9. TCA tsükli 6. staadiumis leiab aset fumaraadi (-OOC-CH=CH-COO-) süntees suktsinaadist (-OOC-CH2-CH2-COO-). Selgitage: a) Kas see ensüüm vajab koensüümi? Jah, FAD-d. b) Mis toimub suktsinaadiga - oksüdeerimine 11. TCA tsüklit nimetatakse amfiboolseks tsükliks, kuna 12. Analüüsige TCA tsükli seoseid rakkude teiste ainevahetusradadega ja nimetage, millised TCA intermediaadid on prekursoriteks a) aminohapete - oksaalatsetaat, fumaraat b) puriinide - alfa-ketoglutaraat c) pürimidiinide - fumaraat, oksaalatsetaat 14. Kõrgemad taimed ja mõningad mikroorganismid on võimelised sünteesima atsetüül-KoA baasil uusi glükoosi molekule. Selgitage a) kuidas seda reaktsioonitsüklit nimetatakse Krebs-Kornbergi tsükkel b) millistes rakuorganellides paiknevad reaktsioonitsükli ensü
Glükoosijäägid aktiveeritakse varusahhariide sünteesiks suhkrunukleotiidide kujul. UDP-glükoos on glükoosijääkide doonor kasvavale glükogeeni polümeerile. ADP-glükoos on glükoosijääkide doonoriks tärklise sünteesil taimedes. Püruvaadi karboksülaas lokaliseerub ainult mitokondri maatriksis. Püruvaat siseneb reaktsiooniks mitokondrisse. Sünteesitud oksaalatsetaat ei suuda läbida membraani. Lahendus selleks on oksaalatsetaadi taandamine malaadiks ning viimase transport tsütoplasmasse ning oksüdeerumina tagasi oksaalatsetaadiks. Oksaalatsetaat malaadi puhul NADH NAD+. Malaat oksaalatsetaadi puhul NAD+ NADH Glükogeeni metabolismi kontroll toimub glükogeeni fosforülaasi ja glükogeeni süntaasi kaudu. - Glükogeeni fosforülaas aktiveeritakse allosteeriliselt (mitte aktiivsaidist) AMP poolt ja
10, sest imetajatel puudub vastav ensüüm sünteesimiseks. Kas võite nimetada need aminohapped? Arginiin, histidiin, isoleutsiin, leutsiin, lüsiin, metioniin, fenüülalaniin, treoniin, valiin, trüptofaan. 10. Milliseid aminohapete sünteesi lähteühendeid teate (nimetused ja struktuurid)? 1) alfa-ketohapped O -OO C R - alfa-ketoglutaraat - oksaalatsetaat - püruvaat 2) 3-fosfoglütseraat COO- CH-OH CH2-O-P 3) riboos-5-P 4)fosfoenüülpüruvaat + erütroos-4-P Milliste oluliste ainevahetusradade metaboliitidega on tegemist? TCA tsükli, glükolüüsi. 11. Aminohapete biosünteesil on võtmepositsioonis -ketohapete transamineerimise reaktsioonid. Kirjutage reaktsioon, mis näitab oksaalatsetaadi transamineerimist aspartaadiks Glu KG vahendusel. 12
2. -ketoglutaraadi perekond Glutamaat 3. Oksaalatsetaadi perekond asparataat, treoniin 4. Püruvaadi perekond alaniin 5. Riboos-5-fosfaadi perekond Histidiin 6. fosfoenoolpüruvaat + erütroos-4-fosfaat fenüülalaniin 6. Alaniini, aspartaadi ja glutamaadi üheetapiline biosüntees. Kõik aminohapped on sünteesitavad glükolüüsi, TCA tsükli või pentoosfosfaadi raja vaheühenditest. Süntees leiab aset tsütosoolis ja/või mitokondris. Substraatideks on oksaalatsetaat, püruvaat ja alfa-ketoglutaraat. Aspartaadi aminotransferaasi abil viiakse aminorühm glutamiinilt oksaalatsetaadile ja tekib aspartaat ja alfa-ketoglutaraat. Alaniini aminotransferaas viib aminorühma glutamiinilt püruvaadile ja tekib alatiin ja alfa-ketaglutaraat. Kõik käib läbi PLP. 7. Glutamaadi perekonna aminohapete biosüntees. -ketoglutaraat on tsitraaditsükli vaheühend, mille kaudu on glutamaadi süntees seotud tsitraaditsükliga. 1
Oksüdeerumine suktsinaadi dehüdrogenaasi toimel. d) Kas see TCA staadium on energeetiliselt produktiivne? Põhjendus? Ei, see TCA staadium pole energeetiliselt produktiivne, kuna vabaenergia on kas null või vaevu positiivne (G'=+0,4 kJ/mol ning G= ~0 kJ/mol) 9. TCA tsüklit nimetatakse amfiboolseks tsükliks, kuna alfa-ketoglutaraat transamineeritakse glutamaadiks, mida kasutatakse Gln, Arg, Pro ning puriin-nukleotiidide sünteesis. Oksaalatsetaat transamineeritakse aspartaadiks ja kasutatakse mitmete aminohapete ja pürimidiinnukleotiidide sünteesis. Suktsinüül-CoA on kasutatav porfüriinide sünteesis. Fumaraat konverteeritakse aspartaadiks ning kasutatakse järgnevalt mitmete aminohapete ja pürimidiin-nukleotiidide sünteesis. 10. Analüüsige TCA tsükli seoseid rakkude teiste ainevahetusradadega. Nimetage ja jätke meelde, millised TCA intermediaadid on eelühenditeks
Hüdrauliline juhtivus on takistuse pöördväärtus, mis mõjutab vee liikumise kiirust juhtsoontes. Ühikuks on vee ruumala, mis ajaühikus läbib pinnaühikule mõjuva jõu ühiku toimel. 17. Millal on õhulõhed avatud C3 taimedel päeval C4 taimedel niiskel ajal, CAM taimedel öösel? 18. Millised C4 taimede ainevahetuse iseärasused teevad need taimed sobivateks kasvama kuivas kliimas? C4 taimed koguvad CO2 mesofülli rakkudesse PEP karboksülaasiga. Moodustuvad oksaalatsetaat, mis konverteeritakse malaadiks. Malaat transporditakse lehe juhtkudede ümbrise rakkudesse, kus toimub dekarboksüleerimine. Saadakse CO2, mis on kasutatav Calvini tsükli jaoks. See vähendab fotorespiratsiooni ohtu (et Rubisco seoks O2). PEP karboksülaas transpordib CO2 otse Rubiscole. 19. Mis on gutatsioon? Vee eraldumine tilkadena hüdratoodide veelõhede kaudu. Asub leheservades juhtsoonte otstes. 20. Millised tingimused on vajalikud gutatsiooni toimumiseks?
3- süsinikuline taandatakse, 2-süsinikuline viiakse metabolismiahelasse, kus kaks molekuli liidetakse kokku, saadakse 4C ühend, siis eraldatakse CO2 ja järgi jääb 3C ühend. See muudetakse jälle fotosünteesimehhanismis taandatavale kujule, CO2 aga väljub lehest. Fotohingamise üks mõte on et kaitsta ülereduktsiooni eest. C4 fotosünteesi on mitu tüüpi. NADP-malic enzyme tüübi puhul PEP karboksüülimisel tekkiv oksaalatsetaat taandatakse malaadiks, mis difundeerub pärjarakkudesse ja dekarboksüülitakse seal NADP seoselise malic ensüümi abil. Sel juhul CO2 eraldumist saadab NADP taandamine, niiet koos CO2ga imporditakse pärjarakkudesse ka NADPH. Seda tüüpi taimedes toimub pärjarakkudes ainult ATP süntees tsüklilises elektrontranspordis, vee lagundamist ja NADPH sünteesi ei toimu. PSII puudub pärjarakkudes üldse. CAM metabolism – kaktustes. Öösel glükolüüsi raja kaudu sünteesitakse PEP, mis
katalüüsikiirusega ensüüm, mille peamiseks funktsiooniks on organismide elutegevuseks vajaliku C fikseerimine CO2 näol. RuBisCO katalüüsib Calvini tsükli esimest reaktsiooni. 9. C4 taimed, paksulehelised (CAM taimed), nende FS eripärad. C4 taimedel on primaarsete assimilatsiooniproduktide seas ülekaalus 4-süsinikulised dikarboksüülhapped ja aspartaat. C4 taimedel toimub CO2 primaarne sidumine fosfoenoolpüruvaadiga (PEP), mille tagajärjes moodustub oksaalatsetaat, mis redutseerub kiirelt malaadiks vüi aspartaadiks. Peamiselt troopilised üheidulised rohttaimed. C4 taimed saavad edukalt fotosünteesida ka siis, kui õhulõhed pole täielikult avanenud. C4 taimedel on väga madal CO2 kompensatsioonipunkt. CAM taimed varuvad CO2 öösiti, kui õhulõhed on avatud. CO2 aktseptoriks oleva ribuloodifosfaadi regenereerimine öösel ei toimu mitte Calvini tsükli vahendusel, vaid see
Rasvadest suhkruid ei tehta (küll aga vastupidi). Ühe glükoosi sünteesiks kulub 6 NTPd (4 ATP + 2 GTP). Glükolüüs: glükoos muundub püruvaadiks. Glükoneogenees: püruvaat muundub glükoosiks. Kuid glükoneogenees ei ole glükolüüsi täielik pöördprotsess! Erinevad on glükolüüsis olevad pöördumatud reaktsioonid (3 reaktsiooni). Glükoneogeneesis on need asendatud. 1. Püruvaadi muundamine fosfoenoolpüruvaadiks. Toimub mitokondris. Esmalt tehakse püruvaadist oksaalatsetaat: Seejärel viiakse oksaalatsetaat malaadina mitokondrist välja ja konverteeritakse uuesti oksaalatsetaadiks. Oksaalatsetaadist saadakse tsütosoolis fosfoenoolpüruvaat. 2. Fruktoos-1,6-bisfosfaadi muundumine fruktoos-6- fosfaadiks Teine pöördumatu protsess, mis on asendatud võrreldes glükolüüsiga. Katalüüsiv bisfosfataas on allosteeriline ensüüm. 3. Vaba glükoosi süntees Enamikes kudedes vaba glükoosi ei sünteesita.
Tähis B6 märgib kolme üksteisele lähedase ehituse ja loomusega ühendit püridoksooli, püridoksaali ja püridoksamiini, mis organismis võivad kergelt muutuda üksteiseks. Koondnimetusena kasutatakse nimetust püridoksiin. Aktiivsus väljendatakse · Püridoksiinina või püridoksoolina (R=CH2OH) · Püridoksaalina (R=CHO) · Püridoksamiinina (R=CH2NH2) Püridoksaal fosfaat Puudus põhjustab häireid valgu ainevahetuses. Vajadus, leidumine Indikaatoriks on glutamaat oksaalatsetaat transaminaasi aktiivsus punastes verelibledes. Kõige rikkalikumat leidub õllepärmis (4,4 mg/100g), maksas, kanalihas, kalas, sea-ja lambalihas, piimas, munades, töötlemata riisis, täisterades, sojaubades, kartuis, ubades, pähklites jne. Stabiilsus, lagunemine Püridoksaal kasutatakse ka toidu rikastamiseks. Kadu liha keetmisel on 45% ja köögiviljade keetmisel 20-30%. Reaktsioonil tsüsteiiniga läheb vitamiin üle inaktiivseks tiasolidiini derivaadiks. Niatsiin
Selle protsessi käigus eemaldatakse veel üks vesinikupaar, mis seotakse NAD + ning eraldub CO2. Suktsinüül CoA süntaasi toimel lagundatakse suktsinüül CoA suktsinaadiks ja koensüüm A-ks, millega kaasneb GDP fosforüülimine GTP-ks. Suktsinaadi dehüdrogenaas oksüdeerib suktsinaadi fumaraadiks. Selles reaktsioonis võtab vesinikepaari endale FAD. Fumaraat hüdratiseeritakse(!) fumaraasi toimel malaadiks, mis malaadi dehüdrogenaasi toimel oksüdeeritakse oksaalatsetaadiks. Seega on oksaalatsetaat nii tsitraaditsükli lähteühend kui lõpp-produkt. Elektronide ülekanne hapnikule hingamisahelas Kogu selle eelneva jama energeetiline väärtus on 2GTP molekuli iga glükoosi molekuli kohta, mida on vähe. Peamine energiat tootev protsess on aga oksüdatiivne fosforüülimine, mis toimub hingamisahelas elektronide ülekande vaba energia arvel. Oksüdatiivne fosforüülimine tähendab seda, et midagi tuleb oksüdeerida ja midagi fosforüülida
energia 1 ATP sünteesiks. Eukarüootsetes rakkudes toimub tsükkel mitokondris. Glükolüüsi ja tsitraaditsükli omavaheline seos: Püruvaat + CoA + NAD+ Atsetüül-CoA + CO2 + NADH + H+ Tsitraaditsükkel: Atsetüü-CoA + 3 NAD+ + [FAD] + ADP + P + 2 H2O 2 CO2 + 3 NADH + 3 H+[FADH2] + ATP + CoASH Tsitraaditsükkel on amfiboolne rada, sest osad reaktsioonid toimuvad nii kataboolses kui ka teistes anaboolsetes radades. Tsitraaditsükli produkte (oksaalatsetaat, fumaraat) kasutatakse näiteks puriinnukleotiidide, aminohapete sünteesis. Tsitraaditsüklit saab reguleerida tsitraadi sünteesi abil ning erinevate ensüümide aktiivsuse muutmisega, milliseid tsitraaditsüklis kasutatakse. Glükolüüsist tsitraaditsükli lõpuni toimuvate reaktsioonide koondvõrrand: Glükolüüs + 2 H2O + 10 NAD+ + 2 [FAD] + 4 ADP + 4 P 6 CO2 + 10 NADH + 10 H+ + 2 [FADH2] + 4 ATP Glüoksülaaditsükkel
+ 3,4,6 ja 8. Raektsioonidel toimivad ensüümid vajavad koensüüme NAD või FAD. 3. Ühe atsetüül-CoA molekuli oksüdeerimisel ühe TCA tsükli jooksul saadakse kaks CO2, 1 ATP ja 4 taandatud koensüümi. Summaarselt on tsükkel eksergooniline. 4. TCA kui amfiboolne rada. -ketoglutaraat transamineeritakse glutamaadiks, mida kasutatakse Gln, Arg ja Pro ning puriinnukleotiidide sünteesis. Oksaalatsetaat transamineeritakse aspartaadiks ning kasutatakse mitmete aminohapete ja pürimidiinnukleotiidide sünteesis. Suktsinüül-CoA on kasutatav porfüriinide sünteesis. Fumaraat konverteeritakse aspartaadiks ning kasutatakse järgnevalt mitmete aminohapete ja pürimidiinnukleotiidide sünteesis. 5. TCA regulatsioon. Tsitraadi süntetaas ATP, NADH ja suktsinüül-CoA inhibeerivad. Isotsitraadi dehüdrogenaas ATP
3) AcCoA moodustumine Trikarboksüülhappe tsükkel e tsitraaditsükkel e Krebsi tsükkel on inimkeha keskne metaboolne rada, mis seostab süsivesikute, lipiidide, aminohapete metabolismi; Funktsioon- kõrge energiaga elektronide saamine süsinikukütustest. Kõik reaktsioonid toimuvad mitokondri maatriksis. Tsitraaditsükkli esimeses faasis kondenseeritakse AcCoA oksaalatsetaadiga, millele järgneb kaks oksüdatiivset dekarboksüülimist. Tsükkli teises faasis taastoodetakse oksaalatsetaat ning sellega on seotud suure ülekandevõimega elektronide ning ühe ATP- või GTP-molekuli tekkimine. Tsitraaditsükkliga tekib 38ATP +4CO2+ H2O 38. Pentoosfosfaaditsükkel ja selle bioloogiline tähtsus Pentoosfosfaaditsükkel on tsütoplasmas toimuv glükoosi aeroobse oksüdatsiooni rada, mis toodab pentoosfosfaate (riboos-5-fosfaati- kasutatakse DNA, RNA ja nukleotiidkoensüümide sünteesiks) ja NADPH (kasutatakse redutseerivas biosünteesis) Bioloogiline tähtsus:
13 Tsitraaditsükli põhifunktsioonid: · Orgaaniliste ühendite lõplik oksüdatsioon · C-skelettide andmine biosünteesireaktsioonideks Ka valkude katabolism toimub tsitraaditsükli vahendusel. Valgud lahundatakse AH-ks ja konverteeritakse kas püruvaadiks või tsitraaditsükli vaheproduktideks. Kuna tsüklis väljub pidevalt biosünteesi tarbeks vaheprodukte, siis on tarvis nende varu täiendada. Täiendatakse AcCoA aktseptori oksaalatsetaadi varu. Oksaalatsetaat moodustub kas püruvaai või PEPi karboksüülimisel. Paljudel mikroobidel on tsitraaditsükkel katkestatud ja seda kasutatakse just biosünteesi varustamiseks C-skelettidega. Enegia saadakse aga anorgaaniliste ainete oksüdatsioonist. Glükolüüs on heksooside katabolismirada, mida on peetud kõige ürgsemaks, kuna ta on väga laialdase levikuga: esineb peaaegu kõigis elusorganismideks: nii eu- kui ka prokarüootides. Rada nim ka EMP
reguleeritud allosteerilise regulatsiooniga. E. coli võib uue substraadiga keskkonnas kohaneda sekundite jooksul just allosteerilise regulatsiooni, kas metaboliidi seondumise või post-translatsiooniliste modifikatsioonide abil. Selliseid universaalseid signaalmolekule, mis annaks bakterile aimu raku energeetilisest seisundist ning C-allika kasutamisest, pole palju: FBP, cAMP, L- glutamiin, -ketoglutaraat, ketohapped nagu püruvaat, oksaalatsetaat; lisaks L-leutsiin, ppGpp, ATP, kinoloonid. FBP on suhteliselt hästi kirjeldatud signalisatsiooni näide, mis kasutab nii allosteerilist regulatsiooni kui ka transkriptsiooni tasandil regulatsiooni. Transkriptsioonifaktor Cra (FruR) on glükolüütiliste ensüümide ekspressiooni repressor ning aktiveerib glükoneogeneesis osalevate geenide transkriptsiooni. Aktiivse glükolüüsi ajal on Cra inaktiveeritud FBP-ga seondumise tõttu. Kuigi FBP
ole väljadifundeerumiseks piisav. Kranz-anatoomia on absoluutselt vajalik C4 mehhanismi efektiivseks funktsioneerimiseks. C3 on mesofüllis kloroplastid, C4 aga mesofüllis ja juhtkimbu ümber. 77. Kirjutage C4 taimede iseloomulik CO2 sidumise reaktsioon. Millistes kranz (pärg) tüüpi anatoomiaga lehtede rakkudes see toimub. CO2 seotakse mesofüllirakkudes PEP-karboksülaasi abil fosfo-enool püruvaadile(PEP), moodustub oksaalatsetaat reduteerub C4 hape (malaat, aspartaat). CO2 +PEP = oksalaatatsetaat, edasi redutseeritakse malaadiks (õunhappeks), liigub pärjarakkudesse läbi plasmodesmide C4 hape difundeerub juhtkimbu pärjarakkudesse, kus dekarboksüülitakse, eraldades CO2. CO2 koguneb kõrges kontsentratsioonis, sest difusioonitakistus pärjarakkudest välja on suur. Järelejäänud C3 hape (püruvaat) difundeerub
pandud vastupidi tööle. Samas ei ole kõik ensüümid (näiteks püruvaadi kinaas) võimelised vastupidiseid reaktsioone läbi viima, kuna see on energeetiliselt liiga kulukas. Seetõttu on PEP-i moodustumine oksaloatsetaadist (oksaloatsetaat tekib püruvaadist püruvaadi karboksülaasi toimel) katalüüsitud PEP karboksükinaasi poolt. See ensüüm kasutab fosforüülrühma doonorina GTP-d: oksaalatsetaat + GTP PEP + CO2 + GDP Teine pöördumatu reaktsioon EMP rajas on katalüüstud fosfofruktokinaasi poolt, mis viib fruktoos 6- fosfaadi fruktoos 1,6-bisfosfaadiks: FBP + H2O F-6-P + Pi Glükoneogeneesis viib pöördreaktsiooni läbi fruktoosi 1,6-bifosfataas. Nende kahe vastandliku ensüümi suhe rakus määrabki, kumb rada töötab. Näiteks E. coli mutandid, mis on defektsed fruktoos 1,6-
annaabi.ee 
