ciclul krebs. gliucoliza
DESCRIPTION
Ciclul Krebs; GlicolizaTRANSCRIPT
-
II. 2. Ciclul Krebs. Glicoliza
Glicoliza:
- Glicoliza (definiie; loc de aciune; formarea acidului lactic); - Formarea monozaharidelor fosforilate; - Decondensarea aldolic; - Formarea acidului D-fosfogliceric; - Formarea acidului piruvic; - Bilanul energetic; - Schema de reacii.
Glicoliza reprezint degradarea anaerob a hidrailor de carbon n muchi i n alte esuturi. Glicoliza se
deosebete de fermentaia alcoolic, n primul rnd prin faptul c muchiul i celelalte esuturi animale nu
pot utiliza direct glucoz (sau alte monozaharide) n metabolismul lor, ci numai glicogen.
CH2OH
OH
O
H
HO
H
H
OH
OHH2PO3
Glicogen
1-Fosfat de glucoza
CH2OH
OH
O
H
OH
H
OH
CH2OH
OH
O
H
HO
H
H
OH
O
CH2O
OH
O
H
HO
H
H
OH
OHPO3H2
PO3H2
~
(Esterul lui Cori)
6-Fosfat de glucoza~
(Esterul lui Robison)
Glicoliza care are loc la nivelul muchiului ncepe prin detaarea unui rest de glucoz de la o
margine a macromoleculei de glicogen sub aciunea fosforilazei din muchi i a fosfatului anorganic.
Restul de glucoz este astfel transformat n 1-fosfat de glucoz (esterul lui Cori).
Sub aciunea enzimei fosfo-glucomutaz, 1-fosfatul este izomerizat n 6-fosfat de glucoz, care
sufer n continuare transformri pn se ajunge la acidul piruvic. De aici, reacia decurge diferit n
esuturile animale fa de cele vegetale, deoarece primele nu conin carboxilaz.
2 CH3COCOOHC6H12O6 Deoarece nu se formeaz acetaldehid, rolul de acceptor pentru hidrogenul de la NADH+H+ l
poate prelua acidul piruvic, care este transformat n acid L(+)-lactic:
CH3COCOOH + NADH + H+ + NAD+
dehidrogenaza
lactica
CH3CH(OH)COOH~
n glicoliz, o molecul de glucoz este degradat printr-o serie de reacii enzimatice ce conduc la
dou molecule de piruvat. n timpul reaciilor secveniale ale glicolizei, o parte din energia eliberat prin
oxidarea glucozei este convertit n ATP i NADPH. Reaciile cii glicolitice n extracte de drojdie i n
muchi au fost n centrul cercetrilor biochimice de la descoperirea fermentaiei n 1897 de ctre Eduard
Buchner, pn la elucidarea ntregii ci la drojdii (Otto Warburg i Hans von Euler-Cheplin) i n muchi
(Gustav Embden i Otto Meyerhof) n anii 1930.
Bilanul ntregului proces este urmtorul: dintr-un rest de glucoz, desprins de la marginea
macromoleculei de glicogen, se formeaz dou molecule de acid lactic:
-
2
Nicotinamiddinucleotida oxidat (NAD+) este succesiv redus i apoi oxidat, la fel ca n
fermentaie.
Se sintetizeaz n total patru moli de ATP, ca n fermentaie, dar se consum numai unul, deoarece
formarea 1-fosfatului de glucoz, pornind de la glicogenul bogat n energie, utilizeaz acid fosforic
anorganic. Trecerea glucozei n acid lactic aduce celulei trei molecule de ATP pentru fiecare molecul de
glucoz consumat. n aceste molecule rmne nmagazinat o energie de 34,5 kcal, care servete
organismului pentru funciile sale vitale, ntre altele pentru producere de lucru mecanic.
4. Acidul lactic, format n muchii mamiferelor, este transportat pe calea sngelui n ficat, unde este retransformat n glicogen, prin parcurgerea tuturor reaciilor glicolizei n sens invers i, desigur, cu un consum corespunztor de ATP (Cori). Scindarea glicolitic a glucozei este singura surs de energie metabolic pentru unele esuturi de mamifere i pentru anumite tipuri de celule (de exemplu eritrocitele, mduva renal, creierul i sperm). Multe dintre organismele anaerobe sunt total dependente de glicoliz. ntreg procesul glicolitic se comport ca un tot unitar funcional, necesitnd participarea a dou coenzime nucleotidice (NAD+ - nicotinamid dinucleotid i NADP+ - nicotinamid dinucleotid fosfat) i a unui donator de energie i radical fosfat (ATP - adenozintrifosfat).
N
C NH2
O
CH2
O
OH OH
H H
H HO
CH2
OH OH
N
N
N
NH2
OP
H H
H H
OH
O
O
P
OH
O
O+
NAD+
N
C NH2
O
CH2
O
OH OH
H H
H HO
CH2
OH O
N
N
N
NH2
OP
H H
H H
OH
O
O
P
OH
O
O
P
OH
OH O
+
NADP+
O
CH2
OH OH
N
N
N
NH2
OP
H H
H H
OH
O
O
P
OH
OPOH
OH
O O
ATP
n prima etap a glicolizei se formeaz glucozo-6-fosfat care izomerizeaz la glucozo-6-fosfat. A doua etap o reprezint izomerizarea glucozo-6-P la fructozo-6-P (esterul Neuberg sau Newman). Aceast reacie are loc n prezena enzimei fosfohexozizomerazei (PGI) i este reversibil, la echilibru raportul aldozofosfat:cetozofosfat fiind de 7:3, ceea ce asigur mersul nainte al reaciei.
Reacia a treia, de formare a fructozo-1,6-difosfatului (esterul Harden-Young sau Ivanov), are loc n prezena enzimei fosfofructokinaz, enzima cea mai puin activ din calea glicolitic, limitnd mersul reaciei, ATP dependent, care necesit ioni de Mg2+ ca activator enzimatic.
CH
CHOH
OH
CH
C HHO
CH2OPO3H2
OH
CH
O
CHO
CH2OH
CH
C HHO
OH
CH
O
CH2OPO3H2
CHO
CH
C HHO
OH
CH
O
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
CH
CHOH
OH
CH
C HHO
CH2OPO3H2
OH
CH
O
CHO
CH2OH
CH
C HHO
OH
CH
OATP
Glucozo-6-fosfat
CH2OPO3H2
CHO
CH
C HHO
OH
CH
O
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
Fructozo-6-fosfat Fructozo-1,6-difosfat
-
3
Decondensarea aldolic. Etapa a patra este catalizat de aldolaz i conduce la doi izomeri fosforilai: 3-fosfogliceraldehida (GA-3-P) i dihidroxiacetonfosfatul (DHAP). Reacia este reversibil, echilibrul fiind deplasat ctre formarea fructozo-1,6-difosfatului. 1,6-Difosfatul de fructofuranoz sufer, sub aciunea enzimei aldolaz, o rupere a moleculei prin care se formeaz esterii fosforici ai celor dou trioze: fosfatul D-glicerinaldehidei i fosfatul dihidroxiacetonei.
Reacia nu este favorabil termodinamic avnd Go'= + 5,7 kcal/mol, dar este deplasat n
direcia formrii triozelor datorit att naturii exergonice a formrii fructozo-1,6-difosfatului, ct i
oxidrii ulterioare a fosfatului de glicerinaldehid (glicerinaldehid-3-fosfat) ntr-o reacie cu o energie
liber negativ.
n continuare, particip la formarea alcoolului numai fosfatul glicerinaldehidei. Fosfatul
dihidroxiacetonei este ns izomerizat la fosfatul glicerinaldehidei, sub aciunea izomerazei fosfailor de
trioze.
n a cincea etap reprezint interconversia celor doi triozofosfai catalizat de triozofosfatizomeraza. GA-3-P, forma reactiv, este n echilibru cu DHAP, iar raportul lor este de 0,35:9,65. Datorit GA-3-P echilibrul este rupt. DHAP poate fi utilizat n glicoliz sau poate fi integrat n anabolismul lipidelor servind la biosinteza glicerofosfatului.
Oxidarea GA-3-P la acid 1,3-fosfogliceric are loc n etapa a asea. Aceasta este singura reacie oxidativ din glicoliz i se numete reacie de oxidoreducere glicolitic. Reacia catalizat de enzima gliceraldehid-3-fosfat dehidrogenaza (E-SH), care posed n centrul su activ o grupare sulfhidril i utilizeaz NAD+ drept coenzim. Energia eliberat n urma oxidrii substratului este acumulat n molecula fosfatului care este un produs macroergic.
OH CH2OH
C = O
CH
C HHO
OH
CH
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
OH
Fosfatul D-glicerin-aldehidei
C O
CHO
CH
CH2OPO3H2
CH2OPO3H2
Fosfatul dihidro-xiacetonei
+
OH
CHO
CH
CH2OPO
3H
2
+ NAD+
+ H3PO4
OH
OH
OPO3H2
+ NADH + H+
(1) OH
CH
CH
CH2OPO3H2
OH
OPO3H2
(2) OH
CH
CH
CH2OPO
3H
2
O
OPO3H2
OH
C
CH
CH2OPO
3H
2
+ ADPO
(3) OH
C
CH
CH2OPO
3H
2
O
OPO3H
2
OH
C
CH
CH2OPO3H2
+ ATP
OH
CHO
CH
CH2OPO
3H
2
+ NAD+
+ H3PO4
OH
OH
OPO3H2
+ NADH + H+
(1) OH
CH
CH
CH2OPO3H2
OH
OPO3H2
(2) OH
CH
CH
CH2OPO
3H
2
O
OPO3H2
OH
C
CH
CH2OPO
3H
2
+ ADPO
(3) OH
C
CH
CH2OPO
3H
2
O
OPO3H
2
OH
C
CH
CH2OPO3H2
+ ATP
-
4
Din punct de vedere energetic, aceast reacie este stadiul cel mai important al glicolizei reacia simpl fiind intens exergonic, ar pune n libertate sub form de cldur 16 kcal, dar n aceast situaie 7 kcal din total se depoziteaz sub form de energie chimic, genernd o molecul de ATP. Este o reacie de dehidrogenare a aldehidei fosfoglicerice cuplat cu reducerea NAD+ i sinteza de ATP. ntr-o prim etap, enzima, a crei activitate reclam prezena NAD+, intr n reacie cu substratul, pe care l fixeaz cu ajutorul centrului activ ce prezint o funcie sulfhidril, formnd un compus intermediar, tiosemiacetal, cu o legtur srac n energie. n urmtoarea etap compusul intermediar este dehidrogenat n prezena NAD+ cu formare de NADH + H+, rezultnd un tioester cu o legtur macroergic. n prezena fosfatului anorganic are loc un proces de fosforilare, cu eliberarea enzimei, formndu-se acid 1,3-difosfogliceric cu o legtur acil-fosfat bogat n energie, care ncheie reacia de dehidrogenare a gliceraldehidei.
n a aptea etap, fosfogliceratkinaza catalizeaz transferul radicalului fosforil, cu legtura macroergic, din poziia 1 a acidului 1,3-difosfogliceric la ADP, formnd ATP i o molecul de acid 3-fosfogliceric. Aceasta este prima sintez n catena glicolitic. n acest etap bilanul energetic se egaleaz sau chiar devine pozitiv, dup cum dintr-o molecul de glucoz se sintetizeaz dou molecule de DHAP, respectiv dou molecule de ATP. Etapa e opta este etapa n care are loc rearanjarea intramolecular a acidului 3-fosfogliceric sub aciunea enzimei fosfogliceratmutaz. Se formeaz acid 2-fosfogliceric, care reprezint chiar coenzima acesteia. Echilibrul se stabilete cnd 15% din acidul 3-fosfogliceric este transformat n acid 2-fosfogliceric.
Enolaza sau fosfopiruvathidrataza catalizeaz reacia de dehidratare a acidului 2-fosfogliceric, reacie ce reprezint a noua etap din calea glicolitic. Se formeaz acid fosfoenolpiruvic (PEP), care este un compus macroergic. Energia stocat n acest legtur va fi transferat, mpreun cu radicalul fosfat, sintetizndu-se o nou molecul de ATP din ADP n a zecea etap. Reacia are loc n prezena piruvatkinazei i conduce la formarea de acid enolpiruvic, care se transform spontan n acid piruvic.
OH
COOH
CH
CH2OPO3H2
Acid 3-fosfogliceric
fosfoglicero- mutaza
COOH
C OPO3H2
Acid 2-fosfogliceric
H
CH2OH
H2O
enolaza
COOH
C OPO3H2
Acid fosfo-enol-piruvic
CH2
COOH
C OH
Acid enol- piruvic
CH2
fosfo-kinazapiruvica
spon-tan
COOH
C O
Acid piruvic
CH3
A unsprezecea etap o reprezint reacia de reducere a acidului piruvic la acid lactic, n prezena enzimei lactat dehidrogenaz. Aceasta are drept coenzim NADH + H+ care a fost sintetizat n etapa a asea, n reacia de fosforilare oxidativ. Ca i n cazul anterior, se obin dou molecule de ATP dintr-o molecul de glucoz. Bilanul energetic al glicolizei poate fi calculat pe baza cantitii de ATP consumat i format n catena de degradare a glucozei sau a glicogenului. Deci bilanul energetic va fi:
Glucoz acid piruvic 4 ATP 2 ATP = 2 ATP
Glicogen acid piruvic 4 ATP 1 ATP = 3 ATP
-
5
Se remarc n urmtoarea schem asemnrile glicolizei cu fermentaia alcoolic.
Ciclul Krebs:
- Rolul ciclului acidului citric (Krebs); - Reacii n ciclul Krebs; - Enzime implicate n ciclul Krebs; - Bilanul energetic al ciclului Krebs.
ADP
GLICOLIZA
H2O
Triozofosfatizomeraza
Glucoza
Hexokinaza
FERMENTATIA ALCOOLICA
ATP
Glucozo-6-fosfat
Fosfoglucozoizomeraza
Fructozo-6-fosfat
ADP
ATPFosfofructo-kinaza
Fructozo-1,6-difosfatAldolaza
Dihidroxi-
aceton-fosfatGlicerinaldehid-
3-fosfat
NADH + H+
NAD+ + H3PO4Glicerinaldehid
3-fosfatdehidrogenaza
1,3-DifosfogliceratADP
ATP
Fosfoglicerat-
kinaza
3-Fosfoglicerat
Fosfoglicero-mutaza
2-Fosfoglicerat
Enolaza
FosfoenolpiruvatADP
ATP
Piruvat-kinaza
Piruvat
Glicogen + H3PO4
Glucozo-1-fosfat
Acid lactic
NADH + H+
NAD+
Acetaldehida
CO2
DEGRADAREA ANAEROBA A ZAHARURILOR
NADH + H+
NAD+
Alcool etilic
Fermentatia alcoolica si glicoliza: asemnari i deosebiri
-
6
Ciclul Krebs
Rolul ciclului acidului citric (ciclul Krebs, ciclul acizilor tricarboxilici) n metabolismul eucariotelor
(plante i animale) este acela de a furniza combustibilul necesar respiraiei. Acesta, la rndul su, sub
form de nucleotide reduse (NADH i FADH2) este consumat (ars) n prezena oxigenului molecular, la
nivelul citocromilor, cu eliberare de energie sub form de ATP. ntr-o prim etap, ntre acidul
oxalilacetic i acetil-coenzima A are loc o reacie de condensare la care particip grupa CH3 a acetilului i
n care se formeaz acid citric.
CH3COCOOH
CH3CO~SCoA
Ciclul acizilor
tricarboxilici
Acid piruvicAcizi grasi
Sinteza de ATP in mitocondrie
CO2
CO2
2 H+ + 2 e Echivalenti de reducator
Sistem de transport
de electroni
11 ATP
GTP
Acizii citric, -cetoglutaric, fumaric i malic sunt componentele normale ale tuturor celulelor vii.
Oxidarea final a hidrailor de carbon, n toate celulele vii, decurge prin acest mecanism. Unii dintre
intermediarii ciclului lui Krebs se transform n grsimi i n aminoacizi sau se formeaz din aminoacizi
naturali, ca alanina, acidul asparagic i acidul glutamic.
Succesiunea de reacii ncepe cu acidul citric i se termin cu acidul oxalilacetic, se elibereaz
2CO2 i 8[H] i se consum 2H2O. Reacia global a ciclului ar putea fi scris astfel:
CH3COOH 2CO2 + 2H2O + 8[H] Bilanul energetic al ciclului Krebs Deoarece dintr-o molecul de glucoz rezult dou de acid
piruvic, din ciclul acidului citric rezult 32 legturi bogate n energie. n plus, din prima faz a procesului
oxidativ mai rezult alte opt legturi bogate n energie. ntregul proces de oxidare a unei molecule de
glucoz (sub form de glicogen) d natere la 40 legturi bogate n energie, cu un coninut de 460 kcal,
utilizabile pentru sinteze. n procesul oxidativ se produce deci incomparabil mai mult energie dect n
procesul anaerob.
-
7
Prin arderea complet a glucozei n bomba calorimetric se degaj (H) 674 kcal/mol. Variaia
entropiei (TS din ecuaia: G = HTS) este de circa 12 kcal, aa nct descreterea total a entalpiei
libere (G) este de 686 kcal. Dintre acestea se pot recupera, n oxidarea biochimic a glucozei, circa
67%, ntr-o form utilizabil pentru a produce un lucru mecanic sau sinteze chimice endoergice.
In ciclul acizilor tricarboxilici are loc oxidarea complet a acetil coenzimei A. Reaciile au loc n
mitocondrii, unde se mai gsesc complexul multienzimatic de dehidrogenare a piruvatului i cel de -
oxidare a acizilor grai, care produc acetil coenzim A. Rolul principal al ciclului Krebs este producerea
echivalenilor de FADH2 i NADH + H+ , deci a combustibilului pentru formarea de ATP prin oxidare lor
n lanul transportor de electroni. i acest transport de electroni are loc numai n mitocondrie.
Etapa Reacia Enzima G
kcal/mol
1. Acetil CoA + oxaloacetat + H2O Citrat + CoA + H+ Citrat sintetaz 7,5
2. Citrat cis-aconitat + H2O Aconitaz + 2,0
3. cis-Aconitat + H2O izocitrat Aconitaz 0,5
4. Izocitrat + NAD+ -cetoglutarat + CO2 + NADH Izocitrat dehidrogenaza 2,0
5. -Cetoglutarat + NAD+ + CoA Complexul -cetoglutarat 7,2
Succinil CoA + CO2 + NADH dehidrogenazei
6. Succinil CoA + H3PO4 + GDP Succinat + CoA + GTP Succinil CoA sintetaz 0,8
7. Succinat + FAD Fumarat + FADH2 Succinat dehidrogenaza 0
8. Fumarat + H2O L-Malat Fumaraz 0,9
9. L -Malat + NAD+ Oxaloacetat + NADH + H+ Malat dehidrogenaz + 7,1
Not : Toate reaciile sunt reversibile.
-
8
Malat
Izocitrat
-Cetoglutarat
Fumarat
H2O + CH3CO
FADH2
Succinat
Citrat
Succinil CoA
Oxalilacetat
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
+ CO2
+ CO2
GDP + Pi
GTP
NADH
Citrat
sintetaz
Aconitaz
Izocitrat
dehidrogenaz
Complexul
-Cetoglutarat
dehidrogenazei
Succinil CoA
sintetazSuccinil
dehidrogenaz
Fumaraz
Malat
dehidrogenaz
Ciclul acidului citric (ciclul Krebs)
Malat
Izocitrat
-Cetoglutarat
Fumarat
H2O + CH3CO
FADH2
Succinat
Citrat
Succinil CoA
Oxalilacetat
NAD+
NADH + H+
NADH + H+
+ CO2
+ CO2
GDP + Pi
GTP
NADH
Citrat
sintetaz
Aconitaz
Izocitrat
dehidrogenaz
Complexul
-Cetoglutarat
dehidrogenazei
Succinil CoA
sintetazSuccinil
dehidrogenaz
Fumaraz
Malat
dehidrogenaz
Ciclul acidului citric (ciclul Krebs)
Reacii n Ciclul Krebs (se pot scrie n linie i descrie n detaliu, deoarece aici sunt redate succint).