8ciclul acidului citric

7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric

1/19

Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic

Decarboxilarea oxidativ a piruvatului are loc n matriceamitocondrialsub aciunea catalitic a complexului, multienzimaticpiruvat dehidrogenaz.-E1, piruvat dehidrogenaza cu coenzima TPPataat prin fore

coulombiene,-E2, dihidrolipoil transacetilaza cu coenzima lipoamidalegatcovalent i coenzima A care se acetileaz-E3, dihidrolipoil dehidrogenaza cu coenzima FADi coenzima

NAD

+

, cea din urm se reduce iar apoi se oxideaz n LOBDe remarcat faptul c structurile complexelordecarboxilriioxidative a altor a-cetoacizi au tot 3 enzimece conin aceleaicoenzimei catalizeaz aceleai tipuri de reacii


2/19


CH3

C

O

CO

-

CO2 C-

OH

TPP

S

R

CoA

NAD+

NADH+H

FAD

SH

SH

FAD

S

S

HS

S

HS

HS

R

R

SC

O

CH3 SC

O

CoA

CH3

CH3

TPP

O

piruvat

dehidrogenaza

(E1)

dihidrolipoiltransacetilaza

(E2)

dihidrolipoildehidrogenaza

(E3)

Hidroxietil-TPP

Piruvat

Acetil-dihidrolipoamida

Acetil-CoA

Degradarea unor hexoze: G, F, Gal, Man

Degradarea unor aa: Ala, Cys, Ser


3/19


N

C

S

H3C

+

R'

-.E1

R

NC

S

H3C

+

R'

-

.E1R

NC

S

H3C

+

R'

.E1R

TPP E1.

C CH3

OHO

-O C

C CH3

O

-O C

O

C CH3H

+ HOCO2

piruvat

intermediar

hidroxietil-

TPP E1.


4/19


NC

S

H3C

+

R'

-

.E1R

C CH3

H+

HO

hidroxietil-

TPP E1.

E2

S

S

+

NC

S

H3C

+

R'

- .E1R

C CH3

E2

S

HS

CS

H3C

+

R'

-

.E1R

C CH3HO

E2

S

HS

+O

lipoam

ida-E2

Reactia 1

acetildihidro-lipoamida-E

2

NC

S

Sub aciunea enzimei E1are loc oxidarea grupriihidroxietilpn la acetat.Cei doi electroni rezultaiprin oxidare reduc punteadisulfuric la dou grupritiol una din ele fiindesterificat cu acetat. Seregenereaz astfel TPPE1,

care poate relua reacia 1.


5/19


C CH3

E2

S

HS

O

acetildihidro-lipoamida-E2

E2

HS

HS

CoA SH

CoA S CH3

O

C

acetil-CoA

dihidrolipoamida-E2

Enzima dihidrolipoiltransacetilaza (E2)catalizeaz transferulgruprii acetil de la

acetildihidrolipoamid-E2 la CoASHrezultnd principalulprodus alprocesului, acetil-

CoA. Energianecesar formareatioesteruluimacroergic, estefurnizat de oxidarea

hidroxietilului.


6/19


E2

HS

HS

FAD

S

S

+

E3 oxidat

E2

FAD

+

SH

S

SH

S

E3 redus

Dihidrolipoildehidrogenaz (E3)care conine o

legtur disulfuricreductibil la dougrupri tiol ceea ceregenereazlipoamida-E2 careapoi poate reluareacia 2. Astfel ceidoi electroni i doiprotoni pot trece de laE2 la E3.


7/19


FAD

S

S

FAD

SH

SH

FADH2

S

S

NAD+ NADH+H

+

Reacia este catalizat tot de E3, const n trecereaelectronilor i protonilor de la E3 la NAD+ prin intermediulFAD, produsul net fiind NADH +H+. Astfel, E

3-FAD

regenerat

poate relua reacia 4.


8/19


Otrvirea complexului -cetoacid-dehidrogenazaArsenitul este o otrav pentru complexul Pyr-DH datorit

capacitii lui de a se lega covalent la dihidrolipoamid:

Conform reaciei este inhibat lipoamida-E2 din compoziia piruvatdehidrogenazei i a-cetoglutarat, dehidrogenazei. Otrvireadecarboxilrilor oxidative este de fapt inhibiia unei etape, timpurii a

respiraiei celulare. Compuii pe baz de arsen sunt mai toxici fa demicroorganisme dect fa de oameni. Aceastdiferen a fost folositpentru terapia unor boli cum ar fi sifilisul (care acum se trateazactualmente cu antibiotice) i tripanozomiaze (tripanozomii sunt o familiede protozoare parazite (musca ee)).Aceticompui arseno-organici au

fost printre primele antibiotice, ei prezentnd ns severe efectesecundare(apariia diferitelor tipuri de cancer (cutanat))

HS

HS-O As

OH

OHR

+

R

S

S

-O As + 2 H2O


9/19


Controlul activitii complexului Pyr-DHInhibiia prin produi. Acetil-CoA i NADH n exces ncetinesc reaciileacionnd direct asupra procesului de decarboxilare oxidativ. Excesul deacetil-CoA blocheaz enzima E2 prin meninerea ei n form acetilat(acetil-dihidrolipoamid-E2), incapabils accepte gruparea hidroxietil de

la hidroxietil-TPPE1 care rmne blocat n aceast form. Aceastanseamn c sunt blocate reaciile 2 i 3. NADH n exces blocheazenzima E3 prin meninerea ei n form redus, incapabils accepte ceidoi electroni i doi protoni de la coenzima enzimei E2 care rmneblocatsub form acetilat. Aceastanseamnc sunt blocate reaciile 2-5. ntructcantitatea de E

1este mic se va acumula piruvatul.

Reglare prin mecanism covalent. Enzima E1 se inactiveazcnd restulde Ser se fosforileazcu ATP n prezena unei kinaze. Fosforilarea esteactivat de concentraii mari de acetil-CoA i NADH. E1 se reactiveazsubinfluena unei fosforilaze care, hidrolizeaz gruparea fosfat, avnd dreptstimulatori ionii de Ca i Mg, care sunt iinhibitorii kinazei care inactiveaz

enzima

O

i


10/19

Ciclul acidului citricMecanismul chimic

ntregul echipament enzimatic al

ciclului citric se gsete nmatricea mitocondrial cu

excepia succinat dehidrogenazei

care este "ngropat", n

membrana intern.

COO-

O

CCH3

CH3

O

C S CoA

piruvatdehidrogenaza

CoASH+NAD+

CO2 NADH+H+

+

COO-

C O

CH2

*COO-

*COO-

CH2

OC

COO-

CH2

CH2

COO-

C

CH2

*COO-

COO-

HOHO

CH2

C

COO-

H

COO-

CH

HCCOO

-

*COO-

C

COO-

CH2

CH

CH2

COO-

C

*COO-

COO-

H

HO C H

C

H COO-

*COO-

C

COO-

CH2

O

COO-

CH2

CH2

CH2

CH2

COO-

COO-

C O

S CoA

COO-

COO-

H2O CoASH

NAD+

NADH+H+CO2

CoASH

NAD+

NADH+H+

CoASH

GTP

GDP+Pi

ADP+Pi

ATP

FADH2

FAD

NAD+

NDAH+H+

piruvat

acetil-CoA

oxaloacetat

citrat

cis-aconitat

isocitrat

oxalsuccinat

-cetoglutarata

succinil-CoA

succinat

fumarat

L-malat

1.Citratsintaza

H2O

H2O

2.Aconitaza

2.Aconitaza

3.Isocitratdehidrogenaza

3.Isocitratdehidrogenaza

4. Cetoglutaratdehidrogenaza

5.Succinil-CoAsintetaza

6.Succinatdehidrogenaza

H2O

7.Fumaraza

8.Malatdehidrogenaza

CO2

CICLUL

ACIDULUI CITRIC

*


11/19


citrat sintaza

citratoxaloacetat

acetil-CoA

CoASHH2O

HO COO-

*COO-

CH2

C

COO-

CH2

*COO-

CH2

OC

COO-

CoASC

O

CH3

aconitaza

H2OH2O

isocitratcis-aconitat

HCHO

H COO-

*COO-

C

COO-

CH2

CH

CH2

COO-

C

*COO-

COO-

citrat

HO COO-

*COO-

CH2

C

COO-

CH2

aconitaza

Enzima aconitazaconine un complex

(4Fe-4S) . Ionul de Fe2+joac un roldeosebit n aceast reacie, el formeazcu citratul un chelat (complex intern)stabil. Acest chelat este necesar pentruactivitatea enzimei.Doze mari de fluoruri, fac ca fluorul sreacioneze cu acidul citric, implicat nciclul Krebs, avnd drept urmare formareaacidului monofluorocitric care nemaiputndparticipa la reaciile ciclului citric,

ntrerupe ciclul, deci

producerea deenergie, consecinaeste moartea celulei.De asemenea acidulmonofluorocitric esteun inhibitor puternic

al aconitazei.


12/19


CO2

isocitratdehidrogenaza

a-cetoglutaraoxalsuccinatisocitrat

NADH+H+

NAD+

O

CH2

COO-

C

*COO-

COO-H

CHCHO

H COO-

*COO-

C

COO-

CH2CH2

COO

-

C O

CH2

*COO-

isocitratdehidrogenaza

Exist dou izoenzime aleizocitrat dehidrogenazei.Cea implicat n ciclul citriceste NAD dependent i segsete numai n matricea

mitocondrial. Cealalteste NADP dependent segsete att n matriceamitocondrial ct i ncitosol, unde produceNADPH necesar

proceselor anabolice.

a-cetoglutaratdehidrogenaza

succinil-CoAa-cetoglutarat

NADH+H+

NAD+

CoASHCO2

CoAS

OC

COO-

CH2

CH2CH2

COO-

C O

CH2

*COO-

* Catalizator este complexul

multienzimatic -cetoglutarat-DH,similar complexului Pyr-DH. Acestcomplex este format din urmtoarelesubuniti enzimatice: -cetoglutaratdehidrogenaz (E1), dihidrolipoiltranssuccinaz (E2) i dihidrolipoil

dehidrogenaz (E3).


13/19


succinil-CoAsintetaza

(tiokinaza)

succinatsuccinil-CoA

CoASH

CoAS

OC

COO-

COO

-

CH2

CH2

CH2

CH2

COO-

ATPADP+Pi

GDP+Pi GTP

Enzima, succinil-CoA sintetaza semai numete succinat tiokinaz n

funcie de sensul n care este cititreacia. Se tie c la animale aceastenzim folosete GDP ca substrat.Formarea cuplat a ATP pe seamaenergiei eliberate prin decarboxilareaoxidativ a CG este un exemplu de

fosforilare la nivel de substrat.Fosforilarea la nivel de substratimplic enzime solubile pe cndfosforilarea oxidativ implic enzimelegate de membrana internmitocondrial.

succinat

dehidrogenazafumaratsuccinat

FAD FADH2

COO-

COO

-

CH2

CH2

COO-

HC

CH

COO-Succinat-DH la eucariote este singura enzim aciclului citric care este asociat adnc lamembrana intern mitocondrial. Enzima coninecteva complexe [Fe-S] care intermediaztrecerea electronilor de la FADH2 la transportorii de

electroni ai lanului respirator.


14/19


fumaraza

H2O

L-malatfumaratCOO

-

COO-

HC

CH

COO-

COO-

CHO H

CH2

Hidratarea fumaratului cu formare de malat estecatalizat de fumarazFumaraza care are specificitate absolut adic eacatalizeaz hidratarea fumaratului nu i a maleatului,izomerul cis al fumaratului. n sens invers fumaraza

catalizeaz numai deshidratarea L-malatului nu i aD-malatului.

malatdehidrogenaza

L-malat oxaloaceta

NADH+H+

NAD+

COO-

H

COO-

C

CH2

HO

COO-

CH2

OCCOO

- Oxidarea L-malatului cu refacerea

oxalacetatului (OA) este catalizat demalat dehidrogenaz. Dei aceast reacieeste endergonic, ea este deplasat invivospre dreapta datorit ndeprtriirapide a produilor de reacie, oxalacetatuln reacia 1 i NADH oxidat n laulrespirator.


15/19

Ciclul acidului citricReglarea ciclului citric

Reglarea ciclului citric asigur producerea de intermediari iprodui astfel nct s menin starea de echilibru acelulelor i pentru a evita supraproducianeeconomic

de metabolii. Enzimele cheie ale ciclului citric suntcontrolate aproape exclusiv pe 3 ci simpleA. disponibilitatea substratuluiB. inhibiia prin acumulare de produi,

C. feed back negativ competitivCele 3 enzime cheie:(a) citrat sintaza,(b) isocitrat dehidrogenaza,(c) a-cetoglutarat dehidrogenaza.


16/19

Ciclul acidului citricReglarea ciclului citric

NADH

Oxaloacetat

Piruvat

Acetil-CoA

Citrat

Isocitrat

a-CetoglutaratSuccinil-CoA

Succinat

Fumarat

Malat

citrat sintaza

izocitrat DH

CG-DH

GTP

ATP

NADH

NADH

NADH

NADH

Feet back

Feet back


17/19

Ciclul acidului citricCaracterul amfibolic al ciclului citric.

Oxaloacetat

Piruvat

Acetil-CoA

Citrat

Isocitrat

a-CetoglutaratSuccinil-CoA

Succinat

Fumarat

Malat

CO2

PEPCO2

Ac.cu nr.impar de

atomi de carbon

Ile

MetVal

AspPheTyr

Glu

Asp

Acizigrasi

Colesterol

Porfirine

Glucoz

,


18/19


Printre reaciile anabolicese numr:- sinteza glucozei n citosol pe seama malatului- biosinteza lipidelor (acizi grai, colesterol) n citosol pornind de la

acetil-CoA.Aceasta din urm poate traversa membrana mitocondrial prin inter-

Mediul navetei citrat-piruvat. Citratul mitocondrial iese n citosol iarpiruvatul ptrunde n mitocondrie. Sub aciunea citrat liazei citratul setransform n acetil CoA.

- biosinteza aminoacizilor utilizeaz intermediarii ciclului citric pe dou ci.aminarea reductiv a aCG catalizat de glutamat dehidrogenaza

NAD+ sau NADP+ dependent:CG+NAD(P)H+NH3 Glu +NAD(P)++H2Otransaminarea la care particip aCG i oxalacetatul din rndulintermediarilor ciclului citric:

CG + AlaGlu + Pyr OA +Ala Asp + Pyr

- biosinteza hemului ncepe n mitocondrie utiliznd ca material de porniresuccinil-CoA.


19/19


Reaciile anapleroticerencarc ciclul pornind de la precursori ne-citrici.Principala reacie anaplerotic n ficat i rinichi este carboxilareapiruvatului.Pyr + CO2 + ATP + H2O OA + ADP +Pi -piruvat carboxilaz, biotin-

dependentn miocard i muchiul scheletic are loc reacia:PEP + CO2+ GDP OA + GTP - PEP carboxikinzaO seric de ci catabolice produc intermediari ai ciclului citric printre caremenionm b-oxidarea acizilor cu numr impar de atomi de carbon i

degradarea valinei, izoleucinei i metioninei, care dau natere propionil-CoA, care n urma a dou reacii ulterioare trece n succinil-CoA. Deasemenea fenilalanina, tirozina i aspartatul se degrada dnd natere lafumarat i acetoacetat n cazul Phe i Tyr i respectiv fumaratPropionic CoA+ CO2 + ATP Succinil- CoA + ADP +Pipropionil CoA

carboxilaza

8ciclul acidului citric

Documents