Cyklus trikarboxylových kyselín

1. Cyklus trikarboxylových kyselín Gustáv Kováč, Anna Porubenová Ústav chémie, klinickej biochémie a laboratórnej medicíny Slovenská zdravotnícka univerzita

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. Stereošpecificita enzýmov • Citrát nemá asymetrické centrá – je achirálny • Geometria vazbového miesta akonitázy umožňuje len jeden spôsob vazby citrátu – tzv. trojbodové napojenie

16. 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

17. 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