Krebsin sykli

Krebsin syklin määritelmä

Krebsin sykli, jota kutsutaan myös sitruunahappokierroksi, on oksidatiivisen fosforylaation toinen tärkeä vaihe. Sen jälkeen kun glykolyysi hajottaa glukoosin pienemmiksi 3 hiilen molekyyleiksi, Krebsin sykli siirtää näiden molekyylien energian elektroninkuljettajille, joita käytetään elektroninkuljetusketjussa ATP:n tuottamiseen.

Krebsin syklin yleiskatsaus

Useimmat eliöt käyttävät glukoosia pääasiallisena polttoainelähteenä, mutta niiden on hajotettava tämä glukoosi ja varastoitava energia ATP:ksi ja muiksi molekyyleiksi. Krebsin sykli sisältyy mitokondrioihin. Mitokondriomatriisissa Krebsin syklin reaktiot lisäävät elektroneja ja protoneja useisiin elektroninkuljettajiin, joita elektroninkuljetusketju käyttää sitten ATP:n tuottamiseen.

Krebsin sykli alkaa glykolyysin tuotteilla, jotka ovat kahta kolmen hiilen molekyyliä, joita kutsutaan nimellä pyruviitti. Tämä molekyyli on hapan, minkä vuoksi Krebsin sykliä kutsutaan myös trikarboksyylihappokierroksi (TCA). Useiden reaktioiden aikana nämä molekyylit hajotetaan edelleen hiilidioksidiksi. Molekyyleistä siirtyy energiaa muihin molekyyleihin, joita kutsutaan elektroninkuljettajiksi. Nämä molekyylit kuljettavat varastoituneen energian elektroninkuljetusketjuun, joka puolestaan tuottaa ATP:tä.

Tämän jälkeen solu käyttää tätä ATP:tä erilaisten solureaktioiden käynnistämiseen, kuten entsyymien tai kuljetusproteiinien aktivointiin. Krebsin sykli on toinen neljästä eri prosessista, joiden on tapahduttava, jotta glukoosista saadaan energiaa. Kaiken kaikkiaan Krebsin sykli koostuu yhdeksästä peräkkäisestä reaktiosta.

Krebsin syklin tuotteet

Glukoosin hyödyntämisen ensimmäinen vaihe, glykolyysi, tuottaa muutaman ATP:n sekä molekyylejä, joita käsitellään Krebsin syklin avulla. Glykolyysin aikana yksittäinen glukoosimolekyyli pilkotaan kahdeksi pienemmäksi kolmihiilimolekyyliksi, joita kutsutaan pyruvaatiksi. Pyruvaatti muunnetaan sitten asetyyli-CoA:ksi. Asetyyli-CoA:ta käytetään sitten Krebsin syklissä tuottamaan useita päätuotteita. Nämä tuotteet puolestaan ohjaavat sitten ATP:n, solun tärkeimmän energialähteen, muodostumista.

Ennen Krebsin syklin ensimmäisiä vaiheita pyruvaatti muutetaan asetyyli-CoA:ksi. Tämän prosessin aikana syntyy yksi molekyyli CO2:ta ja yksi molekyyli elektroninkuljettaja NADH:ta. Krebsin syklissä tämä asetyyli-CoA muunnetaan hiilidioksidiksi. Syklin vaiheiden aikana vapautuu kaksi molekyyliä CO2:ta, minkä lisäksi vapautuu vielä kolme molekyyliä NADH:ta, yksi molekyyli FADH2:ta ja yksi molekyyli GTP:tä.

Krebsin sykli tuottaa siis jokaista lisättyä 1 pyruvaattimolekyyliä kohden:

• 2 molekyyliä CO2:ta
• 3 molekyyliä NADH:ta
• 1 molekyyli FADH2:ta
• 1 molekyyli GTP:tä

Molekyyli glukoosia sisältää 2 pyruvaattimolekyyliä, joten 1 glukoosimolekyyli tuottaa tuplamäärän edellä lueteltuja tuotteita liikkuessaan Krebsin syklin läpi. Nämä tuotteet muunnetaan sitten ATP:ksi aerobisen hengityksen myöhemmissä vaiheissa. Hiilidioksidi on ainoa ”jäte ”tuote, joka on poistettava solusta. Suurten organismien on poistettava hiilidioksidi kaikista soluistaan. Näissä eläimissä hiilidioksidi vaihdetaan tyypillisesti kiduksissa tai keuhkoissa hapeksi, joka auttaa käyttämään aerobisen hengityksen loppuvaiheita.

Missä Krebsin sykli tapahtuu?

Krebsin sykli tapahtuu vain mitokondriomatriisissa. Pyruviitti muodostuu solun sytosolissa, minkä jälkeen se tuodaan mitokondrioihin. Siellä se muunnetaan asetyyli-CoA:ksi ja tuodaan mitokondriomatriisiin. Mitokondriomatriisi on mitokondrioiden sisin osa. Alla olevassa kuvassa on esitetty mitokondrioiden eri osat.

Mitokondriomatriisissa on tarvittavat entsyymit ja ympäristö, jotta Krebsin syklin monimutkaiset reaktiot voivat tapahtua. Lisäksi Krebsin syklin tuotteet ohjaavat elektroninsiirtoketjua ja oksidatiivista fosforylaatiota, jotka molemmat tapahtuvat mitokondrioiden sisäisellä kalvolla. Elektroninkuljettajat dumppaavat elektroninsa ja protoninsa ketjuun, joka lopulta ajaa ATP:n tuotantoa. Tämä molekyyli viedään sitten mitokondrioista solun pääasiallisena energianlähteenä.

Mitokondrioita on lähes kaikissa eliöissä, erityisesti monisoluisissa eliöissä. Kasvit, eläimet ja sienet käyttävät kaikki Krebsin sykliä välttämättömänä osana aerobista hengitystä.

Krebsin syklin vaiheet

Krebsin syklin vaiheet

Krebsin syklissä on 9 pääreaktiota, jotka tapahtuvat nopeasti peräkkäin. Alla olevassa kuvassa on esitetty nämä reaktiot.

Huomaa, että sitraatti on ensimmäinen molekyyli, joka syntyy asetyyli-CoA:n lisäämisen jälkeen. Tämän vuoksi Krebsin sykli tunnetaan myös nimellä sitruunahappokierto. Syklin tuotteet ovat yllä olevassa kuvassa. Tätä prosessia kutsutaan ”sykliksi”, koska se päättyy aina oksaloasetaattiin, joka voidaan yhdistää uuteen asetyyli-CoA:han tuottaen uuden molekyylin sitraattia jokaista sykliä varten.

Krebsin syklin toiminta

Krebsin sykli on todennäköisesti tärkein osa aerobisen hengityksen prosessia, koska se ohjaa elektroninkuljettajien muodostumista. Nämä kantajat ovat tärkeitä. Ne kuljettavat energiaa, jolla luodaan suuri määrä ATP-molekyylejä aerobisen hengityksen loppuvaiheissa. Tuotetut elektroninkantajat (NADH ja FADH2) eivät voi tuottaa energiaa suoraan soluprosessiin. Sen sijaan elektroninkuljetusketjun ja oksidatiivisen fosforylaation prosessit käyttävät näiden molekyylien energiaa aktivoidakseen ATP-syntaasin entsyymikompleksin, joka tuottaa ATP:tä.