TCA DÖNGÜSÜNÜN DÜZENLENMESİ

TCA DÖNGÜSÜ ve DÜZENLENMESİ
GLİOKSİLAT DÖNGÜSÜ
Dr.V.Kenan ÇELİK
[email protected]
EmbdenMeyerhof
(EM)
pathway,
veya
glikolizis
Entner-Doudoroff (ED) pathway
Anaerobik oksidasyon da
Glukozun oksidasyonu ile
Toplam enerjinin %7 si
Kazanılır.
Aerobik organizmalar
Alternatif yollarla çok daha fazl
Enerji sağlarlar.
Pirüvatın akibeti
Potential enerji
= 2840 kJ/mol
Go’= -146 kJ/mol
Go’= -1160 kJ/mol
Go’= -196 kJ/mol
Go’= -235 kJ/mol
TCA DÖNGÜSÜ:
• TCA döngüsü = Tüm yakıt moleküllerinin
metabolize edildiği ortak bir metabolik yoldur.
• TCA döngüsünün özellikleri..
– Mitokondri de oluşur.
– Kreb’s veya sitrik asit döngüsü olarak da bilinir.
– Yağlar,karbohidratlar ve proteinlerdeki elektronlar
oksidasyona uğratılarak alınır.
TCA DÖNGÜSÜ
• TCA döngüsünün özellikleri.
– Çoğunlukla ETS de ATP oluşumunda
kullanılan koenzimlerin üretimi sağlanır
– O2 kullanılmaz.
– O2 mitokondri içerisinde son é alıcısı olarak
oksidatif fosfosrilasyonda ve oksidasyon
mekanizmalarında kullanılır.
– Vücuttaki CO2 ‘in çoğu TCA döngüsünde
oluşturulur.
TCA DÖNGÜSÜNÜN FONKSİYONLARI:
• AMFİBOLİKTİR:
-Enerji üretitilir: KATABOLİK
-Biosentez için öncül oluşturur: ANABOLİK
– Amino asidler ve laktat dan GLUKOZ.
• Açlık ve beslenme süresince
– Öğün sonrası depolanması için karbohidratlardan YAĞ
sentezi
– Nonesansiyel amino asidlarin kaynağıdır.
• Aspartate.
• Glutamate.
– Suksinil CoA = TCA ara ürünü
• Porfirinler = heme biosynthesis.
– Asetil CoA dan başka C girişini sağlar.
• Anaplerotik reaksiyonlar.
TCA Döngüsünün klinik önemi
– LAKTİK ASİDEMİ (Bebeklerde, çocuklarda)
Anaerobik metabolizmanın aşırılığında görülür.Beyin ve Kas
büyük ölçüde etkilenir.
– Pirüvat metabolismasında ve TCA döngüsünde yetersizlik.
Pirüvat dehidrogenaz kompleksi (PDH) subünit defekti.
Laktat,Pirüvat ve alfa-ketoasitlerde artış (asidoz)
– TCA döngüsünde metabolik defekt çok nadir olarak görülür.
Çünkü hücreler ATP olmaksızın yaşayamaz.
TCA döngüsünün klinik önemi:
•
Suicide substratlar = Zehirsiz bileşiklerin
metaboliksel aktivasyonu sunucu toksinlere
dönüşümü.
• Fluroasetat – Bitkisel kökenli
– fluroasetil CoA + OAA = flurositrat
Bu bileşik TCA enzimi aconitase inhibitörüdür =
hücre ölümü.
– Çevresel prokarsinojenlerin aktivasyonu = >
DNA mutasyonları
Laktat dehidrogenaz
Alanin amino transferaz
Pirüvat dehidrogenaz
Pirüvat karboksilaz
Yağ asit sentezi
ATP üretimi
ASETİL CoA , Karbohidrat,yağ ve proteinlerin ortak metabolik
ürünüdür ve TCA döngüsünü başlatan bir metabolittir.
Pirüvat dehidrogenaz kompleksi 5 kofaktöre gereksinim
duyar.
Kofaktör
Vitamin
Coenzyme A (CoA-SH)
pantotenik asid
Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)
Flavin adenine dinucleotide (FAD)
niacin
B2 (riboflavin)
Thiamine pyrophosphate (TPP)
B1 lipoate
Pirüvat dehidrogenaz komplexi 3 enzim içerir.
Enzim
Kofaktor
Pirüvat dehidrogenaz (E1)
TPP
Dihidrolipoil translokaz (E2)
lipoat, CoA
Dihidrolipoil dehidrogenaz (E3)
FAD, NAD+
Tiol grubu karboksilik asitlerle reaksiyona girerek
ester (tioester) oluşturur.
Pirüvatın oksidativ dekarboksilasyonunun bütünü
Bir thioester
Açil transferinin yapıldığı bu tip reaksiyon
TRANSESTERİFİKASYON olarak adlandırılır.
Pirüvat dehidrogenaz kompleksi birbirine bağlı bir enzim
kompleksidir. Ara ürünler minimal hareket kabiliyeti ile
katalitik aktivenin işlemesine aracılık eder.FADH ve NADH
enzimin aktivasyonu ve enerji kaybını önlemek için gereklidir
TCA döngüsünün başlaması için Asetil CoA tek başına
yeterli değildir, ayrıca OKZALOASETAT’ da gereklidir.
• Okzaloasetat TCA döngüsünün önemli bir bileşenidir,
Aneplerotik reaksiyonlarla sürekli üretilir.Primer üretim
reaksiyonu PRİVAT KARBOKSİLAZ’ın katelizlediği privat +
bikarbonat → Okzaloasetat reaksiyonudur.
TCA döngüsü ara ürünleri biosentez amacı ile harcanır, bu ara
ürünler anaplerotik reaksiyonlarla tekrar yenilenirler.
PİRÜVAT KARBOKSİLAZ’ın özellikleri:
-CO2 kullanır.
– Koenzim olarak, B vitamin, biotin,
– ATP gereksinir
– 4 eşdeğer subüniteli tetramer enzimdir.
• Herbir subunite 4 allosterik bölgeye asetil CoA
bağlar.
• Asetil CoA olmaksızın etkili olamaz.
• > asetil CoA => enzim activity = > oxaloasetat.
1) Sitrat oluşumu: TCA döngüsünde ilk basamak kondensasyon
basamağıdır
1
enol araürünü
CoA
SH
2
H2O
3
Sitrat sentaz reaksiyonunun sterokimyası ve mekanizması.
2) İzositrat oluşumu:İki basamaklı Dehidratasyon /
Hidratasyon prosesidir.
Akonitaz cis-akonitat araürününü kullanarak tersinir
izomerizasyon reaksiyonunu katalizler.
3) İzositratın -ketoglutarata oksidasyonu:İlk CO2 ve NADH
üretilir.
Kofaktör olarak Mn 2+ kullanmaktadır.
4)-Ketoglutaratın oksidativ dekarboksilasyonu: -Ketoglutarate dehidrogenaz komplex’i 3 subüniteye sahip bir
komplekstir , ve pirüvat dehidrogenaz gibi benzer kofaktörleri
kullanır.CO2 ve NADH’ın üretildiği 2.basamak
5) Süksinat sentezi: Süksinil-CoA’nın tioester bağ hidrolizi ile
salınan enerji GTP olarak korunur. Bitki ve mikroorganizmalar
yanlızca bu basamakta ATP sentezler.
Yüksek enerjili bileşik oluşumu 3 basamaklı bir prosestir.
6) Süksinatın fumarata oksidasyonu: Genel olarak FAD+’ın
biokimyasal fonksiyonu bir alkan’ın ALKEN’e dönüşümünün
de etki gösterirken, bir NAD+ , alkolleri oksidasyona uğratarak
aldehit ve keton oluşumunu sağlar.
7) Fumaratın Malata hidrasyonu:Fumaraz trans-çift bağa karşı
spesifiktir, cis-versiyonunu malata dönüştürmez.
Trans-
8) Malat’ın Okzaloasetata oksidasyonu:TCA döngüsünde son
basamaktır ve NAD+ tarafından alkol grubu ketona okside
edilir.
Bu basamaktaki standart serbest enerji değeri bu kadar
pozitif iken sizce bu reaksiyon ileri yönde ilerler mi?
G' = -32.2 kJ/mol
Evet ilerler.Tüm TCA
döngüsünde total serbest
enerji değişimleri
negatiftir.
G' = 29.7 kJ/mol
G' = 13.3 kJ/mol
G' = -3.8 kJ/mol
G' = 0 kJ/mol
G' = -2.9 kJ/mol
G' = -20.9 kJ/mol
G' = -33.5 kJ/mol
From Lehninger
Principles of Biochemistry
TCA DÖNGÜSÜNDE ÜRETİLEN ENERJİ:
• Bir mol asetil CoA = 12 mole ATP.
– 3 NADH ……… 9 ATP.
– 1 FADH2 ………2 ATP.
– 1 mol GTP ….. 1 Mol ATP.
• Bir mol glukoz
glikolizis + TCA döngüsü= 36-38
mole ATP (anerobic metabolism).
• Anaerobic metabolism = 2 ATP harcanır ( glukoz….
Laktat).
TCA döngüsü enerji verimi:
Tam oksidasyon:
Glukoz  CO2 + H2O
Go’ = -2840 kJ/mol
ATP  ADP + Pi
Go’ = -30.5 kJ/mol (-7.3
kcal/mol)
38 ATP X –30.5 kJ/mol =
-1,160 kJ/mol
-1,160 kJ/mol X 100 = 40 %
-2840 kJ/mol
From Lehninger
Principles of Biochemistry
Stoplazmik NADH lar GLİSEROL FOSFAT MEKİĞİ ile
mitokondriye taşınırsa net ATP kazancı ne olur?
MALAT-ASPARTAT MEKİĞİ kullanılırsa net ATP
üretimi nedir?
TCA DÖNGÜSÜNÜN DÜZENLENMESİ:
• TCA’nın düzenlenmesi iki düzeyde olur.
– NAD+’nın dehidrogenaz reaksiyonlarında kolay
kullanımı :
– > NAD+= > TCA döngüsü aktive = >NADH oxidativ
fosforilasyon’da tüketim = > ATP = < TCA.
– >ATP kullanımı = >ADP üretimi = > TCA döngüsü
aktive
– 4 düzenleyici enzim.
Yüksek Ca2+ derişimi
Kas kasılımını artırır
Bu da ATP üretimi
demektir
Glioxilat Döngüsü
Bitki ve Bakteriler de TCA ‘nın bir alternatifi.
• Asetat-temelli büyüme
• Bazı bakteri, alg ve bitkiler için metabolizmanın
entegrasyonunu sağlar.
• CO2- üretim basamakları evrimsel süreçte bypass
edilmiştir ve ekstra asetat kullanılır.
• Isositrat liyaz ve malat sentaz enzimleri döngüyü
kısaltmıştır.
• Döngü bitkilerin karanlıkta büyümesine olanak sağlar.
The Glyoxylate Cycle
Electron micrograph of germinating cucumber seed
In germinating seeds triacylglycerol is converted to acetyl-CoA
& then to glucose using glyoxylate pathway