Welke moleculen komen binnen en verlaten de Krebs-cyclus?

De citroenzuurcyclus, ook bekend als de citroenzuurcyclus of de tricarbonzuurcyclus (TCA), vindt plaats in de mitochondriën van eukaryote organismen. Het is de eerste van twee formele processen die verband houden met: aerobe ademhaling. De tweede is de elektronentransportketen (ETC) reacties.

De Krebs-cyclus wordt voorafgegaan door glycolyse, de afbraak van glucose tot pyruvaat, met een kleine hoeveelheid ATP (adenosinetrifosfaat, de "energievaluta" van cellen) en NADH (de gereduceerde vorm van nicotinamide-adenine-dinucleotide) gegenereerd in de werkwijze. Glycolyse en de twee aërobe processen die erop volgen, vertegenwoordigen volledige cellulaire ademhaling.

Hoewel uiteindelijk gericht op het genereren van ATP, levert de Krebs-cyclus een indirecte, hoewel vitale, bijdrage aan de uiteindelijke hoge ATP-opbrengst van aerobe ademhaling.

Het startmolecuul voor glycolyse is de suiker met zes koolstofatomen glucose, het universele voedingsmolecuul in de natuur. Nadat glucose een cel is binnengekomen, wordt het gefosforyleerd (d.w.z. er zit een fosfaatgroep aan vast), herschikt, een tweede keer gefosforyleerd en gesplitst in een paar drie-koolstofmoleculen, elk met zijn eigen fosfaatgroep gehecht.

Elk lid van dit paar identieke moleculen ondergaat een andere fosforylering. Dit molecuul wordt herschikt om pyruvaat te vormen in een reeks stappen die één NADH per molecuul genereren, de vier fosfaatgroepen (twee van elk molecuul) worden gebruikt om vier ATP te creëren. Maar omdat het eerste deel van de glycolyse een invoer van twee ATP vereist, het netto resultaat van glucose is twee pyruvaat, één ATP en twee NADH.

Een Krebs-cyclusdiagram is onmisbaar bij het visualiseren van het proces. Het begint met de introductie van acetyl co-enzym A (acetyl CoA) in de mitochondriale matrix of het inwendige van het organel. Acetyl CoA is een twee-koolstofmolecuul gemaakt van de drie-koolstofpyruvaatmoleculen van glycolyse, met CO₂ (kooldioxide) die daarbij vrijkomt.

Acetyl CoA combineert met een vier-koolstofmolecuul om de cyclus te starten, waardoor een zes-koolstofmolecuul ontstaat. In een reeks stappen waarbij koolstofatomen als CO. verloren gaan₂ en de vorming van wat ATP samen met enkele waardevolle elektronendragers, wordt het tussenmolecuul met zes koolstofatomen gereduceerd tot een molecuul met vier koolstofatomen. Maar dit is wat dit een cyclus maakt: dit product met vier koolstofatomen is hetzelfde molecuul dat aan het begin van het proces wordt gecombineerd met acetyl-CoA.

De Krebs-cyclus is een wiel dat nooit stopt met draaien zolang er acetyl-CoA in wordt gevoerd om het voort te laten draaien.

De enige reactanten van de eigenlijke Krebs-cyclus zijn acetyl CoA en het bovengenoemde vier-koolstofmolecuul, oxaalacetaat. De beschikbaarheid van acetyl CoA hangt af van de aanwezigheid van voldoende hoeveelheden zuurstof om aan de behoeften van een bepaalde cel te voldoen. Als de eigenaar van de cel krachtig traint, kan de cel bijna uitsluitend afhankelijk zijn van glycolyse totdat de zuurstof "schuld" kan worden "betaald" tijdens verminderde trainingsintensiteit.

Oxaalacetaat gecombineerd met acetyl CoA onder invloed van het enzym citraatsynthase om te vormen citraat, of gelijkwaardig, citroenzuur. Hierdoor komt het co-enzymgedeelte van het acetyl-CoA-molecuul vrij, waardoor het vrijkomt voor gebruik in de stroomopwaartse reacties van cellulaire ademhaling.

Citraat wordt achtereenvolgens omgezet in isocitraat, alfa-ketoglutaraat, succinyl CoA, fumaraat en malaat voordat de stap die oxaalacetaat regenereert plaatsvindt. Daarbij worden twee CO₂ moleculen per omwenteling van de cyclus (en dus vier per molecuul glucose stroomopwaarts) gaan verloren aan het milieu, terwijl de energie die vrijkomt bij hun afgifte wordt gebruikt om in totaal twee ATP, zes NADH en twee FADH₂ (een elektronendrager vergelijkbaar met NADH) per glucosemolecuul dat de glycolyse binnengaat.

Anders bekeken, oxaalacetaat helemaal uit de mix halen, wanneer een molecuul acetyl CoA de Krebs-cyclus binnengaat, het netto resultaat is wat ATP en veel elektronendragers voor de daaropvolgende ETC-reacties in de mitochondriale membraan.