glicoliza prin reacții fermentative produce ATP anaerob. Evoluția respirației (utilizarea aerobă a oxigenului pentru arderea eficientă a combustibililor nutrienți) a trebuit să aștepte până când fotosinteza a creat atmosfera oxigenică în care trăim acum. Citiți mai multe despre sursa atmosferei noastre oxigenice din Dismukes GC și colab. .
ciclul Krebs este prima cale de respirație oxigenică. Evoluția acestei respirații și a punții chimice de la glicoliză la ciclul Krebs, fără îndoială, au avut loc câteva reacții la un moment dat, poate la început ca mijloc de protejare a celulelor anaerobe de efectele otrăvitoare ale oxigenului. Mai târziu, selecția naturală a concretizat ciclul aerob Krebs, transportul electronilor și căile de fosforilare oxidativă pe care le vedem astăzi.
oricare ar fi utilitatea sa inițială, aceste reacții au fost un răspuns adaptativ la creșterea oxigenului din atmosfera pământului. Ca o cale pentru a obține energie din nutrienți, respirația este mult mai eficientă decât glicoliza. Animalele se bazează pe ea, dar chiar și plantele și algele fotosintetice folosesc calea respiratorie atunci când lumina soarelui nu este disponibilă! Aici ne concentrăm asupra reacțiilor oxidative în mitocondrii, începând cu oxidarea piruvatului și continuând până la reacțiile redox ale ciclului Krebs.
după intrarea în mitocondrii, piruvat dehidrogenaza catalizează oxidarea piruvatului la acetil-s-coenzima A (Ac-s-CoA). Apoi ciclul Krebs oxidează complet Ac-s-CoA. Aceste reacții redox mitocondriale generează CO2 și o mulțime de purtători de electroni reduși (NADH, FADH2). Energia liberă eliberată în aceste reacții redox este cuplată la sinteza unui singur ATP per piruvat oxidat (adică două pe glucoza cu care am început!). Moleculele NADH și FADH2 au capturat cea mai mare parte a energiei libere din moleculele originale de glucoză. Aceste intrări de piruvat în mitocondrie și oxidarea acestuia sunt rezumate mai jos.
oxidarea piruvatului transformă un carbohidrat 3C în acetat, o moleculă 2C, eliberând o moleculă de CO2. În această reacție extrem de exergonică, CoA-SH formează o legătură tioester de mare energie cu acetat în Ac-s-CoA. Oxidarea acidului piruvic are ca rezultat reducerea NAD+, producția de Ac-s-CoA și o moleculă de CO2, așa cum se arată mai jos.
ciclul Krebs funcționează în timpul respirației pentru a oxida Ac-s-CoA și pentru a reduce NAD+ și FAD la NADH și FADH2 (respectiv). Intermediarii ciclului Krebs funcționează, de asemenea, în metabolismul aminoacizilor și interconversii. Toate organismele aerobe care trăiesc astăzi împărtășesc ciclul Krebs pe care îl vedem la oameni. Acest lucru este în concordanță cu răspândirea sa la începutul evoluției mediului nostru de oxigen. Datorită rolului central al intermediarilor ciclului Krebs în alte căi biochimice, părți ale căii pot fi chiar pre – datate calea respiratorie completă. Ciclul Krebs are loc în mitocondriile celulelor eucariote.
după oxidarea piruvatului, Ac-s-CoA intră în ciclul Krebs, condensându-se cu oxaloacetat în ciclu pentru a forma citrat. Există patru reacții redox în ciclul Krebs. Pe măsură ce discutăm ciclul Krebs, căutați acumularea de purtători de electroni reduși (FADH2, NADH) și o cantitate mică de sinteză ATP prin fosforilarea la nivel de substrat. De asemenea, urmați carbonii din piruvat în CO2. Ciclul Krebs așa cum apare la animale este rezumat mai jos.
pentru a vă ajuta să înțelegeți evenimentele ciclului,
1. Găsiți cele două molecule de CO2 produse în ciclul Krebs în sine.
2. găsiți GTP (care își transferă rapid fosfatul în ADP pentru a face ATP). Rețineți că în bacterii, ATP se face direct la acest pas.
3. numărați toți purtătorii de electroni reduși (NADH, FADH2). Ambii purtători de electroni poartă o pereche de electroni. Dacă includeți electronii pe fiecare dintre moleculele NADH realizate în glicoliză, câți electroni au fost îndepărtați din glucoză în timpul oxidării sale complete?
amintiți-vă că glicoliza produce doi piruvați pe glucoză și, prin urmare, două molecule de Ac-s-CoA. Astfel, ciclul Krebs se transformă de două ori pentru fiecare glucoză care intră pe calea glicolitică. Legăturile tioester de mare energie formate în ciclul Krebs alimentează sinteza ATP, precum și condensarea oxaloacetat și acetat pentru a forma citrat în prima reacție. Fiecare NADH transportă aproximativ 50 Kcal din 687 Kcal de energie liberă disponibilă inițial într-un mol de glucoză; fiecare FADH2 transportă aproximativ 45 Kcal din această energie liberă. Această energie va alimenta producția de ATP în timpul transportului de electroni și fosforilarea oxidativă.
159 Repere ale ciclului Krebs
în cele din urmă, povestea descoperirii ciclului Krebs este la fel de interesantă ca și ciclul în sine! Albert Szent-Gy Oqustrgyi a câștigat Premiul Nobel în 1937 pentru descoperirea unor reacții organice de oxidare a acidului considerate inițial ca făcând parte dintr-o cale liniară. Hans Krebs a făcut experimentele elegante care arată că reacțiile au făcut parte dintr-o cale ciclică. El a propus (corect!) că ciclul ar fi un supercatalizator care ar cataliza oxidarea unui alt acid organic. Unele dintre experimente sunt descrise de Krebs și colegii săi în lucrarea lor clasică: Krebs HA, și colab. . Hans Krebs și Fritz Lipmann au împărțit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină din 1953. Krebs a fost recunoscut pentru elucidarea ciclului TCA, care acum poartă mai frecvent numele său. Lipmann a fost recunoscut pentru propunerea ATP ca mediator între energia alimentară (nutritivă) și energia de lucru intracelulară și pentru descoperirea reacțiilor care oxidează piruvatul și sintetizează Ac-s-CoA, punând în legătură ciclul Krebs și fosforilarea oxidativă (care trebuie considerată în capitolul următor).
160 descoperirea ciclului Krebs
