background image

Formation of pyruvic acid 

(P.A.) in the body : 

 

 

From oxidation of glucose (glycolysis). 

 

 From lactic acid by oxidation. 

 

 Deamination of Alanine. 

 

 Glucogenic amino acids-pyruvate                           

forming. 

 

 Decarboxylation of oxaloacetic acid 

(OAA) 


background image

Fate of pyruvic acid (P.A.)  

   

  1 

-Form 

acetyl CoA 

by oxidative                                               

decarboxylation (in presence of O

2

). 

  

2

 -Forms 

lactic acid 

by reduction                                                                    

(in absence of O

2

). 

  

3

 -Forms 

alanine

 by amination. 

  

4

 -Forms 

glucose

 (gluconeogenesis). 

  
  

-Forms 

malic acid 

→ to O.A.A                                    

(oxaloacetic acid). 

  

6

-Forms 

oxaloacetic

 acid (O.A.A) by CO

2

-

fixation reaction.  


background image

(1) 


background image

 

Before pyruvate can enter the TCA 

cycle, it must be transported into 

the mitochondria via a special 

pyruvate transporter that aids its 

passage across the inner 

mitochondrial membrane.  

  

Within the mitochondria, pyruvate  

is oxidatively decarboxylated to 

acetyl-CoA

, this reaction is 

catalyzed by sequentially 

multienzyme complex 

(pyruvate 

dehydrogenase complex).  


background image

(2) 


background image

The citric acid cycle (TCA) 

  

 

 

1-

TCA cycle (tricarboxylic acid cycle), also 

known as the citric acid cycle or the Krebs 

cycle, is the major 

energy production 

pathways in the body. The cycle occur in the 

mitochondria

 

-

It is a cyclic process

 

3

 

-

The cycle involves a sequence of 

compounds inter-related by oxidation 

reduction and other  reaction  which  finally

 

produces CO

2

 and H

2

O. 

  

 

4 -

It is the final common pathway of breakdown or 

catabolism of 

carbohydrates, fats 

and

 proteins

  

 


background image

 

5

-

Acetyl CoA derived mainly from 

oxidation of either glucose or             

-oxidation of FA and partly from 

certain amino acids. 

 

6

 

-

By stepwise dehydrogenations and loss                

of two molecules of CO

2

, accompanied by 

internal re-arrangements, the citric acid is 

reconverted to OAA, which again starts 

the cycle by taking up another acetyl 

group from acetyl-CoA.  

 

7-

 All the enzymes of the TCA cycle are in 

the mitochondrial matrix, which is in the 

inner mitochondrial membrane. 

 


background image

 

 

8-

 Electrons are transferred by the 

cycle to NAD

+

 and FAD. 

 

9-

 As the electrons subsequently are 

passed to O

2

 by the electron 

transport chain, 

ATP 

is generated by 

the process of 

oxidative 

phosphorylation. 

 

10-

 ATP is also generated from GTP, 

produced in one reaction of the cycle 

by substrate level phosphorylation. 

 

 


background image

 

11

-

The whole process is 

aerobic

,                                                                                                            

requiring O

2

 as the final oxidant of the 

reducing equivalents. Absence of O

2

 

(

anoxia

) or partial deficiency of O

2

 

(

hypoxia

) causes total or partial 

inhibition of the cycle. 

 

12-

The 

H atoms 

removed in the                                     

successive dehydrogenations are 

accepted by corresponding coenzymes.  

  

Reduced coenzymes transfer the 

reducing equivalents to electron-transport 

system, where oxidative phosphorylation 

product 

ATP

 molecules. 

 

 

 


background image

(4) 


background image

 There are three key enzymes in TCA 

cycle: 

1-Citrate synthase (1) 

2- Isocitrate dehydrogenase(I.C.D) (3) 

3- α-ketoglutarate dehydrogenase (4) 

 

Function of the TCA cycle 

1-

Provieds for 

oxidation of acetyl CoA 

to 

CO

2

 

and

 water

2- 

Produces 

NADH

 and 

FADH

 lead to 

formation of ATP as a result of oxidative 

phosphorylation. 

3-

 Provides for synthetic reactions for  

example conversion of amino acids to 

glucose. 


background image

background image

Biomedical importance of TCA cycle 

-

Final common pathway for 

carbohydrates, 

proteins and fats,

 

through formation of 2 – 

carbon unit acetyl-CoA. 

 

- Acetyl-CoA is oxidized to CO

2

 and H

2

O giving                                                                                             

out energy 

(Catabolic role). 

 

- Intermediates of TCA cycle play a major role 

in synthesis also like heme formation, 

formation of non essential amino acids, FA 

synthesis, cholesterol and steroid synthesis 

(

anabolic role). 

  

 

TCA cycle is called 

Amphibolic

 in nature 

because TCA cycle has dual role catabolic 

and anabolic. 

 


background image

Energy produced by the TCA cycle  

The net reaction for the oxidation of one acetyl unit is : 

 

  

Acetyl - CoA + 3NAD

+

 + FAD + GDP + Pi 

 

    2CO

2

 + 3NADH + 3H

+

 + FADH

2

 + GTP + 

CoA 

Energy – producing reaction                Number of ATP               
produced
 

      3NADH 

 3NAD

+

                              3 x 3 = 9 

      FADH

2

 

 

FAD                               2 x 1 = 2 

     GDP + P

i

 

 GTP                                

1 x 1 = 1         

         

Net gain :                                   

12 ATP 


background image

background image

Maximal ATP Production 

 

Overall, when 1 mole of glucose is 

oxidized to CO

2

 and H

2

O, 

approximately( 

36

 

moles

) of ATP are 

produced if 

the glycerol phosphate 

shuttle is used,

 or( 

38 moles

)s if the 

malate aspartate shuttle is used.

 

 

    

Note:

 

Assuming each high energy bond to 

be equivalent to 7600 calories. Total energy 

captured in ATP per mol. of glucose oxidized                               

       = 7600× 38   =  

2

88,800 calories. 


background image

background image

Electron Transport Chain and 

Oxidative Phosphorylation 

  
 

-Electron Transport Chain: 

This is the final 

common pathway in aerobic cells by which 

electrons derived from various substrates 

are 

transferred to oxygen.  

- Electron transport chain(ETC) is a series of 

highly organized oxidation-reduction 

enzymes . The ETC is localized in the 

mitochondria. 

- Energy-rich molecules, such as glucose, are 

metabolized by a series of oxidation reactions 

ultimately yielding 

CO

2

 and water. 

 

 

 


background image

 

  

 

ATP

 

is generated as a result of the 

energy produced when electrons 

from 

NADH 

and 

FADH

2

 are passed 

to molecular oxygen by a series of 

electron carriers, collectively 

known as the 

electron transport 

chain

 The components of the chain include 

FMN

 (Flavin mononucleotide), 

Fe-S 

centers, 

coenzyme Q

, and a series of 

cytochromes

 (b, c

1

, c and aa

3

). 

 
 


background image

The electron transport chain 

in the 

mitochondrial membrane has been 

separated on four (4) 

complexes

, their 

components as follows:  

  

   

1- Complex I : NADH – CoQ Reductase. 

     This system has two functions : 
     -Electron transfer. 
     -Acts as a proton pump. 

    

  NADH + H

+

 + FMN 



 FMN.H

2

 + NAD

+

 

 


background image

2- Complex II : Succinate – CoQ 

Reductase. 

    

Flow of electrons from succinate to CoQ                   

occurs via FADH

2

     Succinate + CoQ 



 Fumarate + CoQ.H

2

 

  

3- Complex III : CoQ – Cyt.C Reductase. 

    Function as : 

Proton pump, and 

Catalyzes  transfer of electrons. 

Fe

+3

 

accepts electron and is oxidized to 

Fe

+2

 

The energy change permits 

ATP formation

 

Co.Q.H

2

 + 2 Cyt.C (Fe

+3



 Co.Q + 2 Cyt.C (Fe

+2

) + 2H

+

 


background image

4

Complex IV : Cyt.C oxidase

.

 

The system functions : 

As proton pump. 

Catalyzes transfer of electrons from Cyt.C to 

molecular O

2

 to form H

2

O via Cyt.a, Cu

+2

 ions 

and Cyt. a

3

 

4Cyt.C (Fe

+2

) + 4H

+

 + O

2

 



 4 Cyt.C (Fe

+3

) + 2H

2

 

The flow of electrons is as follows : 

    

Cyt. C 



 Cyt. a 



 Cu

+2

 



 Cyt. a

3

 



 O

2

 

The energy change permits ATP formation 

between Cyt. a

3

 and molecular O

2


background image

(6) 


background image

 

  

-

The energy 

derived from the transfer of 

electrons through the electron transport 

chain is used 

to pump protons across the 

inner mitochondrial membrane

 

from the 

matrix

 

to the 

cytosolic

 

side. 

 

   -

An electrochemical gradient is generated

consisting of a proton gradient and a 

membrane potential.  

 

   -

Protons 

moves back into the matrix 

through the 

ATP synthase complex

, causing 

ATP

 to be produced from ADP and inorganic 

phosphate. 

    -

ATP 

is transported from the mitochondrial 

matrix to the cytosol in exchange for ADP 

(the 

ATP-ADP antiport system

). 

 


background image

(7) 


background image

 

    -The oxidation of NADH generates                                                

approximately( 3 ATP), while the 

oxidation of one FADH

2

  generates  

approximately ( 2 ATP). 

  

  

-Because energy generated by 

transfer of electrons through the 

electron transport chain to 

O

2

 is 

used in the production of ATP, the 

overall process is known as 

    

oxidative  phosphorylation.  

 


background image

(8) 


background image

Electron transport and ATP 

production occur 

simultaneously and are tightly 

coupled. 

 

-

NADH

 and 

FADH

2

 are oxidized 

only if 

ADP 

is available for 

conversion to 

ATP

.  


background image

(9) 


background image

(10) 


background image

 

-

The energy transformation 

occurring during oxidative 

phosphorylation may be 

summarized as follows:

 

 

Electron transport 

 energy 

 proton gradient 

 ATP                                          

synthesis  


background image

(11) 


background image

Clinical correlations : 

 

 

 

Cyanide poisoning : 

 

Cyanide binds to

 

Fe

+3

 

in 

cytochrome 

aa

3

.

 

As a result, 

O

2

 

can not receive electrons, 

respiration is inhibited

energy production is halted, 

and death occurs 

rapidly

 


background image

Acute myocardial infarction  

 

Coronary arteries frequently become 

narrow because of atherosclerotic plaques. 

  

 

 

If coronary occlusions occur, regions of 

heart muscle may be deprived of blood flow 

and, therefore, of oxygen for prolonged 

periods of time.  

 

 

 

Lack of oxygen causes inhibition of 

the processes of electron transport 

and oxidative phosphorylation, which 

results in 

a decreased production of 

ATP.     

 

  

  


background image

  

Heart muscle

, suffering from a lack 

of energy required for contraction and 

maintenance of membrane integrity, 

becomes 

damaged

.  

Enzymes from the damaged cells 

(including the MB fraction of creatine 

kinase) 

leak into the blood

  

If the damage is relatively 

mild

, the 

person may recover. If heart function 

is severely compromised, death may 

result. 




رفعت المحاضرة من قبل: Âhméd Âlhmdänÿ
المشاهدات: لقد قام 34 عضواً و 327 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل