Cyklus trikarboxylových kyselín

Gustáv Kováč, Anna Porubenová

Ústav chémie, klinickej biochémie a laboratórnej medicíny

Slovenská zdravotnícka univerzita

Úvod

• Krebsov cyklus je spoločná metabolická cesta pre všetky palivá• Nachádza sa v mitochondrii• „Sťahuje“ elektróny z cukrov, tukov a bielkovín pomocou elektrónového

transportného reťazca• Produkuje tak vačšinu redukovaných koenzýmov potrebných na syntézu

ATP v tomto reťazci• Hoci sa v Krebsovom cykle nevyužíva kyslík priamo v ani jednej reakcii,

mitochondria ho ako celok v rámci oxidatívneho metabolizmu potrebuje na zabezpečenie reoxidácie redukovaných koenzýmov

• Hlavné funkcie Krebsovho cyklu sú – tvorba energie a biosyntéza

Štruktúra kapitoly

• Základné princípy• tvorbou energie• biosyntézou• pyruvátkarboxylázou• enzýmami a reakciami Krebsovho cyklu• energiou poskytovanou Krebsovým cyklom• reguláciou Krebsovho cyklu• anaplerotickými reakciami• V klinických koreláciách• spomenieme využitie získaných poznatkov v klinickej praxi na príkladoch• porúch metabolizmu pyruvátu• úlohy lipoamidu v pyruvát dehydrogenázovej reakcii• toxicity fluoroacetátu• stereošpecificity enzýmov• malonátového bloku

Základné princípyProdukcia energie

• 4 oxidatívne kroky v Krebsovom cykle poskytujú voľnú energiu pre syntézu ATP:

• východiskovou látkou je acetyl koenzým A

• oxiduje sa v 4 oxidačných reakciách, dáva vznik redukovanému NADH, ktorý produkuje FADH2

• ento poskytuje voľnú energiu na syntézu ATP v procese elektrónového transportu a oxidatívnej fosforylácie

Biosyntéza

• Krebsov cyklus poskytuje spoločný základ pre interkonverziu palív a metabolitov

• Krebsov cyklus je lokalizovaný v mitochondrii

• Metabolické poruchy Krebsovho cyklu sú zriedkavé

• Acetyl koenzým A je bežným produktom mnohých katabolických dráh

Pyruvát karboxyláza

• Pyruvát predstavuje križovatku metabolických ciest. Môže sa premeniť na

• laktát

• alanín

• acetylkoenzým A

• oxalacetát

• V závislosti na metabolickej situácii proces môže vyústiť do

• glukoneogenézy

• biosyntézy MK

• tvorby ATP / Krebsov cyklus /

• Pyruvát karboxyláza zabezpečuje karboxyláciu acetyl koenzýmu A na oxalacetát

• Ide o tetramér 4 identických jednotiek, ktlorý potrebuje na svoju funkciu CO2, biotín a ATP

Pyruvát dehydrogenázový komplex

• Pyruvát dehydrogenázový komplex katalyzuje premenu pyruvátu na acetyl koenzým A

• Ide o multienzýmový komplex pozostávajúci z troch subjednotiek

• K svojej funkcii potrebuje tiamín, lipoamid, FAD, NAD, riboflavín a pantotenovú kyselinu

Enzýmy a reakcie Krebsovho cyklu

• Enzýmy• citrátsyntáza• akonitáza• izocitrát a alfaketoglutarát

dehydrogenáza• sukcinyl koenzým A

syntetáza• sukcinát dehydrogenáza• fumaráza• malát dehydrogenáza• Reakcie• kondenzácia• izomerácia• dehydrogenácia

Zisk energie z Krebsovho cyklu

• Každá molekula acetylkoenzýmu A vytvorí reukované nukelotidy na syntézu 11 mol ATP v procese oxidatívnej fosforylácie

• Katabolizm,us 1 molekuly glukózy, ktorá prejde glykolýzou a Krebsovým cyklom vytvorí 36-38 mmol ATP

Regulácia Krebsovho cyklu

• Existuje niekoľko úrovní regulačnej kontroly – substrátová, enzýmová a nepriamo aj hormonálna

• Úroveň aktivity Krebsového cyklu závisí od koenzýmov a substrátov - menovite

• NAD• kapacity pre tvorbu ATP• Aktivita enzýmov je

regulopvaná allostericky• Pyruvátdehydrogenázy• Izocitrát dehydrogenázy

Anaplerotické reakcie

• Anaplerotický znamená „zasycujúci“

• Ide o rekacie, ktoré poskytujú do Krebsovho cyklu intermediáty, ktoré udržiavajú jeho aktivitu

• Pyruvát karboxyláza je typický príkladom anaplerotickej reakcie

• Vznik oxalacetátu je totiž nevyhnutzný pre iniciáciu cyklu

• Ďalším príkladom je premena pyruvátu na malát

Klinické korelácieDeficience v metabolizme pyruvátu a

Krebsovom cykle• Laktátová acidémia u novorodencov vzniká z excesívneho anaeróbneho

odbúravania cukrov

• Ide o najčastejšiu poruchu metabolizmu pyruvátu

• Môže viesť k neurologickým príznakom a mentálnej retardácii

Úloha lipoamidu v pyruvát dehydrogenázovej reakcii

• Kyselina lipoová sa viaže na epsilon amino skupinu lyzínového zvyšku bielkoviny

• Vytvára tak dlhú flexibilnú „ruku“ umožňujúcu transfer lipoylových derivátov medzi rôznymi miestami

Toxicita fluoroacetátu

• Fluoroacetát, ktorý bol izolovaný z rastlín je potentný toxín

• Je súčasne silný inhibítor akonitázy

• Je príkladom „sebevraždného“ substrátu – t.j. zložky, ktorá nie je toxická sama o sebe, ale metabolizuje sa na toxický produkt

Stereošpecificita enzýmov

• Citrát nemá asymetrické centrá – je achirálny

• Geometria vazbového miesta akonitázy umožňuje len jeden spôsob vazby citrátu – tzv. trojbodové napojenie

Malonátový blok

• Malát dehydrogenázová reakcia hraje významnú úlohy pri zabezpečení „cyklicity“ Krebsovho cyklu

• Krebs zistil, že malonát je inhibítorom sukcinát dehydrogenázy

• Malonát tak inhibuje metabolizmus pyruvátu

• Tento objav, ako aj práce súvisiace s ureovým cyklom viedli vlastne k objavu Krebsovho cyklu

Zapamatajte si

• Krebsov cyklus predstavuje spoločnú metabolickú cestu pre všetky tkanivá• Jeho hlavným produktom ke CO2 a redukované koenzýmy• Nachádza sa v mitochondrii a je úzko prepojený na enzýmy oxidatívnej

fosforylácie, ktoré využívajú redukované koenzýmy na tvorbu ATP• Aktivita cyklu je regulovaná allosterickými efektormi a kovalentnou

modifikáciou koordinácie spotreby palív a energeticej potreby organizmu• V tejto súvislosti produkuje Krebsov cyklus niekoľko intermediátov,

pomocou ktorých sa vymieňajú uhľovodíkové fragmenty medzi cukrami, bielkovinami a tukami