a fermentációs reakciók során a glikolízis anaerob módon ATP-t termel. A légzés evolúciójának (az oxigén aerob felhasználása a tápanyag-üzemanyagok hatékony égetéséhez) meg kellett várnia, amíg a fotoszintézis megteremti azt az oxigénes légkört, amelyben most élünk. További információ az oxigénes légkörünk forrásáról a Dismukes GC et al. .
a Krebs-ciklus az oxigénes légzés első útja. Ennek a légzésnek az evolúciója és a glikolízisből a Krebs-ciklusba vezető kémiai híd kétségtelenül egyszerre néhány reakciót váltott ki, talán először azért, hogy megvédje az anaerob sejteket az oxigén ‘mérgező’ hatásaitól. Később a természetes szelekció kibővítette az aerob Krebs-ciklust, az elektrontranszportot és az oxidatív foszforilációs útvonalakat, amelyeket ma látunk.
bármi legyen is a kezdeti haszna, ezek a reakciók adaptív választ adtak a Föld légkörében az oxigén növekedésére. Az energia tápanyagokból történő kinyerésének útjaként a légzés sokkal hatékonyabb, mint a glikolízis. Az állatok támaszkodnak rá, de még a növények és a fotoszintetikus algák is használják a légzési utat, amikor a napfény nem áll rendelkezésre! Itt a mitokondriumok oxidatív reakcióira összpontosítunk, kezdve a piruvát oxidációval, folytatva a Krebs-ciklus redox reakcióit.
a mitokondriumokba való belépés után a piruvát-dehidrogenáz katalizálja a piruvát oxidációját acetil-S-koenzim A-Vá (Ac-S-CoA). Ezután a Krebs-ciklus teljesen oxidálja az Ac-S-CoA-t. Ezek a mitokondriális redox reakciók CO2-t és sok redukált elektronhordozót (NADH, FADH2) generálnak. Az ezekben a redox reakciókban felszabaduló szabad energia csak egy ATP szintéziséhez kapcsolódik oxidált piruvátonként (azaz kettő a glükózonként, amellyel kezdtük!). A NADH és a FADH2 molekulák az eredeti glükózmolekulák szabad energiájának nagy részét elfoglalták. A piruvátnak a mitokondriumba való belépését és oxidációját az alábbiakban foglaljuk össze.
a piruvát oxidációja egy 3C szénhidrátot acetáttá, egy 2C molekulává alakít, felszabadítva egy CO2 molekulát. Ebben az erősen exergonikus reakcióban a CoA-SH nagy energiájú tioészter kötést képez az acetáttal az Ac-S-CoA-ban. A piroszőlősav oxidációja a NAD+ redukcióját, az Ac-S-CoA és egy CO2 molekula termelését eredményezi, az alábbiak szerint.
a Krebs-ciklus a légzés során az Ac-S-CoA oxidálására, valamint a NAD+ és a FAD NADH-ra, illetve FADH2-re redukálására szolgál. A Krebs-ciklus intermedierjei szintén működnek az aminosav-anyagcserében és az interkonverziókban. Minden ma élő aerob organizmus megosztja a Krebs-ciklust, amelyet az emberekben látunk. Ez összhangban van az oxigénkörnyezet fejlődésének korai terjedésével. A Krebs-ciklus köztitermékeinek központi szerepe miatt más biokémiai utakon, az út egyes részei akár a teljes légzési utat is megelőzhetik. A Krebs-ciklus az eukarióta sejtek mitokondriumaiban zajlik.
a piruvát oxidációja után az Ac-S-CoA belép a Krebs-ciklusba, a ciklusban oxaloacetáttal kondenzálva citrátot képez. A Krebs-ciklusban négy redox reakció van. A Krebs-ciklus tárgyalásakor keresse meg a redukált elektronhordozók felhalmozódását (FADH2, NADH) és egy kis mennyiségű ATP szintézist szubsztrát szintű foszforilációval. Kövesse a piruvátban lévő szénatomokat Co-ba2. Az állatokban előforduló Krebs-ciklust az alábbiakban foglaljuk össze.
annak érdekében, hogy megértsük a ciklus eseményeit,
1. keresse meg a Krebs-ciklusban előállított CO2 két molekuláját.
2. keresse meg a GTP-t (amely gyorsan átadja foszfátját az ADP-nek, hogy ATP-t készítsen). Vegye figyelembe, hogy a baktériumokban az ATP közvetlenül ebben a lépésben készül.
3. számolja meg az összes redukált elektronhordozót (NADH, FADH2). Mindkét elektronhordozó egy pár elektronot hordoz. Ha figyelembe vesszük az elektronokat a glikolízis során előállított NADH molekulákon, hány elektront távolítottak el a glükózból a teljes oxidáció során?
ne feledje, hogy a glikolízis glükózonként két piruvátot, tehát két AC-S-CoA molekulát termel. Így a Krebs-ciklus kétszer fordul meg minden egyes glükóz esetében, amely belép a glikolitikus útba. A Krebs-ciklusban képződött nagy energiájú tioészter kötések az ATP szintézist, valamint az oxaloacetát és acetát kondenzációját táplálják, hogy az első reakcióban citrátot képezzenek. Minden NADH körülbelül 50 Kcal-t hordoz az eredetileg rendelkezésre álló 687 Kcal szabad energiából egy mól glükózban; minden FADH2 körülbelül 45 Kcal-t hordoz ebből a szabad energiából. Ez az energia táplálja az ATP termelést az elektrontranszport és az oxidatív foszforiláció során.
159 a Krebs-ciklus legfontosabb eseményei
végül a Krebs-ciklus felfedezésének története ugyanolyan érdekes, mint maga a ciklus! Albert Szent-gy. a. 1937-ben Nobel-díjat nyert néhány szerves sav oxidációs reakció felfedezéséért, amelyeket eredetileg egy lineáris út részének gondoltak. Hans Krebs elegáns kísérleteket végzett, amelyek azt mutatták, hogy a reakciók egy ciklikus út részét képezik. Javasolta (helyesen!), hogy a ciklus szuperkatalizátor lenne, amely katalizálja egy másik szerves sav oxidációját. A kísérletek egy részét Krebs és munkatársai írják le klasszikus tanulmányukban: Krebs HA, et al. . Hans Krebs és Fritz Lipmann osztoztak az 1953-as fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjban. Krebs elismerték a TCA ciklus tisztázásáért, amely ma már gyakrabban viseli a nevét. Lipmannt elismerték, hogy az ATP-t az élelmiszer (tápanyag) energia és az intracelluláris munkaenergia közötti közvetítőként javasolta, és felfedezte azokat a reakciókat, amelyek oxidálják a piruvátot és szintetizálják az Ac-S-CoA-t, áthidalva a Krebs-ciklust és az oxidatív foszforilációt (a következő fejezetben).
160 a Krebs-ciklus felfedezése
