Sitrik A sit Siklusu (SAS) Trikarboksilik Asit Döngüsü (TCA) Krebs Döngüsü Prof.Dr.Sabahattin MUHTAROĞLU

1. Sitrik Asit Siklusu (SAS) Trikarboksilik Asit Döngüsü (TCA) Krebs Döngüsü Prof.Dr.Sabahattin MUHTAROĞLU

5. Sitrik Asit Siklusu • Bu metabolik yol, 3 karboksil grubu taşıyan asitler aracılığıyla işlediği için Tri Carboksilic Acid siklüsü, kısaca TCA siklüsü veya bu metabolik yolun reaksiyonlarını keşfeden Hans Krebs’ in ismine atfedilerek Krebs Siklüsü isimlerini alır. • Karbonhidrat, lipid ve proteinlerin yıkımı ile oluşan asetatın (aktif asetat-asetil CoA) karbon dioksite oksidasyonunun gerçekleştiği enzimatik-döngüsel yola sitrik asit siklusu denir. • Mitokondriyal matrikste işleyen bir yoldur. Döngü oksaloasetat ile sonlanırken asetil CoA nın iki C’u, CO2 şeklinde ayrılır.

8. Metabolik Önemi  Karbonhidrat, lipit ve proteinler için ortak yıkım yoludur. • Enerji değeri oldukça yüksektir. • Amfibolik bir yoldur • Glukoneogenezde önemli bir role sahiptir. • Transaminasyon, deaminasyon ve lipogenezde rol alır. • Enzimlerinden bazılarının klinik değeri vardır.

10. Toplu reaksiyon Asetil CoA + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi +2H2O CO2 + CoASH + 3NADH + 3H++ FADH2 + GTP

12. Özet gösterim

14. Ca ATP, A KoA, NADH, yağ asitleri Pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksi AMP, KoA, NAD, Ca ACoA NADH, süksinil-KoA, sitrat, ATP ADP Sitrat sentaz OAA Sitrat (-)fluroasetat akonitaz Malat dehidrogenaz izositrat Malat İzositrat dehidrogenaz Fumaraz ATP, NADH NADH+H ADP, Ca+2 Fumarat -ketoglutarat Süksinat dehidrogenaz FADH2 -ketoglutarat dehidrogenaz Süksinat NADH+H ATP Süksinil KoA Dikloroasetat Süksinat tiokinaz Süksinil KoA

15. SİTRİK ASİT SİKLUSU İLE ELEKTRON TRANSPORT ZİNCİRİ ARASINDAKİ İLİŞKİ • Karbonhidrat, lipit ve proteinlerin yıkımı ile oluşan asetil CoA sitrik asit siklusunda iki mol CO2 ,8 H+ ve 8 e- a parçalanmaktadır. • Siklus boyunca oluşan H+ ve e- lar elektron transport zinciri boyunca taşınarak havanın oksijenine aktarılır. • Bu aktarım sırasında 3 kademede NADH, bir kademede ise FADH2 kullanılmaktadır. Elektron transport zinciri ile sitrik asit siklusu arasındaki ilişki aşağıda gösterilmiştir.

17. Siklus Özeti • Siklusda ara ürünlerin net bir üretimi ve tüketimi yoktur. 1 döngüde 4 çift e’ transferi olur: • üç çift e’NAD’I NADH+H’a indirger • 1 çift e’FAD’yi FADH2’ye indirger. • Düzenleyici enzimler: • Sitrat sentaz • İzositrat dehidrogenaz • -ketoglutarat dehidrogenaz

18. CO2 çıkışı olan basamaklar: • İzositrat dehidrogenaz • -ketoglutarat dehidrogenaz • TCA siklusunda NADH+H üretilen basamaklar: • İzositrat dehidrogenaz • -ketoglutarat dehidrogenaz • malat dehidrogenaz

19. TCA siklusunda substrat düzeyinde fosforilasyon basamağı: • Süksinat tiokinaz (süksinil koenzim A sentetaz) TCA siklusunda FADH2 üretilen basamak: • Süksinat dehidrogenaz TCA siklusunda mitokondri iç membranına bağlı enzim: • Süksinat dehidrogenaz Sadece mitokondride yerleşen TCA enzimleri: • -KG dehidrogenaz • Süksinat dehidrogenazdır.

20. TCA’da yer alan vitaminler • Riboflavin: FAD yapısında olup, -ketoglutarat enzim kompleksi ve süksinat dehidrogenaz yapısında bulunur. • Niasin: NAD’nin yapısında yer alır, izositrat dehidrogeaz, -ketoglutarat dehidrogenaz ve malat dehidrogenazın yapısında bulunur. • Tiamin:-ketoglutarat dehidrogenazın kofaktörüdür. • Pantotenik asit: CoA yapısında bulunur.

21. Aşağıdakilerden hangisi pirüvat dehidrogenaz enzim kompleksinin inhibitörüdür? • ADP • NAD • Asetil KoA • Pirüvat • Koenzim Q

22. Mitokondride elektron transport zincirinin en önemli elektron kaynağı hangisidir? • Pentoz fosfat yolu • Heksoz monofosfat şantı • Üronik asit yolu • Üre siklusu • Krebs siklusu

23. Sitrik asit siklusunda rol oynamayan vitamin hangisidir? • Riboflavin • Pantotenik asit • Tiamin • Piridoksin • Niasin

25. Döngünün başlaması için • Altı karbonlu sitratı oluşturmak için, asetil-KoA, asetil gruplarını dört karbonlu oksaloasetata verir. • Oluşan sitrat, altı karbonlu bir molekül olan izositrata dönüşür, • İzositrat beş karbonlu bir bileşik olan -ketoglutaratı (oksoglutaratda denir) oluşturmak için CO2’ni kaybederek dehidrojene olur. -ketoglutarat CO2 kaybeder ve sonunda dört karbon yapılı suksinat ve ikinci CO2i oluşturur.

26. TCA • Suksinat daha sonra üç basamakla döngünün başladığı oksaloasetata enzimatik olarak dönüşür. • Oksaloasetat yeni bir asetil-KoA molekülü ile etkileşecek hale gelir. • Döngünün her turunda, bir asetil grubu (iki karbonlu) asetil-KoA olarak girer, ve iki CO2 molekülü salıverilir. • Ayrıca bir oksaloasetat molekülü sitrat oluşumu için kullanılır.

27. oksaloasetat • Ancak bir seri reaksiyon sonucu oksaloasetat rejenere edilir. • Oksaloasetatın net ayrılışı gözlenmez, bir oksaloasetat molekülü teorik olarak sınırsız sayıdaki asetil gruplarının oksidasyonu ile elde edilir. • Gerçektende oksaloasetat hücrede çok düşük konsantrasyonda bulunur.

29. Prosesin sekiz basamağının dördü oksidasyondur, ki bunlarda oksidasyon enerjisi redükte koenzim formları olan NADH ve FADH2 de verimli bir şekilde depo edilir. Enerji üretim metabolizmasının merkezinde olmasına rağmen sitrik asitin rolu enerji depolanması ile sınırlı değildir. Döngünün dört veya beş karbon atomlu ara maddeleri, çok sayıdaki ürünler için prekürsör olarak işe yarar özet

30. Eugene Kenneedy ve Albert Lehninger, • 1948 de eukaryotlardaki sitrik asit döngüsünün tüm reaksiyonlarının mitokondride yer aldığını göstermişlerdir. • İzole mitokondiri sadece sitrik asit döngüsü için gerekli enzim ve koenzimleri değil, aynı zamanda solunum –elektron transferinin son basamağı olan oksidatif fosforilasyonla ATP sentezi için gerekli tüm enzim ve proteinleri içerir.

31. Sitrik asit döngüsünün sekiz basamağı vardır • Sitrik asit döngüsünün sekiz ardışık reaksiyonları ile asetil KoA’dan sitratın oluşması ve CO2’yi oluşturmak için oksaloasetat okside olur • ayrıca bu oksidasyon enerjisinin redükte koenzimler olan NADH ve FADH2 de depolanır

34. 1. Sitratın oluşumu • Döngünün ilk reaksiyonu sitratı oluşturmak için sitrat sentaz ile katalizlenen asetil-KoA’nın oksaloasetat ilekondensasyonudur. Bu reaksiyonda, asetil grubunun metil karbonu, oksaloasetatın karbonil grubuna (C2) bağlanır

35. Sitroil-KoA, enzimin aktif yerinde oluşan geçici ara maddedir. • Bu ara bileşik hızlı bir şekilde KoA ve sitrata hidroliz olur ve enzimin aktif yerinden ayrılırlar. • Bu yüksek enerjili ara maddenin hidrolizi ileriye doğru olan reaksiyonu yüksek derecede ekzergonik yapar

36. Sitrat sentaz reaksiyonunun yüksek standart serbest enerji değişimi, döngünün çalışması için esansiyeldir, çünkü daha öncede işaret edildiği gibi, normalde oksaloasetatın konsantrasyonu çok düşüktür. • Bu reaksiyonda salıverilen KoA, piruvat dehidrogenaz kompleksi ile diğer bir piruvat molekülünün oksidatif dekarboksilasyonunda yer almak için tekrar kullanılır.

37. Enzim, ilk substrat olan oksaloasetatta yapısal değişime yol açarak, ikinci substrat ( asetil KoA) için bağlanma yeri oluşturur. • Sitroil-KoA enzim yüzeyinde oluştuğu zaman, diğer bir yapısal değişiklik, Asp resüdününün yan zincirlerini, tioesterleri bölmek için uygun pozisyona getirir

38. Enzimin önce substratları daha sonrada ara maddeleri uygun pozisyona getirmesi, • asetil-KoA’nın tioester bağının zamansız ve verimsiz yıkımını azaltır.

39. 2. Cis-Akonitat üzerinden izositratın oluşumu.(izomerizasyon) • Akonitaz enzimi (daha formal olarak , akonitat hidrataz), normalde aktif merkezden dissosiye olmadan trikarboksilik cis-akonitat ara maddesi üzerinden sitratı, reverzibl olarak izositrata dönüştürür. • Akonitaz, iki yolla enzime bağlı cis-akonitatın çift bağına H2O’nun reverzibl eklenmesini teşvik eder, biri sitratla diğeri ise izositratla sonuçlanır

40. Denge karışımı her ne kadar pH 7.4 ve 250C de %10 dan daha az izositarat içeriyorsa, hücre içindeki reaksiyon sağa doğru ilerler. • Çünkü izositrat döngünün bir sonraki basamağında hızlı bir şekilde tüketilir bu da onun denge konsantarsyonunu düşürür.

41. Heme-olmayan bir fe-protein • Akonitaz, bir demir-sülfür merkez içerir, bu da hem aktif merkezde substratın bağlanmasında hem de H2O’nun katalitik eklenmesinde veya ayrılmasında rol alır.

42. 3. İzositratın -ketoglutarat ve CO2’e oksidasyonu.(oksidatif dekarboksilasyon) • Bir sonraki basamakta, izositrat dehidrogenaz,-ketoglutaratıoluşturmak için izositratın oksidatif dekarboksilasyonunu katalize eder.

43. İzositrat dehidrogenazın • iki farklı formu bulunur, birisi elektron alıcısı olarak NAD+ gerektirirken diğeri NADP+ gerektirir. Reaksiyonun tümü bunun dışında benzerdir. • enziminin NADP+ ye bağımlı şekli mitokondriyel ve stoplazmik (belki de ana fonksiyonu redüktif anabolik reaksiyonlar için esansiyel olan NADPH’ın oluşturulmasıdır) , NAD+ bağımlı olan ise sadece mitokondriyeldir.

44. 4. -ketoglutaratın suksinil-KoA ve CO2’ye oksidasyonu • Diğer bir oksidatif dekarboksilasyondla • -ketoglutarat, -ketoglutarat dehidrogenaz kompleksinin etkisi ile süksinil-KoA ve CO2’e parçalanır; NAD+ elektron alıcısı ve KoA da süksinil grubunun taşıyıcısı olarak rol oynar. • süksinil KoA nın tiyoester bağının oluşumu ile depo edilir.Bu reaksiyon gerçekten de pirüvat dehidrogenaz reaksiyonuna benzerdir ve • -ketoglutarat kompleksi hem yapı hem de fonksyon yönünden pirüvat dehidrojenaza oldukça benzerlik gösterir.

45. Pirüvat dehidrojenaz komleksi • Pirüvat dehidrojenaz komleksinin TPP, lipoat, FAD, NAD ve KoA yı bağladığı gibi E1, E2, E3 gibi homolog üç enzim içerir. • İki kompleksin E1 bileşenleri yapısal benzerlik gösterdiği halde, amino asit dizilişleri değişir ve farklı bağlanma özellikleri vardır: • -ketoglutarat dehidrogenaz, • dihidrolipoil süksinil transferaz • dihidrolipoil dehidrogenaz

46. Sitrik asit siklusunun en önemli kontrol kademesidir • Pirüvat dehidrogenaz kompleksini E1 i -ketoglutaratı bağlar. • Her iki kompleksin E2 bileşenleri ayrıca çok benzerdir, her ikisinde de kovalent olarak bağlanmış lipoil kısımları bulunur. Her iki kompleksin E3 subüniti de gerçekten de benzerdir

47. 5. Süksinil-KoA nın süksinata dönüşümü Süksinil KoA, asetil -KoA ya benzer olarak kuvvetli negatif standart serbest hidroliz enerjili tiyoester bağına sahiptir.(ΔG0-36 kj/mol ) Bir sonraki sitrik asit döngüsü basamağında bu bağın kırılması ile serbestleşen enerji yalnızca –2.9 kj/mol net ΔG0 ile gerek GTP gerekse ATP dekifosfoanhidrid bağının sentezini harekete geçirmede kullanılır

48. süksinil CoA • Bu kademenin substratı olan süksinil CoA çeşitli metabolitlerin sitrik asit siklusuna katıldığı ve ayrıldığı ara üründür. • Bu ara ürün üzerinden tek karbonlu yağ asitlerinin -oksidasyonu sonucu oluşan ve dallı zincirli amino asitlerden meydana gelen propiyonil CoA nın siklusa katılımı olurken • -amino levünilik asit üzerinden de porfirin sentezine gidilmektedir

49. substrat düzeyinde fosforilasyon • Bir sonraki sitrik asit döngüsü basamağında bu bağın kırılması ile serbestleşen enerji yalnızca –2.9 kj/mol net ΔG0 ile gerek GTP gerekse ATP dekifosfoanhidrid bağının sentezini harekete geçirmede kullanılır. • Süksinat bu proseste oluşur. • Bu reverzibl reaksiyonu katalize eden enzim suksinil- KoA sentaz veya suksinik tiokinaz olarak isimlendirilir; Her iki isimde bu reaksiyonda nukleosid trifosfatın yer aldığına işaret eder

50. Enerji depolayan bu reaksiyon, enzim molekülünün aktif merkezinde his residüsünda fosforile edildiği bir ara madde basamaği gerektirir. • Yüksek grup transferi potansiyeline sahip olan fosforil grup , ATP (veya GTP) oluşturmak için ADP veya GDP oluşturmak için ADP veya GDP ye transfer edilir