glykolýza fermentačními reakcemi produkuje ATP anaerobně. Vývoj dýchání (aerobní využití kyslíku k účinnému spalování živných paliv) musel počkat, až fotosyntéza vytvoří kyslíkovou atmosféru, ve které nyní žijeme. Přečtěte si více o zdroji naší kyslíkové atmosféry v Dismukes GC et al. .
Krebsův cyklus je první cestou kyslíkového dýchání. Vývoj tohoto dýchání a chemického můstku z glykolýzy do Krebsova cyklu se bezpochyby objevil několik reakcí najednou, možná zpočátku jako prostředek ochrany anaerobních buněk před „jedovatými“ účinky kyslíku. Později přirozený výběr ztvárnil aerobní Krebsův cyklus, elektronové transportní a oxidační fosforylační dráhy, které dnes vidíme.
bez ohledu na jeho počáteční užitečnost byly tyto reakce adaptivní reakcí na zvýšení kyslíku v zemské atmosféře. Jako cesta pro získávání energie z živin je dýchání mnohem účinnější než glykolýza. Zvířata se na to spoléhají, ale i rostliny a fotosyntetické řasy používají dýchací cestu, když není k dispozici sluneční světlo! Zde se zaměřujeme na oxidační reakce v mitochondriích, počínaje oxidací pyruvátu a pokračujeme k redoxním reakcím Krebsova cyklu.
po vstupu do mitochondrií pyruvát dehydrogenáza katalyzuje oxidaci pyruvátu na Acetyl-s-koenzym A (Ac-S-CoA). Pak Krebsův cyklus zcela oxiduje Ac-S-CoA. Tyto mitochondriální redoxní reakce generují CO2 a mnoho redukovaných elektronových nosičů (NADH, FADH2). Volná energie uvolněná v těchto redoxních reakcích je spojena se syntézou pouze jednoho ATP na pyruvát oxidovaný (tj.). Jedná se o molekuly NADH a FADH2, které zachytily většinu volné energie v původních molekulách glukózy. Tyto vstupy pyruvátu do mitochondrionu a jeho oxidace jsou shrnuty níže.
oxidace pyruvátu přeměňuje uhlohydrát 3C na acetát, molekulu 2C a uvolňuje molekulu CO2. Při této vysoce exergonické reakci vytváří CoA-SH vysokoenergetickou thioesterovou vazbu s acetátem V Ac-S-CoA. Oxidace kyseliny pyrohroznové vede ke snížení NAD+, produkci Ac-S-CoA a molekuly CO2, jak je uvedeno níže.
Krebsův cyklus funguje během dýchání za účelem oxidace Ac-S-CoA a snížení NAD+ a FAD na NADH a FADH2 (resp.). Meziprodukty Krebsova cyklu také fungují v metabolismu aminokyselin a interkonverzích. Všechny aerobní organismy, které dnes žijí, sdílejí Krebsův cyklus, který vidíme u lidí. To je v souladu s jeho rozšířením na počátku vývoje našeho kyslíkového prostředí. Vzhledem k ústřední roli meziproduktů Krebsova cyklu v jiných biochemických drahách, části dráhy mohou dokonce mít předem datovanou úplnou respirační dráhu. Krebsův cyklus probíhá v mitochondriích eukaryotických buněk.
po oxidaci pyruvátu vstupuje Ac-S-CoA do Krebsova cyklu a kondenzuje s oxaloacetátem v cyklu za vzniku citrátu. V Krebsově cyklu existují čtyři redoxní reakce. Když diskutujeme o Krebsově cyklu, podívejte se na akumulaci redukovaných elektronových nosičů (FADH2, NADH) a malé množství syntézy ATP fosforylací na úrovni substrátu. Také Sledujte uhlíky v pyruvátu na CO2. Krebsův cyklus, jak se vyskytuje u zvířat, je shrnut níže.
abychom vám pomohli pochopit události cyklu,
1. Najděte dvě molekuly CO2 produkované v samotném Krebsově cyklu.
2. najděte GTP (který rychle přenáší svůj fosfát na ADP, aby vytvořil ATP). Všimněte si, že u bakterií se ATP provádí přímo v tomto kroku.
3. Spočítejte všechny redukované elektronové nosiče (NADH, FADH2). Oba tyto elektronové nosiče nesou pár elektronů. Pokud zahrnete elektrony na každou z molekul NADH vyrobených v glykolýze, kolik elektronů bylo odstraněno z glukózy během její úplné oxidace?
nezapomeňte, že glykolýza produkuje dva pyruváty na glukózu, a tedy dvě molekuly Ac-S-CoA. Krebsův cyklus se tedy dvakrát otočí pro každou glukózu vstupující do glykolytické dráhy. Vysokoenergetické thioesterové vazby vytvořené v Krebsově cyklu podporují syntézu ATP, jakož i kondenzaci oxaloacetátu a acetátu za vzniku citrátu v první reakci. Každý NADH nese asi 50 Kcal z 687 Kcal volné energie původně dostupné v molu glukózy; každý FADH2 nese asi 45 Kcal této volné energie. Tato energie podpoří produkci ATP během transportu elektronů a oxidační fosforylace.
159 vrcholů Krebsova cyklu
nakonec je příběh objevu Krebsova cyklu stejně zajímavý jako samotný cyklus! Albert Szent-Györgyi získal v roce 1937 Nobelovu cenu za objev některých oxidačních reakcí organických kyselin, které byly původně považovány za součást lineární dráhy. Hans Krebs provedl elegantní experimenty, které ukazují, že reakce byly součástí cyklické dráhy. Navrhl (správně!), že cyklus by byl superkatalyzátor, který by katalyzoval oxidaci další organické kyseliny. Některé experimenty popisuje Krebs a jeho spolupracovníci ve svém klasickém článku: Krebs HA, et al. . Hans Krebs a Fritz Lipmann sdíleli Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu z roku 1953. Krebs byl uznán za jeho objasnění cyklu TCA, který nyní častěji nese jeho jméno. Lipmann byl uznán za to, že navrhl ATP jako mediátor mezi potravinovou (živnou) energií a intracelulární pracovní energií a za objevení reakcí, které oxidují pyruvát a syntetizují Ac-S-CoA, přemostění Krebsova cyklu a oxidační fosforylace (je třeba zvážit v další kapitole).
160 objev Krebsova cyklu
