KREBSOV CIKEL Flashcards
KALVINOV CIKEL
Naslednja stvar, kjer je fruktoza pomembna je Kalvinov cikel oz. nastanek fruktoze kot produkta fotosinteze. To
je ključna stvar za obstoj življenja na planetu (primarna produkcija). Kalvinov cikel je preoblikovan pentoza
fosfat metabolna pot in glikoliza to je združeno v Kalvinovem ciklu.
Načeloma najprej na eno ribulozo-1,5-bifosfat vežemo en CO2. Je pa za razumevanje lažje, če začnemo s tremi
ribulozami-1,5-bifosfat. Dobili bomo 18C atomov, ki jih bomo na različne načine kombinirali med seboj.
1. Na 3x ribulozo-1,5-bifosfat vežemo 3x CO2. Ta vezava je vezana tudi tukaj na keto obliko ribuloze. Na
drugi ogljik zgoraj se veže CO2. Dobimo intermediat, ki ni zelo stabilen – hitro razpade na 3
fosfoglicerat (molekula s 3 C atomi – če smo imeli na začetku 18 C atomov, potem dobimo zdaj 6
molekul s tremi C atomi).
2. Naslednja stvar: iz 3-PG lahko z dodatkom ATP dobimo 1,3 bifosfoglicerat (ista stvar kot pri glikolizi, le,
da je obrnjeno).
3. Če dodamo redukcijsko moč, dobimo gliceraldehid-3-P (tudi to je podobno kar se uporablja pri
glikolizi, z eno majhno spremembo: namesto NAD+ [glikoliza] se uporablja NADP+ (imata pa isti redoks
potencial.
4. gliceraldehid-3-P lahko izomeriziramo z izomerazo (isto kot pri glikolizi, le v obratno smer.
To je bil del, kjer imamo elemente glikolize. Nadaljujemo s pentoza fosfat metabolno potjo, da pridemo okrog
cikla. J
PREGLED IN OPIS TCA CIKLA
Ključni intermediati: acetil-CoA, alfaketoglutarat, sukcinil-CoA in oksaloacetat
V TCA se dogaja ogromno oksidacij 🡪 ključni del metabolizma, kjer jemljemo elektrone in jih dajemo na membrano, kjer se transformira v ATP preko protonskega gradienta.
Imamo obilje karboksilnih skupin, zato citronski cikel (nahaja se citrat); cikel 3 karboksih kislin (3 karboksilne skupine) ali Krebsov cikel (prvi, ki ga je opisal)
Kar pride v cikel, ga načeloma tudi zapusti (2C vnesemo in 2C izgubimo). Izgubljamo ogljik (načeloma ne želimo). Obstajajo bypassi, da se ogljik izgublja.
Če hočemo vršit sintezo potrebujem enegijo – znotraj TCA dobimo največ energije v metabolizmu
Overview TCA:
- ALFA-DEKARBOKSILACIJA,
- KONDENZACIJA (podobna Claisnovi – srečamo kasneje pri metabolizmu in sintezi)
- DEHIDRACIJA IN REHIDRACIJA: vzamem vodo in jo pononvo dodamo, lahko spreminjamo pozicijo/izomerijo elementov 🡪 pridemo iz citrata v izocitrat
- OKSIDACIJA IN ß-DEKARBOKSILACIJA: zgubimo enega od C-atomov, ki smo ga dodali v Krebsov cikel
- Z dekarboksilacijo se izgubljajo C-atomi: alfa in beta-dekarboksilacije (vse skupaj imamo 3 od stopnje piruvata do oksaloacetata)
- OKSIDACIJE, ki so temelj cikla (glukoza fosfat pot): potrebujemo oksidante (NAD+ in FAD)
- SUBSTRATNA FOSFORILACIJA: anorganski fosfat dodam v zameno jemljem v GTP (edina stopnja, ki nam to omogoča, drugje dobivamo ATP). GTP je pomemben pri sintezi proteinov (tam je glavna energijska molekula)
- HIDRACIJE NENASIČENIH SPOJIN
- Zaključimo z OKSIDACIJO Z NAD+
REKACIJE KARBOKSILNIH SKUPIN
TVORBA SOLI
ESTERIFIKACIJA
AMIDIFIKACIJA
REDUKCIJA
DEKARBOKSILACIJE
OPIŠI ALFA DEKARBOKSILACIJO
Nujno potrebjemo kofaktor vit B1 (tiamin difosfat – uprabljamo za zahtevne reakcije)
- Iz piruvata odstranimo karboksilno skupino (če bi samo »padla dol«, bi vsi elektroni končali na ogljiku, postal bi karboanion 🡪 zelo nestabilno, COOH bi se ponovno vezala)
- Molekulo stabiliziramo tako, da jo začasno vežemo na vitamin B1 (kofaktor)
- Vitamin B1 se regenerira v prvi stopnji tako, da ga izbijemo iz kompleksa z lipatom. Lipoat prepreči nastanek zelo stabilnega acetata.
- Dobimo TIOESTERSKO povezavo z acetilom
- Acetil vežemo na CoA (da ne dobimo acetata), CoA izbijemo lipično kislino
- Dobimo enega izmed ključnih intermediatov acetil-CoA
- Dobimo nekaj kar gre v krebsov cikel in še nekaj kar zaustavi dogajanje (lipoična kislina)
- Potrebna regeneracija lipoične kisline: reoksidacija nazaj v lipoat v dveh korakih
- Najprej potrebujemo FAD ki se reducira v FADH2 (problematičen saj ostane močno vezan v encimu, cikla nebi morali nadaljevati).
- Potrebujemo še en oksidant NAD+, da oksidiramo FADH2 nazaj v FAD 🡪 ta omogoči oksidacijo lipoične kisline
MEHANIZEM CITRAT SINTAZE
- Aktiviramo acetil-CoA (iz ketona naredimo enol) 🡪 ključna točka vstopa v krebsov cikel
- Takoj ko imamo enol imam možnost 2 različnih nukleofilov (alpoksioskid? Ali karbonilni anion)
- Karbonilni anion enola S-acetil-CoA napade karbonil oksaloacetata
- Dobimo molekulo, kjer združimo 2 vezi (združevanje vezi med C atomi), dobimo aldol (alkohol + karboksilna skupina)
- Ključna molekula za nastanek tega je bila S-CoA, ki je ne potrebujemo več in izpade ven
Aldonla kondenzacija omogoča združevanje 2 molekul in dobimo aldol (aldehid in alkohol)
MEHANIZEM AKONITAT HIDRATAZE
Oksaloacetat se poveže z 2C (2C atoma moramo zgubit da pridemo ponovno do oksaloacetata). Postopoma odstranjujemo ogljik. Prvi ogljik odtsranimo relativno lahko, drugega pa z alfa-dekarboksilacijo
Mehanizem delovanja
- Če hočemo ostranjujemo CO2 (oksidirat molekulo in pridobivat redoks ekvivalente), moramo najprej narediti izomerizacijo
- Izomerizacija: citrat v isocitrat (isti elementi ampak različno razporejeni 🡪 prenašamo en vodik)
- Dehidracijo in rehidracijo delamo preko OH skupin
- Potrebujemo kofaktor železo-žveplov klaster (rabimo sintetizirat), če nimamo izomeracija ne poteče.
- Dehidracija: poberemo vodo, nastane dvojna vez in dobimo nenansičeno spojino akonitat.
- Akonitat odcepimo od Fe-S klastra na enem mestu in ga potem ponovno vežemo na klaster na drugo mesto
- Z regeneracijo kofaktorja pride do prenosa vodika iz enega na drugi ogljik
Omogoča, da v nadaljevanju naredimo dekabroksilacijo. Znebiti se moramo ogljika v obliki CO2.
MEHANIZEM IZOCITRAT DEHIDROGENAZE
Oksidacija, beta-dekarboksilacija in enolna tavtomerizacija
Mehanizem delovanja:
- Oksidiramo OH skupino z NAD+ (pobere H- hidridni anion in 2 elektrona hkrati)
- Imamo izocitrat, oksidiramo OH skupino z alkoholom (karboskilne kisline ne moremo več reducirat, lahko jo samo oksidiramo)
- Dobimo keton, določamo pozicije C atomov glede na karbonilno skupino – imamo 3 možnosti
- Alfa-C je maloverjetno da izgubimo (zahteven za izgubit); Beta-atom (lahko vršimo beta-dekarboksilacijo) in beta-ogljik z druge strani (kisik je predaleč za stabilizacijo elektronov)
- Če želimo izgubiti C-atom mora odpasti sredinska molekula v obliki CO2
- Dobimo enol (ni najbolj stabilna oblika) potrebna tavtomerizacija
- Dobimo alfa-ketoglutarat (3) 🡪 eden od 12 ključnih intermediatov.
Kje so možnosi za dekarboskilacijo?
Na alfa-ketoglutaratu nimam več pozicije, kjer bi lahko odlagal elektrone ko CO2 dekarboksiliramo.
Imamo 2 možnosti: odstranimo COOH na eni ali drugi strani.
Pričakujemo COOH pri alfa poziciji, saj smo bližje kisiku, kjer lahko stabiliziramo elektrone.
MEHANIZEM ALFA- KETOGLUTARAT DEHIDROGENAZE
Isto kot pri piruvatu, samo da imamo 1c atom več 🡪 rabimo bolj speciifčen encim
- Uporabimo vitamin B1, vežemo na alfa-ketoglutarat.
- Prišlo bo do cepitve CO2.
- Kompleks ki je vezan na vitamin B1 izbijemo z lipoatom.
- Lipoat reoksidiramo z FAD.
- Ta se tako močno veže na kompleks da ga izbijemo z NAD+.
- Dobimo sukcinil-CoA
MEHANIZEM SUKCINIL COA SINTETAZE
- Iz encima moramo izbiti sukcini-CoA
- Naredimo z anorganskim fosfatom, ki se veže na karbonil, odide šibkejšiu nu (tisti ki je vezan na žveplo) 🡪 izbijemo ven S-CoA
- Fosfat imamo vezano na sukcinil, fosfata načeloma ne rabimo (ga spremenimo v nt/ATP)
- V aktivnem mestu encima nukleofilno napademo fosfat s histidinom in ga začasno vežemo na histidin
- Vmes se iz encima sprosti sukcinil
- Vnese se GDP, ta izbije fosfat iz aktivnega mesta v encimu
- SUM: Dobimo GTP, koencim se regenerira in izgubimo CoA
- GTP pridelamo s pomočjo anorganskega fosfata 🡪 substratna fosforilacija (omogoča gradnjo/asimilacijo fosfata na organski nivo).
MEHANIZEM SUKCINAT DEHIDROGENAZE
Iz sukcinata moramo narediti oksaloacetat (rabimo še par reakcij)
- Sukcinat oksidiramo do fumarata
- Za oksidacijo rabimo močnejši oksidant - FAD (NAD+ JE prešibek, vidimo iz redoks potencialov)
- Ko oksidiramo molekulo sukcinata, z redoks prenašalcem odtrgam vodik z obema elektronoma 🡪 dobimo FADH2
- Prenesemo 2 elektrona hkrati: enega direktno odtrgamo, drugega pa dobimo iz raztopine
Zakaj je FAD pomemben?
Lahko prenaša 2 elektrona naenkrat (dobimo reducirano oblika FADH2) ALI pa prenaša samo en elektron 🡪 lahko sodeluje v reakcijah z prostimi redikali
NAD+ lahko prenese samo 2 elektrona nanekrat.
S pomočjo enega elektrona lahko zakrpamo nesparjene orbitale in na koncu dobimo reducirano obliko.
Biosintetska selektivnost, katerega od redoks ekvivalentov lahko uporabimo – določeni encimi za FAD, drugi za NAD+ (odvinso tudi od velikosti)
HIDRATACIJA FUMARATA IN OKSIDACIJA DO OKSALOACETATA
- V naslednji fazi dodamo vodo (predhodno aktiviramo) in nukleofilno napademo dvojno vez.
- Pride do nastanka karboaniona, ki pobere H iz okolice.
- Iz fumarata dobimo malat (iz nenasičene dobimo nasičeno spojino)
- Ko imamo enkrat malat, OH skupino oksidiramo in naredimo keton (mesto kamor se veže acetil-CoA)
- Dobimo oksaloacteat
TCA: dobimo veliko redukcijskih ekvivalentov (lahko konvertiramov ATP ali pa uporabimo drugje)
Za sintezo proteinov rabi GTP
OPIŠI REVERZNI TCA CIKEL
Uprabljajo določene bakterije (fotosintetski organizmi)
- Bakterije vrtijo krebsov cikel v nasprotni smeri (večino lahko tečejo v nasprotno smer, nekaterer rabijo vložek energije)
- Vlagamo energijo nazaj (NADH, NHDH2ATP namesto GTP)
- Fotosintetski MO ne rabijo Calvinovega cikla, ampak samo jemljejo CO2 in občasno kakšen močnejši reducetn (ferodoksin namesto NADH
OPIŠI GLUTAMINOLIZO
V cikel ni nujno da pride CoA ampak lahko v cikle vstopamo tudi drugje
- Če imamo veliko glutamina, lahko dobimo glutamat in nato alfa keto glutarat
- Ko imam alfa-ketoglutarat lahko peljemo v sintezo (malat/oksaloacetat ali piruvat)
seglutamin porabi za pridobivanje energije–> z glutaminolizo se pretvori v glutamat in amonijak, nato se z glutamat dehidrogenazo pretvori v alfa ketoglutarat kateri vstopa nato v TCA CIKEL
OPIŠI ALTERNATIVNI TCA CIKEL
toje ekvivalent glioksilatnega cikla.
Namesto acoa lahko vstopa tudi kaj drugega npr. propionat oz. propionil-CoA (imamo en C atom več)
Dobimo metilcitrat, metil cis akonitat, metilisocitrat (metil dodan)
V nadaljevanju ne jemljemo 1C, ampak vzamemo cel piruvat
Pomaga organizmov, če imajo npr veliko propionata v okolju 🡪 kako pridobivat intermediate in energijo
pri beta oksidaciji MK nastaja acetil coa, a hoče organizem varčevat s c atomi oin zato naredi pri izocitratu bypass-_> izocitrat liaza–> glioksilat–> malatsintaza–> malat–> oksalacetat. tako se izogne dekarboksilaciji
MODIFIKACIJA KREBSOVEGA CIKLA V OBLIKI GLIOKSILATNEGA CIKLA
Izgubljamo CO2
- Če imamo organizem raste na lipidih: z beta-oksidacijo dobi ogromno acetil-CoA
- Če hoče na acetil-CoA rastit je problem: 2 damo v krebsov, 2 zgubi iz CO2 (problem ker ne moremo nič sintetizirat)
- Če preskočimo in gremo direktno iz izocitrata v sukcinat.
- Glioksilat (2C) ne more vstopit v krebsov cikel, dokler se ne povže še z 2 atoma
- Ker imamo acetil coa veliko, ga uporabimo za sklopitev glioklsilatom dobimo malat.
- Jemljemo intermediate ven, vendar ne zgubim C atoma
