Glioksilatni ciklus Flashcards
Što je glioksilatni ciklus?
Ciklus kojim većima bakterija, biljaka i kvasca se postiže sinteza preteča za biosintetske reakcije. U animalnim stanicama tome služi ciratni ciklus. Glioksilatni i citratni ciklus imaju neke zajedničke reakcije i međuprodukte i isti osnovni supstrat (acetil-CoA). Međutim, u jedan krug glioksilatnog ciklusa se uključuju dvije jedinice acetil-CoA, a odvija se isključivo u uvjetima kada stanica ima dovoljno energije.
Gdje se odvija glioksilatni ciklus?
Reakcije glioksilatnog cikusa se odvijaju dijelom u peroksisomima, odnosno glioksisomima kod biljaka, a dijelom u citosolu stanice.
Nacrtaj i opiši cijeli tok glioksilatnog ciklusa.
Glioksilatni ciklus počinje kondenzacijom acetilne jedinice i oksaloacetata u citrat u reakciji koju katalizira citrat sintaza. Citrat se zatim djelovanjem enzima akonitaze prevodi u izocitrat, koji se dalje cijepa na glioksilat i sukcinat uz pomoć enzima izocitrat liaze. Sukcinat izlazi iz ciklusa kao prekursor za biosintetske reakcije, dok se glioksilat kondenzira sa drugom acetilnom jedinicom u malat. Ovu reakciju katalizira enzim malat sintaza. Malat se zatim oksidira uz NAD+ u oksaloacetat u reakciji koju katalizira malat dehidrogenaza. Ovom reakcijom se regenerira oksaloacetat i zatvara krug reakcija glioksilatnog ciklusa.
Po čemu je specifična reakcija koju katalizira malat dehidrogenaza?
Jedina reakcija u ciklusu u kojoj nastaje reducirani koenzim kao ekvivalent energije je reakcija koju katalizira malat dehidrogenaza. Međutim, osnovna svrha odvijanja ove reakcije u glioksilatnom ciklusu nije dobivanje energije nego regeneracija oksaloacetata kako bi ciklus mogao dalje teći.
Što bakterije i biljke mogu za razliku od animalnih stanica?
Sumarno gledano u ovom se ciklusu dvije acetilne jedinice kondenziraju u sukcinat koji se uključuje u anaboličke puteve, dok se u citratnom ciklusu acetilne jedinice oksidiraju i razgrađuju do 2 CO2 sa svrhom dobijanja energije. Zbog toga bakterije i biljke mogu iz acetil-CoA sintetizirati glukozu i preživljavati na spojevima koji se mogu prevesti u acetilne jedinice (npr. acetatu), dok animalne stanice to nisu u mogućnosti.
Zbirna jednadžba glioksilatnog ciklusa?
Zašto se aktivnost enzima izocitrat dehidrogenaze i izocitrat liaze mora recipočno regulirati?
Prve dvije reakcije citratnog i glioksilatnog ciklusa su jednake i putevi se razilaze tek nakon nastajanja izocitrata. Budući da je izocitrat zajednički supstrat za enzime izocitrat dehidrogenazu i izocitrat liazu njihova aktivnost mora biti recipročno regulirana kako se ne bi odvijale istovremeno.
Objasni recipročnu regulaciju enzima izocitrat dehidrogenaza i izocitrat liaza?
Izocitrat liaza ima puno manji afinitet prema izocitratu nego izocitrat dehidrogenaza, tako da u uvjetima kada je aktivna izocitrat dehidrogenaza sav izocitrat odlazi u citratni ciklus. Izocitrat će se uključiti u reakciju kataliziranu izocitrat dehidrogenazom u uvjetima
kada je niska energetska razina u stanici. U uvjetima kada je visoka razina energije u stanici, visoka konc. ATP-a i NADH će alosterički inhibirati izocitrat dehidrogenazu. Međutim, aktivnost izocitrat dehidrogenaze nije dovoljno samo inhibirati nego ju je potrebno potpuno inaktivirati da bi se mogla odvijati reakcija koju katalizira izocitrat liaza. Inaktivacija izocitrat dehidrogenaze se odvija mehanizmom reverzibilne kovalentne preinake fosforilacijom. Fosforilaciju vrši specifična protein kinaza koju aktivira visoka koncentracija ATP-a. Fosforilacijom se potpuno zaustavlja aktivnost izocitrat dehidrogenaze i dolazi do nakupljanja izocitrata. Afinitet izocitrat liaze prema citratu je međutim toliko nizak da niti to nije dovoljno da bi se reakcija odvijala značajnijom brzinom, već je potrebna i dodatna alosterička aktivacija izocitrat liaze ATP-om. Sumarno, ATP u visokoj koncentraciji alosterički aktivira izocitrat liazu i protein kinazu koja fosforilacijom inaktivira izocitrat dehidrogenazu. Time se zaustavlja citratni i pokreće glioksilatni ciklus.
Kod niskog energijskog naboja stanice povećana koncentacija ADP-a će alosterički aktivirati specifičnu protein fosfatazu koja defosforilira i time aktivira izocitrat dehidrogenazu. Aktivnost izocitrat liaze će se pri niskoj koncentraciji ATP-a vratiti na bazalnu razinu zbog prestanka alosteričke aktivacije enzima ATP-om, te će se ponovno pokrenuti citratni, a zaustaviti glioksilatni ciklus. Izocitrat liazu nije potrebno dodatno inhibirati ili inaktivirati da bi citratni ciklus mogao neometano teći jer zbog svog niskog afiniteta prema supstratu ne može konkurirati izocitrat dehidrogenazi.
Koja je razlika u dobitku energije ekvivalente ATP-u kod citratnog i glioksilatnog ciklusa?
Razgradnjom jedne jedinice acetil-CoA se u citratnom ciklusu dobije energija ekivalentna 10 ATP-a (3 NADH, GTP i FADH2), dok se ulaskom dviju acetilnih jedinica u glioksilatni ciklus dobije samo jedan NADH ekvivalentan 1,5 ATP-a tj. 0,75 ATP-a po acetilnoj jedinici.
Kakav je put sukcinata koji je nastao u glioksilatnom ciklusu?
Sukcinat nastao u glioksilatnom ciklusu se upućuje u glukoneogenezu tako da se prvo transportira u mitohondrije i uključi u reakcije citratnog ciklusa do malata (oksidira se u fumarat u reakciji koju katalizira sukcinat dehidrogenaza, nakon čega se fumarat hidratizira u malat u reakciji koju katalizira fumaraza). Malat se zatim transportira u citosol i uključuje u reakcije glukoneogeneze.
Koliko acetil-CoA treba ući u glioksilatni ciklus da bi se sintetizirala jedna molekula glukoze u procesu glukoneogeneze?
Za sintezu jedne molekule glukoze potrebna su dva sukcinata iz
glioksilatnog ciklusa, što znači da u glioksilatni ciklus mora ući 4 acetil-CoA da bi se dobilo dovoljno sukcinata za sintezu glukoze.
