Citrátový cyklus

CYKLUS TRIKARBOXYLOVÝCH
KYSELIN
A GLYOXYLÁTOVÝ CYKLUS
OBSAH
• Základní charakteristika
• Historie
• Pyruvátdehydrogenasový komplex
• Citátový cyklus – dílčí reakce
• Citátový cyklus – výtěžek
• Citátový cyklus – regulace
• Anapleroticé reakce
• Kataplerotické reakce
Cyklus trikarboxylových kyselin,
TCA-cyklus, citrátový cyklus, Krebsův cyklus
Citrátový cyklus je sled osmi reakcí
• ve kterém dochází v cyklu k oxidaci acetylové skupiny acetyl-CoA
na dvě molekuly CO2
• uvolněná
volná energie se ukládá do redukovaných koenzymů
NADH a FADH2.
• produktem jednoho cyklu jsou dvě molekuly CO2, tři NADH, jedna
FADH2 a jedna makroergická sloučenina GTP (=ATP).
Citrátový cyklus působí katalyticky, jako důsledek vlastní regenerace
oxalacetátu. Obrovský počet acetylskupin může být oxidován
zásluhou jediné molekuly oxalacetátu.
Historie citrátového cyklu
• Sled těchto reakcím byl intenzivně studován mezi léty 1932 až 1937
řadou badatelů na létacích svalech holubů.
• V roce 1935 publikoval maďarský vědec A. Szent-Gyorgyi poznatek,
že respirace se urychlí přidáním malého množství sukcinátu,
fumarátu, malátu nebo oxaloacetátu. Efekt působení těchto látek
byl katalytický.
sukcinát→fumarát→malát→oxalacetát
• 1937
Carl Martius a Franz Knoop ukázali, že citrát může být
převeden na a-oxoglutarát.
citrát→cis-akonitát→isocitrát→2-oxoglutarát→
sukcinát→fumarát→malát→oxalacetát
Historie citrátového cyklu
•V
roce 1937 publikovali Martius a Knoop klíčový poznatek, který
Krebsovi chyběl pro spojení oxidace v citrátovém cyklu s
metabolismem glukosy.
Oxaloacetát a pyruvát mohou být
převedeny na citrát za působení peroxidu vodíku.
• Pyruvát
jako produkt odbourávání glukosy v glykolýze se tak stal
spojovacím článkem mezi metabolismem sacharidů a citrátovým
cyklem.
• 1936 Hans Krebs, publikoval jako první cyklický charakter odbourání
acetylové skupiny.
1. Sukcinát se tvoří z fumarátu, malátu nebo oxalacetátu v přítomnosti
inhibitoru malonátu, který inhibuje přímou redukci fumarátu na
sukcinát, reakce zastavuje celou oxidaci. Citrát musí být obnovován.
2. Pyruvát a oxalacetát mohou tvořit citrát enzýmově – uzavření cyklu
pyruvát + oxalacetát → citrát + CO2
3. Jednotlivé kroky cyklu jsou dostatečně rychlé – odpovídají rychlosti
respirace
Historie citrátového cyklu
• 1945 N. Kaplan a F. Lipmann objevili koenzym A
• 1951 S. Ochoa a F. Lynen zjistili, že acetyl-CoA je látka, která
kondenzuje s oxalacetátem za vzniku citrátu
• Krebsův
první pokus o publikaci citrátového cyklu v Nature byl
neúspěšný. Práce byla přijata do méně prestižního časopisu
Enzymologia.
• Krebs, H.A. and Johnson, W.A.: The role of citric acid in intermediate
metabolism in animal tissues. Enzymologia 4, 148 – 156 (1937).
• Hans Adolf Krebs (1900 – 1981) obdržel Nobelovu cenu za lékařství
a fyziologii v roce 1953 spolu s Fritzem Albertem Lipmannem.
Sir Hans Adolf KREBS (1900-1981)
• 1900 Born in Germany
• 1918 Began medical school
• 1923 Graduated from medical school
• 1925 Graduated with Ph.D. from University of Hamburg
• 1932 Identification of Urea Cycle
• 1933 Emigration to the United Kingdom
• 1937 Identification of Citric Acid Cycle or "Krebs Cycle"
• 1945 Became a Professor at University of Sheffield
• 1953 Won the Nobel Prize in Physiology and Medicine
• 1954 University of Oxford
• 1958 Knighted
• 1981 Died in the United Kingdom, Oxford
Základní charakteristika citrátového cyklu
• Citrátový cyklus je ústřední metabolická dráha vedoucí k zisku
energie ze substrátů jako jsou sacharidy, mastné kyseliny a
aminokyseliny, které se odbourávají na acetyl CoA.
• Citrátový cyklus je lokalizován v matrix mitochondrií.
Základní charakteristika citrátového cyklu
• Citrátový cyklus je aerobní metabolická dráha.
• Citrátový cyklus je amfibolický. V cyklu dochází ke katabolické
reakci (odbourávání acetyl CoA na CO2). Meziprodukty cyklu se
využívají k syntézám dalších látek – anabolické reakce.
• Sumární rovnice citrátového cyklu:
3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + acetylCoA →
→ 3 NADH + FADH2 + GTP + CoA + 2 CO2
Citrátový cyklus propojení s glykolýzou a respirací
Citrátový cyklus propojení s respirací
Přehled vstupu substrátů do citrátového cyklu
Pyruvátdehydrogenasový komplex
• Syntéza acetyl-CoA z pyruvátu
• Pyruvát
je za aerobních podmínek transportován do matrix
mitochondrie transportním proteinem (pyruvát – H+ symport).
• Multienzymový komplex pyruvátdehydrogenasy je skupina tří
nekovalentně vázaných enzymů, který katalyzuje na sebe
navazující reakce.
• Výhodou multienzymového komplexu je:
1. Sled reakcí je urychlován, protože jsou minimální
vzdálenosti mezi enzymy.
2. Přímá návaznost reakcí zamezuje vedlejším reakcím.
3. Reakce na komplexu
kontrolovány.
mohou
být
koordinovaně
Složení pyruvátdehydrogenasového komplexu
• Pyruvátdehydrogenasa (E1)
• Dihydrolipoyltransacetylasa (E2)
• Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3)
Pyruvátdehydrogenasový
komplex z
Escherichia coli
• Komplex
E. coli je 5 300 kD proteinový komplex. Průměr 30
nm- větší než ribozom. Složení viz obrázek.
• Mitochondriální komplex je 10 000 kD protein, obsahuje 20 E2
komplex E. coli
trimerů obklopených 30 E1 heterotetramery a 12 E3 dimerů.
Složení pyruvátdehydrogenasového komplexu
• Pyruvátdehydrogenasový
komplex katalyzuje sekvencí tří
reakcí, sumárně:
Pyruvát + CoA + NAD+ → acetyl-CoA + CO2 + NADH
• Komplex využívá pěti různých koenzymů:
Kofaktor
Thiaminpyrofosfát
(TPP)
Lipoová kyselina
KoenzymA
(CoA)
Lokalizace
Funkce
Vázán na E1
Dekarboxylace pyruvátu za vzniku
karbaniontu hydroxyethyl-TDP
Kovalentně vázán na
lysin E2 (lipoamid)
Přijímá karbaniont hydroxyethyl
zTDP jako acylskupinu
Substrát pro E3
Přijímá acylskupinu z lipoamidu
Flavinadenindinukleotid Vázán na E3
(FAD)
Redukován lipoamidem
Nikotinamiddinukleotid Substrát pro E3
(NAD+)
Redukován FADH2
Pyruvátdehydrogenasový komplex
Pyruvátdehydrogenasa (E1)
• Dekarboxyluje pyruvát za tvorby hydroxyethyl-TPP meziproduktu
H3C
R1
R2
N
+
C-
H3C
S E1
R1
TPP E1
+
-
O
C
C
O
O
Pyruvát
CH3
H
+
CO2
H
R2
N
O
+
C
C
-
S E1
CH3
Hydroxyethyl-TPP E1
Lipoamid a dihydrolipoamid
• Lipoová kyselina je vázána na E2 amidovou vazbou přes
e-aminoskupinu Lys.
Lipoová kyselina
S
S
Lysin
CH2
CH2
CH2
NH
O
CH
CH2
CH2
CH2
C
NH
(CH 2)4
CH
C
Lipoamid
O
2H+ + 2eHS
CH2
CH2
HS
CH2
NH
O
CH
CH2
CH2
CH2
C
Dihydrolipoamid
NH
(CH 2)4
CH
C
O
Dihydrolipoyltransacetylasa (E2)
• Hydroxyethylová skupina je přenesena na dihydrolipoyltransacetylasu
(E2).
• Hydroxyethylový karbanion je současně oxidován na acetyl a lipoamid
redukován na disulfid.
H3C
H3C
R1
H
R2
N
O
+
C
C
-
S E1
CH3
H3C
H+
R1
H
R2
N
O
+
C
C
S
S
S
HS
E2
Lipoamid-E2
S E1
R1
H+
R2
N
+
C
-
S E1
TPP E1
+
CH3
O
C
CH3
S
E2
HS
E2
Acetyl-dihydrolipoamid-E2
Dihydrolipoyltransacetylasa (E2)
• E2 poté katalyzuje transesterifikací, při které se acetyl přenese na
CoA za tvorby acetyl-CoA
O
CoA
O
CoA
SH
C
CH3
S
HS
HS
HS
Acetyl-dihydrolipoamid-E2
CH3
Acetyl-CoA
S
E2
C
+
E2
Dihydrolipoamid-E2
Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3)
• Regenerace lipoamidu na E2.
• Reoxidace probíhá přes kovalentně vázaný FAD.
FAD
S
HS
+
S
E3 (oxidovaná forma)
FAD
SH
HS
E2
S
+
SH
E3 (redukovaná forma)
S
E2
Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3)
• Reoxidace redukovaného E3.
• Elektrony z FADH2 se přenáší na NAD+ za tvorby NADH.
• FAD slouží spíše jako vodič elektronů !!!
FAD
FADH2
FAD
SH
S
S
SH
S
S
NAD+
E3 (redukovaná forma)
NADH + H+
E3 (oxidovaná forma)
Aktivní místo dihydrolipoamiddehydrogenasy
Lipoyllysylové raménko E2
• Raménko přenáší meziprodukty reakce mezi jednotlivými enzymy.
S
HC
S
CH2
CH2
H2C
CH2
H2C
CH2
140 nm
O
C
NH
H2C
CH2
H2C
CH2
HC
C
O
N
H
Lipoyllysylové raménko
(plně roztažené)
Pyruvátdehydrogenasový komplex
Toxicita arsenitanu a organických sloučenin arsenu
• Inhibují pyruvátdehydrogenasu a 2-oxoglutarátdehydrogenasu
a tím i respiraci
OH
-
O
As
OH
+
HS
S
-
O
HS
As
S
R
Arsenitan
R1
As
O
+
2 H2O
+
H2O
R
Dihydrolipoamid
+
Organická
sloučenina arsenu
HS
S
R1
HS
As
S
R
R
Pyruvátdehydrogenasový komplex
Pyruvátdehydrogenasový komplex - regulace
• Inhibice produkty: NADH a acetyl-CoA
• Kovalentní modifikace fosforylací
Pyruvátdehydrogenasový komplex animace
* http://www.brookscole.com/chemistry_d/templates/student_resour
ces/shared_resources/animations/pdc/pdc.html
Citrátový cyklus
Citrátsynthasa
• Kondenzace acetyl-CoA
s oxaloacetátem za
tvorby citrátu.
• Dvousubstrátová reakce
s uspořádaným
mechanismem
His 320
His 320
H
H
-
OOC
-
OOC
O
C
H2C
COO
-
H2C
• Uplatňuje se enolforma H
acetyl-CoA !
COO
-
Oxaloacetát
1
+
N
His 274
N
• První se váže na enzym
oxaloacetát.
H2C
Oxaloacetát
+
O
C
N
His 274
N
H
H
-
O
SCoA
O
H2C
SCoA
Acetyl-CoA
O
-
H
O
Asp 375
O
Asp 375
O
Enol forma acetyl CoA jako nukleoefil !!
His 320
N
H
N
-
OOC
O
C
H2C
OOC
COO
+
H
-
-
OOC
Oxaloacetát
2
OH
C
CH2
CH2
O
C
SCoA
Citryl-CoA
N
H
O
His 274
N
Asp 375
O
H
-
O
H2C
H2O
3
SCoA
CoASH
-
OOC
H
His 274
O
-
Asp 375
O
OOC
OH
C
CH2
CH2
Citrát
COO
-
Akonitasa
• Reverzní izomerizace citrátu na isocitrátu přes cis-akonitát.
• Akonitasa obsahuje komplex [4Fe-4S] podílející se na odštěpení
OH skupiny z citrátu.
COO
-
H2O
CH2
HO
C
COO
H
C
H
COO
-
Citrát
-
COO
H2C
H
-
COO
-
COO
H2O
-
CH2
C
H
C
COO
C
HO
C
H
COO
-
cis-Akonitát
COO
-
Isocitrát
-
NAD+ dependentní isocitrátdehydrogenasa
• Enzym katalyzuje oxidativní dekarboxylaci isocitrátu na
a-oxoglutarát.
• Oxid uhličitý se odštěpuje z původní molekuly oxaloacetátu ne z
acetylCoA.
• Produkuje se NADH + H+.
• Koenzymy jsou Mg nebo Mg ionty.
COO
-
CH2
C
C
HO
C
H
O
H
-
O
+
-
O
Isocitrát
-
CH2
O
H
C
COO
NAD
+
NADH + H
O
C
C
O
-
-
COO
CH2
O
C
C
COO
H
-
O
2+
Mn
O
Oxalosukcinát
CO2
O
CH2
C
C
C
-
H
-
O
-
O
2+
Mn
+
H
O
C
H
C
O
C
-
O
2-Oxoglutarát
2-Oxoglutarátdehydrogenasa
• Oxidační dekarboxylace – podobnost s pyruvátdehydrogenasovým
komplexem
• Multienzymový komplex
• 2-oxoglutarátdehydrogenasa (E1)
• Dihydrolipoylsukcinyltransferasa (E2)
• Dihydrolipoyldehydrogenasa (E3) - stejná jako v
pyruvátdehydrogenasovém komplexu
• Katalyzuje oxidativní dekarboxylaci a-oxoglutarátu za tvorby druhé
molekuly CO2 a NADH
• Molekula CO2 má také původ v oxaloacetátu
• Produktem je sukcinyl-CoA
2-Oxoglutarátdehydrogenasa
COO
-
CoA-SH
CH2
CO2
CH2
C
O
C
COO
-
CH2
CH2
O
O
-
2-Oxoglutarát
C
NAD+
NADH + H+
S
O
CoA
Sukcinyl-CoA
Sukcinyl-CoA synthetasa (sukcinátthiokinasa)
• Katalyzuje štěpení vazby s vysokou energií (sukcinyl-CoA) spojené
se syntézou v případě
• savčího enzymu GTP z GDP a Pi
• u rostlin a bakterií je to ATP z ADP a Pi
• ATP
a GTP jsou energeticky ekvivalentní, díky
nukleosiddifosfátkinasa dochází k přechodu:
• GTP + ADP ↔ GDP + ATP
• Reakce
enzymu
D Go´= O !!
katalyzovaná sukcinyl-CoA synthetasou je další příklad
fosforylace na úrovni substrátu (nezávisí na přítomnosti kyslíku).
Sukcinyl-CoA synthetasa (sukcinátthiokinasa)
• Reakce probíhá ve třech stupních:
A) sukcinyl-CoA reaguje s Pi za tvorby sukcinylfosfátu a CoA
B) transfer fosfátu ze sukcinylfosfátu na His enzymu za uvolnění
sukcinátu
C) fosfát z enzymu je přenesen na GDP za tvorby GTP.
• V tomto bodě citrátového cyklu je acetyl již kompletně oxidován na
• dvě CO2
• dva NADH
• GTP.
• Další část cyklu je převod sukcinátu na oxaloacetát.
První fáze sukcinyl-CoA synthetasové reakce
COO
CH2
CH2
O
C
-
COO
OH
+
S CoA
Sukcinyl-CoA
O
-
P
O
1
-
CH2
CH2
-
O
O
C
O
+
2-
PO 3
Sukcinyl-fosfát
HS CoA
Druhá fáze sukcinyl-CoA synthetasové reakce
-
Enzym
COO
CH2
CH2
O
C
O
+
2PO 3
Sukcinyl-fosfát
N
N
COO
H
2
CH2
O
C
Enzym
+
CH2
H+
His
-
-
O
Sukcinát
N
N
H
+
2PO 3
3-Fosfo-His
Třetí fáze sukcinyl-CoA synthetasové reakce
Enzym
O
G
O
P
-
O
O
O
GDP
-
P
O
O
-
+
N
N
Enzym
H
3
+
2PO 3
3-Fosfo-His
N
N
H+
His
H
O
+
G
O
P
O
-
O
O
P
O
GTP
-
O
O
-
P
O
O
-
Sukcinátdehydrogenasa
• Stereospecifická dehydrogenace sukcinátu na fumarát
• Enzym je jediným z citrátového cyklu lokalizovaný
v mitochondriální membráně a obsahuje přes His kovalentně
vázaný FAD, který je redukován na FADH2.
• FAD se obvykle účastní oxidace alkanů za tvorby alkenů.
• Pro další katalytický cyklus musí být FADH2 nejdříve reoxidován.
• Přenos elektronů je součástí mitochondriálního elektronového
transportního řetězce.
COO
-
H
C
H
H
C
H
COO
-
Sukcinát
H
+
E-FAD
-
OOC
C
C
COO
-
+
H
Fumarát
E-FADH2
Kovalentní vazba FAD na His sukcinátdehydrogenasy
Enzym
CH2
His
N
N
H2C
H3C
H2C
R
HO
C
H
HO
C
H
HO
C
H
CH2
N
N
NH
N
FAD
O
O
Inhibice sukcinátdehydrogenasy
• Inhibice sukcinátdehydrogenasy substrátovým analogem
malonátem
• Jeden z Krebsových příspěvků k objasnění citrátového cyklus
COO
COO
-
CH2
COO
-
CH2
CH2
-
Malonát
COO
-
Sukcinát
Fumarasa (fumaráthydratasa)
• Adice vody na dvojnou vazbu za tvorby malátu.
• Reakce probíhá přes karbaniontový přechodový stav. Adice OH –
předchází adici H+.
• Fumarasa katalyzuje hydrataci dvojné vazby fumarátu za tvorby
malátu.
H - COO
C
-
OH
H
-
OOC
C
C
COO
H
Fumarát
OOC
C
H
OH
H+
Karbaniontový
přechodový stav
-
H
H
-
COO
C
OOC
C
H
Malát
OH
-
Malátdehydrogenasa - regenerace
• Enzym katalyzuje koncovou reakci CC – regeneraci oxaloacetátu.
• Mechanismus přenosu hydridového aniontu na NAD+ je obdobný
jako u laktátdehydrogenasy.
• Malátdehydrogenasová reakce má D Go´= + 29, 7 kJ.mol-1 a proto
je koncentrace oxaloacetátu v rovnováze velmi nízká.
• Reakci
udržuje odběr oxaloacetátu citrátsynthasou, protože
citrátsynthasová reakce má D Go´= - 31, 5 kJ.mol-1.
H
-
H
COO
C
OOC
C
H
Malát
OH
-
+
H
H
+
NAD
-
OOC
C
C
COO
-
+
O
Oxaloacetát
NADH
+
H+
Citrátový cyklus
Citrátový cyklus
Citrátový cyklus animated, Voet, Animated fig. Chapt. 16
* http://higheredbcs.wiley.com/legacy/college/voet/0471214957/ani
mated_figures/ch16/f16-2.html
Výtěžek citrátového cyklu
• Oxidace jednoho acetylu v jednom cyklu vede ke tvorbě dvou
CO2 (Pozor: to nejsou atomy uhlíku vstupujícího acetyl-CoA) ve
4 x dvouelektronovém procesu.
• Dalším ziskem jsou tři molekuly NADH a jedna FADH2 a jedno
GTP.
• Elektrony
z redukovaných koenzymů jsou přeneseny do
elektronového transportního řetězce, který vede k redukci O2
na H2O a uvolněná energie se zachytí jako ATP.
• Oxidace
jednoho NADH vede ke tvorbě tří ATP a oxidace
jednoho FADH2 ke tvorbě dvou ATP.
• Jeden cyklus vede ke tvorbě 12 ATP!!!
• Vyjdeme-li z molekuly glukosy, získáme za aerobních podmínek
cca 38 ATP!!!
Aerobní zisk ATP z glukosy
Regulace pyruvátdehydrogenasy
• Pyruvátdehydrogenasa
je jediný savčí systém tvorby acetyl CoA
z pyruvátu.
• Dva regulační systémy:
A) Inhibice produkty – NADH a acetyl-CoA.
B) Kovalentní modifikace systémem fosforylace/defosforylace E1.
• Vysoké poměry NADH/NAD+ a acetyl-CoA/CoA udružují enzym E2 v
acetylovaném stavu, který nepřijímá hydroxyethylovou skupinu –
zpomalení pyruvátdehydrogenasy.
Aktivace a deaktivace pyruvátdehydrogenasy
defosforylací a fosforylací
Pi
E1-OH (aktivní)
Pyruvátdehydrogenasa
fosfatasa
H2O
ATP
Pyruvátdehydrogenasa
kinasa
E1-OPO3
2-
(inaktivní)
ADP
• U eukaryot produkty jako NADH a acetyl CoA, aktivují
pyruvátdehydrogenasakinasu. Výsledná fosforylace specifického
Ser vede k inaktivaci pyruvátdehydrogenasy.
• Insulin,
signál
dostatku
glukosy,
pyruvátdehydrogenasafosfatasu a tím enzym aktivuje.
aktivuje
Enzymy kontroly rychlosti citrátového cyklu
• Změna standardní volné energie (D Go´) a fyziologická změna volné energie (D
G) reakcí citrátového cyklu.
Reakce Enzym
kofaktor
D Go´
DG
- 31, 5
Negativní
1
Citrátsynthasa
2
Akonitasa
Fe-S
~5
3
Isocitátdehydrogenasa
Fe-S
- 21
Negativní
4
2-Oxoglutarátdehydrogenasa
multienzymový komplex
Kyselina lipoová,
FAD
- 33
Negativní
5
Sukcinyl CoAsynthetasa
6
Sukcinátdehydrogenasa
7
Fumarasa
- 3, 4
8
Malátdehydrogenasa
+ 29, 7
- 2, 1
FAD, Fe-S
+ 6, 0
Regulace citrátového cyklu
• Identifikace
rychlost limitujících pochodů CC je obtížná,
protože neznáme přesné koncentrace substrátů a produktů,
které se pohybují mezi matrix a cytosolem.
Tři enzymy CC jsou za fyziologických podmínek mimo
rovnováhu:
1)
citrátsynthasa
2)
NAD+-dependentní isocitrátdehydrogenasa
3)
2-oxoglutarátdehydrogenasa.
Regulace citrátového cyklu
• V srdečním svalu
je průtok metabolitů CC závislý na spotřebě
kyslíku.
Citrátový cyklus je kontrolován:
A) Dostupností substrátů
B) Inhibicí produkty
C) Kompetitivní zpětnovazebnou inhibicí meziprodukty cyklu
pyruvátdehydrogenasa
NAD+-dependentní
isocitrátdehydrogenasa
2-oxoglutarátdehydrogenasa
Regulace citrátového cyklu
• Acetyl
CoA a oxaloacetát jako hlavní substráty jsou přítomny
v matrix v nízkých koncentracích, které nesaturují citrátsynthasu.
• Metabolický
tok přes citrátsynthasu závisí na dostupnosti
substrátů.
• Koncentrace
oxaloacetátu, který je v rovnováze s malátem se
pohybuje v závislosti na [NADH] / [NAD+ ] dle rovnice:
K = [oxaloacetát].[NADH] / [malát].[ NAD+ ]
• Znamená to, že v pracujícím svalu při zvyšující se
současně [NADH] v mitochondrii. To
[oxaloacetátu], který stimuluje citrátsynthasu.
respiraci klesá
doprovází vzrůst
Regulace citrátového cyklu
Pyruvát
Ca2+
pyruvátdehydrogenasa
Acetyl-CoA
citrátsyntasa
Oxaloacetát
Citrát
Malát
Fumarát
NADH
Isocitrát
Ca2+
ADP
Sukcinát
GTP
Sukcinyl-CoA
2-Oxoglutarát
Ca2+
ATP
2-oxoglutarátdehydrogenasa
NAD+-dependentní
isocitrátdehydrogenasa
Amfibolické
funkce
citrátového
cyklu
Amfibolické funkce
citrátového cyklu
Kataplerotické reakce
1. Glukoneogeneze – oxaloacetát k syntéze glukosy. Oxaloacetát
musí být transportován do cytosolu, kde glukoneogeneze probíhá.
Vstupuje tam ve formě malátu nebo aspartátu. Vzhledem k
cyklickému charakteru CC, může být takto využit k syntéze glukosy
každý meziprodukt.
2. Biosyntéza mastných kyselin – probíhá v cytosolu. Acetyl CoA je
do cytosolu transportován ve formě citrátu.
V cytosolu je ATP-citrátlyasa která katalyzuje reakci:
ATP + citrát + CoA  ADP + Pi + oxaloacetát + acetyl CoA.
3. Biosyntéza aminokyselin – 2-oxoglutarát přechází na Glu a
oxaloacetát na Asp.
Kataplerotické reakce
Glutamátdehydrogenasová reakce tvorby glutamátu
COO
-
COO
CH2
-
CH2
+
CH2
C
O
COO
-
2-Oxoglutarát
NADH
+
H+
+
NH4+
+
CH2
H
+
C
NH3
COO
-
Glutamát
NAD+
+
H2O
Transaminace oxaloacetátu na aspartát
COO
-
COO
CH2
CH3
C
O
COO
-
Oxaloacetát
+
H3N
+
CH2
C
H
COO
-
Alanin
-
H3N
+
CH3
C
H
COO
-
Aspartát
+
C
O
COO
-
Pyruvát
Anaplerotické reakce
Doplňují meziprodukty citrátového cyklu
• Nejdůležitější anaplerotickou reakcí je pyruvátkarboxylasová:
Pyruvát + CO2 + ATP + H2O  oxaloacetát + ADP + Pi
• Reakce je také prvním stupněm glukoneogeneze.
• Pyruvátkarboxylasu aktivuje acetyl CoA.
Anaplerotické reakce
Doplňují meziprodukty citrátového cyklu
• Další anaplerotickou látkou je sukcinyl-CoA, který se tvoří při
odbourávání mastných kyselin s lichým počtem uhlíků a
některých aminokyselin.
• Dále
2-oxoglutarát a oxaloacetát vznikající reverzibilní
transaminací Glu a Asp.
Anaplerotické reakce citrátového cyklu
Reverzní citrátový cyklus
• Některé bakterie produkující uhlíkaté stavební jednotky z vody a
CO2.
• Jedna z forem fixace CO2.
Glyoxylátový cyklus
• Rostliny,
bakterie a plísně obsahují enzymy, které katalyzují
konverzi acetyl-CoA na oxaloacetát a tím do glukoneogeneze.
• Glyoxylátový cyklus probíhá v glyoxysomech a mitochondriích.
• Glyoxysomy jsou na membránu vázané organely, specializované
peroxisomy.
• Řada enzymů je společných s citrátovým cyklem.
• Navíc: glyoxysomální isocitrátlyasa a malátsynthasa.
Glyoxylátový cyklus
• Výsledkem
glyoxylátového cyklu je převod dvou molekul
acetyl-CoA na sukcinát, kdežto v citrátovém cyklu se uhlíky
acetyl-CoA uvolňují jako CO2.
• Vytvořený sukcinát je transportován do mitochondrie - do CC a
převeden na malát- anaplerotická reakce !!
• Malát může být převeden na oxaloacetát, nebo transportován
do cytosolu a tam převeden na oxaloacetát jako prekurzor
glukosy v glukoneogenezi.
Reakce glyoxylátového cyklu
Reakce glyoxylátového cyklu v glyoxysomech
Reakce glyoxylátového cyklu v mitochondriích
Dráha malátu v cytosolu
CYTOSOL
OH
-
OOC
CH
O
CH2
COO -
-
OOC
Malát
C
CH2
Oxaloacetát
NAD+ NADH
NAD + H+
COO -
GLUKONEOGENEZE
Význam glyoxylátového cyklu
• Celková reakce glyoxylátového cyklu:
2 Acetyl-CoA + 2 NAD+ + FAD 
oxaloacetát + 2 CoA + 2 NADH + FADH2 + 2 H+
• Isocitrátlyasa
a malátsynthasa existují jen u rostlin a některých
mikroorganismů.
• Umožňují klíčícím rostlinám využívat skladované triacylglyceroly.
• Jedná se o anaplerotickou reakci!! Vnáší oxaloacetát do
citrátového cyklu.
• Patogen, jako Mycobacterium tuberculosis přežívá v plících aniž by
bylo odhaleno imunitním systémem. Využívá glyoxylátový cyklus.
Možnost zásahu - inhibice isocitrátlyasy. Obdobně kvasinka
Candida albicans.