CitratZyklus (CZ): fertig? Flashcards
Wo findet der Citratzyklus statt?
in den Mitochondrien
Wieso ist der CZ nur für atmende Organismen sinnvoll?
da er O2 benötigt -> (e- werden aus O2 -> H20 “gewonnen”) ETK erzeugt einen Protonengradienten, dieser Treibt die AtP-Synthese an
CZ
Pyruvat-Dehydrogenase (PD)
0.
- katalysiert die oxidative Decarboxylierung:
in E1:
Decarboxylierung:
Pyruvat bindet an TTP und wird zu Hydroxyethyl-TTP decarboxyliert.
in E1:
Oxidation;
Hydroxyethyl-Gruppe wird zu Acetylgruppe oxidiert
in E2:
Transfer zu CoA:
Acetylgruppe des Acetylliponamids wird auf CoA übertragen
in E3 :
Regeneration des oxidierten Liponamids der PD
Oxidation des Dihydroliponamids
- stellt die verbindung zwischen Glykolyse und CZ da
- Komplex aus drei Enzymen und fünf Kofaktoren
x E1, E2, E3
x katalytische Kofaktoren
TTP
Liponsäure
FAD
x stöchimetrische Kofaktoren
CoA
NAD+
Enzyme der PD
E1: katalysiert Hauptreaktion -> oxidative Decarboxylierung des Pyruvats
(PD-Komponente) + Kofaktor TTP, 24 Ketten
E2: Dihydrolipoyl-Transacetylase -> Acetyl-Transfer auf CoA + Kofaktor Lipoamid, 24 Ketten
E3: Dihydrolipoyl-Dehydrogenase -> Regeneration der oxidierten form des Lipoamids,
+ Kofaktor FAD, 12 Ketten
katalytische Kofaktoren
TTP
Liponsäure
FAD
stöchimetrische Kofaktoren
CoA
NAD+
PD: E1
0.1. katalysiert Hauptreaktion -> oxidative Decarboxylierung des Pyruvats (PD-Komponente) \+ Kofaktor TTP, 24 Ketten
PD: E2
0.2. Dihydrolipoyl-Transacetylase -> Acetyl-Transfer auf CoA \+ Kofaktor Lipoamid, 24 Ketten
PD: E3
0.3. Dihydrolipoyl-Dehydrogenase -> Regeneration der oxidierten form des Lipoamids, \+ Kofaktor FAD , 12 Ketten
katalytische Kofaktoren der PD
prosthake (fest gebundene)
TTP
Liponsäure
FAD
TTP
Thiaminpyrophosphat
katalyt Cofaktor der PD
stöchimetrische Kofaktoren der PD
Cosubstrate
CoA
NAD+
Kofaktor TTP
Reaktives Zentrum: Thiazioliumring (Thia- Schwefel S, Aziol- Stickstoff N)
Thiaminpyrophosphat = Thiamindiphosphat
Erzeugung eines starken Nukleophils
in E1 der PD
katalyt Cofaktor der PD
Cofaktor Liponsäure
Reaktives Zentrum: Disulfid
gebunden an Prot über Lysin - Lipoamid
Redoyxreaktionen ( 2e- Aufnahme/Abgabe)
in E2 der PD
katalyt Cofaktor der PD
die drei reaktionen der PD
in E1:
Decarboxylierung:
Pyruvat bindet an TTP und wird zu Hydroxyethyl-TTP decarboxyliert.
in E1:
Oxidation;
Hydroxyethyl-Gruppe wird zu Acetylgruppe oxidiert
in E2:
Transfer zu CoA:
Acetylgruppe des Acetylliponamids wird auf CoA übertragen
Regeneration des oxidierten Liponamids in E3 der PD
Decarboxylierung der PD
in E1
1) Deprot. des aciden c-Atoms des Thiaziolrings von TTP -> Carbanion (wieso? schafft e-!)
2) nucleophile Addition an das Corbonyl-C-Atom von Pyruvat
2) Decarboxylierung der Additionsverbindung zu Hydroxyethyl-TTP
Worauf liegt das Augenmerk bei einer Decarboxylierung?
e- -Senke!!!
Oxidation der PD
in E1
1) Hydroxyethylgruppe wird auf Liponamid übertragen
2) Ox. der Hydroxyethylgruppe zur Acethylgruppe ist mit der Reduktion des Disulfids des Lipoamids zum Dithiol gekoppelt!
Acetyl-CoA-Bildung der PD
in E2
Katalysiert durch die Dihydroli-Transacetylase
1) Übertragung der Acetylgruppe auf Acetyl-CoA
2) energiereiche Thioesterbindung bleibt erhalten
Regeneration des oxidierten Liponamids der PD
in E3
Oxidation des Dihydroliponamids
Katalysiert durch die Dihydrolipoyl-Dehydrogenase
1) 2e- auf FAD -> Liponamid
2) FADH2-Ox -.> Bildung von NADH
metabolite channeling
Intermediate werden direkt von Enzym zu Enzym weitergereicht
Welche vorteile hat die Bildung eines großen Enzymkomplexes für die Reaktion der PD?
+ nur einmaliger Entropieverlust
+ keine Diffusion für Enzym-Substrat-Treffen nötig
Wie kann die PD inaktiviert werden?
durch Quecksilber Hg^2+ und Arsenit
Binden an Liponamid aufgrund von hoher Thiolgruppenaffinität
Grundfkt des CZ
1) ox von 1mol Acetat zu 2mol CO2 zur E-Gewinnung (Katabol)
2) Bereitstellung von Intermediaten für BS (anabol)
- > amphibol
8 Reaktionen
3NAD+ + FAD + GDP + Pi + Acetyl-CoA -> 2NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA + 2CO2
SF von CZ
3NAD+ + FAD + GDP + Pi + Acetyl-CoA -> 2NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA + 2CO2
was bedeutet amphibol?
sowohl ana- als auch katabol
Was für reaktionsmuster treten innerhalb des CZ auf?
4x Dehydrogenasen: Oxidieren
1x Substratkettenphosphorylierung
3x (De)hydratisierung
1x Kondensation
Citrat-Zyklus
- Oxalacetat (C4) wird mit Acetyl-CoA (C2) + H2O über die Citrat-Synthase zu Citrat (C4 + C2 -> C6)
- Citrat (C6) (-/+H2O) wird über die Aconitase zu Isocitrat (Isomerisierung)
- Isocitrat -CO2 wird über die Isocitrat-Dehydrogenase zu alpha-Ketoglutarat + NADH (C6 -> ox. C5 + CO2)
- alpha-Ketoglutarat (C5) -H2O wird über den alpha-Ketoglutarat-DH-Komplex zu Succinyl-CoA + NADH (C5 -> ox. C4 + CO2)
- Succinyl-CoA (C4) wird über die Succinyl-CoA-Synthetase zu Succinat + GTP/ATP (Thioester -> NTP)
- Succinat wird über die Succinat-DH zu Fumarat + FADH2 (Oxidation)
- Fumarat wird über die Fumarase zu Malat (Hydratisierung)
- Malat wird über die Malat-DH zu Oxalacetat + NADH (Ox)
Synthase
Enzym, das eine synth. Reaktion katalysiert, in der zwei Einheiten OHNE direkte ATP-Beteiligung miteinander verbunden werden
CZ
Citrat-Synthase
1.
Oxalacetat + Acetly-CoA -> Citrat
deltaG_P
Adoladdition von Acetyl-CoA an Oxalacetat mit nachfolgender Hydrolyse des Thioesters -> Kondensationsreaktion
1) Deprot./Prot. stabilisiert die Enolform von Acetyl-CoA
2) Angriff des Enols auf Carbonyl
3) Hydrolyse des Citryl-CoA-Esters (warum? -> macht Reaktion irreversibel)
CZ - Citrat-Synthase:
Welche herausforderung liegt in der esterase aktivität?
Problem: Ort der Spaltung (Citrat = “symmetrische” Verbindung)
Lösung: induced fit
CZ
Aconitase
- Isomerisierung von Citrat und Isocitrat
Citrat -> cis-Aconitat -> Isocitrat
Elemierung von Wasser (Dehydratisierung) aus Citrat oder Isocitrat bildet cis-Aconitat
Addition von Wasser (Hydratisierung) an cis-Aconitat
warum? -> richtige Positionierung der Nachfolgeraktionen
CZ
Aufbau Aconitase
4Fe-4S-Zentrum im AZ
koordiniert durch drei Cys-reste
Stabilisierung/Orientierung des Citrat/Isocitrat erleichtert die H2O-Abspaltung
CZ
Isocitrat-DH
- oxidative Decarboxylierung
Isocitrat -> Oxalsuccinat -> alpha-Ketoglutarat
deltaG_P
Oxidation von Isocitrat mit NAD+ bildet Oxalsuccinat.
Oxalsuccinat wird leicht decarboxyliert und alpha-Ketoglutarat
warum sind beta-Ketonsäuren instabil?
beinhalten eine e–Senke
CZ
alpha-Ketoglutarat-DH
- Oxidative Decarboxylierung von alpha-Ketoglutarat
alpha-Ketoglutarat + NAD+ + CoA -> Succinyl-CoA + CO2 * NADH
deltaG_P
Reaktion analog zu Pyruvat-DH
CZ
alpha-Ketoglutarat-DH Aufbau
wie Pyruvat-DH (E1,E2,E3) + Kofaktoren TTP, Liponamid, FAD, CoA, NAD+
anderes E1 -> andere substratspezifität
CZ
Succinyl-CoA-Synthetase
- Succinyl-CoA + Pi + GDP -> Succinat
deltaG_P
deltaG Succinyl-CoA: -33,5 kJ/mol ist ähnlich der deltasG der ATP-Hydrolyse: -30,5kJ/mol
- > reversible Reaktion
- > einziger Schritt desd CZ in dem eine Verbindung mit hohem Phosphorylgruppenübertragungspot. gebildet wird
1) ersatz von CoA durch Orthophosphat -> Succinylphosphat
2) Aufnahme des Phosphorylrestes durch Histidin (-> Phosphohistidin) und Freisetzung von Succinat
3) Phosphohiostidin-Rest schwenkt zu einem gebundenen Nucleosiddiphosphat (GDP/ADP) , Übertragung der Phosphorylgruppe
Succinyl-CoA-Synthetase
Aufbau
2 UE (alpha, beta): 2 weit entfernte AZ
Histidinrest (Phosphogruppenüberträger zw CoA und ADP)
Wie wird die regenerierung von oxalacetat erreicht?
1) Succinat-DH oxidiert Sucinat zu Fumarat
2) Fumarase hydratisiert Fumarat zu Malat
3) Malat-DH oxidiert Malat zu Oxalacetat
Methylengruppe wird in 3 Schritten in eine Carbonylgruppe umgewandelt -> Sythese/Abbau von FS und ASabbau
CZ
Succinat-DH
- Oxidation von Succinat
Succinat -> Fumarat
delltaG=0 kJ/mol
- membranständig
- Red. von FAD, da nicht genug E für NAD+-Red
- FAD kovalent in der Succinat-DH gebunden
- FeS-Zentrum
- direkte verbindung zur Atmungskette
CZ
Fumarase
- Hydratisierung von Fumarat
Fumarat -> L-Malat
Stereospez. trans Addition von H+ zu OH
CZ
Malat-DH
- Oxidation von Malat
L-Malat -> Oxalacetat
deltaG_E (warum trotzdem? an Folgereaktion gekoppelt)
NAD+ abhängige Oxidation eines sek. Alks zum Keton
Wie wird Oxalacetat aufgefüllt?
Aus der Gluconeogenese
Was haben alpha-Ketoglutarat, Oxalacetat und Pyruuvat gemeinsam?
alles alpha-Ketosäuren
Regulation von Pyruvat-DH und CZ
durch ATP
warum? nicht nötig noch mehr energie zu generieren -> metabolismus wird herhabgesenkt, anamolismus steigt (mehr BS)
CZ -> amphibol!
Kontrollpunkte: Regulation von Pyruvat-DH und CZ
Pyruvat-DH: reguliert durch phosphorylierung und allosterie
Isocitrat-DH: Allosterie und kooperativität
alpha-ketoglutarat-DH: ähnlich wie Pyruvat_DH
der Glyoxolat-Z
in Pflanzen/Bakterien
-> nutzt Acetat und Acetyl-CoA liefernde Verbindungen
2 Acetyl-CoA + NAD+ + 2H2O -> Succinat + 2 CoASH + NADH + 2 H+
Enzyme des GZ
Oxalacetat und Acetyl-CoA über die Citrat-Synthetase zu Citrat über die Aconitase zu Isocitrat über die Isocitrat-Lyase zu Glyoxolat übewr die Malat-Synthase zu Malat über die Malat-DH zu Oxalacetat
