Pokud je k dispozici kyslík, aerobní dýchání půjde vpřed. V eukaryotických buňkách jsou molekuly pyruvátu produkované na konci glykolýzy transportovány do mitochondrií (Obrázek 1), což jsou místa buněčného dýchání. Aby pyruvát, produkt glykolýzy, vstoupil do další cesty, musí projít několika změnami. Konverze je třístupňový proces.
Oxidace Pyruvátu
V eukaryotické buňky, molekuly pyruvátu vyrobené na konci glykolýzy jsou transportovány do mitochondriální matrix (střední oblasti mitochondrií) (Obrázek 1). V mitochondriální matrici bude pyruvát přeměněn na dvouuhlíkovou acetylovou skupinu odstraněním molekuly oxidu uhličitého. To také produkuje NADH. Acetylová skupina je zachycena nosnou sloučeninou zvanou koenzym A (CoA), která je vyrobena z vitaminu B5. Výsledná sloučenina se nazývá acetyl CoA (Obrázek 2). Acetyl CoA může být buňkou použit různými způsoby, ale jeho hlavní funkcí je dodávat acetylovou skupinu odvozenou od pyruvátu na další cestu v katabolismu glukózy.
Acetyl-CoA na CO2
V přítomnosti kyslíku, acetyl-CoA, který dodává své acetyl skupiny na čtyři-molekulu uhlíku, oxalacetát, tvoří citrát, šesti-uhlíkaté s tří karboxylových skupin; tato cesta bude sklízet zbytek extrahovatelné energie z toho, co začalo jako molekuly glukózy. Tato jediná cesta se nazývá různými názvy: cyklus kyseliny citrónové (pro první meziprodukt tvoří—kyselina citronová nebo citran—acetát, když se připojí k oxalacetát), KREBSOVA cyklu (vzhledem k tomu, kyselina citronová nebo citran a isocitrate jsou tricarboxylic kyselin), a Krebsova cyklu, po Hans Krebs, který jako první identifikoval kroky v cestě v roce 1930 v letu holuba svaly.
stejně jako přeměna pyruvátu na acetyl CoA probíhá cyklus kyseliny citronové v eukaryotických buňkách také v matrici mitochondrií (Obrázek 1). Na rozdíl od glykolýzy je cyklus kyseliny citronové uzavřenou smyčkou: poslední část dráhy regeneruje sloučeninu použitou v prvním kroku. Osm kroků cyklus je série chemických reakcí, které produkuje následující z každé ze dvou molekul pyruvátu vyrobeného na molekuly glukózy, která původně šla do glykolýzy (Obrázek 3):
- 2 molekuly oxidu uhličitého
- 1 molekula ATP (nebo ekvivalentní)
- 3 NADH a 1 FADH2, které nesou energii na poslední část aerobní dýchání dráhy.
část je považována za aerobní dráhu (vyžadující kyslík), protože produkované NADH a FADH2 musí přenést své elektrony na další cestu v systému, která bude používat kyslík. Pokud kyslík není přítomen, nedochází k tomuto přenosu. Cyklus kyseliny citronové se nevyskytuje při anaerobním dýchání.
dva atomy uhlíku přicházejí do cyklu kyseliny citronové z každé acetylové skupiny. Dvě molekuly oxidu uhličitého se uvolní na každém kroku cyklu; nicméně, tyto neobsahují stejné atomy uhlíku přispěl acetyl skupina na přelomu dráhy. Dva atomy acetyl-uhlíku se nakonec uvolní na pozdějších otáčkách cyklu; tímto způsobem se všech šest atomů uhlíku z původní molekuly glukózy nakonec uvolní jako oxid uhličitý. Oxid uhličitý je odpadní produkt ve většině živočišných buněk a bude uvolňován mimo organismus. Zpracování ekvivalentu jedné molekuly glukózy trvá dvě otáčky cyklu. Každé otočení cyklu tvoří tři vysokoenergetické molekuly NADH a jednu vysokoenergetickou molekulu FADH2. Tyto vysokoenergetické nosiče se spojí s poslední částí aerobního dýchání a vytvoří molekuly ATP. V každém cyklu se také vytvoří jeden ATP (nebo ekvivalent). Několik meziproduktů v cyklu kyseliny citronové může být použito při syntéze neesenciálních aminokyselin; proto je cyklus anabolický i katabolický.
V přítomnosti kyslíku, 3-uhlík je přeměněn na pyruvát a 2-oxid acetyl skupiny, který je připojen k nosné molekulu koenzymu A. Výsledný acetyl CoA může vstoupit do několika cest, ale nejčastěji je acetylová skupina dodávána do cyklu kyseliny citronové pro další katabolismus (rozklad). Během přeměny pyruvátu na acetylovou skupinu se odstraní molekula oxidu uhličitého a dva vysokoenergetické elektrony. Protože dva pyruvát bylo vyrobeno z každé molekuly glukózy během glykolýzy, výroba dvě molekuly oxidu uhličitého (který se uvolní jako odpad) tvoří dva ze šesti uhlíků z původní molekuly glukózy. Další čtyři uhlíky se uvolňují jako oxid uhličitý během dvou otáček cyklu kyseliny citronové. Elektrony jsou zachyceny NAD+ a NADH přenáší elektrony na pozdější cestu pro produkci ATP. V tomto okamžiku byla molekula glukózy, která původně vstoupila do buněčného dýchání, zcela rozložena. Chemická potenciální energie uložená v molekule glukózy byla přenesena na elektronové nosiče nebo byla použita k syntéze několika ATP.
Co bylo vyrobeno (na molekulu glukózy)?
- oxidace pyruvátu: 2 CO2, 2 NADH, 2 acetyl (2 carbon molecule)
- Products of the citric acid cycle: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP