http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
14. Cykl kwasu cytrynowego (Krebsa)
Prof.dr hab. inż.Korneliusz Miksch
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Cykl kwasu cytrynowego zwany również cyklem kwasów
trójkarboksylowych lub cyklem Krebsa, jest jednym z
głównych cykli metabolicznych, ściśle związany z łańcuchem
oddechowym, dzięki czemu stanowi podstawowe źródło ATP
w organizmie. Jest końcowym miejscem utleniania cukrów,
białek, tłuszczów. W wyniku niego następuje utlenianie
substratów energetycznych - aminokwasów, kwasów
tłuszczowych i węglowodanów- w postaci najczęściej
acetylokoenzymu A (acetylo-CoA ) otrzymanym w wyniku
glikolizy i innych przemian biochemicznych np. beta-
oksydacji. Często prekursorem acetylokoenzymu A jest inny
kluczowy metabolit – pirogronian.
U
Procaryota
enzymy
cyklu
kwasu
cytrynowego
zlokalizowane są w cytoplazmie, a u Eucaryota w matriks
mitochondrialnej.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Podczas jednego obrotu cyklu zachodzi pięć reakcji
dehydrogenacji, w których wodór przenoszony jest na NAD
+ lub FAD+. Zredukowane koenzymy są dalej utleniane w
łańcuchu
oddechowym.
Początkową
reakcją
jest
kondensacja
acetylo-CoA
ze
szczawiooctanem,
katalizowana
przez
syntetazę
cytrynianową,
gdzie
wykorzystywana jest jedna cząsteczka wody i powstaje
kwas cytrynowy i CoA. Kwas cytrynowy jest przekształcany
w szczawiooctan w szeregu reakcji katalizowanych przez
kolejne enzymy. Dwa razy zachodzi dekarboksylacja, przy
czym atomy węgla opuszczające cykl (jako CO2) nie
pochodzą z grupy acetylowej dołączanej przez CoA. W
wyniku rekcji powstają 3 NADH+ + H+ i 1 FADH2 oraz 1
cząsteczka GTP.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Cykl Krebsa (kwasu cytrynowego)
Cząsteczka
Enzym
Typ reakcji
Substra
ty
/
Koenzy
my
Produkt
y
/
Koenzy
my
X.
Szczawiooctan
+ Acetylo-CoA
J.
Syntaza
cytrynianowa
Kondensacja
H
2
O
CoASH
+ H
+
I. Cytrynian
A. Akonitaza
Dehydratacja
H
2
O
II. cis-Akonitan
B. Akonitaza
Hydratacja
H
2
O
III.
Izocytrynian
C.Dehydrogenaza
izocytrynianowa
Utlenianie
NAD
+
NADH +
H
+
IV.
Szczawio-
bursztynian
D.
Dehydrogenaza
izocytrynianowa
Dekarboksylacja
H
+
CO
2
V. Ketoglutaran
E.Dehydrogenaza
ketoglutaranowa
Dekarboksylacja
oksydacyjna
NAD
+
+
CoA-SH
NADH +
H
+
+ CO
2
VI.Bursztynylo-
CoA
F.Tiokinaza
bursztynianowa
Hydroliza
GDP
+ P
GTP +
CoA-SH
VII.
Bursztynian
G.
Dehydrogenaza
bursztynianowa
Utlenianie
FAD
FADH
2
VIII. Fumaran
H. Fumaraza
Addycja H
2
O
H
2
O
IX. L-Jabłczan
I.
Dehydrogenaza
jabłczanowa
Utlenianie
NAD
+
NADH +
H
+
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Acetylokoenzym A
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
Rola cyklu Krebsa nie ogranicza się do
dostarczania energii (bezpośrednio lub
pośrednio). Powstające w nim związki
pośrednie są substratami wyjściowymi
wielu
syntez
komórkowych
np.
aminokwasów, tłuszczów i węglowodanów.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Metabolizm aminokwasów
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
Zużycie produktów pośrednich cyklu Krebsa np. kwasu
α
-ketoglutarowego
do
produkcji
aminokwasów,
uniemożliwiłoby regenerację takiej samej ilości kwasu
szczawiooctowego. W efekcie cykl po pewnym czasie
ustałby, a jednocześnie gromadziłyby się duże ilości
acetylokoenzymu A, nie mogącego łączyć się z
brakującym kwasem szczawiooctowym. Sytuacji takiej
komórka unika dzięki specjalnemu mechanizmowi
regulacyjnemu. Nadmiar acetylokoenzymu A indukuje
enzym, karboksylazę kwasu fosfoenolopirogronowego.
Enzym ten przyłącza cząsteczkę dwutlenku węgla do
kwasu
pirogronowego,
wytwarzając
kwas
szczawiooctowy. Umożliwia to kondensację nadmiaru
acetylokoenzymu A z tym kwasem dalsze niezakłócone
funkcjonowanie cyklu Krebsa.
http://kbs.ise.polsl.pl
Environmental Biotechnology Department, SUT
Główne etapy i integracja metabolizmu komórkowego
(Rys. 5-28, Życie bakterii1986
)