Citronsyracykeln
Citronsyracykeln är en serie reaktioner som producerar två koldioxidmolekyler, en GTP/ATP och reducerade former av NADH och FADH2.
Lärandemål
Listar stegen i Krebscykeln (eller citronsyracykeln)
Nyckelresultat
Nyckelpunkter
- Den molekyl med fyra kol, oxaloacetat, som inledde cykeln återskapas efter de åtta stegen i citronsyracykeln.
- De åtta stegen i citronsyracykeln är en serie redox-, dehydrerings-, hydrerings- och dekarboxyleringsreaktioner.
- Varje varv i cykeln bildar en GTP eller ATP samt tre NADH-molekyler och en FADH2-molekyl, som kommer att användas i ytterligare steg i cellandningen för att producera ATP till cellen.
Nyckelbegrepp
- Citronsyracykel: En serie kemiska reaktioner som används av alla aeroba organismer för att generera energi genom oxidering av acetat som härrör från kolhydrater, fetter och proteiner till koldioxid
- Krebscykel: Den omfattar den oxidativa ämnesomsättningen av acetylenheter och fungerar som den huvudsakliga källan till cellenergi
- Mitokondrier: En serie enzymatiska reaktioner som sker i alla aeroba organismer: Inom cellbiologin är en mitokondrion (plural mitokondrier) en membranomsluten organell som ofta beskrivs som ”cellulära kraftverk” eftersom de genererar det mesta av ATP
Citronsyracykeln (Krebscykeln)
Liksom omvandlingen av pyruvat till acetyl-CoA äger citronsyracykeln rum i mitokondriernas matris. Nästan alla enzymer i citronsyracykeln är lösliga, med ett enda undantag för enzymet succinatdehydrogenas, som är inbäddat i mitokondrions inre membran. Till skillnad från glykolysen är citronsyracykeln ett slutet kretslopp: den sista delen av vägen återskapar den förening som användes i det första steget. Cykelns åtta steg är en serie redox-, dehydrerings-, hydrerings- och dekarboxyleringsreaktioner som producerar två koldioxidmolekyler, en GTP/ATP och reducerade former av NADH och FADH2. Detta anses vara en aerob process eftersom de NADH och FADH2 som produceras måste överföra sina elektroner till nästa process i systemet, som använder syre. Om denna överföring inte sker, sker inte heller oxidationsstegen i citronsyracykeln. Observera att citronsyracykeln producerar mycket lite ATP direkt och inte direkt förbrukar syre.
Citronsyracykeln: I citronsyracykeln kopplas acetylgruppen från acetyl-CoA till en oxaloacetatmolekyl med fyra koldioxider för att bilda en citratmolekyl med sex koldioxider. Genom en rad steg oxideras citratet, varvid två koldioxidmolekyler frigörs för varje acetylgrupp som tillförs cykeln. Under processen reduceras tre NAD+-molekyler till NADH, en FAD-molekyl reduceras till FADH2 och ett ATP eller GTP (beroende på celltyp) produceras (genom fosforylering på substratnivå). Eftersom slutprodukten i citronsyracykeln också är den första reaktanten, löper cykeln kontinuerligt i närvaro av tillräckligt många reaktanter.
Steg i citronsyracykeln
Steg 1. Det första steget är ett kondensationssteg, där den tvåkoliga acetylgruppen (från acetyl-CoA) kombineras med en oxaloacetatmolekyl med fyra koldioxider för att bilda en citratmolekyl med sex koldioxider. CoA är bundet till en sulfhydrylgrupp (-SH) och diffunderar bort för att slutligen kombineras med en annan acetylgrupp. Detta steg är irreversibelt eftersom det är mycket exergoniskt. Hastigheten för denna reaktion styrs av negativ återkoppling och mängden tillgänglig ATP. Om ATP-nivåerna ökar minskar hastigheten för denna reaktion. Om det råder brist på ATP ökar hastigheten.
Steg 2. Citrat förlorar en vattenmolekyl och får en annan när citrat omvandlas till sin isomer, isocitrat.
Steg 3 och 4. I steg tre oxideras isocitrat och producerar en molekyl med fem kol, α-ketoglutarat, tillsammans med en koldioxidmolekyl och två elektroner, som reducerar NAD+ till NADH. Detta steg regleras också av negativ återkoppling från ATP och NADH och av en positiv effekt av ADP. Steg tre och fyra är både oxidations- och dekarboxyleringssteg, som frigör elektroner som reducerar NAD+ till NADH och frigör karboxylgrupper som bildar CO2-molekyler. α-Ketoglutarat är produkten av steg tre och en succinylgrupp är produkten av steg fyra. CoA binder succinylgruppen för att bilda succinyl-CoA. Enzymet som katalyserar steg fyra regleras genom återkopplingshämning av ATP, succinyl CoA och NADH.
Steg 5. En fosfatgrupp substitueras för coenzym A och en högenergibindning bildas. Denna energi används vid fosforylering på substratnivå (under omvandlingen av succinylgruppen till succinat) för att bilda antingen guanintrifosfat (GTP) eller ATP. Det finns två former av enzymet, så kallade isoenzymer, för detta steg, beroende på i vilken typ av djurvävnad de finns. Den ena formen finns i vävnader som använder stora mängder ATP, t.ex. hjärt- och skelettmuskulatur. Denna form producerar ATP. Den andra formen av enzymet finns i vävnader som har ett stort antal anabola vägar, t.ex. lever. Denna form producerar GTP. GTP är energimässigt likvärdigt med ATP, men dess användning är mer begränsad. I synnerhet proteinsyntesen använder främst GTP.
Steg 6. Steg sex är en dehydreringsprocess som omvandlar succinat till fumarat. Två väteatomer överförs till FAD och producerar FADH2. Den energi som finns i dessa atomers elektroner är otillräcklig för att reducera NAD+ men tillräcklig för att reducera FAD. Till skillnad från NADH förblir denna bärare fäst vid enzymet och överför elektronerna direkt till elektrontransportkedjan. Denna process möjliggörs av lokaliseringen av det enzym som katalyserar detta steg inne i mitokondrions inre membran.
Steg 7. Vatten tillsätts till fumarat under steg sju och malat bildas. I det sista steget i citronsyracykeln regenereras oxaloacetat genom att malat oxideras. Ytterligare en molekyl NADH produceras.
Produkter från citronsyracykeln
Två kolatomer kommer in i citronsyracykeln från varje acetylgrupp, vilket motsvarar fyra av de sex kolatomerna i en glukosmolekyl. Två koldioxidmolekyler frigörs vid varje varv i cykeln; dessa innehåller dock inte nödvändigtvis de senast tillförda kolatomerna. De två acetylkolatomerna kommer så småningom att frigöras vid senare vändningar i cykeln, vilket innebär att alla sex kolatomer från den ursprungliga glukosmolekylen så småningom införlivas i koldioxiden. Vid varje cykelomgång bildas tre NADH-molekyler och en FADH2-molekyl. Dessa bärare kommer att kopplas samman med den sista delen av den aeroba andningen för att producera ATP-molekyler. En GTP eller ATP bildas också i varje cykel. Flera av de mellanliggande föreningarna i citronsyracykeln kan användas för att syntetisera icke-essentiella aminosyror; därför är cykeln amfibolisk (både katabolisk och anabolisk)
.