SİTRİK ASİT SİKLUSU DOÇ. DR. ÖZLEM DOĞAN TIBBİ BİYOKİMYA AD.

SİTRİK ASİT SİKLUSU

DOÇ. DR. ÖZLEM DOĞAN TIBBİ BİYOKİMYA AD.

Sitrik asit Siklusu; Krebs döngüsü;

Trikarboksilik asit döngüsü

❑

Multienzim sistemi tarafından yürütülen reaksiyonlar zinciridir.

❑

Hem anabolik hemde katabolik olaylarda yer alan amfibolik bir yoldur. Pek çok biyosentez

reaksiyonu için öncü madde sağlanır.

❑

Siklus tamamen mitokondride meydana gelir, bu

nedenle oksidatif fosforilasyon reaksiyonlarıyla

yakın ilişkidedir.

Sitrik asit Siklusu; Krebs döngüsü;

Trikarboksilik asit döngüsü

 Bu siklusun temel fonksiyonu;

 karbonhidrat, amino asitler ve yağ asitlerinin oksidatif metabolizmasının son aşamasıdır. Elde edilen AsetilkoA’nın, CO₂ ve H₂O’ya oksidasyonunun ortak yolu olmasıdır.

 Asetil koA’nın asetil grubunu CO₂’e okside edilirken, GTP ile NADH ve FADH₂ şeklinde indirgeyici

eşitlikler (ETZ) elde edilir.

 Siklusa asetil koA ile birlikte giren OAA rejenere olur.

Piruvatın Oksidatif Dekarboksilasyonu

 Aerobik glikolizden SAS’a geçişi sağlayan reaksiyondur.

 Piruvat, dış mitokondri zarındaki porlardan diffüze olur, iç zardan kendisine özgü piruvat taşıyıcısıyla matrikse geçer.

 Reaksiyon mitokondri matriksinde gerçekleşir.



TCA ve ETZ insanlarda total O2 tüketimi ve ATP

üretiminin 2/3 ünü karşılar

 Asetil koA, piruvat dehidrogenaz enzim kompleksi

Piruvat dehidrogenaz (dekarboksilaz, E

),

dihidrolipoil transasetilaz (E

), dihidrolipoil dehidrogenaz (E

)

Tiyamin pirofosfat (TPP) (E

), koA lipoik asit (E

), FAD ve NAD (E

) NADH+H kazanılır.

Piruvat + NAD

+ koA →

Asetil koA + NADH + H

+ CO

*Geri dönüşümsüz, kontrol basamağı

 Piruvat dehidrogenaz kompleksi; Piruvat dehidrojenaz kendi ürünleri olan Asetil KoA ve NADH tarafından inhibe edilir.

 Komplekse bağlı cAMP-bağımlı protein kinaz ve fosfoprotein fosfataz Protein kinaz E₁’i fosforile ve , fp.fosfataz E₁’i defosforile ve 

ATP

asetil koA protein kinazı allosterik olarak  → NADH piruvat dehidrogenaz 

Piruvat protein kinazı  →

koA piruvat dehidrogenaz 

NAD Ca

(özellikle kas) ve insülin (adipoz doku) fp.

fosfatazı  → piruvat dehidrogenaz

 Piruvat dehidrogenaz enziminin yeteri kadar çalışamadığı durumlarda piruvat yeteri kadar oksitlenemez.

 Bu durum özellikle enerjisinin çoğunu glukozun oksidasyonundan elde eden beyinde önem kazanır.

 Piruvat dehidrogenaz eksikliği: Konjenital laktik asidozun en sık nedenidir. X’e bağlı dominant.

Beyin → nörolojik bulgular Şiddetli: neonatal ölüm

Orta: psikomotor gerilik, bebeklikte ölüm 3. tip: K.h. zengin beslenmeden sonra ataksi

 Tedavi: ketojenik diyet

 Dikloroasetat, piruvat analoğu, piruvat dehidrogenazı 

 Arsenit (As⁺³) ve civa iyonu, lipoik asitle kompleks yaparak enzimi 

Reaksiyonları SAS

Süksinat

dehidrogenaz dışında tüm enzimler mitokondri matriksinde bulunur.

SİTRİK ASİT SİKLUSU

 CO2’in çıktığı noktalar:

 İzositrat dehidrogenaz

 Alfa ketoglutarat dehidrogenaz

 Çok yüksek enerjili bileşik:

 Süksinil KoA

 Suyun girdiği noktalar:

 Sitrat sentaz

 Fumaraz

1- Sitrat sentezi: OAA (4 C) ve asetil koA (2 C), sitrat (6 C), sitrat sentaz

En önemli kontrol basamağı:

ATP, NADH, süksinil koA, yağ açil koA ile allosterik olarak 

Ca

, ADP ile 

Sitrat, fosfofruktokinaz-1’i , asetil koA karboksilazı 

Asetil koA’nın mitokondriden sitozole

taşınmasını sağlar.

2. Sitratın izositrata izomerizasyonu: İzositrat, akonitaz (FeS)

Dehidrasyon ve rehidrasyon Ara ürün cis-akonitat

Floroasetat, fare zehiri  (floroasetil koA

OAA ile birleşir → florositrat → akonitaz )

3. İzositratın oksidasyonu ve dekarboksilasyonu:

α-ketoglutarat, CO

, NADH kazanılır, izositrat dehidrogenaz

Ara ürün okzalosüksinat

Kontrol basamağı: ADP ve Ca

allosterik olarak

 , ATP ve NADH 

4. α-ketoglutaratın oksidatif dekarboksilasyonu:

Süksinil koA, CO

, NADH kazanılır,

α-ketoglutarat dehidrogenaz kompleksi

Piruvat dehidrogenaza benzer; α-ketoglutarat

dehidrogenaz, dihidrolipoil transsüksinilaz, dihidrolipoil dehidrogenaz

Koenzimler: tiyamin pirofosfat, lipoik asit, FAD, NAD ve koA

Süksinil koA yüksek enerjili bileşik

Süksinil koA tek karbonlu yağ asitleri ve bazı amino asitlerden de elde edilir.

Son kontrol basamağı: ATP, GTP, NADH ve süksinil koA , Ca



Arsenit



5. Süksinil koA’nın süksinata dönüşümü: Süksinat, GTP kazanılır, süksinat tiyokinaz (süksinil koA sentetaz) Substrat düzeyinde fosforilasyon

GTP glukoneogenezde kullanılır veya ATP’ye çevrilir.

6.

Süksinatın oksidasyonu: Fumarat, FADH

kazanılır, süksinat dehidrogenaz (FeS)

İç mitokondri zarı

ETZ 2. kompleks, koenzim Q’yu indirger.

Malonat kompetetif inhibitör 

7. Fumaratın hidrasyonu: Malat, fumaraz

8. Malatın oksidasyonu: Okzaloasetat, NADH

kazanılır, malat dehidrogenaz

Glikoliz + SAS enerji verimi:

(7,5) (1,5)

Asetil koA başına 1 GTP, 1 FADH

ve 3 NADH kazanılır.

NADH’ın elektron transport zincirinde oksidasyonu ile 2,5 ATP, FADH2’nin oksidasyonu ile 1,5 ATP oluşur.

TCA siklüsünde 1 mol asetil KoA’nın CO2 ve H

O’ya kadar yıkılmasının hesabı

yapıldığında toplam = 7,5 +1,5 +1 = 10 ATP

kazancın meydana geldiği izlenir).

 TCA döngüsünün ara maddeleri

karaciğerde, açlık durumunda glukoz

üretimi için, beslenme durumunda ise yağ asiti sentezi için kullanılır.

 TCA döngüsünün ara maddeleri ayrıca

amino asitlerin sentezinde veya bir amino

asiti diğerine çevirmede kullanılır.

Kaynaklar

 Kaynak Kitaplar:

 1- Harper’s Biochemistry 31. baskı, 2018, Mc Graw Hill Education

 2- Lippincott’s Biochemistry, 6. baskı, Wolters Kluwer/Lippincott Williams and Wilkins

ELEKTRON TRANSPORT SİSTEMİ (ETZ) VE OKSİDATİF FOSFORİLASYON (OP)

ETZ ve OP

 ETZ ve OP elemanları mitokondri iç membranına yerleşik olarak bulunurlar.

 Diyetle aldığımız besinler CO2 ve H2O’ya kadar parçalandıkça elektronlar başlıca nikotinamid adenin dinükleotid (NAD+) ve flavin adenin dinükleotide (FAD) transfer olurlar.

 Nikotinamid halkası, niasin veya triptofandan sentezlenir. NAD+

340 nm. dalga boyunda UV ışığı absorbe eder.

 FAD, iki hidrojen atomu (elektronlarıyla birlikte) kabul eder böylece indirgenmiş olur FADH2 oluşur.

 FAD, riboflavin vitamininden türer.

Elektron Transport Zincirinin Bileşenleri

İndirgenmiş kofaktörler (NADH ve FADH₂) elektronları, elektron transport zincirine (ETZ) aktarır.

 ETZ; kompleks I, II, III ve IV sabit elemanlarından ve herhangi bir komplekse dahil olmayan, koenzim Q ve sitokrom c mobil

elemanlarından oluşur.

 ETZ’de koenzim Q hariç zincirin bütün üyeleri protein yapıdadır.

25

Elektron transport zinciri ve oksidatif fosforilasyon

İntermembranal alan

NADH dehidrogenaz

Süksinat dehidrogenaz

Sitokrom bc1 kompleksi Sitokrom oksidaz

Komplex I

Komplex II

Komplex III

Komplex IV

ETZ ve OP



ETZ’de direkt ATP üretimi olmaz.



Elektronlar birbiri ardına iletilirken açığa çıkan enerji aracılığı ile redükte bileşiklerin (NADH+H+ ve FADH2)

protonları, kompleks I, III ve IV

üzerinden mitokondri ara membranına

pompalanır.

ETZ ve OP



Bu sayede mitokondri ara membranı potansiyel olarak yüklenir ve belli bir eşiğe ulaştığında protonlar bu sefer kompleks V olarak adlandırdığımız ve ETZ elemanı olmayan, bir kanal

proteini ve enzimden oluşan bölgeden mitokondri içine akmaya başlar.



Bu işlem sırasında açığa çıkan enerji sayesinde de ADP molekülüne bir fosfat aktarılarak, ATP sentezi sadece



ATP sentezinin yapıldığı kompleks V bölgesinin diğer adları da

oksidatif fosforilasyon bölgesi ya da FO-F1 ATP sentaz’dır.

İç mitokondrial membran Dış mitokondrial membran

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

ADP + P

ATP

Elektron Transport

Zinciri Elektron Transport

Zinciri

ATP Sentaz Kompleksi

ATP Sentaz Kompleksi

Elektron Transport Zinciri ve

Oksidatif Fosforilasyon:

NADH dehidrogenaz kompleksi (kompleks I):

Bu kompleks elektronları NADH'dan alır ve onları Fe-S merkezleri içinde koenzim Q'ya aktarır.

FMN, riboflavine bir fosfat gurubunun bağlanmasıyla oluşur.

Kompleks II (Süksinat

dehidrogenaz kompleksi):

 Bu kompleks içinde bulunan FAD, elektronları süksinattan alarak Fe-S merkezleri içinde koenzim Q’ya (KoQ) aktarır.

Koenzim Q:

❑ Elektronları hem kompleks I hem de kompleks II’den alarak kompleks III’e aktarır.

❑ Koenzim Q vücutta sentezlenebilen izopren yapısındadır.

33

Elektron transport zinciri ve oksidatif fosforilasyon

İntermembranal alan

Kompleks III (sitokrom b ve c1 kompleksi):

 Sitokromlar, elektronları koenzim Q’dan alırlar.

 Sitokromlar, hem grubu içeren ve görünen ışığı absorbe eden proteinlerdir.

Sitokrom c

 Sitokrom c

 ETZ’nin hareketli üyesidir. Kompleks III’ den aldığı elektronları, kompleks IV’e aktarır.

 Kompleks IV (sitokrom oksidaz, Sit aa3)

 Sitokrom c’den aldığı elektronları moleküler oksijen (O2)’e aktarır ve H²O’- oluşur.

ATP sentaz (Kompleks V) kompleksi

❑ Elektron transferi esnasında oluşan

elektrokimyasal gradient enerjisini

ATP sentezi için kullanır.

Elektron transport zinciri ve oksidatif fosforilasyon

İntermembranal alan

KOMPLEKS-V (ATP sentaz):

 İç mitokondri zarında yerleşmiş olan bu büyük enzim kopleksi intermembraner aralıktan matrikse elektron geçişine izin verir ve bu ADP + Pi’den ATP oluşumunu katalizler. (4H den 1 ATP)

 Fo integral protein

F1 periferal bir protein’dir.

 Fo oligomisinle inhibe edilir.

İç mitokondrial membran Dış mitokondrial membran

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

ADP + P

ATP

Elektron Transport

Zinciri Elektron Transport

Zinciri

ATP Sentaz Kompleksi

ATP Sentaz Kompleksi

Elektron Transport Zinciri ve

Oksidatif Fosforilasyon:

ETZ ve OP’de Enerji Eldesi

 Redükte NADH+H+ molekülü, ETZ’ye kompleks I’den girmekte ve tüm ETZ boyunca 10 proton

pompalamaktadır.

 Redükte FADH2 ise kompleks II’den girerek daha az toplam 6 proton pompalamaktadır.

 Yapılan hesaplamalarda 4 proton 1 ATP’ye denk kabul edildiğinden, 1 mol NADH+H+’ın kazandırdığı toplam ATP miktarı 2,5 mol iken 1 mol FADH2’nin kazandırdığı ATP mikatrı 1,5 mol olmaktadır.

ATP-ADP transportu

Mitokondri içinde üretilen ATP iç mitokondri membranında bir adenin nükleotid taşıma sistemi ile iç ve dış mitokondri

membranı arasına aktarılırken matriks içine ADP taşınır.

ATP daha sonra kreatin fosfat şantı ile sitozole geçer.

 Mitokondri iç zarında ADP ve Pi’yi matrikse, ATP’yi intermembraner aralığa taşıyan iki sistem bulunur.

 1-Adenin nükleotid translokaz: İç zara entegre olmuş bir proteindir.

 Atraktilozit ve bangkroik asid ile inhibe olur.

 Mitokondri matriksine ADP girişi-ATP çıkışı inhibe olduğu için ATP sentezi durur.

 2-Fosfat translokaz: Oksidatif fosforillenme için gerekli olan fosfat gruplarını taşır.

 H₂PO₄ ile bir H⁺’i intermembraner aralıktan matrikse taşır.

(simport)

 N-ethylmaleimide ile inhibe edilir.

44

-Atraktilozit ve bangkroik asid

- N-ethylmaleimide

ELEKTRON TRANSPORTU VE OKSİDATİF FOSFORİLASYONUN İNHİBİTÖRLERİ:

Elektron transportu ve oksidatif fosforilasyonun inhibitörleri

❑

ETZ’nin herhangi bir noktasında bir blok olursa,

bloktan önceki tüm taşıyıcılar indirgenmiş hallerinde birikir.

❑

Bloktan sonrakiler ise okside hallerinde

bulunacaklardır. Sonuç olarak O2 tüketilmeyecek,

ATP oluşmayacak ve TCA döngüsü yavaşlayacaktır.

 Komplex 1-2-3-4 oksidatif faz.

 Komlex-5 fosforilatif fazdır. (ATP sent)

Oksidasyon ve fosforilasyon kardeştir, eşleşmiştir, biri çalışmadan diğeri çalışmaz.

Örnek: komplex 1-2-3-4 inh ne olur? Tam blokaj olur.

Fo inh olursa ne olur? Tam blokaj olur.

Elektron transportu ve oksidatif fosforilasyonun inhibitörleri

ETKİ YERİ İNHİBİTÖR

Kompleks I Amobarbital (barbitürat), pierisidin A (antibiyotik) ve rotenon (bir balık zehiri)

Kompleks II Karboksin ve TTFA (tenoiltrifluoroaseton)

Kompleks III Dimerkaprol ile antimisin, miksotiazol ve stigmatellin gibi antibiyotiklerelektronların

sitokrom b-c, kompleksi içinden geçişini engeller.

Kompleks IV Siyanür, sodyum azid ve karbon monoksid (CO),

Kompleks V Oligomisin

Patalojik olarak eşleşmeyi

ayıran ajanlar 2,4-Dinitrofenol, pentaklorofenol, Valinomisin, Nigerisin

Fizyolojik olarak eşleşmeyi

ayıran ajan Termogenin

adenin-nükleotid

taşıyıcısını inhibe eden Atraktilozid