Sitronsyresyklus
Sitronsyresyklusen (også kjent som Krebs’ syklus og trikarboksylsyresyklus) er en serie kjemiske reaksjoner som er svært viktige i alle levende celler som nyttegjør seg av oksygen som en del av celleåndingen. I denne syklusen blir det dannet energibærere i form av NADH, FADH2 og ATP. Hos aerobe organismer er sitronsyresyklusen en del av den metabolske prosessen som bryter ned karbohydrater, fett og proteiner til karbondioksid (CO2) og vann (H2O) for å generere energi. Den er den andre av tre metabolske prosesser som er involvert i katabolismen av næringsstoffer og produksjonen av ATP.
Sitronsyresyklusen sørger også for forløpere til mange sammensetninger, som visse aminosyrer, og noen av dens reaksjoner er derfor viktige også i celler som utfører anaerob forbrenning.
Historie
redigerSitronsyresyklusen er også kjent som Krebs’ syklus etter Sir Hans Adolf Krebs (1900–1981), som la frem hovedelementene i denne prosessen i 1937. Han mottok Nobelprisen i fysiologi eller medisin for denne oppdagelsen i 1953.
Selve syklusen
rediger
Sitronsyresyklusen finner sted inne i mitokondriene i eukaryote celler, og inne i cytoplasmaet i prokaryote celler. Syklusen består av ti delreaksjoner som alle katalyseres av enzymer. Det er vanlig å dele syklusen inn i tre hovedblokker.
Nedbrytningen av næringsstoffer (inkludert glykolysen) produserer acetyl-CoA, en acetyl-gruppe med to karbonatomer bundet til co-enzym A. Acetyl-CoA er hoved-tilførselen til sitronsyresyklusen.
Dette skjer i sitronsyresyklusen:
- Del 1: Syklusen starter med at 4-karbonsforbindelsen oksaleddiksyre reagerer med acetyl-CoA, og CoA spaltes av. Da blir det dannet en ny forbindelse med 6 C-atomer, nemlig sitronsyre. CoA vil bli gjenbrukt til å danne et nytt acetyl-CoA. De to "nye" karbonene fra acetyl vil bli spaltet av i to forskjellige reaksjoner som CO2.
- Del 2: Flere delreaksjoner som reduserer sitronsyre til 4-karbonsforbindelsen ravsyre, skiller ut 2 CO2-molekyler og produserer 2 NADH + H+ og ett molekyl ATP.
- Del 3: Det skjer nydannelse av oksaleddiksyre fra ravsyre, slik at denne igjen kan reagere med acetyl-CoA, og syklusen tar en ny runde. Energibærere blir produsert i form av ett FADH2-molekyl og ett NADH-molekyl. I tillegg dannes fosfatgruppebæreren GTP. Energibærerne går siden inn i oksidativ fosforylering, der de bidrar til at store mengder ATP blir dannet.
Summen av alle reaksjonene i sitronsyresyklusen er:
Acetyl-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + 2 H2O ⇒
KoA-SH + 3 NADH + H+ + FADH2 + GTP + 2 CO2 + 3 H+
To karbonatomer oksideres til CO2, og energien fra disse reaksjonene lagres som ATP, NADH og FADH2. NADH og FADH2 er koenzymer (molekyler som aktiverer eller forbedrer enzymer)som lagrer energi og firgjør den når den trengs. I og med at det under glykolysen dannes to pyruvatmolekyler av ett glukosemolekyl, vil syklusen gå to ganger for hvert påbegynt glukosemolekyl.
Selv om sitronsyresyklusen ikke skaper mye ATP direkte, kun to ATP per glukosemolekyl, er den en svært viktig kilde til dannelsen av ATP. Dette skyldes at det blir dannet flere energibærere enn ATP i syklusen. For hvert glukosemolekyl dannes det 2 FADH2 og 6 NADH. Disse er bærere av energi fordi frigivelsen av H+ som disse "bærer", kan brukes til å skape en protongradient inne i mitokondriet, og de energirike elektronene fra dem brukes i elektrontransportkjeden.
Store metabolske prosesser som henger sammen med sitronsyresyklusen
redigerSitronsyresyklusen er det andre steget i nedbrytingen av karbohydrater. Glykolysen bryter glukose (med seks karbonatomer)ned til pyrodruesyre (med tre karbonatomer). I eukaryote celler flyttes pyrodruesyren inn i mitokondriene, der den omdannes til acetyl-CoA og går inn i sitronsyresyklusen.
Proteinkatabolismen, (fordøyelsen av eggehviten), foregår ved at enzymet protease bryter proteinet ned til aminosyrer. Aminosyrene bringes inn i cellene og kan være en energikilde ved at de inngår i sitronsyresyklusen.
I fettkatabolismen brytes triglyseridene ned til fettsyrer og glyserol. Glyserolet kan omdannes til glukose i leveren, denne prosessen kalles glukoneogenese. I mange vev, spesielt i hjertet, brytes fettsyrer ned gjennom en prosess som kalles beta-oksidering. Resultatet er acetyl-CoA som kan brukes i sitronsyresyklusen.
Sitronsyresyklusen følges alltid oksidativ fosforylering. Denne prosessen nyttegjør seg energien fra NADH og FADH2, slik at NAD+ og FAD gjendannes og syklusen kan fortsette. Sitronsyresyklusen bruker ikke oksygen, men det gjør den oksidative fosforyleringen.
Den totale engergimengden fra den komplette katabolismen av et glukosemolekyl i glykolysen, sitronsyresyklusen og den oksidative fosforyleringen tilsvarer 36-38 ATP-molekyler (det oppgis noe ulike tall avhengig av hvilke bøker man leser). Sitronsyresyklusen kalles en amfibolistisk prosess fordi den deltar både i katabolismen og anabolismen.