glykolys genom fermentativa reaktioner producerar ATP anaerobt. Utvecklingen av andning (den aeroba användningen av syre för att effektivt bränna näringsbränslen) var tvungen att vänta tills fotosyntesen skapade den syreformiga atmosfären vi lever i nu. Läs mer om källan till vår syreatmosfär i Dismukes GC et al. .
Krebs-cykeln är den första vägen för syreandning. Utvecklingen av denna andning och den kemiska bron från glykolys till Krebs-cykeln inträffade utan tvekan några reaktioner i taget, kanske först som ett sätt att skydda anaeroba celler från de giftiga effekterna av syre. Senare, naturligt urval fleshed ut den aeroba Krebs-cykeln, elektrontransport och oxidativ fosforyleringsvägar vi ser idag.
oavsett dess ursprungliga användbarhet var dessa reaktioner ett adaptivt svar på ökningen av syre i jordens atmosfär. Som en väg för att få energi ur näringsämnen är andning mycket effektivare än glykolys. Djur är beroende av det, men även växter och fotosyntetiska alger använder andningsvägen när solljus inte är tillgängligt! Här fokuserar vi på oxidativa reaktioner i mitokondrier, som börjar med pyruvatoxidation och fortsätter till redoxreaktionerna i Krebs-cykeln.
efter att ha kommit in i mitokondrierna katalyserar pyruvatdehydrogenas pyruvatoxidation till Acetyl-s-koenzym A (Ac-s-CoA). Sedan oxiderar Krebs-cykeln helt Ac-s-CoA. Dessa mitokondriella redoxreaktioner genererar CO2 och mycket reducerade elektronbärare (NADH, FADH2). Den fria energin som frigörs i dessa redoxreaktioner är kopplad till syntesen av endast en ATP per pyruvat oxiderad (dvs två per glukosen vi började med!). Det är NADH och FADH2-molekylerna har fångat det mesta av den fria energin i de ursprungliga glukosmolekylerna. Dessa inträde av pyruvat i mitokondrion och dess oxidation sammanfattas nedan.
Pyruvatoxidation Omvandlar ett 3C-kolhydrat till acetat, en 2C-molekyl, vilket frigör en molekyl CO2. I denna mycket exergoniska reaktion bildar CoA-SH en högenergi tioesterlänk med acetatet i Ac-s-CoA. Oxidationen av pyruvsyra resulterar i reduktion av NAD+, produktion av Ac-s-CoA och en molekyl av CO2, som visas nedan.
Krebs-cykeln fungerar under andning för att oxidera Ac-s-CoA och för att minska NAD+ och FAD till NADH och FADH2 (respektive). Intermediärer av Krebs-cykeln fungerar också i aminosyrametabolism och interkonversioner. Alla aeroba organismer som lever idag delar Krebs-cykeln vi ser hos människor. Detta överensstämmer med dess spridning tidigt i utvecklingen av vår syremiljö. På grund av Krebs cycle intermediates centrala roll i andra biokemiska vägar kan delar av vägen till och med ha daterat hela andningsvägen. Krebs-cykeln äger rum i mitokondrier av eukaryota celler.
efter oxidationen av pyruvat går Ac-s-CoA in i Krebs-cykeln och kondenserar med oxaloacetat i cykeln för att bilda citrat. Det finns fyra redoxreaktioner i Krebs-cykeln. När vi diskuterar Krebs-cykeln, leta efter ackumulering av reducerade elektronbärare (FADH2, NADH) och en liten mängd ATP-syntes genom fosforylering på substratnivå. Följ också kol i pyruvat till CO2. Krebs-cykeln som den förekommer hos djur sammanfattas nedan.
för att hjälpa dig att förstå händelserna i cykeln,
1. hitta de två molekylerna av CO2 som produceras i själva Krebs-cykeln.
2. hitta GTP (som snabbt överför sitt fosfat till ADP för att göra ATP). Observera att i bakterier görs ATP direkt vid detta steg.
3. räkna alla reducerade elektronbärare (NADH, FADH2). Båda dessa elektronbärare bär ett par elektroner. Om du inkluderar elektronerna på var och en av NADH-molekylerna som gjorts i glykolys, hur många elektroner har tagits bort från glukos under dess fullständiga oxidation?
kom ihåg att glykolys producerar två pyruvat per glukos, och därmed två molekyler av Ac-s-CoA. Således vänder Krebs-cykeln två gånger för varje glukos som kommer in i den glykolytiska vägen. De högenergiska tioesterbindningarna som bildas i Krebs-cykelbränslet ATP-syntes såväl som kondensationen av oxaloacetat och acetat för att bilda citrat i den första reaktionen. Varje NADH bär cirka 50 Kcal av 687 Kcal fri energi som ursprungligen var tillgänglig i en mol glukos; varje FADH2 bär cirka 45 Kcal av denna fria energi. Denna energi kommer att bränna ATP-produktion under elektrontransport och oxidativ fosforylering.
159 höjdpunkter i Krebs-cykeln
slutligen är historien om upptäckten av Krebs-cykeln lika intressant som själva cykeln! Albert Szent-Gyuskyrgyi vann ett Nobelpris 1937 för att upptäcka några organiska syraoxidationsreaktioner som ursprungligen ansågs vara en del av en linjär väg. Hans Krebs gjorde de eleganta experimenten som visade att reaktionerna var en del av en cyklisk väg. Han föreslog (korrekt!) att cykeln skulle vara en superkatalysator som skulle katalysera oxidationen av ännu en organisk syra. Några av experimenten beskrivs av Krebs och hans medarbetare i deras klassiska papper: Krebs HA, et al. . Hans Krebs och Fritz Lipmann delade 1953 Nobelpriset i fysiologi eller medicin. Krebs erkändes för sin belysning av TCA-cykeln, som nu oftare bär hans namn. Lipmann erkändes för att föreslå ATP som medlare mellan mat (näringsämne) energi och intracellulär arbetsenergi och för att upptäcka reaktionerna som oxiderar pyruvat och syntetiserar Ac-s-CoA, överbryggar Krebs-cykeln och oxidativ fosforylering (att betraktas II nästa kapitel).
160 upptäckt av Krebs-cykeln
