Zbroj svih biokemijskih reakcija u organizmu, koje uključuju promjenu energije .

1. METABOLIZAM • Zbroj svih biokemijskih reakcija u organizmu, koje uključuju promjenu energije. • Metabolizam govori kako se energija dobiva, pretvara, koristi ili pohranjuje u stanici. • Svaki metabolički put je kaskada reakcija koje vode ka sintezi ili razgradnji nekog spoja.

2. Katabolizam Metabolički putovi koji vode razgradnji velikih složenih molekula u manje. Ove rakcije najčešće su praćene oslobađanjem energije.

3. Anabolizam Ovim metaboličkim putovima se iz jednostavnijih sintetiziraju velike i složene molekule. Nazivaju se i biosintetskim reakcijama i često zahtijevaju unos energije. Katabolizam i anabolizam su uvijekpovezani, preko energije (ATP) a i zajedničkih metabolita.

4. Oksidacija : otpuštanje elektrona Redukcija : primitak elektrona Molekulakoja otpušta e-je e--donor (reducens). Molekulakoja prima e-je e--akceptor (oksidans). Te reakcije se odvijaju uvijek u paru, donor/akceptor. U većini slučajeva oksidacija i redukcija mogu se pratiti kretanjem vodikovih atoma: Molekula koja prima vodik se reducira. Molekula koja otpušta vodik se oksidira.

5. e-se može prenijeti na nekoliko načina: • Direktniprijenos: npr. metal-ioni, • Fe+2+ Cu+2 Fe+3+ Cu+ • Prijenos s vodikovim atomom, • AH2 +B A + BH2

6. Opća slika metabolizma

7. Središnja uloga Acetil-CoA u staničnom metabolizmu

8. Struktura Acetil CoA

9. Piruvat  Acetil CoA(oksidativna dekarboksilacija piruvata) • Kompleks piruvat dehidrogenaze (PDH) • Katalitičkikofaktori TPP, liponamid i FAD

10. Piruvat dehidrogenaza (PDH) • Četiri stupnja reakcije Dekarboksilacija Oksidacija Stvaranje acetil-CoA Regeneracijaliponamida • Tri podjedinice enzima E1-Dekarboksilaza- dehidrogenaza E2- Transacetilaza E3- Dihidroliponamid- dehidrogenaza

11. Oksidativna dekarboksilacija piruvata Kompleks piruvat dehidrogenaze (PDH)

12. Koenzimiiprostetskeskupine piruvat-dehidrogenazeKofaktor LokacijaFunkcija Tiamin-difosfat (TPP) vezan na E1 dekarboksilira piruvat dajući hidroksietil-TPP karbanion Liponskakiselina vezana na lys na E2 (liponamid) prihvaća hidroksietil karbanion sa TPP-a kao acetilnu skupinu Koenzim A (CoA) supstrat za E2 prihvaća acetilnu skupinu sa liponamida Flavin-adenin dinukleotid (FAD) vezan na E3 oksidira liponamid Nikotinamid-adenin dinukleotid (NAD+) supstrat for E3 oksidira FADH2

13. Regulacija PDH } Acetil.CoA inhibira E2 NADH inhibira E3 inhibicija produktom PDH-kinazase aktivira kad stanica ima: mnogo energije (ATP), acetil-CoA, NADH Time se E1-PDH fosforilira i inaktivira U suvišku piruvata PDH-kinaza se isključuje čime se E1-PDH defosforilira (PDH-fosfataza) i ponovo aktivira

14. Regulacija piruvat-dehidrogenaze (PDH) AcCoA NADH PDH-E1 Piruvat Regulacijakovalentnom modifikacijom (interkonverzija)

15. Citratniciklus • Acetil-CoA ulazi u ciklus; nastaju 2 CO2, 3 NADH, 1 GTPi 1 FADH2. • Svi međuprodukti se regeneriraju, troši se jedino acetil CoA

16. Citratni ciklus

17. Detalji citratnogciklusa • kompleks 2-oksoglutarat dehidrogenaze sličan je kompleksu piruvat dehidrogenaze • energija hidrolize sukcinil-CoA dovoljna je za nastanak GTP-a, (iz kojeg nastaje ATP) • akonitazai sukcinat-dehidrogenaza su željezo-sumpor proteini • Neto reakcija citratnog ciklusa: H3C-C~SCoA + 3H2O  2CO2 + 8 [H] + HSCoA II O

18. Citratni ciklus u biosintezi • Sukcinil-CoA se koristi za sintezu porfirinskog prstena hema • 2-oksoglutarat i oksalacetat se koriste u sintezi aminokiselina • Oksalacetat se nadomješta karboksilacijom piruvata

19. “Nusprodukti” glikolize i citratnog ciklusa

20. Citratni ciklus Ciklus trikarbonskih kiselina (TCA) Krebsov ciklus Zbirna jednadžba: Acetyl-CoA + 2H2O + 3NAD++FAD+GDP+Pi  3NADH + 3H+ + FADH2 + GTP + CoA +2 CO2 reakcija 1 I. faza kondenzacije II. faza oksidativne dekarboksilacije reakcije 2, 3, 4 III. faza regeneracije reakcije 5, 6, 7, 8

21. 8 reakcija citratnog ciklusa: Acetil-CoA se oksidira do CO2 Sve se reakcije odvijaju u mitohondriju Ciklički karakter procesa: Počinje sa oksalacetatom završava sa oksalacetatom Oksalacetat se regenerira u svakom ciklusu Energija oslobođena u citratnom ciklusu pohranjuje se u obliku reduciranih koenzima NADH, FADH2.

23. COO- CH2 COO- O HO-C-COO- = C=O CH3-C-S-CoA CH2 CH2 COO- COO- Reakcija 1 AcCoA citrat sintaza OAA CoA-SH Citrat

24. AcCoA + OAA + H2O  Citrate + CoA + H+DGo’ = -31.5 kJ/mol Ireverzibilna Kontrolna točka Akumulacija citrata inhibira citrat-sintazu

26. Reakcija 2 akonitat-hidrataza DGo’ = 6.3 kJ/mol reverzibilna izomerizacija

28. Reakcija 3 izocitrat dehidrogenaza DGo’ = -21 kJ/mol nastanak prvog CO2i NADH u ciklusu kontrolna točka

30. Reakcija 4 2-oksoglutarat dehidrogenaza DGo’ = -33kJ/mol kontrolna točka

31. 2-oksoglutarat dehidrogenaza Kao i PDH – ima 3 enzima E1: 2-oksoglutarat dekarboksilaza-dehidrogenaza E2: transsukcinilaza isti enzim kao i kod PDH E3: dihidroliponamid dehidrogenaza isti kofaktori kao i kod PDH: TPP, liponamide, FAD, NAD, CoA E2; inhibira ga sukcinil CoA E3; inhibira ga NADH

33. Reakcija 5 CoA-SH GDP+ Pi GTP Sukcinil-CoA sintetaza DGo’ = -2.1kJ/mol Energija hidrolize tioesterske veze koristi se za sintezu GTP. GTP + ADP  ATP + GDP Nukleozid difosfat kinaza

35. Reakcija 6 Sukcinat dehidrogenaza DGo’ = 6 kJ/mol Kovalentno vezan FAD, prostetska skupina SDH je vezana na unutrašnju membranu mitohondrija, ostali su enzimi CLK slobodni u matriksu mitohondrija.

36. Sukcinat Fumarat FADH2 FAD CoQ QH2 FADH2se reoksidira predajom e-koenzimu Q, QH2se reoksidira u respiratornom lancu.

38. Reakcija 7 fumarat-hidrataza DGo’ = -3.4kJ/mol

40. Reakcija 8 DGo’ = 29.7 Malat dehidrogenaza jako endergona reakcijaali se oksalacetat brzo uklanja u jako egzergonoj sintezi citrataDGo’ = -31.5kJ/mo.l

41. Standardne promjene slobodne energije (DGo’) te promjene kod fizioloških uvjeta (DG) u reakcijama CLK. Reaction Enzyme DG DGo’ -53.9 -31.5 5 -21 -33 -2.1 +6 -3.4 +29.7 Negativna ~ 0 Negativna Negativna ~ 0 ~ 0 ~ 0 ~ 0 Citrat sintaza Akonitat-hidrataza Izocitrat dehidrogenaza 2- oksoglutarat dehidrogenaza Sukcinil-CoA sintetaza Sukcinat dehidrogenaza Fumarat hidrataza Malat dehidrogenaza 1 2 3 4 5 6 7 8 -17.5 -43.9

42. Regulacija citratnog ciklusa • Piruvat dehidrogenaza se inhibirafosforilacijom • ATP povećava Km citrat-sintaze za acetil-CoA • ATP i ADP reguliraju izocitrat-dehidrogenazu • 2-oksoglutarat dehidrogenazu inhibiraju sukcinil-CoA, NADH i ATP

43. Oksidativnafosforilacija • Električni potencijal elektronaprenesenih iz citratnog ciklusa koristi se u respiratornom lancu za stvaranje gradijenta protona na unutrašnjoj membrani mitohondrija, a on se koristi za fosforilaciju ADP-a u ATP.

44. Mitohondrij • Mitohondrij sadrži enzime zadužene za citratni ciklus, oksidativnu fosforilaciju i oksidaciju masnih kiselina. • Matriksje unutarnjom membranom odijeljen od međumembranskog prostora. Vanjska membrana je porozna.

45. Strukturamitohondrija

46. Oksidativnafosforilacija • Energija za sintezu ATP-a dobiva se prijenosom elektrona na spojeve s većim afinitetom za elektrone (redukcijski potencijal).

47. Respiratorni lanac

48. NADH-Q reduktaza (kompleks I) • Kompleks I sadrži 34 polipeptida, FMN i Fe-S proteine. • Elektroni se prenose na ubikinon a oslobođena energija koristi se izbacivanje protona kroz unutarnju membranu u međumembranski prostor.

49. Koenzim Q (ubikinon) • Ubikinonprima elektronesa Fe-S proteina. • Na kraju reakcije četiri protona izbacuju se na citosolnu stranu unutrašnje membrane.

50. Struktura NADH-Q reduktaze • Nije poznato na koji način konformacijske promjene kompleksa I rezultiraju izbacivanjem (pumpanjem) protona.