glycolyse door fermentatieve reacties produceert anaeroob ATP. De evolutie van de ademhaling (het aërobe gebruik van zuurstof om efficiënt voedingsstoffen te verbranden) moest wachten tot fotosynthese de zuurstofatmosfeer creëerde waarin we nu leven. Lees meer over de bron van onze zuurstofatmosfeer in Dismukes GC et al. .
de Krebs-cyclus is de eerste route van zuurstofhoudende ademhaling. Evolutie van deze ademhaling en de chemische brug van glycolyse naar de Krebs cyclus, zonder twijfel opgetreden een paar reacties op een moment, misschien in eerste instantie als een middel om anaërobe cellen te beschermen tegen de ‘giftige’ effecten van zuurstof. Later heeft natuurlijke selectie de aërobe Krebs-cyclus, elektronentransport en oxidatieve fosforylatiepaden die we vandaag zien, verder uitgewerkt.
wat het aanvankelijke nut ook was, deze reacties waren een adaptieve reactie op de toename van zuurstof in de atmosfeer van de aarde. Als een manier om energie uit voedingsstoffen te halen, is de ademhaling veel efficiënter dan glycolyse. Dieren vertrouwen erop, maar zelfs planten en fotosynthetische algen gebruiken de ademhalingswegen als er geen zonlicht beschikbaar is! Hier richten we ons op oxidatieve reacties in mitochondriën, te beginnen met pyruvaatoxidatie en verder te gaan met de redoxreacties van de Krebs-cyclus.
nadat pyruvaatdehydrogenase de mitochondriën is binnengekomen, katalyseert pyruvaatoxidatie tot Acetyl-s-coenzym A (Ac-s-CoA). Dan oxideert de cyclus Krebs volledig Ac-s-CoA. Deze mitochondriale redoxreacties genereren CO2 en veel gereduceerde elektronendragers (NADH, FADH2). De vrije energie die vrijkomt in deze redoxreacties is gekoppeld aan de synthese van slechts één ATP per geoxideerd pyruvaat (dat wil zeggen, twee per de glucose waarmee we begonnen!). Het is de NADH en FADH2 molecules hebben het grootste deel van de vrije energie in de originele glucosemolecules gevangen. Deze ingang van pyruvaat in de mitochondrion en zijn oxidatie zijn hieronder samengevat.
Pyruvate-oxidatie zet een 3C-koolhydraat om in acetaat, een 2C-molecule, die een molecule van CO2 vrijgeven. In deze hoogst exergone reactie, vormt CoA-SH een high-energy thioester verbinding met de acetaat in Ac-s-CoA. De oxidatie van pyruvinezuur resulteert in de vermindering van NAD+, productie van Ac-S-CoA en een molecule CO2, zoals hieronder weergegeven.
de Krebs-cyclusfuncties tijdens de ademhaling om Ac-s-CoA te oxideren en om nad+ en FAD aan NADH en FADH2 (respectievelijk) te verminderen. De tussenpersonen van de cyclus Krebs functioneren ook in aminozuurmetabolisme en interconversions. Alle aërobe organismen die vandaag de dag in leven zijn, delen de Krebs-cyclus die we bij mensen zien. Dit komt overeen met de verspreiding ervan vroeg in de evolutie van onze zuurstofomgeving. Wegens de centrale rol van de cyclusbemiddelaars van Krebs in andere biochemische wegen, kunnen delen van de weg zelfs de volledige ademhalingsweg vooraf gedateerd hebben. De cyclus Krebs vindt plaats in mitochondria van eukaryotic cellen.
na oxidatie van pyruvaat komt het Ac-s-CoA in de Krebs-cyclus en condenseert het met oxaloacetaat in de cyclus om citraat te vormen. Er zijn vier redoxreacties in de cyclus Krebs. Aangezien wij de cyclus Krebs bespreken, zoekt de accumulatie van verminderde elektronendragers (FADH2, NADH) en een kleine hoeveelheid ATP synthese door substraat-niveau phosphorylation. Volg ook de koolstoffen in pyruvaat in CO2. De cyclus Krebs zoals het in dieren voorkomt wordt hieronder samengevat.
om u te helpen de gebeurtenissen van de cyclus te begrijpen,
1. zoek de twee moleculen CO2 die in de Krebs-cyclus zelf worden geproduceerd.
2. vind GTP (die snel zijn fosfaat naar ADP overbrengt om ATP te maken). Merk op dat in bacteriën, ATP direct bij deze stap wordt gemaakt.
3. Tel alle gereduceerde elektronendragers (NADH, FADH2). Beide elektronendragers dragen een paar elektronen. Als u de elektronen op elk van de NADH moleculen gemaakt in glycolyse, hoeveel elektronen zijn verwijderd uit glucose tijdens de volledige oxidatie?
onthoud dat glycolyse twee pyruvaten per glucose produceert, en dus twee moleculen Ac-s-CoA. Aldus, draait de cyclus Krebs tweemaal voor elke glucose die de glycolytic weg ingaan. De high-energy thioester banden gevormd in de Krebs – cyclus brandstof ATP synthese evenals de condensatie van oxaloacetaat en acetaat om citraat te vormen in de eerste reactie. Elke NADH draagt ongeveer 50 Kcal van de 687 Kcal vrije energie die oorspronkelijk beschikbaar was in een mol glucose; elke FADH2 draagt ongeveer 45 Kcal van deze vrije energie. Deze energie zal de ATP-productie voeden tijdens elektronentransport en oxidatieve fosforylering.
159 hoogtepunten van de Krebs-Cyclus
tenslotte is het verhaal van de ontdekking van de Krebs-cyclus net zo interessant als de cyclus zelf! Albert Szent-Györgyi won een Nobelprijs in 1937 voor het ontdekken van een aantal organische zure oxidatiereacties aanvankelijk gedacht om deel uit te maken van een lineaire weg. Hans Krebs deed de elegante experimenten die aantoonden dat de reacties deel uitmaakten van een cyclisch traject. Hij stelde (correct!) dat de cyclus een supercatalyst zou zijn die de oxidatie van nog een ander organisch zuur zou katalyseren. Sommige van de experimenten worden beschreven door Krebs en zijn collega ‘ s in hun klassieke paper: Krebs HA, et al. . Hans Krebs en Fritz Lipmann deelden in 1953 de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde. Krebs werd erkend voor zijn opheldering van de TCA-cyclus, die nu meer algemeen zijn naam draagt. Lipmann werd erkend voor het voorstellen van ATP als de mediator tussen voedsel (nutriënt) energie en intracellulaire werkenergie, en voor het ontdekken van de reacties die pyruvaat oxideren en AC-s-CoA synthetiseren, het overbruggen van de Krebs cyclus en oxidatieve phosphorylation (te worden beschouwd iin het volgende hoofdstuk).
160 ontdekking van de Krebs-Cyclus
