glikoliza poprzez reakcje fermentacyjne wytwarza ATP beztlenowo. Ewolucja oddychania (tlenowe wykorzystanie tlenu do efektywnego spalania paliw odżywczych) musiała poczekać, aż fotosynteza stworzy atmosferę tlenową, w której żyjemy. Przeczytaj więcej o źródle naszej atmosfery tlenowej w Dismukes GC et al. .
cykl Krebsa jest pierwszą drogą oddychania tlenowego. Ewolucja tego oddychania i chemicznego mostu od glikolizy do cyklu Krebsa, bez wątpienia miała miejsce kilka reakcji na raz, być może na początku jako środek ochrony komórek beztlenowych przed „trującym” działaniem tlenu. Później dobór naturalny wyostrzył tlenowy cykl Krebsa, transport elektronów i utleniające drogi fosforylacji, które widzimy dzisiaj.
niezależnie od jego początkowej użyteczności, reakcje te były adaptacyjną reakcją na wzrost tlenu w ziemskiej atmosferze. Jako ścieżka pozyskiwania energii z składników odżywczych, oddychanie jest znacznie bardziej wydajne niż glikoliza. Zwierzęta polegają na tym, ale nawet rośliny i fotosyntetyczne glony korzystają z drogi oddechowej, gdy światło słoneczne nie jest dostępne! Skupiamy się tutaj na reakcjach oksydacyjnych w mitochondriach, poczynając od utleniania pirogronianu, a kończąc na reakcjach redoks cyklu Krebsa.
po wejściu do mitochondriów dehydrogenaza pirogronianowa katalizuje utlenianie pirogronianu do Acetylo-s-koenzymu A (Ac-S-CoA). Następnie cykl Krebsa całkowicie utlenia Ac-S – CoA. Te mitochondrialne reakcje redoks generują CO2 i wiele zredukowanych nośników elektronów (NADH, FADH2). Wolna energia uwalniana w tych reakcjach redoks jest sprzężona z syntezą tylko jednego ATP na utleniony pirogronian(tj. dwóch na glukozę, od której zaczęliśmy!). To właśnie cząsteczki NADH i FADH2 przechwyciły większość wolnej energii w oryginalnych cząsteczkach glukozy. Te wejście pirogronianu do mitochondrium i jego utlenianie są podsumowane poniżej.
utlenianie pirogronianu przekształca węglowodan 3C w octan, cząsteczkę 2C, uwalniając cząsteczkę CO2. W tej wysoce egzergonicznej reakcji CoA – sh tworzy wysokoenergetyczne połączenie tioestrowe z octanem W Ac-S-CoA. Utlenianie kwasu pirogronowego powoduje redukcję NAD+, produkcję Ac-S-CoA i cząsteczki CO2, jak pokazano poniżej.
cykl Krebsa funkcjonuje podczas oddychania w celu utlenienia Ac-S-CoA i zmniejszenia NAD+ i FAD do nadh i fadh2 (odpowiednio). Półprodukty cyklu Krebsa funkcjonują również w metabolizmie aminokwasów i interkonwersjach. Wszystkie żywe organizmy tlenowe dzielą cykl Krebsa, który widzimy u ludzi. Jest to zgodne z jego rozprzestrzenianiem się na wczesnym etapie ewolucji naszego środowiska tlenowego. Ze względu na centralną rolę półproduktów cyklu Krebsa w innych szlakach biochemicznych, części szlaku mogą nawet wstępnie datować kompletny Szlak oddechowy. Cykl Krebsa zachodzi w mitochondriach komórek eukariotycznych.
po utlenieniu pirogronianu Ac-S-CoA wchodzi w cykl Krebsa, kondensując ze szczawiooctanem w cyklu, tworząc cytrynian. W cyklu Krebsa występują cztery reakcje redoks. Kiedy omawiamy cykl Krebsa, poszukaj akumulacji zredukowanych nośników elektronów (FADH2, NADH) i niewielkiej ilości syntezy ATP przez fosforylację na poziomie substratu. Ponadto, postępuj zgodnie z węglami w pirogronianie do CO2. Cykl Krebsa, jaki występuje u zwierząt, podsumowano poniżej.
aby pomóc ci zrozumieć wydarzenia z cyklu,
1. znajdź dwie cząsteczki CO2 wytwarzane w samym cyklu Krebsa.
2. znajdź GTP (który szybko przenosi fosforan do ADP, aby uzyskać ATP). Zauważ, że u bakterii ATP jest wytwarzany bezpośrednio na tym etapie.
3. policz wszystkie zredukowane nośniki elektronów (NADH, FADH2). Oba te nośniki elektronów niosą parę elektronów. Jeśli uwzględnimy elektrony na każdej z cząsteczek NADH wytworzonych w glikolizie, ile elektronów zostało usuniętych z glukozy podczas jej całkowitego utleniania?
pamiętaj, że glikoliza wytwarza dwa pirogroniany na glukozę, a więc dwie cząsteczki Ac-S-CoA. Tak więc cykl Krebsa obraca się dwa razy dla każdej glukozy wchodzącej do szlaku glikolitycznego. Wysokoenergetyczne wiązania tioestrowe powstałe w cyklu Krebsa napędzają syntezę ATP, a także kondensację szczawiooctanu i octanu w celu utworzenia cytrynianu w pierwszej reakcji. Każdy NADH niesie około 50 Kcal z 687 Kcal wolnej energii pierwotnie dostępnej w Molu glukozy; każdy FADH2 niesie około 45 Kcal tej wolnej energii. Energia ta będzie napędzać produkcję ATP podczas transportu elektronów i fosforylacji oksydacyjnej.
159 najciekawsze fragmenty cyklu Krebsa
wreszcie historia odkrycia cyklu Krebsa jest równie interesująca jak sam cykl! Albert Szent-Györgyi otrzymał Nagrodę Nobla w 1937 roku za odkrycie niektórych reakcji utleniania kwasów organicznych początkowo uważanych za część szlaku liniowego. Hans Krebs przeprowadził eleganckie eksperymenty pokazujące, że reakcje były częścią szlaku cyklicznego. Zaproponował (poprawnie!), że cykl będzie superkatalizatorem, który katalizuje utlenianie kolejnego kwasu organicznego. Niektóre z eksperymentów zostały opisane przez Krebsa i jego współpracowników w ich klasycznym artykule: Krebs HA, et al. . Hans Krebs i Fritz Lipmann otrzymali w 1953 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. Krebs został uznany za Wyjaśnienie cyklu TCA, który obecnie częściej nosi jego imię. Lipmann został uznany za zaproponowanie ATP jako mediatora między energią żywności (składników odżywczych) a energią pracy wewnątrzkomórkowej oraz za odkrycie reakcji, które utleniają pirogronian i syntetyzują Ac-S-CoA, łącząc cykl Krebsa i fosforylację oksydacyjną (należy rozważyć w następnym rozdziale).
1600 >
