שאלון מערכת: שיעורי בית ביוכימיה 5

במה השאלה עוסקת: קו פקטורים
תשובה ב. ביוטין הינו קופקטור מסוג קבוצה פרוסטטית (מולקולה הקשורה קוולנטית לאנזים וחיונית לשם פעילותו) הקשור בקשר אמידי (קוולנטי) דרך שייר ליזין לחלבון המטרה ומשמש בריאקציות של קרבוקסילציה. כחלק מפעילותו, משמש להעברת פחמן יחיד ממולקולה אחת לאחרת או כפחמן חופשי אל תוך המערכת (למשל ביקרבונט) ולרוב מעביר CO2. העברת קבוצת פחמן לחלבון המטרה מלווה ביצירת קשרי פחמן-פחמן ולכן לרוב נמצא אותו בשילוב עם השקעת אנרגיית ATP. ביוטין מורכב מויטמין B7 (ממשפחת ויטמין B המסיסים במים).
אנקדוטה מעניינת שהספר מזכיר – ביוטין מיוצר ע”י חיידקי המעיים שלנו כחלק מהפעילות המטבולית בגוף. אוידין הוא חלבון שהקופקטור שלו הוא ביוטין והוא נמצא בחלק הלבן של הביצה (חלבון). אצל אנשים שצורכים חלבון ביצה נא בכמויות גדולות ולאורך זמן עלול להתפתח חוסר של ביוטין משום שאוידין קושר את הביוטין בצורה מאוד חזקה ומונע את ספיגתו במעי. כאשר מרתיחים ביצה, אוידין עובר דנטורציה וביוטין נספג באופן תקין במעי. מחסור בביוטין מאופיין בהיפוגליקמיה וצריכת יתר שלו מאופיינת בהיפרגליקמיה.
הערת מחבר – מומלץ לעבור על טבלה 6-2 בעמוד 191 בספר, נשאים חשובים במטבוליזם תאי. עמוד 732 מהדורה 8 טבלה 6-1
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמודים 570-571, 653 (Avidin)
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: גלוקונאוגנזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, עמודים 1950, 653 מהדורה 6- אבידין

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
מעגל קרבס, הנקרא גם מעגל החומצה הציטרית כולל 8 שלבים ומהווה שלב ביניים בנשימה התאית. המעגל מתרחש במטריקס של המיטוכונדריה (למעט שלב 6 שמתרחש ע”ג הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה) ומטרתו העיקרית היא יצירת נשאי אלקטרונים מחוזרים שיכנסו לשרשרת מעבר האלקטרונים ליצירת הרבה מולקולות ATP. המעגל עצמו מניב 1GTP, 1 FADH2 ,3NADH ומשתחררות 2 מולקולות CO2 (שמקורן מאוקסלואצטט).
תשובה ד. שלב 5 במעגל, סוקסיניל קוA הופך לסוקסינאט בריאקציה המקטולזת ע”י סוקסיניל-קוA סינתטאז (נקרא גם סוקסינאט תיוקינאז) ומצומדת לזרחון ברמת הסובסטרט. ניתוק הקשר התיואסתרי של סוקסיניל-קוA משחרר הרבה אנרגיה ובה משתמש האנזים לצורך העברת קבוצת פוספט (מנגנון phosphoryl transfer) למולקולת GDP/ADP ליצירת GTP/ATP (בהתאמה) כתלות באיזוזים באותו תא. בשלב ביניים בריאקציה היסטדין באתר הפעיל של האנזים עוברת זרחון זמני ולאחר מכן מוסרת את הפוספט שלה ליצירת ATP/GTP.
שלילת מסיחים:
א. שלב 1 במעגל וקובע מהירות, אצטיל-קוA עובר דחיסה עם אוקסלואצטט לקבלת ציטראט בריאקציה המקוטלזת ע”י ציטראט סינתאז. שחרור קוA מניב הרבה אנרגיה (פירוק קשר תיואסתרי עתיר אנרגיה) והריאקציה מאופיינת ב- ΔG מאוד שלילי (לא הפיכה). ריכוזי אוקסלואצטט בתא נשארים נמוכים כי הוא נצרך ועל פי עקרון לה-שטליה זה מושך את הריאקציה ימינה, לכיוון התוצרים. הקוA שמשתחרר עובר מיחזור ומשתתף בסבב נוסף של קומפלקס PDH לטובת יצירה של עוד אצטיל-קוA מפירווט שיכנס לסבב נוסף של מעגל קרבס. האנזים ציטראט סינתאז פועל במנגנון התאמה מושרית – רק אחרי שאוקסלואצטט (סובסטרט 1) נקשר האנזים עובר שינוי קונפורמציה שמאפשר את קישור אצטיל-קוA (סובסטרט 2) לאתר הפעיל.
ב. שלב 4 במעגל, α-קטוגלוטארט עובר דה-קרבוקסילציה חמצונית (חמצון תוך שחרור CO2) לקבלת סוקסיניל-קוA בריאקציה המקוטלזת ע”י קומפלקס α-קטוגלוטארט דהידרוגנאז. כמו בכל ריאקציה המערבת חמצון, יש מי שעובר חיזור. האנזים משתמש בקופקטור +NAD שעובר חיזור ל- NADH. קומפלקס α-קטוגלוטארט דהידרוגנאז מאוד דומה לקומפלקס פירווט דהידרוגנאז המקטלז את המעבר של פירווט לאצטיל-קוA במיטוכונדריה ובעל אותם קופקטורים חיוניים לפעילות : TPP (תיאמין פירופוספט), +coA, FAD, NAD וליפואט. בנוסף, בדומה לקומפלקס PDH, נוצר קשר עתיר אנרגיה שפירוק שלו ישחרר המון אנרגיה, יצירת קשר תיואסתרי עתיר אנרגיה במקרה זה מהווה את הכוח הדרוש לשלב הבא של המעגל (5). הריאקציה מאופיינת ב- ΔG מאוד שלילי (חד כיווני).
הערת מחבר – בדומה לקומפלקס PDH וקומפלקס α-קטוגלוטארט דהידרוגנאז קיים קומפלקס שלישי הפועל בפירוק של חומצות אמינו מסועפות (מתרחש בעיקר בשריר ולא בכבד שם מתרחש פירוק שאר חומצות האמינו בגוף) ובעל אותם 5 קופקטורים חיוניים, מומלץ לזכור את שלושת הקומפלקסים הללו ולהכיר את הקופקטורים בהם. שלושת הקומפלקסים נסקרים בעמוד 2119 בספר.
ג. שלב 3 במעגל, איזוציטראט עובר דה-קרבוקסילציה חמצונית (חמצון תוך שחרור CO2) לקבלת α-קטוגלוטראט בריאקציה המקוטלזת ע”י איזוציטראט דהידרוגנאז. כמו בכל ריאקציה המערבת חמצון,יש מי שעובר חיזור. האנזים משתמש בקופקטור +NAD+/NADP שעובר חיזור ל- NADH/NADPH (בהתאמה), אנזים מיטוכונדריאלי ישתמש ב- +NAD וה- NADH המתקבל יכנס לשרשרת הנשימה לקבלת ATP ואנזים ציטוזולי ישתמש ב- +NADP וה- NADPH המתקבל ישמש כוח מחזר בתא (2 איזוזימים). +Mn2 באתר הפעיל של האנזים משתתף בקטליזת עזר יון מתכתי.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמודים 639-647
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמודים 2102-2125.

תשובה ב: מעגל קרבס, הנקרא גם מעגל החומצה הציטרית כולל 8 שלבים ומהווה שלב ביניים בנשימה התאית. שלבי המעגל מתרחשים במטריקס המיטוכונדריה, למעט שלב 6 שמתרחש ע”ג הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה (בבקטריות ע”ג הממברנה הפלזמטית), ומקוטלז ע”י סוקסינאט דהידרוגנאז שמהווה חלק מהקומפלקסים של שרשרת מעבר האלקטרונים (קומפלקס II בשרשרת) המתרחשת ע”ג הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה. מטרתו העיקרית של המעגל היא יצירת נשאי אלקטרונים מחוזרים, שיכנסו לשרשרת מעבר האלקטרונים ליצירת הרבה מולקולות ATP. המעגל עצמו מניב 1GTP,1 FADH2, 3NADH ומשתחררות 2 מולקולות CO2 (שמקורן מאוקסלואצטט).
סוקסינאט דהידרוגנאז מקטלז את שלב 6 במעגל בו הופכת מולקולת סוקסינאט לפומראט בריאקציה המערבת חמצון. כמו בכל ריאקציה המערבת חמצון, יש מי שעובר חיזור. האנזים משתמש בקופקטור FAD שעובר חיזור ל- FADH ומשמש נשא אלקטרונים בשרשרת הנשימה. לאנזים יש שלושה מרכזי ברזל-גופרית הדרושים לפעילותו וקבוצה פרוסטטית (מולקולה הקשורה קוולנטית לאנזים וחיונית לו לשם פעילותו) FAD. מלונאט הינו אנאלוג של סוקסינאט, באופן תקין לא נמצא בתא אך אם מוסף הוא משמש מעכב תחרותי חזק של סוקסינאט על הקישור לאנזים וחוסם את פעילות מעגל קרבס.
שלילת מסיחים:
א. מאלאט דהידרוגנאז מקטלז את שלב 8 במעגל בו הופכת מולקולת מאלאט לאוקסלואצטט בריאקציה המערבת חמצון. כמו בכל ריאקציה המערבת חמצון, יש מי שעובר חיזור. האנזים משתמש בקופקטור NAD+ שעובר חיזור ל- NADH ומשמש נשא אלקטרונים בשרשרת הנשימה. המטרה : יצור מחדש של אוקסלואצטט שיכול להתחיל סבב נוסף של המעגל. מבחינת התרמודינאמיקה, השלב מאופיין ב- ΔG מאוד חיובי ולא מועדף אנרגטית אך בתא, ריכוזי אוקסלואצטט נשמרים נמוכים כיוון שהוא כל הזמן מזין את המעגל מחדש ונצרך בריאקציה המזורזת ע”י ציטראט סינתאז (שלב 1), וכך לפי עקרון לה-שטלייה התגובה מועדפת לכיוון יצירת התוצרים (במקרה זה, יצירת אוקסלואצטט). שלב זה מתרחש במטריקס המיטוכונדריה.
ב. קומפלקס α-קטוגלוטארט דהידרוגנאז מקטלז את שלב 4 במעגל בו α-קטוגלוטארט עובר דה-קרבוקסילציה חמצונית (חמצון תוך שחרור CO2) לקבלת סוקסיניל-קוA. כמו בכל ריאקציה המערבת חמצון, יש מי שעובר חיזור. האנזים משתמש בקופקטור NAD+ שעובר חיזור ל- NADH. קומפלקס α-קטוגלוטארט דהידרוגנאז מאוד דומה לקומפלקס פירווט דהידרוגנאז המקטלז את המעבר של פירווט לאצטיל-קוA במיטוכונדריה ובעל אותם קופקטורים חיוניים לפעילות : תיאמין פירופוספט (TPP), coA, NAD+ וליפואט. בנוסף, בדומה לקומפלקס PDH נוצר קשר עתיר אנרגיה שפירוק שלו ישחרר המון אנרגיה, יצירת קשר תיואסתרי עתיר אנרגיה במקרה זה מהווה את הכוח הדרוש לשלב הבא של המעגל (5). הריאקציה מאופיינת ב- ΔG מאוד שלילי (חד כיווני). שלב זה מתרחש במטריקס המיטוכונדריה.
ג. סוקסיניל-קוA סינתטאז (נקרא גם סוקסינאט תיוקינאז) מקטלז את שלב 5 במעגל בו סוקסיניל קו-A הופך לסוקסינאט בריאקציה המצומדת לזרחון ברמת הסובסטרט. ניתוק הקשר התיואסתרי של סוקסיניל-קוA משחרר הרבה אנרגיה ובה משתמש האנזים לצורך העברת קבוצת פוספט (מנגנון phosphoryl transfer) למולקולת GDP/ADP ליצירת GTP/ATP (בהתאמה) כתלות באיזוזים באותו תא. בשלב ביניים בריאקציה היסטדין באתר הפעיל של האנזים עוברת זרחון זמני ולאחר מכן מוסרת את הפוספט שלה ליצירת ATP/GTP.שלב זה מתרחש במטריקס המיטוכונדריה.
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמודים 2102-2125.

במה השאלה עוסקת: גליקוליזה
תשובה ג: גלוקוז-1-פוספט נוצר כחלק ממסלול סינתזת הגליקוגן. גלוקוז-6-פסופט שנוצר בשלב הראשון בגליקוליזה יכול גם להמשיך לסינתזת גליקוגן (כתלות במצב האנרגטי והצורך של התא באותו זמן). אנזים פוספוגלוקומוטאז הוא איזומראז והתוצאה הסופית היא שינוי מיקום הפוספט מעמדה 6 לעמדה 1.
הרחבה – נוצר תוצר ביניים עם 2 פוספטים עליו, גלוקוז-1,6-ביפוספט, כאשר הפוספט בתוצר הוא לא זה שהיה בסובסטרט. יש לאנזים פוספוסרין (סרין מזורחנת) באתר הפעיל שתורמת את הפוספט לתוצר ומקבלת את זה שהיה בסובסטרט (כדי שהאנזים יוכל לפעול שוב). רלוונטי אם שואלים על סימון רדיואקטיבי של הפוספטים (הרחבה בעמ’ 2038-2039 בספר הלימוד).
שלילת מסיחים:
א. תוצר שלב 7, הסובסטרטים לריאקציה הם 1,3-ביפוספוגליצרט (תוצר שלב 6) ו- ADP. מנגנון הריאקציה כולל זרחון ברמת הסובסטרט ומקוטלז ע”י אנזים פוספוגליצרט קינאז. מעוניינים ליצור מולקולת ATP ממולקולת ADP ותורם פוספט. לסובסטרט יש 2 פוספטים כאשר מבחינה מרחבית “קל יותר לקחת” את הפוספט שנמצא בעמדה 1. לאחר הקטליזה, מתקבלת מולקולת 3-פוספוגליצרט ו- ATP.
ב. תוצר שלב 3, הסובסטרטים לריאקציה הם פרוקטוז-6-פוספט (תוצר שלב 2) ו- ATP. משקיעים מולקולת ATP לטובת זרחון הסובסטרט פרוקטוז-6-פוספט. הזרחון מתבצע ע”ג פחמן מס’ 1 ונוצר פרוקטוז-1,6-ביפוספט. הריאקציה מזורזת ע”י אנזים פוספו-פרוקטוקינאז-1 (PFK-1), שלב בלתי הפיך (ΔG<0) הנמצא ברגולציה מאוד חזקה, נקרא גם “השלב המחייב של הגליקוליזה” מאחר ותוצר שלב זה יכול להמשיך רק בגליקוליזה ולא במסלול אחר. מטרת הריאקציה היא ליצור מולקולה “סימטרית” שתוכל להישבר ל- 2 מולקולות בריאקציה הבאה.
ד. תוצר שלב 4, הסובסטרט לריאקציה הוא פרוקטוז-1,6-ביפוספט (6 פחמנים). מנגנון שבירה אלדולית (שבירת קשר פחמן-פחמן) ע”י אנזים אלדולאז. מתקבלות 2 מולקולות פחמן בעלות 3 פחמנים כל אחת (דיהידרוקסיאצטון-פוספט וגליצראלדהיד-3-פוספט). הריאקציה מאופיינת ב- ΔG חיובי, מה שמאפשר לה להתרחש בתנאי התא הוא שריכוז הסובסטרט נשאר גבוה כי נוצר בריאקציה בלתי הפיכה ואיל והתוצר גליצראלדהיד-3-פוספט (GAP) כל הזמן נצרך ולכן זה מושך את הריאקציה ימינה לכיוון התוצרים. בנוסף, יש קטליזת עזר קוולנטית וקטליזת חומצה-בסיס שמסייעות לריאקציה כיוון שקשה לבקע קשר פחמן-פחמן.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמודים 544-555, 614.
ערך ידע רלווונטי
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: גליקוליזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמודים 1870-1905.

במה השאלה עוסקת: גליקוליזה
תשובה ב: בשלב 4 של הגליקוליזה פרוקטוז-1,6-ביפוספט (6 פחמנים) עובר ביקוע ע”י אנזים אלדולאז במנגנון שבירה אלדולית (שבירת קשר פחמן-פחמן). מתקבלות 2 מולקולות פחמן בעלות 3 פחמנים כל אחת (דיהידרוקסיאצטון-פוספט וגליצראלדהיד-3-פוספט). בתהליך ההפוך לגליקוליזה, גלוקונאוגנזה, מולקולה של דיהידרוקסיאצטון פוספט ומולקולה של גליצראלדהיד-3-פוספט נדחסות ע”י אנזים אלדולאז במנגנון דחיסת קלייזן (יצירת קשר פחמן-פחמן) ליצירת פרוקטוז-1,6-ביפוספט. האנזים אלדולאז פועל לשני הכיוונים ולכן גם הביקוע וגם הדחיסה הם תהליכים הפיכים והפוכים זה לזה. (האנזים אלדולאז משתתף בעוד מגוון מסלולים מטבולים).
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמודים 550-552, 601.
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: גליקוליזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמודים 1887-1889, 1948.

תשובה ד :פירווט הוא התוצר הסופי של הגליקוליזה האירובית (באנאירובית מתקבל לקטט). בתנאים אירוביים פירווט הופך לאצטיל קו-A ע”י קומפלקס פירווט דהידרוגנאז (Pyruvate Dehydrogenase Complex) ומהווה את חומר המוצא למעגל קרבס (משמש גם בעוד מספר רב של מסלולים מטבולים כמו סינתזת כולסטרול, חומצות שומן וכדומה). קומפלקס זה פועל במטריקס של המיטוכונדריה (בבקטריות בציטוזול) – פירווט נוצר בציטופלזמה (שם מתרחשת הגליקוליזה) ונכנס בדיפוזיה מזורזת ע”י יוניפורטר ספציפי שממוקם ע”ג ממברנת המיטוכונדריה. הקומפלקס מורכב מ- 3 אנזימים שונים, כל אחד מכיל מספר קו-פקטורים (אשר חיוניים לפעילות האנזים). נחשב מולטי-קופלקס אנזימטי בו התוצר של אנזים אחד מהווה את הסובסטרט של האנזים הבא אחריו, מאוד יעיל והמעבר בין האתרים הקטליטיים (בין האנזימים השונים) מאפשר תגובה מהירה בהתאם לצרכי התא.
E1 – פירווט דהידרוגנאז : האנזים נקרא על שם הקומפלקס כולו והוא עושה דה-קרבוקסילציה חמצונית (חמצון בלתי הפיך תוך שחרור CO2). קופקטור TPP קושר את הפירווט שמגיע ועושה לו דה-קרבוקסילציה חמצונית. שלב מגביל המהירות של הקומפלקס (ומכאן שעליו רוב הבקרה). 2 הפחמנים הנותנים עוברים לאנזים E2 (וכך TPP עובר מחזור למצב חופשי ויכול לפעול שוב).
E2 – דהידרוליפואט טראנסאצטילאז : קופקטור ליפוליזין (זרוע ליפואט ארוכה וגמישה עם שייר ליזין בקצה שיכולה להעביר מהאתר הקטליטי של E1 ל- E2 ומשם ל- E3) עושה חמצון ל- 2 הפחמנים הנותרים (מאלדהיד לחומצה קרבוקסילית), קופקטור coA-SH מגיע בחוץ ונקשר, אצטיל קו-A משתחרר החוצה וליפוליזין עובר חיזור מלא (SH-SH). כדי שהקומפלקס יוכל לפעול שוב עליו להימצא במצב מחומצן (S-S) כדי שיוכל להעביר את 2הפחמנים חמצון בסבב נוסף והוא יעבור חיזור. פעולת האנזים E3 ו- 2 הקופקטורים שבו נועדו עבור מחזור זה.
E3 – דהידרוליפואט דהידרוגנאז : קופקטור FAD עובר חיזור ל- FADH2 וכך ליפוליזין עובר חמצון וחוזר למצבו ההתחלתי (מחזור). גם את FAD יש למחזר ולכן קופקטור NAD+ מגיע מבחוץ, עובר חיזור ל- NADH שמשתחרר (משמש נשא אלקטרונים שימשיך בשרשרת הנשימה וייתן 2.5ATP), FADH2 עובר חמצון ל- FAD שיכול לפעול שוב (מחזור).
הערת מחבר – בדומה לקומפלקס פירווט דהידרוגנאז (או בקיצור PDH) קיימים עוד 2 קומפלקסים חשובים בעלי מכניזם פעולה זהה ובעלי אותם 5 קופקטורים חיוניים לפעילות : תיאמין פירופוספט (TPP), coA, FAD, NAD+ וליפואט. 2 הקומפלקסים הנוספים הם קומפלקס α-קטוגלוטארט דהידרוגנאז שמהווה חלק ממעגל קרבס במיטוכונדריה וקומפלקס שלישי שפועל בפירוק של חומצות אמינו מסועפות (מתרחש בשריר ולא בכבד שםמתרחש פירוק שאר חומצות האמינו בגוף). ממליצה לזכור את שלושת הקומפלקסים הללו ולהכיר בעל פה את שמות הקופקטורים ותפקידיהם. שלושת הקומפלקסים נסקרים בעמוד 644 בספר הלימוד./ 2199.
שלילת מסיח ביוטין : ביוטין (Biotin) הוא קופקטור המורכב מויטמין B7. ביוטין לא משתתף בהפיכת פירווט לאצטיל קו-A ואינו חלק מהקופקטורים הדרושים לפעילות הקומפלקס PDH. ביוטין הוא קופקטור שמשתתף בקרבוקסילציות (קיבוע קבוצת CO2 שמקורה מיון ביקרבונט), קומפלקס PDH משתתף בדה-קרבוקסילציה ולכן אפשר לפסול גם

644, 634-637 מהדורה 6
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמודים 2093-2097, 2119 (Figure 16-12).

במה השאלה עוסקת: גליקוליזה
תשובה ד: פרוקטוז-6-פוספט מתקבל בשלב 2 של הגליקוליזה (בשלב הראשון גלוקוז עובר זרחון בפחמן 6 ע”י הקסוקינאז ואז עובר איזומריזציה לפרוקטוז-6-פוספט). לאחר מכן עובר זרחון נוסף בפחמן מספר 1 ליצירת פרוקטוז-1,6-ביפוספט שעובר ביקוע לשתי מולקולות: גליצראלדהיד-3-פוספט (GAP) ודיהידרוקסיאצטון-פוספט (DHAP). רק GAP יכולה להמשיך בגליקוליזה ולכן DHAP עובר איזומריזציה לעוד מולקולת GAP. חשוב לזכור את מספור הפחמנים. בסופה של הגליקוליזה מתקבל הפירווט. הוא מתקבל בציטוזול (שם מתרחשת הגליקוליזה) ועובר למיטוכונדריה. במיטוכונדריה קומפלקס פירווט דהידרוגנאז (PDH) עושה לו דה-קרבוקסילציה חמצונית (חמצון בלתי הפיך תוך הוצאת CO2) לאצטיל-קוA שמהווה את חומר המוצא למעגל קרבס במיטוכונדריה. הפחמן שמשתחרר כ- CO2 הוא פחמן מספר 1 של הפירווט (של ה- GAP הממשיך) ולכן המקור שלו הוא בפחמנים 3 ו- 4 של הגלוקוז ומשום כך לא נראה סימון רדיואקטיבי באצטיל-קוA.

עמ 552 מהדורה 6
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: גליקוליזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמוד 1889-1892.

במה השאלה עוסקת: גליקוליזה
תשובה ג. פוספוהקסוז איזומראז (phosphohexose isomerase) מזרז את הריאקציה השנייה בגליקוליזה, בה מולקולה של גלוקוז 6-פוספט הופכת לפרוקטוז-6-פוספט.
גלוקוז ופרוקטוז הם איזומרים מבניים: גלוקוז הוא אלדוז (סוכר עם קבוצת אלדהיד במבנה השרשרת), ופרוקטוז הוא קטוז (סוכר עם קבוצת קטון במבנה השרשרת).
שלילת מסיחים:
א. אנולאז (Enolase) הוא ליאז המזרז את הריאקציה התשיעית בגליקוליזה, בה יוצאת מולקולת מים מ2-פוספוגליצרט ונוצר קשר כפול בין פחמן 2 ל-3 לקבלת פוספאנולפירובט (Phospoenolpyruvate). מולקולות אלו הינן חומצות קרבקוסיליות ואינן אלדוז או קטוז.
ב. פוספוגליצראט מוטאז (Phosphoglycerate Mutase) הינו האנזים המזרז את הריאקציה השמינית בגליקוליזה, בה 3-פוספוגליצרט הופך ל2-פוספוגליצרט. מולקולות אלו הינן חומצות קרבוקסיליות ואינן אלדוז או קטוז.
ד. גליצראלדהיד-3-פוספט דה-הידרוגנאז (Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase) הינו האנזים המזרז את הריאקציה השישית של הגליקוליזה, בה גליצרלאלדהיד 3-פוספט הופך ל1,3-ביספוספוגליצראט (1,3-Bisphosphoglycerate). בריאקציה זו חלה הפיכה מאלדוז לחומצה קרבוקסילית.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 545 (Figure 14-2).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: גליקוליזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמוד 1873 (Figure 14-2).

במה השאלה עוסקת: גליקוליזה

תשובה ד. על פי עקרון לה-שטלייה, כאשר ריכוז המגיבים גבוה מריכוז התוצרים, הריאקציה תפנה לכיוון התוצרים באופן ספונטני. כאשר הריאקציה מתרחשת באופן ספונטני ΔG’ קטן מאפס. לכן, העלאת ריכוז פרוקטוז 1,6-ביספוספט ידחוף את הריאקציה לביקוע המולקולה.

שלילת מסיחים:
א. כאשר ריכוז התוצרים גבוה ביחס לריכוז המגיבים, הריאקציה תפנה לכיוון המגיבים, על פי עקרון להשטלייה. לכן, במקרה המתואר היה נוצר פרוקטוז 1,6-ביספוספט ולא היה עבור ביקוע.
ב. ΔG0′ מייצג אנרגיה חופשית תחת תנאים סטנדרטים ביולוגים. בתנאים אלו משתמשים באופן מעבדתי למדידת ריאקציות: ריכוז מגיבים 1M, לחץ של 1, ו-pH 7. בתא, התנאים אינם סטנדרטים, כיוון שהריכוזים של המגיבים בהרבה יותר נמוכים מ-1M ומאופיינים ב-ΔG’ (אנרגיה חופשית ביולוגית בתנאים לא סטנדרטים). לכן, ריאקציה שהינה עם ΔG0′ גדול מאפס (לא ספונטנית) יכולה להיות ספונטנית בתוך התא (ΔG’ קטן מאפס).
ג. לו הריאקציה הייתה מתרחשת בתנאים סטנדרטים הריאקציה לא הייתה מתרחשת בכיוון הישיר (מהמגיבים לתוצרים) מכיוון שהריאקציה צורכת אנרגיה.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 550 (Cleavage of Fructose-1,6-Bisphosphate)
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: גליקוליזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמודים 1888-1889 (Cleavage of Fructose-1,6-Bisphosphate)

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה א. במעגל קרבס מתרחשות 4 ריאקציות חמצון בהם מתקבלים נשאי אלקטרונים:
ראקציה 3 (הפיכה של איזוציטראט לאלפא-קטוגלוטראט ע”י איזוציטראט דה-הידרוגנאז).
ראקציה 4 (הפיכה של אלפא-קטוגלוטראט לסוקציניל-CoA ע”י אלפא-קטוגלוטראט דה-הידרוגנאז).
ראקציה 8 (הפיכה של מלאט לאוקסלואצטט ע”י מלאט דה-הידרוגנאז), אשר בכל אחת מהן מתקבל NADH (סה”כ 3 NADH).
בריאקציה 6 (הפיכה של סוקצינאט לפומראט ע”י סוקצינאט דה-הידרוגנאז) מתקבל FADH2.

בריאקציה 5 של מעגל קרבס (בה סוקציניל-CoA הופך לסוקצינאט ע”י סוקציניל-CoA סינתטאז) מתקבלת מולקולה אחת של GTP. GTP עובר המרה ל-ATP ולכן ניתן להתייחס ל-GTP המתקבל כ-ATP (שווי ערך מבחינה אנרגטית) ע”י האנזים Nucleoside diphosphate kinase.
שלילת מסיחים:
ב. במעגל קרבס מתקבלים 3 NADH ולא 4.
ג. במעגל קרבס מתקבלת גם מולקולה אחת של FADH2.
ד. במעגל קרבס מתקבלות 3 מולקולות של NADH ולא 2.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 639 (Figure 16-7) + עמוד 526 (המרת מטבעות אנרגיה)
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16- עמוד 2103 (Figure 16-7), פרק 13- עמודים 1782-1783 (המרת מטבעות אנרגיה).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.

במה השאלה עוסקת: תיעול פירובט
תשובה ב. באאוקריוטים, תחת תנאים אירוביים, לאחר שפירובט נוצרת בציטוזול היא יכולה להיכנס אל המיטוכונדריה. את הממברנה החיצונית של המיטוכונדריה היא עוברת בעזרת פתחים גדולים הקיימים בה, בעוד שאת הממברנה הפנימית של המיטוכונדריה היא חוצה באמצעות סימפורטר המצוי עליה המצומד לפרוטונים H+. סימפורטר זה נקרא mitochondrial pyruvate carrier (MCP).

שלילת מסיחים:
א. פירובט הינו טעון ולכן לא יכול לחצות ממברנה בדיפוזיה פשוטה.
ג. הפיכה של פירובט לאצטיל-CoA מתרחשת במטריקס המיטוכנדריון ולא בציטוזול.
ד. שאטל מלאט מעורב בהעברת אקיוולנטים ל-NADH למטריקס המיטוכונדריון ואיננו קשור לשאטל הפירובט.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 841 (Figure 21-10).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 21, עמוד 2672 (Figure 21-10).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה א. ביוטין מעורב בקרבוקסילציה של מולקולות ואיננו קואנזים המשתתף בפירובט דה-הידרוגנאז (PDH: Pyruvate Dehydrogenase). דה-קרבוקסילציה ב-PDH מתבצעת ע”י הקואנזים האינטגרלי TPP (Thiamine Pyrophosphate).
שלילת מסיחים:
ב. FAD הינו קואנזים אינטגרלי ב-PDH אשר מקבל את האלקטרונים משיירי הציסטאין של ליפואמיד. +NAD הינו קואנזים לא אינטגרלי של PDH אשר מקבל את האלקטרונים מ-FADH2.
ג. קומפלקס ה-PDH הינו קומפלקס מסיס הנמצא במטריקס המיטוכונדריון.
ד. לאחר דה-קרבוקסילציה של פירובט מתקבל הידרוקסיאתיל המוחזק ע”י TPP. ההידרוקסיאתיל לאחר מכן מועבר לליפואמיד שהינו חלק מזרוע הליפויל-ליזין.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 637 (Figure 16-6).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2098 (Figure 16-16).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה ג. ליפואמיד הינו קואנזים אינטגרלי אינטגרלי לפירובט דה-הידרוגנאז (PDH: Pyruvate Dehydrogenase), אשר מהווה חלק מהזרוע הגמישה המתנדנדת המתעלת את הסובסטרט מהאתרים הפעילים השונים באנזים E2. הליפואמיד מכיל שני שיירי ציסטאין בקצה הנמצאים במצב מחומצן. לאחר קישור הידרוקסיאתיל ל-E1, ההידרוקסיאתיל מועבר לליפואמיד כאצטיל ב-E2. לאחר מסירת האצטיל לקואנזים A, שני שיירי הציסטאין של הליפואמיד מחוזרים והם נעים לכיוון E3 בכדי למסור את האלקטרונים ל-FAD. לאחר חמצון הליפואמיד, הזרוע חוזרת לכיוון E1 לסבב נוסף.
שלילת מסיחים:
א. FAD נמצא ב-E3 וכמקבל אלקטרונים מליפואמיד.
ב. NAD הינו קואנזים לא אינטגרלי של ה-PDH אשר מקבל אלקטרונים מ-FADH2
ד. תיאמין פירופוספט (TPP: Thiamine Pyrophosphate) הינו קואנזים אינטגרלי ל-E1.
TPP מעביר הידרוקסאתיל לליפואמיד הנמצא ב-E2.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 637 (Figure 16-6).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2098 (Figure 16-6).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה ב. האנזים סוקצינאט דה-הידרוגנאז הופך סוקצינאט לפומראט ע”י הוצאת שני אלקטרונים מסוקצינאט, ויצירת קשר כפול בין פחמן 2 ו-3. לכן, עיכוב האנזים יוביל להורדת ריכוז התוצר פומראט.
שלילת מסיחים:
א. ציטראט הינו התוצר הראשון של מעגל קרבס ונוצר מדחיסה של אוקסלואצטט עם אצטיל-CoA ע”י ציטראט סינתאז (Citrate Synthase).
ב. איזוציטראט נוצר בריאקציה השנייה של מעגל קרבס מאיזומריזציה של ציטראט ע”י אקוניטאז (Aconitase).
ג. סוקצינאט הינו הסובסטרט של סוקצינאט דה-הידרוגנאז ולכן בעת עיכוב האנזים סוקצינאט יצטבר ורמתו תעלה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 646-647 (Oxidation of Succinate to Fumartae).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2122 -2124(Oxidation of Succinate to Fumartae).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה א. אצטיל-CoA איננו נוצר בתוך מעגל קרבס אלא נוצר בתהליכים שונים ומהווה סובסטרט למעגל. אצטיל-CoA נוצר בין היתר מחמצון של פירובט ע”י פירובט דה-הידרוגנאז, ע”י פירוק חומצות שומן, וע”י פירוק חומצות אמיניות קטוגניות.
שלילת מסיחים:
ב. אוקסלואצטט הינו תוצר של הריאקציה השמינית והאחרונה במעגל קרבס (נוצר ממלאט ע”י מלאט דה-הידרוגנאז), ומהווה גם כסובסטרט לריאקציה הראשונה במעגל בה עובר דחיסה עם אצטיל-CoA ע”י ציטראט סינתאז (Citrate Synthase).
ג. סוקציניל-CoA נוצר בריאקציה הרביעית של מעגל קרבס בה אלפא-קטוגלוטראט עובר חמצון ע”י אלפא-קטוגלוטראט דה-הידרוגנאז (Alpha-Ketoglutarate Dehydrogenase).
ד. אלפא-קטוגלוטראט נוצר בריאקציה השלישית של מעגל קרבס בה איזוציטראט עובר ע”י איזוציטראט דה-הידרוגנאז (Isocitrate Dehydrogenase).
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 637 (Figure 16-6).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2098 (Figure 16-6), עמ 2103 (Figure 16-7).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה ד. מקור שני הפחמנים היוצאים במהלך מעגל קרבס מקורם במולקולות האוקסלואצטט. מולקולת ה-CO2 הראשונה מקורה בריאקציה השלישית, בה קבוצת הקרבוקסיל הקשורה לפחמן 3 של איזוציטראט יוצאת ומתקבל אלפא-קטוגלוטראט. מולקולת ה-CO2 השנייה מקורה בריאקציה הרביעית, בה קבוצת הקרבוקסיל הראשונה של אלפא-קטוגלוטראט יוצאת ומתקבל סוקציניל-CoA.
שלילת מסיחים:
א. מולקולת ה-CO2 הראשונה שעוזבת מקורה בקבוצת הקרבוקסיל הקשורה לפחמן המתילני של אוקסלואצטט, אך הפחמן המתילני עצמו אינו עוזב.
ב. מקור שני הפחמנים שיוצאים הוא באוקסלואצטט.
ג. מקור שני הפחמנים שיוצאים הוא באוקסלואצטט.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 648 (Box 16-3).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמודים 2126-2128 (Box 16-2).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה ד. האנזימים פירובט דה-הידרוגנאז (PDH: Pyruvate Dehydrogenase) ואלפא-קטוגלוטראט דה-הידרוגנאז (Alpha-Ketoglutarate Dehydrogenase) בעלי מבנה ותפקיד דומה: שני האנזימים מזרזים דה-קרבוקסילציה חמצונית של סובסטרט (ב-PDH מחומצן פירובט לאצטיל-CoA ובשני מחומצן אלפא-קטוגלוטראט לסוקציניל-CoA), ומשתמשים באותם 5 קואנזימים (TPP, ליפואמיד ו-FAD אינטגרלים, קואנזים-A ו- +NAD מסיסים). בנוסף, שני האנזימים בנויים מאותם 3 אנזימים – E1, E2, E3 כאשר השוני הוא בעיקר ב-E1, כיוון שצריך כיס מתאים לסובסטרט בכל אחד מהאנזימים, E2 דומה מאוד ביניהם, והיחידה E3 זהה לחלוטין.
שלילת מסיחים:
א. הפיכה של פומראט למלאט מזורזת ע”י פומראז המוציא מולקולת מים מפומראט. פומראז שייך למשפחת הליאזות בעוד ש-PDH שייך למשפחת הדה-הידרוגנאזות.
ב. מלאט הופך לאוקסלואצטט ע”י מלאט דה-הידרוגנאז. שני האנזימים שייכים למשפחת הדה-הידרוגנאזות אך בעוד PDH מבצע דה-קרבוקסילציה חמצונית, מלאט דהה-הידרוגנאז מבצע רק חמצון. אין דמיון מבני בין האנזימים ולמעט NAD+ אין קואנזימים משותפים.
ג. סוקציניל-CoA הופך לסוקצינאט ע”י סוקציניל-CoA סינתטאז. אנזים זה שייך למשפחת הליגאזות בעוד PDH שייך למשפחת הדה-הידרוגנאזות.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 644 (Oxidation of alpha-Ketoglutarate to Succinyl-CoA and CO2).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2118- 2119 (Oxidation of alpha-Ketoglutarate to Succinyl-CoA and CO2).

במה השאלה עוסקת: ויטמינים
תשובה ד. קומפלקס אלפא-קטוגלוטראט דה-הידרוגנאז משתמש בקואנזים TPP (Thiamine Pyrophosphate). קואנזים זה מקורו בויטמין תיאמין (B1) שיש לצרוך תזונה. לכן, חסר בויטמין זה יוביל לפגיעה באנזימים המשתמשים בקואנזים TPP אשר כולל גם את האנזימים פירובט דה-הידרוגנאז (Pyruvate Dehydrogenase) וטרנסקטולאז (Transketolase).
שלילת מסיחים:
א. איזוציטראט דה-הידרוגנאז משתמש בקופקטור +NAD במטריקס ו-+NADP בציטוזול. מקור קואנזימים אלו הוא בויטמין ניאצין (B3). מכיוון שלא משתמש ב-TPP, חסר בתיאמין לא יפגע בפעילות אנזים זה.
ב. מלאט דה-הידרוגנאז משתמש בקואנזים +NAD, שמקורו בויטמין ניאצין (B3). מכיוון שלא משתמש ב-TPP, חסר בתיאמין לא יפגע בפעילות אנזים זה.
ג. סוקצינאט דה-הידרוגנאז משתמש בקואנזים FAD, שמקורו בויטמין ריבופלבין (B2). מכיוון שלא משתמש ב-TPP, חסר בתיאמין לא יפגע באנזים זה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 634 (The Pyruvate Dehydrogenase Complex Requires Five Coenzymes).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2093-2094 (The Pyruvate Dehydrogenase Complex Requires Five Coenzymes).

תשובה א. ראקציות אנפלרוטיות הן ראקציות המייצרות את תוצרי הביניים של מעגל קרבס. ישנן 4 ראקציות אנאפלרוטיות מרכזיות:
1. pyruvate carboxylase: מייצר אוקסלואצטט ממפירובט
2. PEP carboxykinase: מייצר אוקסלואצטט מ-PEP
3. PEP carboxylase: מייצר אוקסלואצטט מ-PEP
4. malic enzyme: מייצר מאלאט מפירובט

מהדורה 6, 650-651
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמודים 2134-2136.

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה ד. בחמצון פירובט לאצטיל-CoA מתקבלת מולקולה אחת של NADH. במעגל קרבס מתרחשות 4 ריאקציות חמצון בהם מתקבלים נשאי אלקטרונים:
ראקציה 3 (הפיכה של איזוציטראט לאלפא-קטוגלוטראט ע”י איזוציטראט דה-הידרוגנאז).
ראקציה 4 (הפיכה של אלפא-קטוגלוטראט לסוקציניל-CoA ע”י אלפא-קטוגלוטראט דה-הידרוגנאז).
ראקציה 8 (הפיכה של מלאט לאוקסלואצטט ע”י מלאט דה-הידרוגנאז), אשר בכל אחת מהן מתקבל NADH (סה”כ 3 NADH).
בריאקציה 6 (הפיכה של סוקצינאט לפומראט ע”י סוקצינאט דה-הידרוגנאז) מתקבל FADH2.
בריאקציה 5 של מעגל קרבס (בה סוקציניל-CoA הופך לסוקצינאט ע”י סוקציניל-CoA סינתטאז) מתקבלת מולקולה אחת של GTP אשר שוות ערך ל-ATP.
סה”כ 4 מול ATP/GTP, מול 1 של NADH ומול 1 של FADH2.
שלילת מסיחים:
א. זהו לא הרווח האנרגטי המתקבל מחמצון פירובט ומעגל קרבס.
ב. במסיח זה מתואר הרווח האנרגטי ממעגל קרבס בלבד ללא התחשבות בחמצון פירובט לאצטיל-CoA.
ג. זהו לא הרווח האנרגטי המתקבל מחמצון פירובט ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 637 (Figure 16-6), עמוד 639 (Figure 16-7).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2098 (Figure 16-6), עמוד 2103 (Figure 16-7).

במה השאלה עוסקת: בקרה
תשובה ד. ריאקציות המהוות נקודת בקרה בתא הן ריאקציות אקסרגוניות (משחררות אנרגיה), ועל כן נעות מכיוון המגיבים לכיוון התוצרים. ריאקציות אנדרגוניות (צורכות אנרגיה) לא יכולות להתרחש בכיוון הישיר ועל כן אינן ספונטניות. הריאקציה המתווכת ע”י פוספופרוקטוקינאז-1 (PFK1) הינה ריאקציה מאוד אקסרגונית.

שלילת מסיחים:
א. פרוקטוז-2,6-ביספוספט( F2,6BP) הינו האפקטור האלוסטרי החיובי הכי משמעותי של PFK1, וללא אפקטור זה PFK1 בקושי פעיל.
ב. F2,6BP הינו מעכב אלוסטרי של האנזים פרוקטוז 1,6-ביספופסטאז (FBPase-I), ובנוכחות מולקולה זו האנזים בקושי ופעיל. בהשפעת גלוקגון F2,6BP עובר הידרוליזה לפרוקטוז-6-פוספט, מה שמוריד את רמת האפקטור האלוסטרי ומאפשר את פעילות האנזים FBPase-I.
ג. האנזים FBPase-I מזרז ריאקציה אקסרגונית בתא המצויה תחת בקרה.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמודים 592-593 (Reactions Far from Equilibrium in Cells Are Common Points of Regulation
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: בקרות גליקוליזה וגלוקונאוגנזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמודים 1884-1885, 1972-1976 .

במה השאלה עוסקת: גלוקונאוגנזה
תשובה ג. האנזים הגליקוליטי פוספופרוקטוקינאז-1 (PFK1) הינו ממשפחת הטרנספראזות אשר פועל בכיוון אחד בתא מפרוקטוז-6-פוספט לפרוקטוז 1,6-ביספוספט. האנזים פרוקוטוז 1,6-ביספוספאט (FBPase-I) הינו הידרולאז ההופך פרוקטוז 1,6-ביספוספט לפרוקטוז-6-פוספט. גם אנזים זה פועל בכיוון אחד בתא, הפעם בתהליך הגלוקונאוגנזה.
שלילת מסיחים:
א. פרוקטוז-2,6-ביספוספט (F2,6BP) הינו אפקטור אלוסטרי שלילי של האנזים פרוקטוז 1,6-ביספוספטאז (FBPase-I) הפועל בגלוקונאוגנזה. לכן, דווקא ירידה ברמת F2,6BP תוביל לעלייה במסלול הגלוקונאוגנזה.
ב. שומן מתפרק ליחידות אצטיל-CoA. מכיוון שהריאקציה של פירובט דה-הידרוגנאז היא חד כיוונית ביונקים, אין אפשרות להפוך אצטיל-CoA לפירובט ומכאן שאין אפשרות להפוך שומן לסוכר.
ד. הריאקציה המזורזת ע”י הקסוקינאז מגלוקוז לגלוקוז-6-פוספט הינה חד כיוונית בתא. הפיכה של גלוקוז-6-פוספט לגלוקוז בגלוקונאוגנזה מתרחשת ע”י האנזים גלוקוז-6-פוספטאז (Glucose-6-Phosphatase).
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 601 (Coordinated Regulation of Glycolysis and Gluconeogenesis).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: בקרות גליקוליזה וגלוקונאוגנזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמוד 1961-1962 (Coordinated Regulation of Glycolysis and Gluconeogenesis).

במה השאלה עוסקת: בקרה – גליקוליזה
תשובה ב. באופן כללי, מולקולות המעידות על מצב אנרגטי גבוה (כגון ATP) יעכבו תהליכים קטבולים בעוד מולקולות המעידות על מצב אנרגטי נמוך (כגון ADP/AMP) יזרזו תהליכים קטבולים. המולקולה ATP מהווה אפקטור אלוסטרי שלילי של מספר אנזימים קטבולים, ביניהם פירובט קינאז.
שלילת מסיחים:
א. ADP אינו משתתף בבקרה על פירובט קינאז.
ג. ציטראט אמנם מעידה על מצב אנרגטי גבוה, אך היא איננה משתתפת בבקרה על פירובט קינאז.
ד. רמות גבוהות של אצטיל-CoA יעכבו את פירובט קינאז.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 607 (Figure 15-21).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: בקרות גליקוליזה וגלוקונאוגנזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמוד 1978(Figure 14-26).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה א. אנזימי מעגל קרבס נמצאים במטריקס המיטוכונדריון, כאשר כל האנזימים מסיסים במטריקס למעט סוקצינאט דה-הידרוגנאז (Succinate Dehydrogenase) אשר קשור לממברנה הפנימית של המיטוכונדריון והאתר הפעיל פונה לכיוון המטריקס.
שלילת מסיחים:
ב. מלונאט הינו מעכב תחרותי של האנזים סוקצינאט דה-הידרוגנאז אשר הופך סוקצינאט לפומראט בריאקציה השישית. לכן, עיכוב אנזים זה יוביל להצטברות הסובסטרט (סוקצינאט) ולירידה בריכוז התוצר (פומראט).
ג. אוקסלואצטט משמש גם כסובסטרט בריאקציה הראשונה של מעגל קרבס וגם כתוצר בריאקציה השמינית והאחרונה של המעגל. לכן, ריכוז אוקסלואצטט נשמר קבוע והוא איננו נצרך במעגל.
ד. סוקצינאט דה-הידרוגנאז מהווה גם את קומפלקס II של שרשרת הנשימה, וממנו האלקטרונים עוברים לקומפלקס III דרך יוביקינול.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 646 (Oxidation of Succinate to Fumarate).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2122-2124 (Oxidation of Succinate to Fumarate).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה ד. סוקציניל-CoA סינתטאז (Succinyl-CoA Synthetase) מזרז את הריאקציה החמישית במעגל קרבס, בה סוקציניל-CoA הופך לסוקצינאט. בעיכוב האנזים, תחול הצטברות של הסובסטרט (סוקציניל-CoA) וירידה ברמת התוצר (סוקצינאט).
שלילת מסיחים:
א. סוקצינאט הינו התוצר של סוקציניל-CoA סינתטאז, ולכן בעיכוב האנזים רמת הסוקצינאט תרד.
ב. ציטראט נוצר מדחיסה של אצטיל-CoA ואוקסלואצטט בריאקציה הראשונה של מעגל קרבס ע”י ציטראט סינתאז (Citrate Synthase), ולכן רמת הציטראט לא תושפע מידית מעיכוב סוקציניל-CoA סינתטאז.
ג. אלפא-קטוגלוטראט נוצר מאיזוציטראט בריאקציה השלישית של מעגל קרבס ע”י איזוציטראט דה-הידרוגנאז (Isocitrate Dehydrogenase) ולכן רמת אלפא-קטוגלוטראט לא תושפע מידית מעיכוב סוקציניל-CoA סינתטאז.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 639 (Figure 16-7).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2103 (Figure 16-7).

במה השאלה עוסקת: גלוקונאוגנזה
תשובה ג. פירובט קרבוקסילאז הינו אנזים מיטוכונדריאלי המהווה חלק מהגלוקונאוגנזה וגם כריאקציה אנאפלרוטית למעגל קרבס. תאי דם אדומים (אריתרוציטים) הינם חסרי מיטוכונדריה ואברונים ולכן לא יימצא בהם האנזים פירובט קרבוקסילאז.
שלילת מסיחים:
א. תאי שומן (אדיפוציטים) מבצעים מעגל קרבס, ובנוסף מסנתזים גליצרול 3-פוספט מפירובט בתהליך הגליצרונאוגנזה, מה שדורש את האנזים פירובט קרבוקסילאז (נלמד בשיעור על סינתזת שומנים).
ב. תאי כבד (הפטוציטים) מבצעים גלוקונאוגנזה ועל כן זקוקים לאנזים פירובט קרבוקסילאז.
ד. תאי כליה מבצעים גלוקונאוגנזה ועל כן זקוקים לאנזים פירובט קרבוקסילאז.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 570 (Conversion of Pyruvate to Phosphoenolpyruvate).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא:גלוקונאוגנזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמוד 1949-1950 (Conversion of Pyruvate to Phosphoenolpyruvate).

במה השאלה עוסקת: ויטמין, קו-אנזים ומונחים נוספים

תשובה ד’. קו-אנזים (coenzyme) היא מולקולה אורגנית או מטלו-אורגנית (metallorganic) שחיונית לאנזימים עבור תפקודם. במקרים רבים, תפקיד מולקולה זו הוא לשאת חומר מסוים שחשוב לתפקוד האנזים. Flavin adeninedinucleotide (FAD) היא מולקולה שמשמת כמקבל אלקטרונים בריאקציה עם האנזים סוקסינאט דהידרוגנאז (succinate dehydrogenase). אנזים זה הוא האנזים היחידי שמשמש הן במעגל החומצה הציטרית והן בשרשרת מעבר האלקטרונים, והוא מבצע ריאקציה הפיכה שבה סוקסינאט מחומצן לפומראט (fumarate), תוך חיזור FAD ל-FADH2. חשוב לשים לב להגדרות נוספות: קו-פקטור (cofactor) הוא יון, אחד או יותר, שהכרחי לתפקודו של האנזים; קבוצה פרוסטטית היא קו-אנזים או קו-פקטור שקשור באופן קוולנטי לאנזים.
שלילת מסיחים:

א’. ריבופלאבין (Riboflavin) הוא אינו קו-אנזים כיון שהוא אינו לוקח חלק בריאקציה עם סוקסינאט דהידרוגנאז. ריבופלאבין הוא למעשה הקודמן (precursor) של FAD ועל כן לא נחשב כקו-אנזים בפני עצמו.

ב’. ויטמין הוא חומר שהגוף אינו מוגcל לייצר בכלל, או בכמויות מספיקות,ולכן חשוב שנצרוך אותו מהמזון. FAD אינו נצרך מהמזון, אלא עובר עיבוד מריבופלאבין שכן נצרך מהמזון. לפיכך, FAD אינו מוגדר כויטמין אלא כקו-אנזים, ואילו ריבופלאבין הוא ויטמין המכונה B2. מעניין לשים לב כי יש אורגניזם שמסוגל לייצר חומרים שהאדם למשל לא יכול, ולהפך. לפיכך, ההגדרה של חומר כויטמין תלויה באורגנזים.

ג’. סוקסינאט דהידרוגנאז אינו קו-אנזים, אלא הוא אנזים בפני עצמו. קו-אנזים היא מולקולה אורגנית שמסייעת לפעילותו התקינה של האנזים.

להרחבה – Lehninger, מהדורה 6, עמוד 190 (מונחים); עמודים 644-645 (סוקסינאט דהידרוגנאז במעגל קרבס); עמוד 740 (סוקסינאט דהידרוגנאז בשרשרת הנשימה).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא:מבוא למטבוליזם.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 6, 16,19, עמודים 731-732 (מונחים); עמודים 2122-2124 (סוקסינאט דהידרוגנאז במעגל קרבס); עמודים 2384-2386 (סוקסינאט דהידרוגנאז בשרשרת הנשימה).

במה השאלה עוסקת: גליקוליזה
תשובה ג. פרוקטוז 2,6-ביספוספט (F2,6BP) הינו האפקטור האלוסטרי החיובי החשוב ביותר של האנזים פוספופרוקטוקינאז-1 (PFK1: Phosphofructokinase). אפקטור זה נוצר ע”י פוספרוקטוקינאז-2 (PFK-2) בהשפעת אינסולין ובכך מזרז גליקוליזה. ללא F2,6BP האנזים PFK1 בקושי פעיל.
שלילת מסיחים:
א. ציטראט הינו אפקטור אלוסטרי שלילי של PFK1. כאשר יש רמות גבוהות של ציטראט, ציטראט יוצאת ממטריקס המיטוכונדריון לציטוזול ושם מעכבת את המשך הגליקוליזה ומאקטבת סינתזת חומצות שומן.
ב. ATP מעיד על רמת אנרגיה עשירה בתא, לכן, רמות גבוהות של ATP צפויות לעכב אנזימים קטבולים. ATP הוא אפקטור אלוסטרי שלילי של PFK1.
ג. סידן מהווה אפקטור אלוסטרי חיובי של מספר אנזימים קטבולים בשריר, אך איננו מהווה אפקטור אלוסטרי חיובי של PFK1.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמודים 605-606 (Fructose 2,6-Bisphosphate Is a Potent Allosteric Regulator of PFK-1 and FBPase-1).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא:בקרות גליקוליזה וגלוקונאוגנזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמודים 1972-1976 (Fructose 2,6-Bisphosphate Is a Potent Allosteric Regulator of PFK-1 and FBPase-1).

במה השאלה עוסקת: מעגל קרבס
תשובה ב. האנזים אקוניטאז (Aconitase) מזרז את הריאקציה השנייה של מעגל קרבס, בה ציטראט עובר איזומירזציה לאיזוציטראט. לכן, בעיכוב האנזים תחול ירידה ברמת התוצר, איזוציטראט, ותחול עליה ברמת המגיב, ציטרט.
שלילת מסיחים:
א. אוקסלואצטט הינו הסובסטרט של הריאקציה הראשונה במעגל (יצירת ציטראט ע”י ציטראט סינתאז) והתוצר של הריאקציה האחרונה (ע”י מאלאט דה-הידרוגנאז). לכן, רמת אוקסלואצטט לא צפויה לרדת מעיכוב איזוציטראט.
ג. פומראט הינו תוצר של הראקציה השישית המזורזת ע”י סוקצינאט דה-הידרוגנאז. לכן, רמת פומרט לא צפויה לרדת מידית עקב עיכוב אקוניטאז.
ד. ציטראט הינו הסובסטרט של אקוניטאז ולכן בעיכוב האנזים רמתו תעלה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 639 (Figure 16-7).
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא: PDH ומעגל קרבס.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 16, עמוד 2103 (Figure 16-7).

במה השאלה עוסקת: בקרה

תשובה ד. אצטיל-CoA הינו אפקטור אלוסטרי חיובי של האנזים פירובט קרבוקסילאז. רמות גבוהות של אצטיל-CoA מתקבלות מפירוק מוגבר של חומצות שומן, מה שמרמז על צום. האנזים פירובט קרבוקסילאז משתתף במעקף הראשון של הגלוקונאוגנזה, וע”י הגברת פעילות האנזים המסלול יואץ ורמת הגלוקוז בדם תשמר.
שלילת מסיחים:
א. פירובט דה-הידרוגנאז מעוכב ע”י אצטיל-CoA, שזהו גם התוצר שלו.
ב. האנזים אצטיל-CoA קרבוקסילאז מאוקטב אלוסטרית ע”י ציטראט ומעוכב אלוסטרית ע”י פלמיטויל-CoA.
ג. אצטיל-CoA אינו משתתף בבקרה של האנזים PFK-1.

להרחבה – Lehninger, מהדורה שישית, עמוד 608 (Figure 15-22)
נושא: ביוכימיה. תת נושא: מטבוליזם חלק א- גליקוליזה, גלוקונאוגנזה ומעגל קרבס. תת תת נושא:בקרות גליקוליזה וגלוקונאוגנזה.
להרחבה – Lehninger, מהדורה שמינית, פרק 14, עמוד 1980 (Figure 14-27).