indien zuurstof beschikbaar is, zal de aerobe ademhaling verder gaan. In eukaryotic cellen, worden de pyruvate molecules die aan het eind van glycolyse worden geproduceerd vervoerd in mitochondria( figuur 1), die de plaatsen van cellulaire ademhaling zijn. Om pyruvate, het product van glycolyse, om de volgende weg in te gaan, moet het verscheidene veranderingen ondergaan. De conversie is een proces in drie stappen.
oxidatie van pyruvaat
in eukaryotische cellen worden de aan het einde van de glycolyse geproduceerde pyruvaatmoleculen getransporteerd naar de mitochondriale matrix (het middelste deel van de mitochondriën) (figuur 1). In de mitochondriale matrix, pyruvaat zal worden omgezet in een twee-koolstof acetyl groep door het verwijderen van een molecuul van kooldioxide. Dit produceert ook NADH. De acetylgroep wordt opgepikt door een dragerverbinding genaamd co-enzym A (CoA), die wordt gemaakt van vitamine B5. De resulterende verbinding heet acetyl CoA (Figuur 2). Acetyl CoA kan op een verscheidenheid van manieren door de cel worden gebruikt, maar zijn belangrijkste functie is om de acetylgroep van pyruvate aan de volgende weg in glucosekatabolisme wordt afgeleid te leveren.
Acetyl CoA tot CO2
in aanwezigheid van zuurstof levert acetyl CoA zijn acetylgroep af aan een vier-koolstofmolecuul, oxaloacetaat, om citraat te vormen, een zes-koolstofmolecuul met drie carboxylgroepen; deze route zal de rest van de extraheerbare energie oogsten van wat begon als een glucosemolecuul. Deze enkele weg wordt genoemd door verschillende namen: de citroenzuurcyclus (voor het eerste gevormde tussenproduct-citroenzuur, of citraat – wanneer de Acetaat aan oxaloacetaat toetreedt), de TCA-cyclus (aangezien citroenzuur of citraat en isocitraat tricarbonzuren zijn), en de Krebs-cyclus, na Hans Krebs, die eerst de stappen in de weg in de jaren 1930 in duivenvluchtspieren identificeerde.
net als de omzetting van pyruvaat in acetylcoa, vindt de citroenzuurcyclus in eukaryotische cellen ook plaats in de matrix van de mitochondriën (figuur 1). In tegenstelling tot glycolyse, is de citroenzuurcyclus een gesloten lijn: het laatste deel van de weg regenereert de verbinding die in de eerste stap wordt gebruikt. De acht stappen van de cyclus zijn een reeks chemische reacties die het volgende produceren uit elk van de twee moleculen pyruvaat geproduceerd per molecule glucose die oorspronkelijk in glycolyse ging (Figuur 3):
- 2 kooldioxidemoleculen
- 1 ATP-molecuul (of een equivalent)
- 3 NADH en 1 FADH2, die energie dragen naar het laatste deel van de aërobe ademhalingsroute.
een deel hiervan wordt beschouwd als een aërobe route (zuurstofbehoefte) omdat de geproduceerde NADH en FADH2 hun elektronen moeten overbrengen naar de volgende route in het systeem, die zuurstof zal gebruiken. Als er geen zuurstof aanwezig is, vindt deze overdracht niet plaats. De citroenzuurcyclus komt niet voor bij anaërobe ademhaling.
twee koolstofatomen komen uit elke acetylgroep in de citroenzuurcyclus. Twee koolstofdioxidemoleculen worden vrijgegeven bij elke draai van de cyclus; nochtans, bevatten deze niet dezelfde koolstofatomen die door de acetylgroep op die draai van de weg worden bijgedragen. De twee acetyl-koolstofatomen zullen uiteindelijk vrijkomen bij latere cycli; op deze manier zullen alle zes koolstofatomen van het oorspronkelijke glucosemolecuul uiteindelijk vrijkomen als koolstofdioxide. Koolstofdioxide is een afvalproduct in de meeste dierlijke cellen en zal buiten het organisme vrijkomen. Het duurt twee omwentelingen van de cyclus om het equivalent van één glucosemolecule te verwerken. Elke draai van de cyclus vormt drie hoog-energie NADH molecules en één hoog-energie FADH2 molecuul. Deze high-energy dragers verbinden zich met het laatste gedeelte van de aërobe ademhaling om ATP moleculen te produceren. Een ATP (of een equivalent) wordt ook gemaakt in elke cyclus. Verscheidene van de tussenverbindingen in de citroenzuurcyclus kunnen in het samenstellen van niet-essentiële aminozuren worden gebruikt; daarom, is de cyclus zowel anabole als katabole.
In de aanwezigheid van zuurstof wordt 3-koolstofpyruvaat omgezet in een 2-koolstof acetylgroep, die is bevestigd aan een dragermolecuul van co-enzym A. Het resulterende acetyl CoA kan verscheidene wegen ingaan, maar het vaakst, wordt de acetylgroep geleverd aan de citroenzuurcyclus voor verder katabolisme (analyse). Tijdens de omzetting van pyruvaat in de acetylgroep, worden een molecuul van kooldioxide en twee hoog-energetische elektronen verwijderd. Omdat twee pyruvaat uit elk molecuul glucose tijdens glycolyse werden geproduceerd, is de productie van twee koolstofdioxidemoleculen (die als afval worden vrijgegeven) verantwoordelijk voor twee van de zes koolstofatomen van het oorspronkelijke glucosemolecuul. De andere vier koolstofatomen komen vrij als kooldioxide tijdens twee omwentelingen van de citroenzuurcyclus. De elektronen worden opgepikt door NAD+, en NADH draagt de elektronen aan een latere weg voor ATP-productie. Op dit punt, is de glucosemolecule die oorspronkelijk cellulaire ademhaling is ingegaan volledig afgebroken. De chemische potentiële energie die binnen de glucosemolecule wordt opgeslagen is overgebracht naar elektronendragers of is gebruikt om een paar ATPs samen te stellen.
wat werd er geproduceerd (per molecule glucose)?
- oxidatie van pyruvaat: 2 CO2, 2 NADH, 2 acetyl (2 carbon molecule)
- Products of the citric acid cycle: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP