glykolyse gennem fermentative reaktioner producerer ATP anaerobt. Udviklingen af respiration (den aerobe brug af ilt til effektivt at forbrænde næringsstofbrændstoffer) måtte vente, indtil fotosyntese skabte den iltede atmosfære, vi lever i nu. Læs mere om kilden til vores iltede atmosfære i Dismukes GC et al. .
Krebs-cyklussen er den første vej til ilt respiration. Udviklingen af denne respiration og den kemiske bro fra glykolyse til Krebs-cyklussen opstod uden tvivl et par reaktioner ad gangen, måske først som et middel til at beskytte anaerobe celler mod de ‘giftige’ virkninger af ilt. Senere udbrød naturlig udvælgelse den aerobe Krebs-cyklus, elektrontransport og iltnings-fosforyleringsveje, vi ser i dag.
uanset dets oprindelige anvendelighed var disse reaktioner et adaptivt svar på stigningen i ilt i Jordens atmosfære. Som en vej til at få energi ud af næringsstoffer er respiration meget mere effektiv end glykolyse. Dyr er afhængige af det, men selv planter og fotosyntetiske alger bruger åndedrætsvejen, når sollys ikke er tilgængeligt! Her fokuserer vi på oksidative reaktioner i mitokondrier, begyndende med pyruvatoksidering og fortsætter til Redoksreaktionerne i Krebs-cyklussen.
efter indtræden i mitokondrierne katalyserer pyruvatdehydrogenase pyruvatoksidering til Acetyl-s-CoA (Ac-s-CoA). Derefter iltner Krebs-cyklussen Ac – s-CoA fuldstændigt. Disse mitokondrie-reaktioner genererer CO2 og mange reducerede elektronbærere (NADH, FADH2). Den frie energi, der frigives i disse reaktioner, er koblet til syntesen af kun en ATP pr. pyruvat iltet (dvs. to pr. glukose, vi startede med!). Det er NADH-og FADH2-molekylerne, der har fanget det meste af den frie energi i de originale glukosemolekyler. Disse indtræden af pyruvat i mitokondrionen og dets iltning er opsummeret nedenfor.
Pyruvatoksidering omdanner et 3C-kulhydrat til acetat, et 2C-molekyle, der frigiver et molekyle CO2. I denne meget eksergoniske reaktion danner CoA-SH en højenergi-thioesterforbindelse med acetatet i Ac-s-CoA. Iltning af pyrodruesyre resulterer i reduktion af NAD+, produktion af Ac-s-CoA og et molekyle af CO2, som vist nedenfor.
Krebs-cyklussen fungerer under respiration for at ilte Ac-s-CoA og for at reducere NAD+ og FAD til henholdsvis NADH og FADH2. Mellemprodukter fra Krebs-cyklussen fungerer også i aminosyremetabolisme og interkonversioner. Alle aerobe organismer, der lever i dag, deler den Krebs-cyklus, vi ser hos mennesker. Dette er i overensstemmelse med dets spredning tidligt i udviklingen af vores iltmiljø. På grund af Krebs – cyklusmellemprodukters centrale rolle i andre biokemiske veje, dele af vejen kan endda have forud dateret den komplette åndedrætsvej. Krebs-cyklussen finder sted i mitokondrier af eukaryote celler.
efter iltning af pyruvat kommer Ac-S-CoA ind i Krebs-cyklussen og kondenserer med oksaloacetat i cyklussen for at danne citrat. Der er fire reaktioner i Krebs-cyklussen. Når vi diskuterer Krebs-cyklussen, skal du kigge efter akkumulering af reducerede elektronbærere (FADH2, NADH) og en lille mængde ATP-syntese ved substratniveau phosphorylering. Følg også kulstofferne i pyruvat i CO2. Krebs-cyklussen, som den forekommer hos dyr, er opsummeret nedenfor.
for at hjælpe dig med at forstå begivenhederne i cyklussen,
1. find de to CO2-molekyler, der produceres i selve Krebs-cyklussen.
2. find GTP (som hurtigt overfører sit fosfat til ADP for at fremstille ATP). Bemærk at i bakterier fremstilles ATP direkte på dette trin.
3. tæl alle de reducerede elektronbærere (NADH, FADH2). Begge disse elektronbærere bærer et par elektroner. Hvis du inkluderer elektronerne på hvert af NADH-molekylerne fremstillet i glykolyse, hvor mange elektroner er blevet fjernet fra glukose under dens fuldstændige iltning?
Husk, at glykolyse producerer to pyruvater pr. Krebs-cyklussen drejer således to gange for hver glukose, der kommer ind i den glykolytiske vej. De højenergi-thioesterbindinger, der dannes i Krebs-cyklussen, brænder ATP-syntese såvel som kondensering af oksaloacetat og acetat til dannelse af citrat i den første reaktion. Hver NADH bærer omkring 50 Kcal af de 687 Kcal fri energi, der oprindeligt var tilgængelig i en mol glukose; hver FADH2 bærer omkring 45 Kcal af denne frie energi. Denne energi vil brænde ATP-produktion under elektrontransport og iltning af phosphorylering.
159 højdepunkter i Krebs-cyklen
endelig er historien om opdagelsen af Krebs-cyklen lige så interessant som selve cyklen! I 1937 vandt han en Nobelpris for at opdage nogle organiske syreoksideringsreaktioner, der oprindeligt blev anset for at være en del af en lineær vej. Hans Krebs gjorde de elegante eksperimenter, der viste, at reaktionerne var en del af en cyklisk vej. Han foreslog (korrekt!) at cyklussen ville være en superkatalysator, der ville katalysere iltningen af endnu en organisk syre. Nogle af eksperimenterne er beskrevet af Krebs og hans kolleger i deres klassiske papir: Krebs HA, et al. . Hans Krebs og Lipmann delte Nobelprisen i fysiologi eller medicin i 1953. Krebs blev anerkendt for sin belysning af TCA-cyklussen, som nu mere almindeligt bærer hans navn. Lipmann blev anerkendt for at foreslå ATP som mægler mellem mad (næringsstof) energi og intracellulær arbejdsenergi og for at opdage de reaktioner, der ilter pyruvat og syntetiserer Ac-s-CoA, bygge bro over Krebs cyklus og iltning phosphorylering (skal betragtes i det næste kapitel).
160 opdagelse af Krebs-cyklussen
