Biokemian/Krebs-syklin tai Sitruunahapposyklin periaatteet
Sitraattisyntaseedit
sitraattisyntaasientsyymiä (E. C. 2.3.3.1 ) esiintyy lähes kaikissa elävissä soluissa ja se toimii nopeuttavana entsyyminä Sitruunahapposyklin (tai Krebs-syklin) ensimmäisessä vaiheessa. Sitraattisyntaasi lokalisoituu mitokondrioiden matriisin eukaryoottisoluihin, mutta sitä koodaa mitokondrioiden sijaan ydin-DNA. Se syntetisoidaan käyttämällä sytoplasmaisia ribosomeja, jotka sitten kuljetetaan mitokondriomatriisiin. Sitraattisyntaasia käytetään yleisesti kvantitatiivisena entsyymimarkkerina ehjien mitokondrioiden esiintymisessä.Sitraattisyntaasi katalysoi asetyylikoentsyymi A: n kaksihiilisen asetaattijäämän ja nelihiilisen oksaloasetaatin molekyylin kondensaatioreaktiota muodostaen kuusihiilisen sitraatin.Oksaloasetaatti regeneroidaan Krebs-syklin yhden kierroksen jälkeen.
-
Oksaloetikkahappo
-
sitruunahappo
asetyyli-CoA + oksaloasetaatti + H2o → sitraatti + CoA-sh
Oksaloasetaatti on ensimmäinen substraatti, joka sitoutuu entsyymiin. Tämä saa entsyymin muuttamaan konformaatiotaan ja luo asetyyli-CoA: lle sitoutumiskohdan. Vasta kun tämä citroyl-CoA on muodostunut, toinen konformaatiomuutos aiheuttaa tioesterin hydrolyysin ja vapauttaa koentsyymi A: ta. Näin varmistetaan, että tioesterisidoksen pilkkoutumisesta vapautuva energia ajaa kondensaatiota.
Akonitaasiedit
Akonitaasi (akonitaattihydrataasi; EC 4.2.1.3) on entsyymi, joka katalysoi sitraatin stereospesifistä isomeroitumista isositraatiksi cis-akonitaatin avulla trikarboksyylihappokierrossa, joka on ei-redox-aktiivinen prosessi.
Isositraattidehydrogenaasiedit
Isositraattidehydrogenaasi (EC 1.1.1.42) ja (EC 1.1.1.41) eli IDH on entsyymi, joka osallistuu sitruunahappokiertoon. Se katalysoi syklin kolmatta vaihetta: isositraatin oksidatiivinen dekarboksylaatio tuottaa alfa-ketoglutaraattia (α-ketoglutaraattia) ja CO2: ta muuttaen samalla NAD+: n NADH: ksi. Tämä on kaksivaiheinen prosessi, jossa isositraatti (sekundäärinen alkoholi) hapettuu oksalosukkinaatiksi (Ketoni), minkä jälkeen karboksyyliryhmän beeta dekarboksyloituu ketoniksi muodostaen alfaketoglutaraatin. Entsyymin toinen isoformi katalysoi samaa reaktiota, mutta tämä reaktio ei liity sitruunahappokiertoon, tapahtuu sytosolissa sekä mitokondriossa ja peroksisomissa ja käyttää kofaktorina NADP+: a NAD+: n sijaan.
sitruunahappokierrossa sitraatin isomeroitumisesta syntyvä isositraatti käy läpi sekä hapettumisen että dekarboksylaation. Isositraattidehydrogenaasi-entsyymin (IDH) avulla isositraattia pidetään aktiivisessa kohdassaan ympäröivien arginiini -, tyrosiini -, asparagiini -, seriini -, treoniini-ja asparagiinihappoaminohappojen avulla. Ensimmäisessä laatikossa näkyy yleinen isositraattidehydrogenaasireaktio. Tämän entsyymimekanismin toiminnan kannalta välttämättömiä reaktantteja ovat isositraatti, NAD+/NADP+ ja Mn2+ tai Mg2+. Reaktion tuotteita ovat alfaketoglutaraatti, hiilidioksidi ja NADH + H+/NADPH + H+. Vesimolekyylejä käytetään apuna deprotonoimaan isositraatin hapet (O3).Toinen laatikko on Vaihe 1, joka on alfa-C: n (c#2) hapettuminen.Hapetus on ensimmäinen vaihe, jonka isositraatti käy läpi. Tässä prosessissa alfahiilen (C#2) alkoholiryhmä deprotonoituu ja elektronit virtaavat alfa-C: hen muodostaen ketoniryhmän ja poistaen hydridin C#2: sta käyttäen nad+/NADP+: ta elektroneja hyväksyvänä kofaktorina. Alfa-C: n hapettuminen mahdollistaa aseman, jossa elektronit (seuraavassa vaiheessa) tulevat alas karboksyyliryhmästä ja työntävät elektronit (jolloin kaksoissidoshappi) takaisin ylös hapelle tai tarttuvat lähellä olevaan protoniin läheisestä Lysiiniaminohaposta.Kolmas laatikko on Vaihe 2, joka on oksalosukkinaatin dekarboksylointi. Tässä vaiheessa lähellä oleva Tyrosiiniaminohappo deprotonoi karboksyyliryhmän hapen ja nämä elektronit virtaavat alas hiileen 2. Hiilidioksidi jättää isositraatin beetahiilen lähteväksi ryhmäksi elektronien virratessa ketonihapelle pois alfa-C: stä asettaen negatiivisen varauksen alfa-C: n hapelle ja muodostaen alfa-beeta-tyydyttymättömän kaksoissidoksen hiilien 2 ja 3 välille. Alfa-C-hapen yksinäinen pari poimii protonin läheisestä lysiiniaminohaposta.Neljäs laatikko on Vaihe 3, joka on alfa-beeta-tyydyttymättömän kaksoissidoksen saturaatio hiilien 2 ja 3 välillä. Reaktion tässä vaiheessa lysiini deprotonoi hapen pois alfahiilestä ja yksinäinen elektronipari alfahiilen hapessa tulee alas reformoiden ketonin kaksoissidoksen ja työntäen yksinäisen parin (muodostaen kaksoissidoksen alfa-ja beetahiilen välille) pois, poimien protonin läheisestä Tyrosiiniaminohaposta. Reaktiossa muodostuu alfaketoglutaraattia, NADH + H+/NADPH + H+ ja CO2.
α-ketoglutaraattidehydrogenaasiedit
oksoglutaraattidehydrogenaasikompleksi (OGDC) tai α-ketoglutaraattidehydrogenaasikompleksi on entsyymikompleksi, joka tunnetaan yleisimmin sen roolista sitruunahappokierrossa.Tämän entsyymin sitruunahappokierrossa katalysoima reaktio on:
α-ketoglutaraatti + nad+ + COA → Sukkinyyli-CoA + CO2 + NADH
tämä reaktio etenee kolmessa vaiheessa:α-ketoglutaraatin dekarboksylointi,NAD+: n pelkistyminen NADH: ksi ja sen jälkeen siirtyminen CoA: han,josta muodostuu lopputuote, sukkinyyli-CoA.ΔG°’ tässä reaktiossa on -7,2 kcal mol-1. Tähän hapettumiseen tarvittava energia säilyy sukkinyyli-CoA: n tioesterisidoksen muodostuessa.
Sukkinyylikoentsyymi-a-syntetaseedit
Sukkinyylikoentsyymi-a-syntetaasi (sukkinaattitiokinaasi) katalysoi sukkinaatin ja 4-Hiilisen metaboliitin koentsyymi-A: n muodostumista sukkinyyli-CoA: sta.Sukkinyyli-CoA-syntetaasi katalysoi sitruunahappokierrossa palautuvaa vaihetta, jossa BKT: n substraattitasoinen fosforylaatio tapahtuu.
Sukkinaattidehydrogenaasi
Sukkinaattidehydrogenaasi tai sukkinaattikoentsyymi Q-reduktaasi (SQR) tai kompleksi II on entsyymikompleksi, joka on sitoutunut nisäkkäiden mitokondrioiden sisempään mitokondriokalvoon ja moniin bakteerisoluihin. Se on ainoa entsyymi, joka osallistuu sekä sitruunahappokiertoon että elektroninsiirtoketjuun.
sitruunahappokierron vaiheessa 8 sqr katalysoi sukkinaatin hapettumista fumaraatiksi ubikinonin pelkistyessä ubikinoliksi. Tämä tapahtuu sisemmässä mitokondriokalvossa liittämällä nämä kaksi reaktiota toisiinsa.
FumaraseEdit
Fumaraasi (tai fumaraattihydrataasi) on entsyymi, joka katalysoi fumaraatin palautuvaa hydraatiota/dehydraatiota S-malaatiksi. Fumaraasista on kaksi muotoa: mitokondriaalinen ja sytosolinen. Mitokondrion isoentsyymi osallistuu Krebs-kiertoon (tunnetaan myös Sitruunahappokiertona) ja sytosolinen isoentsyymi aminohappojen ja fumaraatin aineenvaihduntaan. Subsellulaarinen lokalisointi perustuu signaalijakson läsnäoloon aminoterminaalissa mitokondrion muodossa, kun taas subsellulaarinen lokalisointi sytosolisessa muodossa perustuu mitokondrioiden muunnoksessa esiintyvän signaalijakson puuttumiseen.Tämä entsyymi osallistuu kahteen muuhun metaboliareittiin: pelkistävään karboksylaatiokiertoon (CO2-kiinnittymiseen) ja myös munuaissolukarsinoomaan.
Malaattidehydrogenaasiedit
Malaattidehydrogenaasi (EC 1.1.1.37) (MDH) on sitruunahappokierrossa esiintyvä entsyymi, joka katalysoi malaatin muuntumista oksaloasetaatiksi (käyttäen NAD+: A) ja päinvastoin (tämä on reversiibeli reaktio). Malaattidehydrogenaasia ei tule sekoittaa malic-entsyymiin, joka katalysoi malaatin muuttumista pyruvaatiksi tuottaen NADPH: ta.Malaattidehydrogenaasi osallistuu myös glukoneogeneesiin eli glukoosin synteesiin pienemmistä molekyyleistä. Pyruvaatti vaikuttaa mitokondrioissa pyruvaattikarboksylaasin vaikutuksesta oksaloasetaattiin, joka on sitruunahappokierron Välituote. Jotta oksaloasetaatti saataisiin ulos mitokondrioista, malaattidehydrogenaasi pelkistää sen malaatiksi, ja se kulkee sitten mitokondrioiden sisemmän kalvon läpi. Sytosolissa malaatti hapetetaan takaisin oksaloasetaatiksi sytosolimalaattidehydrogenaasin avulla. Lopuksi fosfoenolipyruvaattikarboksikinaasi (PEPCK) muuttaa oksaloasetaatin fosfoenolipyruvaatiksi.
