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
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
2/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
3/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
4/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
5/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
6/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
7/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
8/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
9/19
Ciclul acidului citricDecarboxilarea oxidativ a acidului piruvic
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
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
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
*
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
11/19
Ciclul acidului citricMecanismul chimic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
12/19
Ciclul acidului citricMecanismul chimic
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).
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
13/19
Ciclul acidului citricMecanismul chimic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
14/19
Ciclul acidului citricMecanismul chimic
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
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
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
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
,
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
18/19
Ciclul acidului citricCaracterul amfibolic al ciclului citric.
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.
7/31/2019 8Ciclul Acidului Citric
19/19
Ciclul acidului citricCaracterul amfibolic al ciclului citric.
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
Top Related