Kyselina oxaloctová

Kyselina oxaloctová je dikarboxylová ketokyselina. Postupne sa deprotonuje za vzniku dianiónu:

HO₂CC(O)CH₂CO₂H ⇌ ⁻O₂CC(O)CH₂CO₂H + H⁺, pK_a = 2.22

⁻O₂CC(O)CH₂CO₂H ⇌ ⁻O₂CC(O)CH₂CO₂⁻ + H⁺, pK_a = 3.89

Pri vysokom pH sa ionizuje i enolizovateľný protón:

⁻O₂CC(O)CH₂CO₂⁻ ⇌ ⁻O₂CC(O⁻)CHCO₂⁻ + H⁺, pK_a = 13.03

Enol formy kyseliny oxaloctovej sú veľmi stabilné, dokonca má každý z nich iný bod topenia (152 °C pre cis izoformu a 184 °C pre trans izoformu). Reakcia je katalyzovaná oxalacetáttautomerázou. trans-enol-oxalacetát vzniká i pôsobením fumarázy na kyselinu vínnu.^[3]

Oxalacetát sa v prírode vytvára niekoľkými spôsobmi. Hlavným spôsobom je oxidácia L-malátu, ktorá je katalyzovaná malátdehydrogenázou v citrátovom cykle. Malát sa takisto oxiduje sukcinátdehydrogenázou za vzniku enol-oxalacetátu, reakcia je však pomalá.^[4]

Takisto vzniká kondenzáciou pyruvátu s kyselinou uhličitou poháňanou hydrolýzou ATP:

CH₃C(O)CO₂⁻ + HCO₃⁻ + ATP → ⁻O₂CCH₂C(O)CO₂⁻ + ADP + Pi

Táto reakcia prebieha v listovom mezofyle rastlín. Jej medziproduktom je fosfoenolpyruvát a katalyzuje ju fosfoenolpyruvátkarboxyláza.

Oxalacetát môže vznikať i transamináciou či deamináciou kyseliny asparágovej.

Oxalacetát je intermediátom v citrátovom cykyle, kde reaguje s acetylkoenzýmom A za vzniku citrátu (kyseliny citrónovej). Reakciu katalyzuje citrátsyntáza. Takisto sa nachádza v glukoneogenéze, glyoxylátovom cykle, syntézy aminokyselín a syntézy mastných kyselín. Oxalacetát je silný inhibítor komplexu II (sukcinátdehydrogenázy).

Glukoneogenéza

Glukoneogenéza^[2] je metabolická dráha, ktorej výsledkom je glukóza syntetizovaná z látok iných, než sacharidov. Začiatok tohto procesu prebieha v mitochondriálnej matrix, kde sa nachádzajú molekuly pyruvátu. Pyruvát je karboxylovaný pomocou pyruvátkarboxylázy aktivovanej molekulami ATP a vodou. V tejto reakci vyzniká oxalacetát. Ten je následne redukovaný pomocou NADH za vzniku malátu. Vďaka tejto zmene je možný transport molekuly mimo mitochondrie. Až je malát v cytosóle, oxiduje sa naspäť na oxalacetát pomocou NAD⁺. Oxalacetát ostáva v cytosóle, kde následne prebehne zvyšok reakcií glukoneogenézy. Oxalacetát je dekarboxylovaný a fosforylovaný pomocou fosfoenolpyruvátkarboxykinázy, pričom z neho vzniká 2-fosfoenolpyruvát. Zdrojom fosfátu je GTP (guanozíntrifosfát). Ďalším sledom reakcií, väčšinou zhodných s glykolýzou (ale v opačnom smere) sa získa glukóza.

Močovinový cyklus

Močovinový cyklus je metabolická dráha, ktorá vedie k tvorbe močoviny z dvoch molekúl amoniaku a jednej molekuly uhličitanu.^[2] Tento proces bežne prebieha v hepatocytoch (bunkách pečene). Reakcie súvisiace s močovinovým cyklom produkujú NADH, ktorý je možné vyprodukovať dvomi spôsobmi. Jeden z nich využíva oxalacetát. V cytosóle sú prítomné molekuly fumarátu, ktorý je možné premeniť na malát pomocou fumarázy. Malát sa následne premení na oxalacetát pomocou malátdehydrogenázy, pričom vzniká NADH. Vzniknutý oxalacetát sa recykluje a vzniká aspartát, keďže transaminázy preferujú ketokyseliny ako svoj strubstrát. Tým je zároveň zariadený prívod dusíku do bunky. Aspartát sa takisto účastní močovinového cyklu.

Glyoxylátový cyklus

Glyoxylátový cyklus je variant citrátového cyklu.^[5] Je to anabolická dráha prebiehajúca v rastlinách a baktériách využívajúca enzýmy izocitrátlyáza a malátsyntáza. Niektoré medzikroky cyklu sú odlišné oproti citrátovému cyklu, oxalacetát má však v oboch cykloch rovnakú funkciu.^[2] Oxalacetát teda reaguje ako prvý reaktant a vzniká ako posledný produkt i v glyoxylátovom cykle. Celkovým ziskom v glyoxylátovom cykle je vlastne jedna molekula oxalacetátu, pretože do cyklu vstupujú dve molekuly acetylkoenzýmu A.

Syntéza mastných kyselín

Počas syntézy mastných kyselín je acetylkoenzým A presunutý z mitochondrie do cytoplazmy, kde sa nachádza enzým syntáza mastných kyselín. Acetylkoenzým A je transportovaný z matrixu mitochondrie v podobe citrátu, ktorý vzniká reakciou acetylkoenzýmu A s oxalacetátom. Táto reakcia je zvyčajne prvou reakciou citrátového cyklu, ale ak nie je nutný zisk energie, tak sa citrát presúva do cytoplazmy, kde sa opäť rozkladá na acetylkoenzým A a oxalacetát. Vďaka tomu môže začať syntéza mastných kyselín.

Iná časť cyklu využíva NADPH na syntézu mastných kyselín.^[6] Časť tohto redukčného činidla sa získava pri presune oxalacetátu z cytosólu do mitochondrie, pričom vnútorná vrstva mitochondrie nesmie byť pre oxalacetát priepustná. Oxalacetát sa najprv redukuje na malát pomocou NADH a malát sa potom dekarboxyluje na pyruvát. Pyruvát môže prejsť do mitochondrie, kde sa opäť karboxyluje (za účasti uhličitanu) na oxalacetát pomocou pyruvátkarboxylázy.

Týmto spôsobom je počas presunu acetylkoenzýmu A z mitochondrie do cytoplazmy produkovaná molekula NADH. Celkovou reakciou, ktorá je spontánna, je teda:

HCO₃^– + ATP + acetyl-CoA → ADP + P_i + malonyl-CoA

Syntéza aminokyselín

Štyri esenciálne aminokyseliny a dve neesenciálne aminokyseliny sú syntetizované z oxalacetátu.^[7] Z oxalacetátu sa transamináciou tvorí aspartát pomocou aspartátaminotransferázy. Z aspartátu sú následne syntetizované asparagín, metionín, lyzín a treonín. Z treonínu sa ďalej syntetizuje izoleucín. Bez oxalacetátu by teda syntéza týchto aminokyselín vôbec nemohla prebehnúť, keďže sa z neho syntetizuje aspartát.

Biosyntéza oxalátu

Z oxalacetátu sa hydrolýzou tvorí oxalát (šťaveľan):^[8]

oxalacetát + H₂O ⇌ oxalát + acetát

Tento proces je katalyzovaný oxalacetázou. Tento enzým sa nachádza v rastlinách, ale u živočíchov vôbec nie je známy.^[9]