Krebs-ciklus

Krebs-ciklus definíció

A Krebs-ciklus, más néven citromsavciklus, az oxidatív foszforiláció második fő lépése. Miután a glikolízis a glükózt kisebb 3 szénatomos molekulákra bontja, a Krebs-ciklus az ezekből a molekulákból származó energiát elektronhordozókra továbbítja, amelyeket az elektrontranszportláncban ATP előállítására használnak fel.

Krebs-ciklus áttekintése

A legtöbb szervezet a glükózt használja fő üzemanyagforrásként, de ezt a glükózt le kell bontania, és az energiát ATP-ben és más molekulákban kell tárolnia. A Krebs-ciklus a mitokondriumokban található. A mitokondriális mátrixon belül a Krebs-ciklus reakciói elektronokat és protonokat adnak hozzá számos elektronhordozóhoz, amelyeket aztán az elektrontranszportlánc felhasznál az ATP előállítására.

A Krebs-ciklus a glikolízis termékeivel indul, amelyek két három szénatomos molekula, a piruvát. Ez a molekula savas, ezért a Krebs-ciklust trikarbonsavciklusnak (TCA) is nevezik. Számos reakció során ezek a molekulák tovább bomlanak szén-dioxidra. A molekulákból származó energia más molekulákba, úgynevezett elektronhordozókba kerül. Ezek a molekulák a tárolt energiát az elektrontranszportláncba viszik, amely viszont ATP-t hoz létre.

Ezután a sejt ezt az ATP-t különböző sejtreakciók, például enzimek vagy transzportfehérjék aktiválására használja fel. A Krebs-ciklus a második a 4 különböző folyamat közül, amelynek meg kell történnie ahhoz, hogy a glükózból energiát nyerjünk. Összességében a Krebs-ciklus 9 egymást követő reakcióból áll.

Krebs-ciklus termékei

A glükóz felhasználásának első lépése, a glikolízis, néhány ATP-t, valamint a Krebs-ciklussal feldolgozandó molekulákat termel. A glikolízis során egyetlen glükózmolekula két kisebb, három szénatomos molekulára, a piruvátra bomlik. A piruvát ezután acetil-CoA-vá alakul át. Az acetil-CoA-t ezután a Krebs-ciklusban több fő termék előállítására használják fel. Ezek a termékek pedig a sejt fő energiaforrásának, az ATP-nek a képződését segítik elő.

A Krebs-ciklus első szakaszai előtt a piruvátot acetil-CoA-vá alakítják át. E folyamat során egy molekula CO2 és egy molekula NADH elektronhordozó keletkezik. A Krebs-ciklusban ez az acetil-CoA szén-dioxiddá alakul át. A ciklus lépései során két molekula CO2 szabadul fel, emellett további 3 molekula NADH, egy molekula FADH2 és egy molekula GTP.

A Krebs-ciklusban tehát minden egyes hozzáadott 1 piruvátmolekula után keletkezik:

• 2 molekula CO2
• 3 molekula NADH
• 1 molekula FADH2
• 1 molekula GTP

Egy glükózmolekula 2 piruvátmolekulát tartalmaz, így 1 glükózmolekula a Krebs-cikluson keresztül haladva a fent felsorolt termékek kétszeresét termeli. Ezek a termékek aztán az aerob légzés későbbi szakaszaiban ATP-vé alakulnak át. A szén-dioxid az egyetlen “hulladék” termék, amelyet el kell távolítani a sejtből. A nagy szervezeteknek minden sejtjükből el kell távolítaniuk a szén-dioxidot. Ezekben az állatokban a szén-dioxidot általában a kopoltyúkban vagy a tüdőben cserélik ki oxigénre, ami segít az aerob légzés utolsó szakaszainak működtetésében.

Hol zajlik a Krebs-ciklus?

A Krebs-ciklus csak a mitokondrium mátrixában történik. A piruvát a sejt citoszoljában képződik, majd a mitokondriumokba importálódik. Itt acetil-CoA-vá alakul át, és importálódik a mitokondriális mátrixba. A mitokondriális mátrix a mitokondrium legbelső része. Az alábbi ábra a mitokondrium különböző részeit mutatja.

A mitokondriális mátrix rendelkezik a Krebs-ciklus összetett reakcióihoz szükséges enzimekkel és környezettel. Továbbá a Krebs-ciklus termékei hajtják az elektrontranszportláncot és az oxidatív foszforilációt, amelyek mindkettő a belső mitokondriális membránban zajlik. Az elektronhordozók elektronjaikat és protonjaikat a láncba dobják, ami végső soron az ATP előállítását hajtja. Ezt a molekulát azután a sejt fő energiaforrásaként a mitokondriumból exportálják.

A mitokondriumok szinte minden szervezetben megtalálhatók, különösen a többsejtű szervezetekben. A növények, az állatok és a gombák mind a Krebs-ciklust használják az aerob légzés nélkülözhetetlen részeként.

Krebs-ciklus lépései

A Krebs-ciklus 9 fő reakcióból áll, amelyek gyorsan egymás után zajlanak. Az alábbi kép mutatja ezeket a reakciókat.

Megjegyezzük, hogy a citrát az első molekula, amely az acetil-CoA hozzáadása után keletkezik. Ezért nevezik a Krebs-ciklust citromsavciklusnak is. A ciklus termékei a fenti képen láthatóak. Ezt a folyamatot azért nevezik “ciklusnak”, mert mindig oxalacetáttal végződik, amely egy új acetil-CoA-val kombinálva minden ciklusban egy új citrátmolekulát hoz létre.

Krebs-ciklus működése

A Krebs-ciklus valószínűleg a legfontosabb része az aerob légzés folyamatának, mert ez hajtja az elektronhordozók képződését. Ezek a hordozók fontosak. Ők szállítják az energiát, amely az aerob légzés utolsó lépéseiben nagyszámú ATP-molekula létrehozásához szükséges. A keletkező elektronhordozók (NADH és FADH2) nem képesek közvetlenül energiát szolgáltatni a sejtfolyamatoknak. Ehelyett az elektrontranszportlánc és az oxidatív foszforiláció folyamatai az e molekulákból származó energiát az ATP-szintáz enzimkomplex aktiválására használják fel, amely ATP-t állít elő.