В Цикл Кребса, также известный как цикл лимонной кислоты или цикл трикарбоновой кислоты (TCA), имеет место в митохондриях эукариотических организмов. Это первый из двух формальных процессов, связанных с аэробного дыхания. Второй - электронная транспортная цепь (ETC) реакции.
Циклу Кребса предшествует гликолиз, который представляет собой расщепление глюкозы на пируват с небольшим количеством АТФ (аденозинтрифосфат, «энергетическая валюта» клеток) и НАДН (восстановленная форма никотинамидадениндинуклеотида), образующиеся в процесс. Гликолиз и два следующих за ним аэробных процесса представляют собой полное клеточное дыхание.
Хотя в конечном итоге цикл Кребса направлен на выработку АТФ, он является косвенным, хотя и жизненно важным, вкладчиком в конечный высокий выход АТФ при аэробном дыхании.
Гликолиз
Исходной молекулой для гликолиза является шестиуглеродный сахар. глюкоза, который является универсальной молекулой питательного вещества в природе. После того, как глюкоза попадает в клетку, она фосфорилируется (т.е. к ней присоединяется фосфатная группа), перестраивается, фосфорилируется второй раз и расщепляется на пару трехуглеродных молекул, каждая со своей собственной фосфатной группой прикрепил.
Каждый член этой пары идентичных молекул подвергается другому фосфорилированию. Эта молекула перестраивается с образованием пирувата в несколько этапов, которые генерируют один НАДН на молекулу, четыре фосфатные группы (по две от каждой молекулы) используются для создания четырех АТФ. Но поскольку первая часть гликолиза требует ввода двух АТФ, чистый результат глюкозы - два пирувата, один АТФ и два НАДН.
Обзор цикла Кребса
Диаграмма цикла Кребса незаменима при попытке визуализировать процесс. Он начинается с введения ацетилкофермент А (ацетил-КоА) в митохондриальный матрикс или внутреннюю часть органеллы. Ацетил-КоА - это двухуглеродная молекула, созданная из трехуглеродных молекул пирувата в результате гликолиза, с CO2 (углекислый газ) выделяется в процессе.
Ацетил-КоА объединяется с четырехуглеродной молекулой, чтобы запустить цикл, создавая шестиуглеродную молекулу. В серии шагов, включающих потерю атомов углерода в виде CO2 и генерация некоторого количества АТФ вместе с некоторыми ценными переносчиками электронов, шестиуглеродная промежуточная молекула восстанавливается до четырехуглеродной молекулы. Но вот что делает это циклом: этот четырехуглеродный продукт представляет собой ту же молекулу, которая соединяется с ацетил-КоА в начале процесса.
Цикл Кребса - это колесо, которое никогда не перестает вращаться, пока в него подается ацетил-КоА, чтобы оно продолжало вращаться.
Реагенты цикла Кребса
Единственными реагентами собственно цикла Кребса являются ацетил-КоА и вышеупомянутая четырехуглеродная молекула, оксалоацетат. Доступность ацетил-КоА зависит от наличия достаточного количества кислорода для удовлетворения потребностей данной клетки. Если владелец клетки интенсивно тренируется, клетке, возможно, придется полагаться почти исключительно на гликолиз, пока кислородный «долг» не будет «выплачен» во время пониженной интенсивности упражнений.
Оксалоацетат в сочетании с ацетил-КоА под действием фермента цитрат-синтазы образует цитрат, или, что эквивалентно, лимонная кислота. Это высвобождает коферментную часть молекулы ацетил-КоА, освобождая ее для использования в предшествующих реакциях клеточного дыхания.
Продукты цикла Кребса
Цитрат последовательно превращается в изоцитрат, альфа-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат а также малат до того, как произойдет стадия восстановления оксалоацетата. При этом два СО2 молекулы за оборот цикла (и, следовательно, четыре на молекулу глюкозы выше по течению) теряются в окружающей среде, в то время как энергия, высвобождаемая при их высвобождении, используется для генерации в общей сложности два АТФ, шесть НАДН и два ФАДН2 (переносчик электронов, подобный НАДН) на молекулу глюкозы, вступающую в гликолиз.
Иначе говоря, если полностью исключить оксалоацетат из смеси, когда молекула ацетил-КоА входит в цикл Кребса, конечный результат - некоторое количество АТФ и большое количество переносчиков электронов для последующих реакций ETC в митохондриальной мембрана.
