Cykl Krebsa

Definicja cyklu Krebsa

Cykl Krebsa, zwany również cyklem kwasu cytrynowego, jest drugim ważnym etapem fosforylacji oksydacyjnej. Po glikolizie rozbija glukozę na mniejsze cząsteczki 3-węglowe, cykl Krebsa przenosi energię z tych cząsteczek na nośniki elektronów, które zostaną wykorzystane w łańcuchu transportu elektronów do produkcji ATP.

Przegląd cyklu Krebsa

Większość organizmów używa glukozy jako głównego źródła paliwa, ale musi rozłożyć tę glukozę i przechowywać energię w ATP i innych cząsteczkach. Cykl Krebsa znajduje się w mitochondriach. W macierzy mitochondrialnej reakcje cyklu Krebsa dodają elektrony i protony do wielu nośników elektronów, które są następnie wykorzystywane przez łańcuch transportu elektronów do produkcji ATP.

Cykl Krebsa rozpoczyna się od produktów glikolizy, którymi są dwie trójwęglowe cząsteczki znane jako pirogronian. Cząsteczka ta ma odczyn kwaśny, dlatego cykl Krebsa nazywany jest również cyklem kwasu trójkarboksylowego (TCA). W wyniku szeregu reakcji cząsteczki te są dalej rozkładane na dwutlenek węgla. Energia z tych cząsteczek przenoszona jest do innych cząsteczek, zwanych nośnikami elektronów. Cząsteczki te przenoszą zmagazynowaną energię do łańcucha transportu elektronów, który z kolei tworzy ATP.

Następnie komórka wykorzystuje ten ATP do zasilania różnych reakcji komórkowych, takich jak aktywacja enzymów lub białek transportowych. Cykl Krebsa jest drugim z 4 różnych procesów, które muszą zajść, aby pozyskać energię z glukozy. W sumie cykl Krebsa składa się z 9 reakcji sekwencyjnych.

Produkty cyklu Krebsa

Pierwszy etap wykorzystania glukozy, glikoliza, wytwarza kilka ATP, jak również cząsteczki, które będą przetwarzane w cyklu Krebsa. Podczas glikolizy pojedyncza cząsteczka glukozy jest dzielona na dwie mniejsze, trójwęglowe cząsteczki zwane pirogronianem. Pirogronian jest następnie przekształcany w acetylo-CoA. Acetyl CoA jest następnie wykorzystywany w cyklu Krebsa do wytworzenia kilku głównych produktów. Z kolei te produkty napędzają tworzenie ATP, głównego źródła energii komórki.

Przed pierwszymi etapami cyklu Krebsa pirogronian jest przekształcany w acetylo-CoA. Podczas tego procesu powstaje jedna cząsteczka CO2 i jedna cząsteczka nośnika elektronów NADH. Cykl Krebsa polega na przekształceniu tego acetylo-CoA w dwutlenek węgla. Podczas kolejnych etapów cyklu uwalniane są dwie cząsteczki CO2, a także 3 kolejne cząsteczki NADH, jedna FADH2 i jedna GTP.

Więc, na każdą dodaną 1 cząsteczkę pirogronianu, cykl Krebsa wyprodukuje:

• 2 cząsteczki CO2
• 3 cząsteczki NADH
• 1 cząsteczkę FADH2
• 1 cząsteczkę GTP

Cząsteczka glukozy zawiera 2 cząsteczki pirogronianu, więc 1 cząsteczka glukozy wytworzy podwójną ilość produktów wymienionych powyżej, gdy będzie przechodzić przez cykl Krebsa. Produkty te zostaną następnie przekształcone w ATP w dalszych etapach oddychania tlenowego. Dwutlenek węgla jest jedynym produktem „odpadowym” i musi zostać usunięty z komórki. Duże organizmy muszą usuwać dwutlenek węgla ze wszystkich swoich komórek. U tych zwierząt dwutlenek węgla jest zwykle wymieniany w skrzelach lub płucach na tlen, który pomaga napędzać końcowe etapy oddychania tlenowego.

Gdzie zachodzi cykl Krebsa?

Cykl Krebsa zachodzi tylko w obrębie macierzy mitochondrialnej. Pirogronian powstaje w cytozolu komórki, a następnie jest importowany do mitochondriów. Tutaj jest przekształcany do acetylo-CoA i importowany do macierzy mitochondrialnej. Macierz mitochondrialna jest najbardziej wewnętrzną częścią mitochondriów. Poniższa grafika przedstawia różne części mitochondriów.

Matryca mitochondrialna posiada wymagane enzymy i środowisko dla zachodzenia złożonych reakcji cyklu Krebsa. Ponadto, produkty cyklu Krebsa napędzają łańcuch transportu elektronów i fosforylację oksydacyjną, z których oba zachodzą w wewnętrznej błonie mitochondrialnej. Nośniki elektronów wrzucają swoje elektrony i protony do łańcucha, co ostatecznie napędza produkcję ATP. Cząsteczka ta jest następnie eksportowana z mitochondriów jako główne źródło energii dla komórki.

Mitochondria występują w prawie wszystkich organizmach, zwłaszcza wielokomórkowych. Rośliny, zwierzęta i grzyby wykorzystują cykl Krebsa jako niezbędną część oddychania tlenowego.

Kolejne etapy cyklu Krebsa

Cykl Krebsa ma 9 głównych reakcji, które zachodzą szybko po sobie. Poniższy rysunek przedstawia te reakcje.

Zauważ, że cytrynian jest pierwszą cząsteczką tworzoną po dodaniu acetylo-CoA. Dlatego cykl Krebsa znany jest również jako cykl kwasu cytrynowego. Produkty cyklu znajdują się na powyższym obrazku. Proces ten jest znany jako „cykl”, ponieważ zawsze kończy się na oksalooctanie, który może być połączony z nowym acetylo-CoA w celu wytworzenia nowej cząsteczki cytrynianu dla każdego cyklu.

Funkcja cyklu Krebsa

Cykl Krebsa jest prawdopodobnie najważniejszą częścią procesu oddychania tlenowego, ponieważ napędza tworzenie nośników elektronów. Nośniki te są ważne. Przenoszą one energię używaną do tworzenia dużej liczby cząsteczek ATP w końcowych etapach oddychania tlenowego. Wytworzone nośniki elektronów (NADH i FADH2) nie mogą bezpośrednio dostarczać energii do procesów komórkowych. Zamiast tego, procesy łańcucha transportu elektronów i fosforylacji oksydacyjnej wykorzystają energię z tych cząsteczek do aktywacji kompleksu enzymatycznego syntazy ATP, która wytwarza ATP.

.