Które cząsteczki wchodzą i opuszczają cykl Krebsa?

cykl Krebsa, znany również jako cykl kwasu cytrynowego lub cykl kwasu trikarboksylowego (TCA), ma miejsce w mitochondriach organizmów eukariotycznych. Jest to pierwszy z dwóch formalnych procesów związanych z oddychanie aerobowe. Drugim jest łańcuch transportu elektronów (ETC) reakcje.

Cykl Krebsa poprzedza glikoliza, czyli rozpad glukozy na pirogronian, z niewielką ilością ATP (adenozynotrójfosforanu, "waluta energetyczna" komórek) i NADH (zredukowana forma dinukleotydu nikotynamidoadeninowego) generowane w proces. Glikoliza i dwa następujące po niej procesy tlenowe reprezentują całkowite oddychanie komórkowe.

Chociaż ostatecznie ma na celu generowanie ATP, cykl Krebsa jest pośrednim, choć niezbędnym czynnikiem przyczyniającym się do ostatecznej wysokiej wydajności oddychania tlenowego ATP.

Wyjściową cząsteczką glikolizy jest sześciowęglowy cukier glukoza, który jest uniwersalną cząsteczką substancji odżywczych w przyrodzie. Po dostaniu się glukozy do komórki jest ona fosforylowana (tj. ma dołączoną do niej grupę fosforanową), przegrupowana, fosforyluje się po raz drugi i dzieli na parę trzywęglowych cząsteczek, każda z własną grupą fosforanową przywiązany.

Każdy członek tej pary identycznych cząsteczek podlega kolejnej fosforylacji. Ta cząsteczka jest przekształcana, aby utworzyć pirogronian w serii etapów, które generują jeden NADH na cząsteczkę, cztery grupy fosforanowe (dwie z każdej cząsteczki) są wykorzystywane do tworzenia czterech ATP. Ale ponieważ pierwsza część glikolizy wymaga wprowadzenia dwóch ATP, wynik netto glukozy to dwa pirogronian, jeden ATP i dwa NADH.

Diagram cyklu Krebsa jest niezbędny przy próbie wizualizacji procesu. Zaczyna się od wprowadzenia acetylokoenzym A (acetylo-CoA) do macierzy mitochondrialnej lub wnętrza organelli. Acetyl CoA jest dwuwęglową cząsteczką utworzoną z trójwęglowych cząsteczek pirogronianu z glikolizy, z CO₂ (dwutlenek węgla) wydzielany w procesie.

Acetyl CoA łączy się z czterowęglową cząsteczką, aby rozpocząć cykl, tworząc sześciowęglową cząsteczkę. W serii etapów polegających na utracie atomów węgla jako CO₂ i wygenerowanie pewnego ATP wraz z pewnymi cennymi nośnikami elektronów, sześciowęglowa cząsteczka pośrednia zostaje zredukowana do czterowęglowej cząsteczki. Ale oto, co sprawia, że ​​jest to cykl: ten czterowęglowy produkt jest tą samą cząsteczką, która łączy się z acetylo-CoA na początku procesu.

Cykl Krebsa to koło, które nigdy nie przestaje się obracać tak długo, jak podaje się do niego acetylo-CoA, aby się kręcił.

Jedynymi reagentami właściwego cyklu Krebsa są acetylo-CoA i wspomniana czterowęglowa cząsteczka, szczawiooctan. Dostępność acetylo-CoA zależy od obecności odpowiedniej ilości tlenu, odpowiadającej potrzebom danej komórki. Jeśli właściciel komórki intensywnie ćwiczy, komórka może być zmuszona polegać prawie wyłącznie na glikolizie, dopóki „dług” tlenowy nie będzie „spłacany” podczas zmniejszonej intensywności ćwiczeń.

Szczawiooctan w połączeniu z acetylo-CoA pod wpływem enzymu syntazy cytrynianowej tworzą cytrynianlub równoważnie kwas cytrynowy. Uwalnia to część koenzymu cząsteczki acetylo-CoA, uwalniając ją do wykorzystania w poprzedzających reakcjach oddychania komórkowego.

Cytrynian jest kolejno konwertowany do izocytrynian, alfa-ketoglutaran, sukcynylo-CoA, fumaran i jabłczan przed etapem regeneracji szczawiooctanu. W procesie dwa CO₂ cząsteczki na obrót cyklu (a więc cztery na cząsteczkę glukozy w górę) są tracone do środowiska, podczas gdy energia uwolniona w ich uwalnianiu jest wykorzystywana do wygenerowania łącznie dwa ATP, sześć NADH i dwa FADH₂ (nośnik elektronów podobny do NADH) na cząsteczkę glukozy wchodzącą w glikolizę.

Patrząc inaczej, całkowite usunięcie szczawiooctanu z mieszanki, gdy cząsteczka acetylo-CoA wchodzi w cykl Krebsa, wynik netto to pewna ilość ATP i duża ilość nośników elektronów dla kolejnych reakcji ETC w mitochondriach membrana.