om syre är tillgängligt kommer aerob andning att gå framåt. I eukaryota celler transporteras pyruvatmolekylerna som produceras i slutet av glykolys till mitokondrier (Figur 1), som är platserna för cellulär andning. För att pyruvat, produkten av glykolys, ska komma in i nästa väg måste den genomgå flera förändringar. Konverteringen är en trestegsprocess.
Oxidation av pyruvat
i eukaryota celler transporteras pyruvatmolekylerna som produceras i slutet av glykolys in i mitokondriell matris (mitokondriernas mittregion) (Figur 1). I mitokondriell matris omvandlas pyruvat till en två-kolacetylgrupp genom att avlägsna en molekyl koldioxid. Detta ger också NADH. Acetylgruppen plockas upp av en bärarförening som kallas koenzym A (CoA), som är gjord av vitamin B5. Den resulterande föreningen kallas acetyl CoA (Figur 2). Acetyl CoA kan användas på olika sätt av cellen, men dess huvudsakliga funktion är att leverera acetylgruppen härledd från pyruvat till nästa väg i glukoskatabolism.
Acetyl CoA till CO2
i närvaro av syre levererar acetyl CoA sin acetylgrupp till en fyrkolsmolekyl, oxaloacetat, för att bilda citrat, en sexkolsmolekyl med tre karboxylgrupper; denna väg kommer att skörda resten av den extraherbara energin från det som började som en glukosmolekyl. Denna enda väg kallas av olika namn: citronsyracykeln (för den första mellanprodukten—citronsyra eller citrat—när acetat förenas med oxaloacetat), TCA-cykeln (eftersom citronsyra eller citrat och isocitrat är trikarboxylsyror) och Krebs-cykeln, efter Hans Krebs, som först identifierade stegen i vägen på 1930-talet i duvflygmuskler.
liksom omvandlingen av pyruvat till acetyl CoA sker citronsyracykeln i eukaryota celler också i mitokondriernas matris (Figur 1). Till skillnad från glykolys är citronsyracykeln en sluten slinga: den sista delen av vägen regenererar föreningen som användes i det första steget. De åtta stegen i cykeln är en serie kemiska reaktioner som producerar följande från var och en av de två pyruvatmolekylerna som produceras per glukosmolekyl som ursprungligen gick in i glykolys (Figur 3):
- 2 koldioxidmolekyler
- 1 ATP-molekyl (eller motsvarande)
- 3 NADH och 1 FADH2, som bär energi till den sista delen av den aeroba andningsvägen.
en del av detta anses vara en aerob väg (syrekrävande) eftersom NADH och FADH2 som produceras måste överföra sina elektroner till nästa väg i systemet, vilket kommer att använda syre. Om syre inte är närvarande sker inte denna överföring. Citronsyracykeln förekommer inte vid anaerob andning.
två kolatomer kommer in i citronsyracykeln från varje acetylgrupp. Två koldioxidmolekyler frigörs vid varje tur av cykeln; dessa innehåller emellertid inte samma kolatomer som bidrar med acetylgruppen på den svängen av vägen. De två acetyl-kolatomerna kommer så småningom att släppas på senare varv av cykeln; på detta sätt kommer alla sex kolatomer från den ursprungliga glukosmolekylen så småningom att släppas som koldioxid. Koldioxid är en avfallsprodukt i de flesta djurceller och kommer att släppas utanför organismen. Det tar två varv av cykeln att bearbeta ekvivalenten av en glukosmolekyl. Varje tur i cykeln bildar tre NADH-molekyler med hög energi och en FADH2-molekyl med hög energi. Dessa högenergibärare kommer att ansluta till den sista delen av aerob andning för att producera ATP-molekyler. En ATP (eller motsvarande) görs också i varje cykel. Flera av de mellanliggande föreningarna i citronsyracykeln kan användas vid syntetisering av icke-essentiella aminosyror; därför är cykeln både anabolisk och katabolisk.
i närvaro av syre omvandlas 3-kolpyruvat till en 2-kolacetylgrupp, som är fäst vid en bärarmolekyl av koenzym A. Den resulterande acetyl CoA kan komma in i flera vägar, men oftast levereras acetylgruppen till citronsyracykeln för ytterligare katabolism (nedbrytning). Under omvandlingen av pyruvat till acetylgruppen avlägsnas en molekyl koldioxid och två högenergielektroner. Eftersom två pyruvat producerades från varje glukosmolekyl under glykolys står produktionen av två koldioxidmolekyler (som frigörs som avfall) för två av de sex kolerna i den ursprungliga glukosmolekylen. De andra fyra kolen frigörs som koldioxid under två varv av citronsyracykeln. Elektronerna plockas upp av NAD+, och NADH bär elektronerna till en senare väg för ATP-produktion. Vid denna tidpunkt har glukosmolekylen som ursprungligen kom in i cellulär andning helt brutits ner. Kemisk potentiell energi lagrad i glukosmolekylen har överförts till elektronbärare eller har använts för att syntetisera några ATP.
vad producerades (per molekyl glukos)?
- Oxidation av pyruvat: 2 CO2, 2 NADH, 2 acetyl (2 carbon molecule)
- Products of the citric acid cycle: 4 CO2, 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP