Citronsyrecyklus: Enzymer, funktion og metabolism

Citrat-syntase og Akonitase

Den første reaktion i citronsyrecyklussen består af acetyl-CoA, der kondenserer med oksaloacetat via citrat-syntase for at producere citrat. Dette specifikke trin er eksergonisk og er en af de få enzymer, der er i stand til at syntetisere en carbon-carbon-binding uden et metalion-kofaktor.

Den anden reaktion i citronsyrecyklussen er en reversibel isomeriseringsreaktion. Citrat katalyseres til isocitrat via en intermediær molekyk kaldet akonitat og enzymet akonitase.

Isocitrat-dehydrogenase og Alpha-ketoglutarat-dehydrogenase

Den tredje reaktion involverer isocitrat, der undergår oxidativ decarboxylering via isocitrat-dehydrogenase, der danner alpha-ketoglutarat. Denne reaktion reducerer også NAD+ til NADH og frigiver et CO2.

Det fjerde trin i citronsyrecyklussen er en anden oxidativ decarboxyleringsreaktion, der frigiver et yderligere CO2-molekyle og reducerer et andet NAD+ til NADH. I denne reaktion danner alpha-ketoglutarat Succinyl-CoA via alpha-ketoglutarat-dehydrogenase.

Succinyl-CoA-syntase og Succinat-dehydrogenase

Det femte trin i citronsyrecyklussen udnytter succinyl-CoA-syntase til at kløfte succinyl-CoA til succinat. Under denne reaktion erstatter en phosphatgruppe CoA på succinyl-CoA for at producere et succinyl-fosfat. Succinyl-fosfat donerer så phosphatgruppen til et His-rest, hvilket producerer produktet succinat. Fosfatgruppen overføres fra His-restet til en GDP-molekyle for også at frigive en GTP-molekyle.

De sidste tre reaktioner vil konvertere succinat til udgangsstoffet oksaloacetat.

Den sjette reaktion er en reversibel dehydrogenaseringsreaktion, der konverterer succinat til fumarat via succinat-dehydrogenase. Denne reaktion konverterer også et FAD til FADH2.

Fumarase og Malat-dehydrogenase

Den syvende reaktion udnytter fumarase til at katalysere en reversibel hydrering af fumarat til malat. Denne reaktion udnytter også et vandmolekyle.

Det endelige trin i citronsyrecyklussen regenererer et oksaloacetat via malat-dehydrogenase fra malat. Denne endelige reaktion returnerer cyklussen til dens oprindelige tilstand og frigiver et yderligere NADH fra NAD+.

Indsigt

Forståelse af de unikke egenskaber ved citronsyrecyklussen vil hjælpe med at afklare cyklens formål og proces. Citronsyrecyklussen har tre irreversible trin, der tjener som reguleringspunkter. De tre irreversible reaktioner er reaktion en, tre og fire. Disse tre trin hjælper med at regulere cyklens frekvens.

Citronsyrecyklussen har også intermediærer, der er forgængere til andre metaboliske molekyler og funktioner, hvilket er årsagen til, at citronsyrecyklussen ikke kan kategoriseres udelukkende som katabol eller anabol. Citrat bruges til fedtsyre- og kolesterolsyntese; alpha-ketoglutarat bruges til aminosyre- og nukleotidsyntese; succinyl-CoA bruges til hæmsyntese; malat bruges til pyruvatsyntese; oksaloacetat bruges til glucosesyntese.

En anden vigtig komponent er, hvordan de seks NADH og to QH2-molekyler reoksideres. De seks NADH-molekyler fører til 18 ATP-molekyler, og de to QH2-molekyler fører til fire ATP-molekyler. Dette regnskabssystem er baseret på et glukose-molekyle, som forårsager to citronsyrecyklusser.