TCA DÖNGÜSÜ ve DÜZENLENMESİGLİOKSİLAT DÖNGÜSÜ

Dr.V.Kenan ÇELİK

vkcelik@cumhuriyet.edu.tr

Embden-Meyerhof

(EM) pathway,

veya glikolizis

Entner-Doudoroff (ED) pathway

Pirüvatın akibeti

Go’= -146 kJ/mol

Potential enerji = 2840 kJ/mol

Go’= -235 kJ/molGo’= -196 kJ/molGo’= -1160 kJ/mol

Anaerobik oksidasyon daGlukozun oksidasyonu ileToplam enerjinin %7 si

Kazanılır.Aerobik organizmalar

Alternatif yollarla çok daha fazla

Enerji sağlarlar.

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

Pirüvat dehidrogenaz

Pirüvat karboksilaz

Alanin amino transferaz

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+) niacin

Flavin adenine dinucleotide (FAD) 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 NADHenzimin 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

2

3

H2OCoA SH

Sitrat sentaz reaksiyonunun sterokimyası ve mekanizması.

enol araürünü

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: -Keto-glutarate 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

G' = 13.3 kJ/mol

G' = -20.9 kJ/mol

G' = -33.5 kJ/molG' = -2.9 kJ/mol

G' = 29.7 kJ/mol

G' = 0 kJ/mol

G' = -3.8 kJ/mol

From LehningerPrinciples of Biochemistry

Evet ilerler.Tüm TCA döngüsünde total serbest

enerji değişimleri negatiftir.

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).

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

Tam oksidasyon: Glukoz CO2 + H2O

Go’ = -2840 kJ/mol

TCA döngüsü enerji verimi:

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+ derişimiKas kasılımını artırırBu 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.

Electron micrograph of germinating cucumber seed

In germinating seeds triacylglycerol is converted to acetyl-CoA & then to glucose using glyoxylate pathway

The Glyoxylate Cycle