GLIKOLIZA I CYKL KREBSA

wykład 2

glikoliza

jest to ciąg reakcji zachodzących w cytoplazmie podczas których 1 cząsteczka glukozy przekształcana jest do 2 cząsteczek pirogronianu

jakie są cele glikolizy?

wytwarzanie ATP - powstają bezpośrednio 2 cząsteczki ATP, a dodatkowe w cyklu Krebsa

wytwarzanie substratów pośrednich - prekursory licznych związków chemicznych np acetylo-CoA do syntezy kwasów tłuszczowych

jaki jest pierwszy etap glikolizy?

• fosforylacja glukozy przez heksokinazę, produktem jest glukozo-6-fosforan

• zużywa 1 cząsteczkę ATP

• celem jest zakotwiczenie glukozy w komórce, bo jako ester nie potrafi przeniknąć przez błonę i sobie uciec

• reakcja nieodwracalna i regulująca

jaki jest drugi etap glikolizy?

przekształcenie glukozo-6-fosforanu do fruktozo-6-fosforanu przez izomeraze glukozofosforanową

ketoza (fruktoza) dużo łatwiej rozszczepia się na trójwęglany niż aldoza (glukoza)

jaki jest trzeci etap glikolizy?

• fosforylacja fruktozo-6-fosforanu do fruktozo-1,6-fosforanu przy pomocy fosfofruktokinazy

• zużywa 1 ATP

• jest to ostatnia reakcja z cząsteczkami 6-węglowymi

• podlega ścisłej regulacji

jaki jest czwarty etap glikolizy?

• rozszczepienie fruktozo-1,6-bisfosforanu z udziałem aldolazy

• powstaje aldehyd 3-fosfoglicerynowy i fosfodihydroksyaceton

• fosfodihydroksyaceton może przechodzić w aldehyd przy udziale izomerazy trifosforanowej

• od tej pory reakcje zachodzą z udziałem trójwęglanów, a zysk energetyczny mnożony jest przez 2

jaki jest szósty etap glikolizy?

• fosforylacja oksydacyjna aldehydu-3-fosfoglicerynowego z udziałem dehydrogenazy aldehydu-3-fosfoglicerynowego

• powstaje 1,3-bisfosforoglicerynian

• w reakcji bierze udział NAD, który jest redukowany i fosforan nieorganiczny

• zredukowany NADH może iść do łańcucha oddechowego i tam napędzać syntazę ATP

• 2 NAHD = 6 ATP

jaki jest siódmy etap glikolizy?

• przeniesienie grupy fosforanowej z 1,3-bisfosforoglicerynianu na ADP z udziałem kinazy fosfoglicerynianowej

• jest fosforylacja substratowa - pierwsza reakcja bezpośredniej syntezy ATP (zysk 1 ATP)

• powstaje 3-fosfoglicerynian i cząsteczka ATP

jaki jest ósmy etap glikolizy?

• przekształcenie 3-fosfoglicerynianu do 2-fosfoglicerynianu

• zachodzi przy udziale fosfogliceromutazy

• celem jest uporządkowanie struktury substratu aby łatwiej przekształcić do w pirogronian

jaki jest dziewiąty etap glikolizy?

• odwodnienie 2-fosfoglicerynianu przy udziale enolazy

• powstaje fosfoenolopirogronian

• dochodzi do przemiany niskoenergetycznego wiązania estrowego na wysokoenergetyczne wiązanie fosforanowe

• powstają 2 cząsteczki wody

jaki jest dziesiąty (ostatni) etap glikoliy?

• przeniesienie grupy fosforanowej z PEP na ADP przy udziale kinazy progronianowej

• powstaje pirogronian i ATP

• drugie miejsce bezpośredniej syntezy ATP w szlaku

jakie są dwa miejsca bezpośredniej syntezy ATP w szlaku glikolizy?

1. przeniesienie grupy fosforanowej z 1,3-bisfosfoglicerynianu na ADP

2. przeniesienie grupy fosforanowej z fosfoenolopirogronianu na ADP

gdzie w szlaku glikolizy zużywana jest energia ATP?

1. fosforylacja glukozy

2. fosforylacja fruktozo-6-fosforanu

jakie reakcje glikolizy podlegają ścisłej kontroli allosterycznej?

1. fosforylacja glukozy

2. fosforylacja fruktoro-6-fosforanu

3. przeniesienie grupy fosforanowej z fosfoenolopirogronianu na ADP

wszystkie te reakcje są nieodwracalne

jaka jest ostatnia reakcja w której biorą udział cząsteczki sześciowęglowe?

fosforylacja fruktozo-6-fosforanu

w jakiej reakcji powstają zredukowane przekaźniki elektronów?

w fosforylacji oksydacyjnej aldehydu 3-fosfoglicerynowego

TUTAJ FISZKI O EWENTUALNYM UDZIALE INNYCH CUKRÓW

czym jest galaktozemia?

jest to choroba genetyczna związana z brakiem zdolności przekształcania galaktozy w glukozę, gromadzi się wtedy zredukowana forma galaktozy - galaktitol

powód: brak enzymu urydililotransferazy galaktozo-1-fosforanowej

regulacja glikolizy na poziomie fosfofruktokinazy

• ATP hamuje, AMP aktywuje

• cytrynian hamuje - świadczy o dużej ilości substratów pośrednich z cyklu Krebsa, więc rozkład glukozy jest niepotrzebny

• fruktozo-2,6-bisfosforan aktywuje - jest syntetyzowany przez podobny enzym i podlega przemianie do fruktozo-6-fosforanu a więc substratu reakcji

• jony H+ hamują - szybkość glikolizy maleje gdy spada pH, zapobiega to nadprodukcji kwasu mlekowego w mięśniach i kwasicy metabolicznej

regulacja glikolizy na poziomie heksokinazy

wysokie stężenie glukozo-6-fosforanu (produktu) hamuje reakcję, wówczas jest on zużywany do syntezy glikogenu

regulacja glikolizy na poziomie kinazy pirogronianowej

• fruktozo-1,6-bisfosforan (substrat) aktywuje

• ATP hamuje na drodze inhibicji allosterycznej

• alanina hamuje na drodze inhibicji allosterycznej - świadczy o wystarczająco dużej ilości prekursorów biosyntez

jakie są dalsze szlaki reakcji po glikolizie?

w warunkach beztlenowych: fermentacja alkoholowa i mleczanowa

w warunkach tlenowych: cykl Krebsa

jak działa fermentacja alkoholowa?

pirogronian jest przekształcany w aldehyd octowy przez dehydrogenazę pirogronianową, a następnie w etanol przy udziale dehydrogenazy alkoholowej

jednocześnie zachodzi utlenianie cząsteczki NADH, dzięki regenerowany jest NAD+ i glikoliza może wciąż zachodzić

jak działa fermentacja mleczanowa?

pirogronian jest przekształcany do kwasu mlakowego przez dehydrogenazę mleczanową, jest to reakcja odwracalna

jednocześnie zachodzi odtworzenie NAD+ przez jego utlenienie

jak działa fermentacja octowa?

nie jest to proces właściwej fermentacji bo zachodzi w warunkach tlenowych, jest to pseudofermentacja

jest to utlenianie etanolu do kwasu octowego w rozcieńczonym roztworze wodnym z udziałem bakterii

dekarboksylacja oksydacyjna

tzw. reakcja pomostowa

jest to reakcja przekształcenia pirogronianu do acetylo-CoA przez dehydrogenazę pirogronianową w warunkach tlenowych

zachodzi przez odłączenie CO2 od pirogronianu, zredukowanie NAD+ i przyłączenie CoA do zdekarboksylowanego pirogronianu

wymaga pirofosforanu tiaminy - aktywnej formy wit. B1

cykl Krebsa

ciąg reakcji zachodzących w mitochondriach mających na celu utlenienie pirogronianu do CO2 i H2O z jednoczesnym uzyskaniem energii, wytwarzane są też substraty pośrednie, które służą do syntezy innych związków

podaj 3 etapy utleniania cząsteczek organicznych do CO2

1. glikoliza - glukoza do acetylo CoA

2. cykl Krebsa

3. utlenianie NADH i FADH2 w łańcuchu oddechowym

jaka reakcja wymaga koenzymu w postaci aktywnej formy wit. B1?

reakcja pomostowa

ile par elektronów uwalnia cykl kwasu cytrynowego ?

4 pary elektronów

jaki jest pierwszy etap cyklu Krebsa?

• tworzenie cytrynianu (2C) przez kondensację acetylo-CoA (2C) ze szczawiooctanem (4C)

• jest to reakcja nieodwracalna

  • katalizuje ją syntaza cytrynianowa

jaki jest drugi etap cyklu Krebsa?

• przekształcenie cytrynianu w izocytrynian

• przy udziale akonitazy

• produktem pośrednim jest kwas akonitowy

jaki jest trzeci etap cyklu Krebsa?

• utlenianie izocytrynianu do alfa-ketoglukaranu (5C) i CO2

• katalizatorem jest dehydrogenaza izocytrynianowa

• w tej reakcji NAD+ jest redukowany do NADH

jaki jest czwarty etap cyklu Krebsa?

• utlenianie alfa-ketoglukaranu (5C) do bursztynylo-CoA (4C)

• katalizatorem jest dehydrogenaza alfa-ketoglukaranowa

• NAD+ jest redukowany do NADH

jaki jest piąty etap cyklu Krebsa?

• przekształcenie bursztynylo-CoA w bursztynian (4C)

• katalizatorem jest syntaza bursztynylo-CoA

• uwalniana jest energia podczas rozerwania wysokoenergetycznego wiązanie (b-CoA jest estrem tiolowym)

• energia służy do syntezy GTP z GDP

• jedyna fosforylacja substratowa w cyklu Krebsa

jaki jest szósty etap cyklu Krebsa?

• utlenianie bursztynianu do fumaranu (4C)

• katalizatorem jest dehydrogenaza bursztynianowa - jedyny enzym związany z błoną wewnętrzną mitochondrium (jest jednocześnie kompleksem II łańcucha oddechowego)

• podczas reakcji FAD jest redukowany do FADH2

jaki jest siódmy etap cyklu Krebsa?

• uwodnienie fumaranu do jabłczanu (4C)

• katalizatorem jest fumaraza

jaki jest ósmy etap cyklu Krebsa?

• utlenianie jabłczanu (4C) do szczawiooctanu (4C)

• katalizatorem jest dehydrogenaza jabłczanowa

• w tej reakcji zachodzi redukcja NAD+ do NADH

w jakich reakcjach cyklu Krebs dochodzi do redukcji NAD+?

1. utlenianie izocytrynianu do alfa-ketoglukaranu

2. utlenianie alfa-ketoglukaranu do bursztynylo-CoA

3. utlenianie jabłczanu do szczawiooctanu

w jakiej reakcji cyku Krebsa dochodzi do redukcji FAD?

w utlenianiu bursztynianu do fumaranu

w jakiej reakcji cyklu Krebsa dochodzi do fosforylacji substratowej?

w przekształceniu bursztynylo-CoA w bursztynian

ile cząsteczek ATP powstaje z każdej cząsteczki glukozy?

24 cząsteczki ATP przy założeniu, że 1 NADH = 3 ATP i 1 FADH2 = 2 ATP)

regulacja cyklu Krebsa

• wysokie stężenia NADH i acetylo-CoA hamują dehydrogenazę pirogronianową (hamowanie produktem)

• wysokie stężenia cytrynianu i ATP hamują syntazę cytrynianową

• wysokie stężenia ATP i NADH hamują dehydrogenazę izocytrynianową

• wysokie stężenia NADH i bursztynylo-CoA hamują dehydrogenazę alfa-ketoglutaranową

efekt Pasteura

w obecności tlenu u drożdży dochodzi do zahamowania glikolizy i fermentacji alkoholowej i aktywacji cyklu Krebsa - dzięki temu odbywa się fosforylacja oksydacyjna, co sprzyja przyrostowi biomasy

O2 hamuje aktywność fosfofruktokinazy

efekt Crabtree

u drożdży przy zbyt wysokim stężeniu glukozy dochodzi do zahamowania fosforylacji oksydacyjnej nawet w obecności tlenu

wysokie stężenia glukozy hamują aktywność enzymów cyklu Krebsa

etanol wytwarzany podczas fermentacji alkoholowej jest przekształcany w aldehyd octowy dzięki dehydrogenazie alkoholowej

efekt Warburga

dotyczy guzów nowotworowych, w których panują warunki hipoksji czyli niedotlenienia

komórki nowotworowe preferują beztlenowe sposoby pozyskiwania energii, czyli przeprowadzają glikolizę i fermentację mleczanową nawet w obecności tlenu dzięki czemu są w stanie lepiej proliferować

odwrotny efekt Warburga

nowa hipoteza mówiąca, że to fibroblasty przeprowadzają fermentację mleczanową, dzięki czemu są w stanie do właściwych komórek nowotworowych dostarczać wysokoenergetyczne produkty