25/2020 2

Citrátový cyklus • Synonyma: cyklus trikarboxylových kyselin - TCA, Krebsův cyklus • Katabolický pochod (nejen, ale převážně) • Spojnice metabolismu sacharidů, lipidů a aminokyselin • Odbourává aktivní acetát vzniklý o oxidační dekarboxylací pyruvátu (pochazejícího z glykolýzy) o nebo β-oxidací mastných kyselin – viz příslušná kapitola • Vstupy a výstupy dalších metabolitů • Lokalisován v mitochondriální matrix o Úzká vazba na respirační řetězec o Aerobní podmínky – reoxidace redukovaných kofaktorů Petr Zbořil 10/25/2020 3

Cyklický průběh • • Reakce acetyl. Co. A s oxalacetátem – citrát Přeměny dehydrogenacemi a dekarboxylacemi Výstup startovní molekuly oxalacetátu Formulován H. Krebsem (Oxford 1937), NC 1953 o Dílčí zjištění již dříve – A. Szent-Györgyi, F. Knoop, C. Martius Petr Zbořil 10/25/2020 4

Průběh TCA Enzymy 1 citrátsyntasa 2 akonitasa 3 isocitrát DH 4 -ketoglutarát DH 5 sukcinyl. Co. A syntetasa 6 sukcinát DH 7 fumarasa 8 malát DH Petr Zbořil + H 2 O 10/25/2020 5

Footer Text 10/25/2020 6

Citrát syntasa • Bez účasti ATP o Aldolová kondensace Petr Zbořil 10/25/2020 7

Citrát syntasa • Uspořádaný mechanismus o o nejprve vazba oxalacetátu pak acetyl. Co. A hydrolytické místo se zformuje nakonec nehydrolyzuje se acetyl. Co. A, ale citryl. Co. A Petr Zbořil 10/25/2020 8

Citrát syntasa • Homodimer (savci) o podjednotky po 49 k. Da o změna konformace Petr Zbořil 10/25/2020 9

Rovnováhy • Citrate synthase • Kobs = [Citrate][Co. A]/[Oxaloacetate][Acetyl-Co. A][H 2 O] = 2. 24 ± 0. 11 x 106 • Citrate lyase • Kobs = [Citrate]/[Oxaloacetate][Acetate] = 2. 22 ± 0. 16 m-1 - 28, 4 k. J/mol • Ovlivněno [Mg 2+] Footer Text 10/25/2020 10

Rovnováhy • 1. Citrate synthase, G 0‘= -34. 2 k. J/mol, • 2. Aconitase G 0‘= + 6. 4 k. J/mol • • • • G 0‘= - 20. 9 k. J/mol 3. Isocitrate dehydrogenase 4. -Ketoglutarate dehydrogenase 5. Succinyl-Co. A synthetase • 6. Succinate dehydrogenase G 0‘= -33. 5 k. J/mol G 0‘= -4. 0 k. J/mol G 0‘= -1. 4 k. J/mol • 7. Fumarase G 0‘= -3. 8 k. J/mol • 8. Malate dehydrogenase G 0‘= +29. 7 k. J/mol Footer Text 10/25/2020 11

Dílčí kroky TCA Footer Text 10/25/2020 12

Akonitasa • Ustavení rovnováhy • Fe-S protein (klastr Fe 4 S 4) o vnitřní oxidoredukce (no net) o Rovnovážný stav 9: 1: 2 (dle c. Mg 2+) Footer Text 10/25/2020 13

Isocitrát dehydrogenasa • Dvoustupňová přeměna o dehydrogenace o dekarboxylace β-karboxylu Footer Text 10/25/2020 14

– ketoglutarátdehydrogenasa • Multienzymový komplex – analog pyruvát DH o Lipoamid DH stejná Footer Text 10/25/2020 15

Sukcinyl. Co. A syntetasa • Opačný směr • GTP – ekvivalent ATP o Speciální funkce GTP Footer Text 10/25/2020 16

Sukcinyl. Co. A syntetasa • Účast fosfohistidinu o Obecnější mechanismus přenosu P Footer Text 10/25/2020 17

Sukcinát dehydrogenasa • Membránově vázaný enzym o Ostatní enzymy TCA rozpuštěny v matrix o Reoxidace prostetické skupiny FADH 2 Footer Text 10/25/2020 18

Sukcinát dehydrogenasa Komplex 4 podjednotek o 2 katalytické o 2 membránové Footer Text 10/25/2020 19

Footer Text 10/25/2020 20

Fumarasa • Adice vody, lyasa • Stereospecificita – L-malát Footer Text 10/25/2020 21

Stereospecificita adice vody – L-malát Footer Text 10/25/2020 22

Malát dehydrogenasa • Kobs = [Oxaloacetate][NADH]/[Malate][NAD+] = 2. 86 ± 0. 12 x 10 -5 • G 0‘= +29. 7 k. J/mol Footer Text 10/25/2020 23

Malát dehydrogenasa • Aktivní místo MDH Footer Text 10/25/2020 24

Malát DH • Homodimer o Glykoprotein o Vázané oligosacharidy • Mitochondriální • vs. cytoplasmatická o Fylogeneticky odlišné o Prokaryontní předek Footer Text 10/25/2020 25

Bilance TCA Látková CH 3 CO. SCo. A + 3 H 2 O + 3 NAD+ + FAD HSCo. A + 2 CO 2 + 3 NADH + 3 H+ + FADH 2 Energetická • 1 GTP (2 GTP/glukosu) • Další energie se získá oxidací NADH a FADH 2 Proces striktně respirační – provázán s dýchacím řetězcem Footer Text 10/25/2020 26

Footer Text 10/25/2020 27

Metabolické vztahy • Zjednodušené schema • Dekarboxylace pyruvátu o ireverzibilní proces (živočichové) Footer Text 10/25/2020 28

Anabolický význam TCA • Vývojově starší o Funkce za anaerobních podmínek o Adaptace pro aerobní organismy • U mikroorganismů o Neúplný TCA za anaerobiosy o Smysl vysloveně katabolický Vzájemné vztahy mezi TCA a metabolismem sacharidů, lipidů a aminokyselin. Zvláštní význam má biosysntetická dráha syntézy porfyrinů (modře) Footer Text 10/25/2020 29

Biosyntetické vztahy TCA • Mm Footer Text Sacharidy glukosa 10/25/2020 30

Anaplerotické dráhy • Doplnění metabolitů o Odčerpaných z TCA k nezbytným biosyntetickým účelům o Převáděných na zásobní formy (glukosa) • U živočichů o karboxylace pyruvátu (vzniklého hlavně glykolýzou) o produkty katabolismu aminokyselin o Závisí na přísunu sacharidů • Mikroorganismy a rostliny o Jsou schopny doplňovat metabolity TCA i z jednodušších látek (dvouuhlíkaté metabolity – z MK apod. ) o Anaplerotické dráhy nezávislé na přísunu sacharidů o 2 enzymy tzv. glyoxylátového cyklu – isocitrátlyasa a malátsyntasa o Živočichové nemají – nepotvrzené zprávy Footer Text 10/25/2020 31

Glyoxylátová dráha (zkratka) 2 malát • Překlenutí dekarboxylačních kroků • 2 CH 3 CO. SCo. A HOOC. CO. CH 2. COOH + 2 HSCo. A Footer Text 10/25/2020 32