ha oxigén áll rendelkezésre, az aerob légzés előrehalad. Az eukarióta sejtekben a glikolízis végén előállított piruvátmolekulákat mitokondriumokba szállítják (1.ábra), amelyek a sejtlégzés helyei. Annak érdekében, hogy a piruvát, a glikolízis terméke belépjen a következő útvonalba, több változáson kell átesnie. Az átalakítás háromlépcsős folyamat.
A piruvát oxidációja
az eukarióta sejtekben a glikolízis végén előállított piruvátmolekulákat a mitokondriális mátrixba (a mitokondriumok középső régiójába) szállítják (1.ábra). A mitokondriális mátrixban a piruvát két szénatomos acetilcsoporttá alakul át egy szén-dioxid molekula eltávolításával. Ez NADH-t is termel. Az acetilcsoportot az a koenzim (CoA) nevű hordozó vegyület veszi fel, amely B5-vitaminból készül. A kapott vegyületet acetil-CoA-nak nevezzük (2.ábra). Az acetil-CoA-t a sejt különféle módon alkalmazhatja, de fő feladata a piruvátból származó acetilcsoport eljuttatása a glükóz katabolizmus következő útjába.
acetil-CoA CO2
oxigén jelenlétében az acetil-CoA acetilcsoportját egy négy szénmolekulához, az oxaloacetáthoz juttatja, hogy citrátot képezzen, egy hat szénatomos molekulát három karboxilcsoporttal; ez az út a kinyerhető energia fennmaradó részét abból nyeri, ami glükózmolekulaként kezdődött. Ezt az egyetlen utat különböző nevek hívják: a citromsav-ciklus (az első képződött köztitermék—citromsav vagy citrát—esetében, amikor az acetát csatlakozik az oxaloacetáthoz), a TCA-ciklus (mivel a citromsav vagy citrát és izocitrát trikarbonsavak), és a Krebs-ciklus Hans Krebs után, aki először azonosította az útvonal lépéseit az 1930-as években a galambrepülési izmokban.
a piruvát acetil-CoA-vá történő átalakításához hasonlóan az eukarióta sejtekben a citromsavciklus a mitokondriumok mátrixában is zajlik (1.ábra). A glikolízissel ellentétben a citromsav ciklus zárt hurok: az út utolsó része regenerálja az első lépésben használt vegyületet. A ciklus nyolc lépése olyan kémiai reakciók sorozata, amelyek az eredetileg glikolízisbe került glükózmolekulánként előállított két piruvát molekula mindegyikéből a következőket állítják elő (3.ábra):
- 2 szén-dioxid molekula
- 1 ATP molekula (vagy azzal egyenértékű)
- 3 NADH és 1 FADH2, amelyek energiát hordoznak az aerob légzési út utolsó részébe.
ennek egy része aerob (oxigénigényes) útnak tekinthető, mivel a NADH és a FADH2 által termelt elektronoknak át kell vinniük a rendszer következő útvonalára, amely oxigént fog használni. Ha nincs oxigén, ez az átvitel nem következik be. A citromsav ciklus nem fordul elő anaerob légzésben.
minden acetilcsoportból két szénatom kerül a citromsavciklusba. Két szén-dioxid-molekula szabadul fel a ciklus minden fordulóján; ezek azonban nem tartalmazzák ugyanazokat a szénatomokat, amelyeket az acetilcsoport adott az út ezen fordulóján. A két acetil-szénatom végül a ciklus későbbi fordulatain szabadul fel; ily módon az eredeti glükózmolekula mind a hat szénatomja végül szén-dioxidként szabadul fel. A szén-dioxid a legtöbb állati sejtben hulladéktermék, és a szervezeten kívül szabadul fel. A ciklus két fordulata szükséges egy glükózmolekula ekvivalensének feldolgozásához. A ciklus minden fordulata három nagy energiájú NADH molekulát és egy nagy energiájú FADH2 molekulát alkot. Ezek a nagy energiájú hordozók összekapcsolódnak az aerob légzés utolsó részével, hogy ATP molekulákat állítsanak elő. Minden ciklusban egy ATP (vagy azzal egyenértékű) is készül. A citromsavciklus közbenső vegyületei közül több felhasználható nem esszenciális aminosavak szintetizálására; ezért a ciklus mind anabolikus, mind katabolikus.
oxigén jelenlétében a 3-szén-piruvát 2-szén-acetilcsoporttá alakul, amely az a koenzim hordozó molekulájához kapcsolódik. A kapott acetil-CoA több úton is bejuthat, de leggyakrabban az acetilcsoportot a citromsavciklusba juttatják további katabolizmus (lebontás) céljából. A piruvát acetilcsoportba történő átalakítása során egy szén-dioxid molekulát és két nagy energiájú elektronot távolítanak el. Mivel a glikolízis során minden egyes glükózmolekulából két piruvátot állítottak elő, két szén-dioxid-molekula termelése (amelyek hulladékként szabadulnak fel) az eredeti glükózmolekula hat szénatomjából kettőt tesz ki. A másik négy szén szén-dioxidként szabadul fel a citromsavciklus két fordulata alatt. Az elektronokat a NAD + veszi fel, a NADH pedig az elektronokat egy későbbi útvonalra viszi az ATP előállításához. Ezen a ponton a sejtlégzésbe eredetileg belépő glükózmolekula teljesen lebomlott. A glükózmolekulában tárolt kémiai potenciális energiát átvitték az elektronhordozókba, vagy néhány ATP szintetizálására használták.
mit termeltek (glükózmolekulánként)?
- piruvát oxidációja: 2 CO2, 2 NADH, 2 acetyl (2 carbon molecule)
- Products of the citric acid cycle: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP