Citronsyrecyklus
Citronsyrecyklus er en serie af reaktioner, der producerer to kuldioxidmolekyler, et GTP/ATP og reducerede former af NADH og FADH2.
Læringsmål
Oplys trinene i Krebs- (eller citronsyre-) cyklus
Nøglepunkter
Nøglepunkter
- Det fire kulstofmolekyle, oxaloacetat, der begyndte cyklusen, regenereres efter de otte trin i citronsyrecyklusen.
- De otte trin i citronsyrecyklusen er en række redox-, dehydrerings-, hydrerings- og decarboxyleringsreaktioner.
- Hvert sving i cyklusen danner én GTP eller ATP samt tre NADH-molekyler og ét FADH2-molekyle, som vil blive brugt i yderligere trin i celleatmningen for at producere ATP til cellen.
Nøglebegreber
- Citronsyrecyklus: En række kemiske reaktioner, der anvendes af alle aerobe organismer til at generere energi gennem oxidation af acetat, der stammer fra kulhydrater, fedtstoffer og proteiner, til kuldioxid
- Krebs-cyklus: en række enzymatiske reaktioner, der finder sted i alle aerobe organismer; den omfatter den oxidative metabolisme af acetyl-enheder og tjener som den vigtigste kilde til cellenergi
- mitokondrier: en serie af enzymatiske reaktioner, der finder sted i alle aerobe organismer: i cellebiologi er en mitokondrion (flertal mitokondrier) en membranomsluttet organel, der ofte beskrives som “cellulære kraftværker”, fordi de genererer det meste af ATP
Citronsyrecyklus (Krebscyklus)
Som omdannelsen af pyruvat til acetyl-CoA finder citronsyrecyklusen sted i mitokondriernes matrix. Næsten alle enzymerne i citronsyrecyklusen er opløselige, med den ene undtagelse af enzymet succinatdehydrogenase, som er indlejret i mitokondriens indre membran. I modsætning til glykolyse er citronsyrecyklusen et lukket kredsløb: den sidste del af vejen regenererer den forbindelse, der blev brugt i det første trin. Cyklussens otte trin er en række redox-, dehydrerings-, hydrerings- og decarboxyleringsreaktioner, der producerer to kuldioxidmolekyler, et GTP/ATP og reducerede former af NADH og FADH2. Dette anses for at være en aerob vej, fordi de producerede NADH og FADH2 skal overføre deres elektroner til den næste vej i systemet, som bruger ilt. Hvis denne overførsel ikke finder sted, finder oxidationstrinene i citronsyrecyklusen heller ikke sted. Bemærk, at citronsyrecyklusen producerer meget lidt ATP direkte og ikke direkte forbruger ilt.
Citronsyrecyklusen: I citronsyrecyklusen er acetylgruppen fra acetyl-CoA bundet til et oxaloacetatmolekyle med fire kulstofatomer for at danne et citratmolekyle med seks kulstofatomer. Gennem en række trin oxideres citrat, hvorved der frigives to kuldioxidmolekyler for hver acetylgruppe, der tilføres cyklussen, og der frigives to kuldioxidmolekyler for hver acetylgruppe, der tilføres cyklussen. Under processen reduceres tre NAD+-molekyler til NADH, et FAD-molekyle reduceres til FADH2, og der produceres ét ATP eller GTP (afhængigt af celletypen) (ved fosforylering på substratniveau). Da det endelige produkt af citronsyrecyklussen også er den første reaktant, kører cyklussen kontinuerligt ved tilstedeværelse af tilstrækkelige reaktanter.
Strin i citronsyrecyklussen
Strin 1. Det første trin er et kondenseringstrin, hvor den to-kulstofs acetylgruppe (fra acetyl-CoA) kombineres med et fire-kulstofs oxaloacetatmolekyle for at danne et seks-kulstofs citratmolekyle. CoA er bundet til en sulfhydrylgruppe (-SH) og diffunderer væk for til sidst at kombinere sig med en anden acetylgruppe. Dette trin er irreversibelt, fordi det er meget exergonisk. Hastigheden af denne reaktion styres af negativ feedback og mængden af ATP, der er til rådighed. Hvis ATP-niveauet stiger, falder hastigheden af denne reaktion. Hvis der er mangel på ATP, stiger hastigheden.
Strin 2. Citrat mister et vandmolekyle og får et andet, når citrat omdannes til sin isomer, isocitrat.
Strin 3 og 4. I trin 3 oxideres isocitrat, hvorved der dannes et molekyle med fem kulstofatomer, α-ketoglutarat, sammen med et CO2-molekyle og to elektroner, som reducerer NAD+ til NADH. Dette trin reguleres også af negativ feedback fra ATP og NADH og af en positiv effekt af ADP. Trin tre og fire er både oxidations- og decarboxyleringstrin, som frigiver elektroner, der reducerer NAD+ til NADH, og frigiver carboxylgrupper, der danner CO2-molekyler. α-Ketoglutarat er produktet af trin tre, og en succinylgruppe er produktet af trin fire. CoA binder succinylgruppen for at danne succinyl-CoA. Det enzym, der katalyserer trin fire, reguleres af feedback-hæmning af ATP, succinyl-CoA og NADH.
Strin 5. En fosfatgruppe substitueres for coenzym A, og der dannes en højenergibinding. Denne energi bruges i fosforylering på substratniveau (under omdannelsen af succinylgruppen til succinat) til at danne enten guanintrifosfat (GTP) eller ATP. Der findes to former af enzymet, kaldet isoenzymer, til dette trin, afhængigt af den type dyrevæv, hvori de findes. Den ene form findes i væv, der bruger store mængder ATP, som f.eks. hjerte- og skeletmuskulatur. Denne form producerer ATP. Den anden form af enzymet findes i væv, der har et stort antal anabole veje, som f.eks. lever. Denne form producerer GTP. GTP svarer energimæssigt til ATP, men dets anvendelse er mere begrænset. Især proteinsyntesen anvender primært GTP.
Strin 6. Trin seks er en dehydreringsproces, der omdanner succinat til fumarat. Der overføres to hydrogenatomer til FAD, hvorved der dannes FADH2. Den energi, der er indeholdt i elektronerne fra disse atomer, er utilstrækkelig til at reducere NAD+, men tilstrækkelig til at reducere FAD. I modsætning til NADH forbliver denne bærer fastgjort til enzymet og overfører elektronerne direkte til elektrontransportkæden. Denne proces er muliggjort af lokaliseringen af det enzym, der katalyserer dette trin, inde i mitokondriens indre membran.
Stræk 7. Der tilsættes vand til fumarat i trin syv, og der dannes malat. I det sidste trin i citronsyrecyklusen regenereres oxaloacetat ved at oxidere malat. Der produceres endnu et molekyle NADH.
Produkter fra citronsyrecyklussen
Der kommer to kulstofatomer ind i citronsyrecyklussen fra hver acetylgruppe, hvilket repræsenterer fire ud af de seks kulstofatomer i et glukosemolekyle. Der frigives to kuldioxidmolekyler ved hver omgang i cyklusen; disse indeholder dog ikke nødvendigvis de senest tilførte kulstofatomer. De to acetylkulstofatomer vil i sidste ende blive frigivet ved senere omgange i cyklussen; således bliver alle seks kulstofatomer fra det oprindelige glukosemolekyle i sidste ende indarbejdet i kuldioxid. Hver omgang i cyklusen danner tre NADH-molekyler og et FADH2-molekyle. Disse bærestoffer forbindes med den sidste del af den aerobe respiration for at producere ATP-molekyler. Der dannes også én GTP eller ATP i hver cyklus. Flere af de mellemliggende forbindelser i citronsyrecyklusen kan bruges til at syntetisere ikke-essentielle aminosyrer; cyklusen er derfor amfibolisk (både katabolisk og anabolisk)
.