glykolyysi fermentatiivisten reaktioiden kautta tuottaa ATP: tä anaerobisesti. Hengityksen kehitys (hapen aerobinen käyttö ravinnepolttoaineiden tehokkaaseen polttamiseen) joutui odottamaan, kunnes fotosynteesi loi hapekkaan ilmakehän, jossa elämme nyt. Lue lisää lähde meidän oxygenic atmosphere dismukes GC et al. .
Krebsin sykli on ensimmäinen oksigeenisen hengityksen reitti. Tämän hengityksen ja kemiallisen sillan kehittyminen glykolyysistä Krebs-sykliin tapahtui epäilemättä muutamia reaktioita kerrallaan, ehkä aluksi keinona suojella anaerobisia soluja hapen ”myrkyllisiltä” vaikutuksilta. Myöhemmin luonnonvalinta toteutti aerobisen Krebs-syklin, elektroninkuljetuksen ja oksidatiivisen fosforylaation reitit, joita näemme nykyään.
riippumatta sen alkuperäisestä hyödyllisyydestä nämä reaktiot olivat adaptiivinen reaktio hapen lisääntymiseen Maan ilmakehässä. Koska reitti saada energiaa pois ravinteita, hengitys on paljon tehokkaampaa kuin glykolyysi. Eläimet luottavat siihen, mutta jopa kasvit ja yhteyttävät levät käyttävät hengitystietä, kun auringonvaloa ei ole saatavilla! Tässä keskitytään mitokondrioiden oksidatiivisiin reaktioihin alkaen pyruvaatin hapettumisesta ja jatkuen Krebs-syklin redox-reaktioihin.
mitokondrioihin päästyään pyruvaattidehydrogenaasi katalysoi pyruvaatin hapettumista asetyyli-S-koentsyymi A: ksi (Ac-s-CoA). Tämän jälkeen Krebs-sykli hapettaa Ac-s – CoA: n kokonaan. Näissä mitokondrion redox-reaktioissa syntyy hiilidioksidia ja paljon pelkistyneitä elektroninkantajia (NADH, FADH2). Näissä redox-reaktioissa vapautuva vapaa energia kytkeytyy vain yhden ATP: n synteesiin hapettunutta pyruvaattia kohti (eli kaksi per aloittamamme glukoosi!). Se on NADH ja FADH2-molekyylit ovat vanginneet suurimman osan vapaasta energiasta alkuperäisissä glukoosimolekyyleissä. Nämä pyruvaatin tulo mitokondrioon ja sen hapettuminen on tiivistetty alla.
pyruvaatin hapettuminen muuttaa 3C-hiilihydraatin asetaatiksi, joka on 2C-molekyyli, jolloin vapautuu CO2-molekyyli. Tässä erittäin eksergonisessa reaktiossa CoA-SH muodostaa korkeaenergisen tioesterisidoksen AC-s-CoA: n asetaatin kanssa. Palorypälehapon hapettuminen johtaa NAD+: n pelkistymiseen, Ac-s-CoA: n ja CO2: n molekyylin muodostumiseen, kuten alla on esitetty.
Krebs-sykli toimii hengityksen aikana hapettaa Ac-s-CoA ja pelkistää NAD+: n ja FAD: n NADH: ksi ja fadh2: ksi (vastaavasti). Krebs-syklin välituotteet toimivat myös aminohappojen aineenvaihdunnassa ja interkonversioissa. Kaikilla nykyään elävillä aerobisilla organismeilla on sama Krebs-sykli kuin ihmisillä. Tämä vastaa sen leviämistä happiympäristön kehityksen alkuvaiheessa. Koska Krebs-kierron välituotteilla on keskeinen rooli muissa biokemiallisissa reiteissä, reitin osat ovat saattaneet jopa ajoittaa koko hengitystien. Krebs-sykli tapahtuu eukaryoottisten solujen mitokondrioissa.
pyruvaatin hapettumisen jälkeen Ac-s-CoA siirtyy Krebsin sykliin kondensoituen oksaloasetaatin kanssa syklissä muodostaen sitraattia. Krebs-syklissä on neljä redox-reaktiota. Kun keskustelemme Krebs-syklistä, etsitään pelkistettyjen elektronikantajien (FADH2, NADH) ja pienen määrän ATP-synteesiä substraattitason fosforylaatiolla. Seuraa myös pyruvaatissa olevat hiilet CO2: ksi. Krebs-sykli sellaisena kuin se esiintyy eläimillä on tiivistetty alla.
syklin tapahtumien ymmärtämiseksi
1. Etsi kaksi molekyyliä CO2 tuotettu Krebs sykli itse.
2. etsi GTP (joka nopeasti siirtää fosfaattinsa ADP: hen ATP: n valmistamiseksi). Huomaa, että bakteereissa ATP tehdään suoraan tässä vaiheessa.
3. lasketaan kaikki pelkistetyt elektroninkantajat (NADH, FADH2). Molemmilla elektroninkantajilla on elektronipari. Jos lasketaan mukaan kunkin GLYKOLYYSISSÄ syntyneen NADH-molekyylin elektronit, kuinka monta elektronia glukoosista on poistettu sen täydellisen hapettumisen aikana?
muista, että glykolyysi tuottaa kaksi pyruvaattia glukoosia kohti ja siten kaksi AC-s-CoA-molekyyliä. Näin Krebs-sykli kääntyy kaksi kertaa jokaista glykolyyttiseen kulkureittiin tulevaa glukoosia kohti. Krebs-syklipolttoaineen ATP-synteesissä muodostuvat korkeaenergiset tioesterisidokset sekä oksaloasetaatin ja asetaatin kondensoituminen sitraatiksi ensimmäisessä reaktiossa. Kukin NADH kuljettaa noin 50 Kcal siitä 687 Kcal: sta, joka oli alun perin saatavilla moolissa glukoosia; jokainen FADH2 kuljettaa noin 45 Kcal tätä vapaata energiaa. Tämä energia ruokkii ATP: n tuotantoa elektronikuljetuksen ja oksidatiivisen fosforylaation aikana.
159 kohokohtaa Krebsin syklistä
lopuksi tarina Krebsin syklin löytymisestä on yhtä mielenkiintoinen kuin itse sykli! Albert Szent-Györgyi sai Nobelin palkinnon vuonna 1937 eräiden orgaanisten happojen hapetusreaktioiden löytämisestä, joiden alun perin ajateltiin olevan osa lineaarista reittiä. Hans Krebs teki elegantteja kokeita, jotka osoittivat, että reaktiot olivat osa syklistä reittiä. Hän kosi (oikein!), että sykli olisi superkatalysaattori, joka katalysoisi vielä yhden orgaanisen hapon hapettumista. Jotkut kokeista on kuvattu Krebs ja hänen työtoverinsa niiden klassinen paperi: Krebs HA, et al. . Hans Krebs ja Fritz Lipmann jakoivat vuoden 1953 Nobelin fysiologian tai lääketieteen palkinnon. Krebs sai tunnustusta TCA-syklin selvittämisestä, joka nykyään yleisemmin kantaa hänen nimeään. Lipmann tunnettiin siitä, että hän ehdotti ATP: tä välittäjäksi ravintoenergian ja solunsisäisen työenergian välillä, ja siitä, että hän löysi reaktiot, jotka hapettavat pyruvaattia ja syntetisoivat Ac-s-CoA, yhdistäen Krebs-syklin ja oksidatiivisen fosforylaation (pidetään seuraavassa luvussa).
160 Krebsin syklin löytyminen
