hvis ilt er tilgængeligt, vil aerob respiration gå fremad. I eukaryote celler transporteres pyruvatmolekylerne produceret i slutningen af glycolyse til mitokondrier (Figur 1), som er stederne for cellulær respiration. For at pyruvat, produktet af glycolyse, skal komme ind i den næste vej, skal det gennemgå flere ændringer. Konverteringen er en tre-trins proces.
iltning af pyruvat
i eukaryote celler transporteres pyruvatmolekylerne produceret i slutningen af glycolyse ind i mitokondriematricen (mitokondriernes midterste region) (Figur 1). I mitokondriematricen vil pyruvat blive omdannet til en to-carbonacetylgruppe ved at fjerne et molekyle af kulsyre. Dette producerer også NADH. Acetylgruppen opfanges af en bærerforbindelse kaldet Coen-a (CoA), som er fremstillet af vitamin B5. Den resulterende forbindelse kaldes acetyl CoA (figur 2). Acetyl CoA kan bruges på forskellige måder af cellen, men dens vigtigste funktion er at levere acetylgruppen afledt af pyruvat til den næste vej i glukosekatabolisme.
Acetyl CoA til CO2
i nærvær af ilt leverer acetyl CoA sin acetylgruppe til et fire-carbonmolekyle, oksaloacetat, til dannelse af citrat, et seks-carbonmolekyle med tre carboksyl-grupper; denne vej høster resten af den ekstraherbare energi fra det, der begyndte som et glukosemolekyle. Denne enkelt vej kaldes af forskellige navne: citronsyrecyklussen (for det første mellemprodukt dannet—citronsyre eller citrat—når acetat slutter sig til oksaloacetatet), TCA-cyklussen (da citronsyre eller citrat og isocitrat er tricarboksyl syrer) og Krebs-cyklussen efter Hans Krebs, der først identificerede trinene i vejen i 1930 ‘ erne i dueflyvemuskler.
ligesom omdannelsen af pyruvat til acetyl CoA finder citronsyrecyklussen i eukaryote celler også sted i matricen af mitokondrierne (Figur 1). I modsætning til glykolyse er citronsyrecyklussen en lukket sløjfe: den sidste del af vejen regenererer forbindelsen anvendt i det første trin. De otte trin i cyklussen er en række kemiske reaktioner, der producerer følgende fra hvert af de to molekyler pyruvat produceret pr.molekyle glucose, der oprindeligt gik ind i glykolyse (figur 3):
- 2 kulsyre molekyler
- 1 ATP molekyle (eller en tilsvarende)
- 3 NADH og 1 FADH2, som bærer energi til den sidste del af den aerobe respirationsvej.
en del af dette betragtes som en aerob vej (iltkrævende), fordi NADH og FADH2 produceret skal overføre deres elektroner til den næste vej i systemet, som vil bruge ilt. Hvis ilt ikke er til stede, forekommer denne overførsel ikke. Citronsyrecyklussen forekommer ikke ved anaerob respiration.
to carbonatomer kommer ind i citronsyrecyklussen fra hver acetylgruppe. To kulsyre molekyler frigives på hver tur af cyklussen; imidlertid, disse indeholder ikke de samme kulstofatomer bidraget af acetylgruppen på denne tur af vejen. De to acetyl-carbonatomer frigives til sidst ved senere omdrejninger af cyklussen; på denne måde frigives alle seks carbonatomer fra det originale glukosemolekyle til sidst som kulsyre. Kulsyre er et affaldsprodukt i de fleste dyreceller og vil blive frigivet uden for organismen. Det tager to omdrejninger af cyklussen at behandle ækvivalenten af et glukosemolekyle. Hver drejning af cyklussen danner tre højenergi NADH-molekyler og et højenergi FADH2-molekyle. Disse højenergibærere vil forbinde med den sidste del af aerob respiration for at producere ATP-molekyler. En ATP (eller en tilsvarende) er også lavet i hver cyklus. Flere af de mellemliggende forbindelser i citronsyrecyklussen kan anvendes til syntetisering af ikke-essentielle aminosyrer; derfor er cyklussen både anabolsk og katabolisk.
i nærvær af ilt omdannes 3-carbon pyruvat til en 2-carbon acetyl gruppe, som er bundet til et bærermolekyle af coensym A. Den resulterende acetyl CoA kan komme ind i flere veje, men oftest leveres acetylgruppen til citronsyrecyklussen for yderligere katabolisme (nedbrydning). Under omdannelsen af pyruvat til acetylgruppen fjernes et molekyle af kulsyre og to højenergielektroner. Da der blev produceret to pyruvat fra hvert glukosemolekyle under glykolyse, tegner produktionen af to kulstofmolekyler (som frigives som affald) sig for to af de seks carbonatomer i det originale glukosemolekyle. De andre fire carbonatomer frigives som kulsyre under to omdrejninger af citronsyrecyklussen. Elektronerne samles op af NAD+, og NADH fører elektronerne til en senere vej til ATP-produktion. På dette tidspunkt er glukosemolekylet, der oprindeligt kom ind i cellulær respiration, blevet fuldstændigt nedbrudt. Kemisk potentiel energi lagret i glukosemolekylet er blevet overført til elektronbærere eller er blevet brugt til at syntetisere et par ATP ‘ er.
Hvad blev der produceret (pr. molekyle glucose)?
- iltning af pyruvat: 2 CO2, 2 NADH, 2 acetyl (2 carbon molecule)
- Products of the citric acid cycle: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP