Jos happea on saatavilla, aerobinen hengitys etenee. Eukaryoottisoluissa glykolyysin lopussa syntyvät pyruvaattimolekyylit kulkeutuvat mitokondrioihin (Kuva 1), jotka ovat soluhengityksen paikkoja. Jotta pyruvaatti, glykolyysin tuote, pääsisi seuraavaan kulkureittiin, sen on tehtävä useita muutoksia. Muuntaminen on kolmivaiheinen prosessi.
pyruvaatin hapettuminen
eukaryoottisissa soluissa glykolyysin lopussa syntyvät pyruvaattimolekyylit kulkeutuvat mitokondrioiden matriisiin (mitokondrioiden keskialueelle) (Kuva 1). Mitokondriomatriisissa pyruvaatti muuttuu kaksihiiliseksi asetyyliryhmäksi poistamalla hiilidioksidimolekyylin. Tämä tuottaa myös NADH: ta. Asetyyliryhmän noukkii kantoyhdiste koentsyymi A (CoA), jota valmistetaan B5-vitamiinista. Muodostuvaa yhdistettä kutsutaan asetyyli-CoA: ksi (kuva 2). Solu voi käyttää asetyyli-CoA: ta monin eri tavoin, mutta sen tärkein tehtävä on toimittaa pyruvaatista johdettu asetyyliryhmä seuraavalle reitille glukoosikataboliassa.
asetyyli-CoA-CO2
hapen läsnä ollessa asetyyli-CoA luovuttaa asetyyliryhmänsä nelihiiliselle molekyylille, oksaloasetaatille, muodostaen sitraatin, kuusihiilisen molekyylin, jossa on kolme karboksyyliryhmää; tämä reitti kerää jäljelle jääneen uuttuvan energian siitä, mikä alkoi glukoosimolekyylinä. Tätä yhtä polkua kutsutaan eri nimillä: sitruunahappokierto (ensimmäinen muodostuva Välituote—sitruunahappo eli sitraatti—asetaatin liittyessä oksaloasetaattiin), TCA-sykli (koska sitruunahappo eli sitraatti ja isositraatti ovat trikarboksyylihappoja) ja Krebs-sykli Hans Krebsin jälkeen, joka tunnisti reitin vaiheet ensimmäisen kerran 1930-luvulla kyyhkysen lentolihaksissa.
kuten pyruvaatin muuntuminen asetyyli-CoA: ksi, myös eukaryoottisolujen sitruunahappokierto tapahtuu mitokondrioiden matriisissa (Kuva 1). Toisin kuin glykolyysissä, sitruunahappokierto on suljettu silmukka: reitin viimeinen osa regeneroi ensimmäisessä vaiheessa käytetyn yhdisteen. Syklin kahdeksan vaihetta ovat sarja kemiallisia reaktioita, jotka tuottavat seuraavista kahdesta pyruvaattimolekyylistä kutakin glykolyysiin alun perin joutunutta glukoosimolekyyliä kohti (kuva 3):
- 2 hiilidioksidimolekyyliä
- 1 ATP-molekyyli (tai vastaava)
- 3 NADH ja 1 FADH2, jotka kuljettavat energiaa aerobisen hengitysreitin viimeiseen osaan.
osaa tästä pidetään aerobisena reittinä (happea vaativana), koska tuotettujen NADH: n ja FADH2: n on siirrettävä elektroninsa systeemin seuraavalle reitille, joka käyttää happea. Jos happea ei ole, tätä siirtoa ei tapahdu. Sitruunahappokierto ei tapahdu anaerobisessa hengityksessä.
sitruunahappokiertoon tulee kaksi hiiliatomia kustakin asetyyliryhmästä. Kaksi hiilidioksidimolekyyliä vapautuu jokaisessa kierron käänteessä; nämä eivät kuitenkaan sisällä samoja hiiliatomeja, joita asetyyliryhmä on antanut kyseisellä ratakierroksella. Kaksi asetyylihiiliatomia vapautuu lopulta syklin myöhemmissä käänteissä; näin kaikki kuusi alkuperäisen glukoosimolekyylin hiiliatomia vapautuvat lopulta hiilidioksidina. Hiilidioksidi on jätetuote useimmissa eläinsoluissa ja vapautuu eliön ulkopuolelle. Yhden glukoosimolekyylin ekvivalentin käsittely kestää kaksi kierrosta syklistä. Jokainen kierron kierros muodostaa kolme korkeaenergistä NADH-molekyyliä ja yhden korkeaenergisen FADH2-molekyylin. Nämä korkeaenergiset kantajat yhdistyvät aerobisen hengityksen viimeiseen osaan tuottaakseen ATP-molekyylejä. Jokaisessa jaksossa tehdään myös yksi ATP (tai vastaava). Useita sitruunahappokierron väliyhdisteitä voidaan käyttää ei-välttämättömien aminohappojen syntetisoinnissa; siksi sykli on sekä anabolinen että katabolinen.
hapen läsnä ollessa 3-Hiilinen pyruvaatti muuttuu 2-hiiliseksi asetyyliryhmäksi, joka kiinnittyy koentsyymi A: n kantajamolekyyliin. Tuloksena oleva asetyyli-CoA voi tulla useita reittejä, mutta useimmiten asetyyliryhmä toimitetaan sitruunahappokiertoon edelleen kataboliaa (hajoamista) varten. Pyruvaatin muuttuessa asetyyliryhmäksi poistuu hiilidioksidimolekyyli ja kaksi korkeaenergistä elektronia. Koska jokaisesta glukoosimolekyylistä on glykolyysin aikana tuotettu kaksi pyruvaattia, kahden hiilidioksidimolekyylin (jotka vapautuvat jätteenä) tuotanto vastaa kahta alkuperäisen glukoosimolekyylin kuudesta hiilestä. Loput neljä hiiltä vapautuvat hiilidioksidina sitruunahappokierron kahden kierroksen aikana. Elektronit poimitaan NAD+: n avulla, ja NADH kuljettaa elektronit myöhemmälle reitille ATP: n tuottamiseksi. Tässä vaiheessa alun perin soluhengitykseen tullut glukoosimolekyyli on hajonnut kokonaan. Glukoosimolekyyliin varastoitunut kemiallinen potentiaalienergia on siirtynyt elektroninkantajille tai sitä on käytetty muutaman ATP: n syntetisointiin.
Mitä tuotettiin (glukoosimolekyyliä kohti)?
- pyruvaatin hapetus: 2 CO2, 2 NADH, 2 acetyl (2 carbon molecule)
- Products of the citric acid cycle: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP