האם מחזור קרבס הוא אירובי או אנאירובי?

ההבדל העיקרי בין מצבים אנאירוביים וארוביים הוא דרישת החמצן. תהליכים אנאירוביים אינם דורשים חמצן ואילו תהליכים אירוביים דורשים חמצן. אולם מחזור קרבס אינו כל כך פשוט. זהו חלק מתהליך מורכב רב-שלבי הנקרא נשימה תאית. למרות שהשימוש בחמצן אינו מעורב ישירות במחזור קרבס, הוא נחשב לתהליך אירובי.

נשימה תאית אירובית מתרחשת כאשר תאים צורכים מזון לייצור אנרגיה בצורה של טריפוספט אדנין, או ATP. הקטבוליזם של גלוקוז הסוכר מסמן את תחילת הנשימה התאית כאשר אנרגיה משתחררת מהקשרים הכימיים שלה. התהליך המורכב מורכב ממספר רכיבים תלויים זה בזה כמו גליקוליזה, מחזור קרבס ושרשרת הובלת האלקטרונים. בסך הכל, התהליך דורש 6 מולקולות חמצן לכל מולקולת גלוקוז. הנוסחה הכימית היא 6O2 + C6H12O6 -> 6CO2 + 6H2O + אנרגיית ATP.

גליקוליזה מתרחשת בציטופלזמה של התא, והיא חייבת להקדים את מחזור קרבס. התהליך דורש שימוש בשתי מולקולות ATP, אך מכיוון שגלוקוז מתפרק ממולקולת סוכר בעלת שש פחמן לשתי מולקולות סוכר בעלות שלוש פחמן, נוצרות ארבע ATP ושתי מולקולות NADH. הסוכר בעל שלוש הפחמן, המכונה פירובט ו- NADH מועברים למחזור קרבס כדי ליצור ATP נוסף בתנאים אירוביים. אם אין חמצן, פירובט אינו מורשה להיכנס למעגל קרבס והוא מחומצן עוד יותר כדי לייצר חומצת חלב.

מחזור קרבס מתרחש במיטוכונדריה, הידועה גם כבית הכוח של התא. לאחר שהגיע פירובט מהציטופלסמה, כל מולקולה מתפרקת לחלוטין מסוכר בעל שלוש פחמן לשבר בעל שתי פחמן. המולקולה המתקבלת מחוברת לקו-אנזים, שמתחיל את מחזור קרבס. כאשר השבר בעל שתי הפחמן עובר דרך המחזור, הוא מייצר נטו של ארבע מולקולות של פחמן דו חמצני, שש מולקולות של NADH ושתי מולקולות של ATP ו- FADH2.

כאשר NADH מצטמצם ל- NAD, שרשרת הובלת האלקטרונים מקבלת את האלקטרונים מהמולקולות. כאשר האלקטרונים מועברים לכל נושא בתוך שרשרת הובלת האלקטרונים, אנרגיה חופשית משתחררת ומשמשת ליצירת ATP. חמצן הוא המקבל הסופי של אלקטרונים בשרשרת הובלת האלקטרונים. ללא חמצן, שרשרת הובלת האלקטרונים נתקעת באלקטרונים. כתוצאה מכך, לא ניתן לייצר NAD ובכך לגרום לגליקוליזה לייצר חומצה לקטית במקום פירובט, המהווה מרכיב הכרחי במחזור קרבס. לפיכך, מחזור קרבס תלוי במידה רבה בחמצן, ורואה בכך תהליך אירובי.