dacă oxigenul este disponibil, respirația aerobă va merge mai departe. În celulele eucariote, moleculele de piruvat produse la sfârșitul glicolizei sunt transportate în mitocondrii (Figura 1), care sunt locurile de respirație celulară. Pentru ca piruvatul, produsul glicolizei, să intre în următoarea cale, acesta trebuie să sufere mai multe modificări. Conversia este un proces în trei etape.
oxidarea piruvatului
în celulele eucariote, moleculele de piruvat produse la sfârșitul glicolizei sunt transportate în matricea mitocondrială (regiunea mijlocie a mitocondriilor) (Figura 1). În matricea mitocondrială, piruvatul va fi transformat într-o grupare acetil cu două carbon prin îndepărtarea unei molecule de dioxid de carbon. Acest lucru produce, de asemenea, NADH. Gruparea acetil este preluată de un compus purtător numit coenzima A (CoA), care este fabricat din vitamina B5. Compusul rezultat se numește acetil CoA (Figura 2). Acetil CoA poate fi utilizat într-o varietate de moduri de către celulă, dar funcția sa majoră este de a livra gruparea acetil derivată din piruvat pe următoarea cale în catabolismul glucozei.
acetil CoA la CO2
în prezența oxigenului, acetil CoA își livrează gruparea acetil la o moleculă de patru carbon, oxaloacetat, pentru a forma citrat, o moleculă de șase carbon cu trei grupări carboxil; această cale va recolta restul energiei extractibile din ceea ce a început ca o moleculă de glucoză. Această cale unică este numită cu nume diferite: ciclul acidului citric (pentru primul intermediar format—acid citric sau citrat—când acetatul se alătură oxaloacetatului), ciclul TCA (deoarece acidul citric sau citratul și izocitratul sunt acizi tricarboxilici) și ciclul Krebs, după Hans Krebs, care a identificat pentru prima dată pașii căii în anii 1930 în mușchii zborului porumbeilor.
ca și conversia piruvatului în acetil CoA, ciclul acidului citric în celulele eucariote are loc și în matricea mitocondriilor (Figura 1). Spre deosebire de glicoliză, ciclul acidului citric este o buclă închisă: ultima parte a căii regenerează compusul utilizat în prima etapă. Cele opt etape ale ciclului sunt o serie de reacții chimice care produc următoarele din fiecare dintre cele două molecule de piruvat produse pe moleculă de glucoză care a intrat inițial în glicoliză (Figura 3):
- 2 molecule de dioxid de carbon
- 1 moleculă ATP (sau un echivalent)
- 3 NADH și 1 FADH2, care transportă energie până la ultima parte a căii de respirație aerobă.
o parte din aceasta este considerată o cale aerobă (care necesită oxigen), deoarece NADH și FADH2 produse trebuie să-și transfere electronii pe următoarea cale din sistem, care va folosi oxigenul. Dacă oxigenul nu este prezent, acest transfer nu are loc. Ciclul acidului citric nu apare în respirația anaerobă.
doi atomi de carbon intră în ciclul acidului citric din fiecare grupare acetil. Două molecule de dioxid de carbon sunt eliberate pe fiecare viraj al ciclului; cu toate acestea, acestea nu conțin aceiași atomi de carbon contribuiți de gruparea acetil pe acea viraj a căii. Cei doi atomi de acetil-carbon vor fi eliberați în cele din urmă la virajele ulterioare ale ciclului; în acest fel, toți cei șase atomi de carbon din molecula originală de glucoză vor fi eliberați în cele din urmă ca dioxid de carbon. Dioxidul de Carbon este un produs rezidual în majoritatea celulelor animale și va fi eliberat în afara organismului. Este nevoie de două rotații ale ciclului pentru a procesa echivalentul unei molecule de glucoză. Fiecare rotire a ciclului formează trei molecule NADH de mare energie și o moleculă FADH2 de mare energie. Acești purtători de energie înaltă se vor conecta cu ultima porțiune a respirației aerobe pentru a produce molecule ATP. Un ATP (sau un echivalent) se face, de asemenea, în fiecare ciclu. Mai mulți dintre compușii intermediari din ciclul acidului citric pot fi utilizați în sintetizarea aminoacizilor neesențiali; prin urmare, ciclul este atât anabolic, cât și catabolic.
în prezența oxigenului, piruvatul 3-carbon este transformat într-o grupare acetil 2-carbon, care este atașată la o moleculă purtătoare de coenzima A. Acetil CoA rezultat poate intra în mai multe căi, dar cel mai adesea, gruparea acetil este livrată în ciclul acidului citric pentru catabolism suplimentar (defalcare). În timpul conversiei piruvatului în gruparea acetil, o moleculă de dioxid de carbon și doi electroni de mare energie sunt îndepărtați. Deoarece doi piruvați au fost produși din fiecare moleculă de glucoză în timpul glicolizei, producția a două molecule de dioxid de carbon (care sunt eliberate ca deșeuri) reprezintă doi dintre cei șase atomi de carbon ai moleculei originale de glucoză. Ceilalți patru atomi de carbon sunt eliberați ca dioxid de carbon în timpul a două rotații ale ciclului acidului citric. Electronii sunt preluați de NAD+, iar NADH transportă electronii către o cale ulterioară pentru producerea ATP. În acest moment, molecula de glucoză care a intrat inițial în respirația celulară a fost complet descompusă. Energia potențială chimică stocată în molecula de glucoză a fost transferată purtătorilor de electroni sau a fost utilizată pentru a sintetiza câteva ATP-uri.
ce a fost produs (per moleculă de glucoză)?
- oxidarea piruvatului: 2 CO2, 2 NADH, 2 acetyl (2 carbon molecule)
- Products of the citric acid cycle: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP