Citrátový cyklus
Kategorie: Nezařazeno (celkem: 23179 referátů a seminárek)
Informace o referátu:
- Přidal/a: anonymous
- Datum přidání: 20. srpna 2008
- Zobrazeno: 3261×
- Licence: GNU Free Documentation License
- Seznam autorů a změn
- Vyloučení odpovědnosti
Příbuzná témata
Citrátový cyklus
Citrátový cyklus (cyklus kyseliny citrónové, cyklus trikarboxylových kyselin, Krebsův cyklus) je řada reakcí, které tvoří společnou metabolickou dráhu při aerobní oxidaci sacharidů, lipidů a proteinů.
Postupnou dekarboxylací a oxidací šestiuhlíkaté kyseliny citrónové uvolňuje redukční ekvivalenty, které jsou použity při oxidativní fosforylaci k syntéze ATP, hlavního energetického zdroje buňky.
Citrátový cyklus hraje klíčovou roli i v dalších metabolických dějích, jako je glukoneogeneze, transaminace, deaminace nebo lipogeneze. Některé reakce cyklu proto probíhají i v buňkách, které nemají aerobní metabolismus.
V prokaryotických buňkách probíhá v cytosolu, u eukaryot jsou enzymy citrátového cyklu v mitochondriální matrix, buď volně nebo zakotvené k vnitřnímu povrchu vnitřní mitochondriální membrány.
Obsah |
Historie
Citrátový cyklus se také nazývá cyklus Krebsův, na počest sira Hanse Adolfa Krebse (1900-1981), který v roce 1937 navrhl klíčové reakce cyklu a v roce 1953 mu byla za objev citrátového cyklu udělena Nobelova cena za lékařství a fyziologii.
Přehled reakcí
Produktem katabolismu živin je Acetyl-CoA, acetylový (dvouuhlíkatý) zbytek navázaný na koenzym A. K syntéze koenzymu A je potřeba vitamín B5, kyselina pantothenová.
- Acetyl-CoA vstupuje do cyklu a kondenzuje s oxalacetátem (4 uhlíky) na citrát - kyselinu citrónovou (6 uhlíků).
- Postupné dekarboxylace a oxidace uvolňují oxid uhličitý jako odpadní produkt, hlavně ale dochází k redukci koenzymů. Konečným produktem je opět oxalacetát.
- Oxalacetát kondenzuje s dalším acetyl-CoA a cyklus se opakuje
Protony nesené redukovanými koenzymy jsou použity v dýchacím řetězci, kdy oxidativní fosforylací dochází k syntéze ATP, molekuly, která je hlavním zdrojem energie pro veškeré endotermní reakce probíhající v buňce.
Reakce citrátového cyklu
- acetyl-CoA + oxalacetát + H20 --> citrát + CoA-SH
Jedná se o kondenzační reakci, kterou katalyzuje enzym citrátsynthasa. Acetylový zbytek navázaný na CoA a čtyřuhlíkatý oxalacetát dávají vzniknout šestiuhlíkatému citroyl-CoA.
Hydrolýza vazby mezi koenzymem A a citrátem uvolní značné množství energie jako teplo.
- citrát <--> cis-akonitát <--> isocitrát
Citrát je přeměňován na isocitrát, reakce je katalytována enzymem akonitasou. Akonitasa obsahuje nehemové železo ve stavu Fe2+ a síru.
Citrát je nejprve dehydratován na cis-akonitát a pak rehydratován na isocitrát. Reakce je inhibována fluoracetátem, který kondenzuje jako fluoracetyl-CoA s oxalacetátem za vzniku fluorcitrátu, který působí na akonitasu inhibičně.
- isocitrát + NAD+ <--> oxalsukcinát <--> ?-ketoglutarát + CO2 + NADH+H+
Dehydrogenace isocitrátu za vzniku oxalsukcinátu je katalyzována isocitrátdehydrogenasou. Jsou známy tři různé isocitrátdehydrogenasy. NAD+ specifická dehydrogenasa je přítomna v mitochodriích, ostatní dvě, které jsou NADP+ specifické, se vyskytují v mitochondriích i v cytosolu. Oxidace isocitrátu pro dýchací řetězec je katalyzována výhradně NAD+ specifickou dehydrogenasou.
Oxalsukcinát je následně dekarboxylován na ?-ketoglutarát. Tuto reakci také katalyzuje isocitrátdehydrogenasa. Důležitými složkami dekarboxylační reakce je Mn2+ nebo Mg2+
Koenzym NAD+ se při reakci redukuje na NADH+H+. Protony nesené koenzymem jsou použity v dýchacím řetězci k syntéze 3 ATP.
- ?-ketoglutarát + NAD+ + CoA-SH --> sukcinyl-CoA + CO2 + NADH+H+
V dalším kroku dochází k dekarboxylaci ?-ketoglutarátu. Enzymy katalyzující reakci se sdružují do ?-ketoglutarátdehydrogenásového komplexu. K reakci jsou potřebné kofaktory thiamindifosfát, kyselina lipoová kyselina, NAD+, FAD a koenzym A.
Reakce je inhibována arsenitanem.
- sukcinyl-CoA + Pi + ADP <--> sukcinát + ATP + CoA-SH
Enzym sukcinátthiokinasa (sukcinyl-CoA-synthetasa) katalyzuje přeměnu sukcinyl-CoA na sukcinát. Uvolněná energie je použita k vytvoření makroergní vazby mezi fosfátem a ADP za vzniku jedné molekuly ATP. Reakci, při které vznikne ATP mimo dýchací řetězec, se říká substrátová fosforylace.
- sukcinát + FAD <--> fumarát + FADH2
Sukcinát je dehydrogenován na fumarát. Enzym sukcinátdehydrogenasa, který katalyzuje tuto reakci, je vázán na vnitřní povrch vnitřní membrány mitochondrie. Je to jediný enzym citrátového cyklu, který přenáší protony na flavoprotein, bez účasti NAD+.
Malonát a oxalacetát kompetitivně inhibují sukcinádehydrogenasu.
Redukovaný flavoprotein FADH2 přenáší redukční ekvivalenty do dýchacího řetězce. Na rozdíl od NADH ale vytvoří jen 2 molekuly ATP.
- fumarát + H2O <--> L-malát
Adicí vody na fumarát vznikne L-malát. Reakce je katalyzována enzymem fumarasou (fumaráthydratasa). Je specifická pro L-isomer malátu.
- L-malát + NAD+ <--> oxalacetát + NADH+H+
V poslední reakci je L-malát dehydrogenován enzymem malátdehydrogenasou zpět na oxalacetát.
Výtěžek cyklu
Během jedné otáčky vznikne při substrátové fosforylaci 1 molekula ATP.
Při oxidaci acetyl-CoA se při každé otáčce cyklu vytvoří 3 molekuly NADH+H+ a jedna molekula FADH2. Při oxidativní fosforylaci v dýchacím řetězci se při oxidaci NADH+H+ na NAD+ vytváří 3 molekuly ATP, při oxidaci FADH2 se tvoří 2 molekuly ATP.
Oxidací jedné molekuly acetyl-CoA by tedy mělo vzniknout 12 molekul ATP. Ve skutečnosti se ale vytvoří asi 10 ATP.
Regulace cyklu
Citrátsynthasa, isocitrátdehydrogenasa a ?-ketoglutarátdehydrogenásový komplex jsou enzymy, které jsou alostericky inhibované vysokou koncentrací ATP. To zabraňuje nadměrné spotřebě acetyl-CoA.
Některé enzymy jsou inhibovány, pokud je v mitochondrii velké množství redukovaných koenzymů. Rychlost zpětné oxidace koenzymů je závislá na dýchacím řetězci, tedy i na dostupnosti kyslíku. Nepřítomnost nebo částečný nedostatek O2 způsobí úplnou nebo částečnou inhibici cyklu. Naopak zvýšená rychlost respirace, ke které dochází při zvýšené potřebě ATP, zvyšuje i aktivitu citrátového cyklu.
Úloha citrátového cyklu v metabolismu
Citrátový cyklus nemusí proběhnout celý, některé jeho meziprodukty mohou být substrátem pro jiné metabolické dráhy, naopak jiné dráhy končí v některé součásti cyklu.
Citrátový cyklus plní funkci v oxidativních i syntetických pochodech, je tvz. amfibolický.
Oxalacetát může být přeměnen na pyruvát a použit ke glukoneogenezi, tzn. pro syntézu sacharidů. Cyklus může sloužit také jako zdroj uhlíkových koster k syntéze postradatelných aminokyselin.
Naopak po transaminaci a deaminaci mohou aminokyseliny do cyklu vstupovat:
Glycin, alanin, cystein, hydroxyprolin, serin, threonin a tryptofan tvoří pyruvát, ze kterého je syntetizován acetyl-CoA; arginin, histidin, glutamin a prolin jsou substrátem pro tvorbu ?-ketoglutarátu, isoleucin, methionin a valin tvoří sukcinyl-CoA, tyrosin a fenylalanin tvoří fumarát.
Acetyl-CoA je hlavním substrátem pro syntézu mastných kyselin.
Vitamíny a jejich úloha v cyklu kyseliny citrónové
Čtyři vitamíny, patřící do B-komplexu, mají nezastupitelnou úlohu v citrátovém cyklu.
- Thiamin (B1) je ve své aktivní formě, thiamindifosfátu, koenzymem ?-ketoglutarátdehydrogenázového komplexu.
- Riboflavin (B2) je ve formě FAD (flavinadenindinukleotidu) kofaktor ?-ketoglutarátdehydrogenázového komplexu a sukcinátdehydrogenasy.
- Niacin (B3) je ve své aktivní formě (NAD) koenzymem dehydrogenáz cyklu
- Kyselina pantothenová (B5) je součást koenzymu A (CoA)
Související články
- Beta-oxidace - přeměňuje mastné kyseliny z lipidů na acetyl-CoA
- Glykolýza - štěpí sacharidy na pyruvát, který se dekarboxylací a přidáním HS-CoA změní na acetyl-CoA
- Dýchací řetězec
Literatura
- MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 4. vyd. v ČR. Praha: H & H, 2002. ix, 872 s. ISBN 80-7319-013-3.
- MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 3. vyd. v ČR. Praha: H & H, 2001. ix, 872 s. ISBN 80-7319-003-6.
- MURRAY, Robert K., et al. Harperova biochemie. Z angl. 23. vyd. přel. Lenka Fialová et. al. 2. vyd. v ČR. Praha: H & H, 1996. ix, 872 s. ISBN 80-85787-38-5.