Citrátový cyklus

Obsah 1 Přehled enzymů 2 Přehled reakcí 2.1 Acetyl-CoA + oxalacetát 2.2 Citrát – isocitrát 2.3 Isocitrát – 2-oxoglutarát 2.4 2-oxoglutarát – sukcinyl-CoA 2.5 Sukcinyl-CoA – sukcinát 2.6 Sukcinát – fumarát 2.7 Fumarát – L-malát 2.8 L-malát – oxalacetát 3 Přehled kataplerotických reakcí 4 Přehled anaplerotických reakcí 5 Regulace citrátového cyklu 6 Odkazy 6.1 Související články 6.2 Externí odkazy 6.3 Reference 6.4 Použitá literatura 6.5 Doporučená literatura

Citrátový cyklus, cyklus trikarboxylových kyselin, TCC, cyklus kyseliny citrónové, Krebsův (velký) cyklus ^[1][2] je metabolická dráha aerobního metabolismu (vzniká NADH + H^{+, které se spotřebovává v dýchacím řetězci), ačkoliv jej i většina anaerobních organismů využívá k syntéze jiných metabolitů pomocí kata- a anaplerotických reakcí (amfibolická povaha TCC, viz dále, z toho důvodu je TCC tak složitý). U aerobních organismů, jako je člověk, kromě tohoto slouží primárně k získávání NADH + H+ a posléze ATP z pyruvátu (produkt glykolýzy) či acetyl-S·CoA (produkt β-oxidace).}

Přehled enzymů

1. Pyruvátdehydrogenáza

[editovat část]

Pyruvát dehydrogenázový komplex je komplex tří enzymů uvnitř mitochondrie: pyruvát dehydrogenázy, dihydrolipoyltransacetylázy a dihydrolipoyldehydrogenázy. Komplex pracuje jako celek v přítomnosti koenzymů TPP, NAD⁺, lipoátu ve formě lipoamidu, FAD a koenzymu A. Pyruvát dehydrogenáza katalyzuje oxidativní dekarboxylaci pyruvátu s navázáním acetylu na TPP, dihydrolipoyltransacetyláza katalyzuje přenesení acetylu z TPP přes lipoamid na koenzym A a dihydrolipoyldehydrogenáza regeneruje lipoamid pomocí FAD, z něhož vzniká FADH₂, které regeneruje zase pomocí NAD⁺, z něhož vzniká NADH + H⁺. Enzym je inhibován arsenem v oxidačním stavu As(III) (arseničnany,…), který blokuje lipoamid.

2. Citrát syntáza

Katalyzuje přenesení acetylu z acetyl-S·CoA na oxalacetát za vniku citrátu.

3. Akonitáza

Katalyzuje přesmyk citrátu na izocitrát přes cis-akonitát. Její aktivní centrum tvoří kuboidní klastr čtyř atomů síry a čtyř atomů železa, vázaného přes síru z postranních řetězců cysteinu. Tento enzym je stereospecifický s ohledem na prochirální vlastnosti citrátu. (To se dá prokázat značením pyruvátu pomocí uhlíku ¹⁴C.) Inhibuje ho (2R,3R)2-fluorocitrát.

4. Izocitrát dehydrogenáza

Provádí oxidativní dekarboxylaci karboxylové skupiny na terciárním uhlíku izocitrátu za současné dehydrogenace hydroxy skupiny, přičemž se mění NAD⁺ na NADH + H⁺. Tento enzym využívá manganaté či hořečnaté ionty jako koenzym.

5. α-ketoglutarát dehydrogenáza

Katalyzuje oxidativní dekarboxylaci za současného navázání α-keto uhlíku na koenzym A. Vzniká tak sukcinyl-S·CoA a NADH + H⁺ z NAD⁺.

6. Sukcinylkoenzym A syntetáza

Provádí přesně opačnou reakci, než podle které se jmenuje. Katalyzuje hydrolýzu sukcinylkoenzymu A za současné fosforylace na substrátové úrovni, tedy vzniká přímo GTP z GDP (a ne až v dýchacím řetězci).

7. Sukcinát dehydrogenáza

Provádí dehydrogenaci sukcinátu. Vzniká FADH₂ z FAD. Dehydrogenace je vysoce stereospecifická a vzniká pouze fumarát a ne maleinát. Enzym je kompetitivně inhibován malonátem, který je o uhlík kratší než sukcinát, a proto nemůže dojít k dehydrogenaci.

8. Fumaráza

Katalyzuje alkalickou hydrataci fumarátu za vzniku malátu. OH^- provádí nukleofilní atak na uhlík, který díky rezonanci π-elektronů získal parciální kladný náboj, čímž vniká karbanion, na který se naváže H⁺.

9. Malát dehydrogenáza

Katalyzuje dehydrogenaci malátu na oxalacetát, čímž se substrát celého cyklu regeneruje. Tento enzym také může být zapojen v malátovém člunku.

Přehled reakcí

Acetyl-CoA + oxalacetát

1. Acetyl-CoA + oxalacetát + <chemform>H2O</chemform> → citrát + HS-CoA

• katalyzuje regulační enzym citrátsynthasa

Citrát – isocitrát

2. Citrát → cis-akonitát + <chemform>H2O</chemform> → isocitrát

• katalyzuje akonitasa

Isocitrát – 2-oxoglutarát

3. Isocitrát + NAD⁺(<chemform>NADP+</chemform>) → 2-oxoglutarát + NADH+H⁺(NADPH+H⁺) + <chemform>CO2</chemform>

• katalyzuje regulační isocitrátdehydrogenasa

2-oxoglutarát – sukcinyl-CoA

4. 2-oxoglutarát + <chemform>NAD+</chemform> + HS-CoA → sukcinyl-CoA + NADH+H⁺ + <chemform>CO2</chemform>

• katalyzuje regulační 2-oxoglutarátdehydrogenasový komplex

Sukcinyl-CoA – sukcinát

5. Sukcinyl-CoA + GDP → sukcinát + GTP + CoA

• katalyzuje sukcinátthiokinasa

Markoergní sukcinylkoenzym A je hydrolyzován za vzniku sukcinátu a energie je využita k fosforylaci na substrátové úrovni. Jedná se o evolučně starou reakci, proto je zde v přeměně GDP na GTP využit na místo adenosinu guanosin^[3].

Sukcinát – fumarát

6. Sukcinát + FAD → fumarát + <chemform>FADH2</chemform>

• katalyzuje sukcinátdehydrogenasa

Fumarát – L-malát

7. Fumarát + <chemform>H2O</chemform> L-malát

• katalyzuje fumaráthydratasa

L-malát – oxalacetát

8. L-malát + <chemform>NAD+</chemform> oxalacetát + NADH+H⁺

• katalyzuje malátdehydrogenasa

Celý cyklus je poháněn těmito reakcemi^[3]:

• Dekarboxylace isocitrátu — rovnováha je posunuta ve prospěch α-ketoglutarátu tím, že vznikající oxid uhličitý je odstraňován z buněk a vydýcháván.
• Dekarboxylace α-ketoglutarátu — rovnováha je posunuta ve prospěch sukcinylkoenzymu A — stejné jako v předchozím případě.
• Oxidace malátu na oxalacetát — rovnováha je posunuta ve prospěch oxalacetátu tím, že vznikající NADH + H⁺ je spotřebováváno v dýchacím řetězci.

Přehled kataplerotických reakcí

Kataplerotické reakce jsou reakce, které vyčerpávají intermediáty TCC.

1. Glukoneogeneza;
2. Syntéza mastných kyselin a cholesterolu – vychází z acetyl-S·CoA;
3. Syntéza aminokyselin – α-ketoglutarát je zdrojem pro glutamát;
4. Syntéza porfyrinů – začíná z acetyl-koenzymu A;
5. oxidace aminokyselin – aminokyseliny mohou být metabolizovány na jednotlivé intermediáty TCC, které se přetvoří na oxalacetát, jenž může být degradován pomocí fosfoenolpyruvát karboxykinázy na fosfoenolpyruvát, posléze na pyruvát, pak na acetyl-S·CoA, který se v TCC oxiduje na CO₂ a uhlíky z řetězců aminokyselin jsou vydýchány.

Přehled anaplerotických reakcí

Anaplerotické reakce jsou reakce, které doplňují intermediáty TCC.

1. Oxidace mastných kyselin se sudým počtem uhlíků doplňuje sukcinyl-S·CoA.
2. Degradace izoleucinu, methioninu a valinu doplňuje sukcinyl-S·CoA.
3. Transaminace a deaminace aminokyselin vede k tvorbě α-ketoglutarátu a oxalacetátu.

Regulace citrátového cyklu

Regulace Krebsova cyklu je uskutečněna několika způsoby:

• dostatek substrátů pro průběh cyklu, zejména Ac-CoA a oxalacetát
• odstranění katabolitů (viz výše)
• cyklus je inhibován zvýšeným poměrem ATP:AMP
• respirační kontrola – dýchací řetězec funguje (zvyšuje se poměr NAD+:NADH+H⁺)
• enzymatická regulace:

• citrátsynthasa
• isocitrátdehydrogenasa
• α-ketoglutarátdehydrogenasa

Odkazy

Související články

• Glykolýza

Externí odkazy

• Citric Acid Cycle

Reference

1. ↑ VOET, Donald a Judith VOET. Biochemistry. 3rd vydání. John Wiley & Sons Inc, 2004. 1616 s. s. 765–795. ISBN 0-471-19350-X.
2. ↑ NELSON, David L a Michael M COX. Lehninger Principles of Biochemistry. 4th ed vydání. 2004. 1130 s. s. 601–623. ISBN 0-71674339-6.
3. ↑ ^{a b} LIBERDA, Jiří. Citrátový cyklus [přednáška k předmětu Cvičení z biochemie, obor Chemie v přírodních vědách, Přírodovědecká fakulta UK]. Praha. 7.4.2011. 

Použitá literatura

• LEDVINA, Miroslav, et al. Biochemie pro studující medicíny. I. díl. 2. vydání. Praha : Karolinum, 0000. 269 s. s. 103-106. ISBN 978-80-246-1416-8.

Doporučená literatura

Viz reference.