Krebs Cycle Made Easy

Krebs-cyklus, opkaldt efter Nobelprisvinderen og fysiologen Hans Krebs fra 1953, er en række metaboliske reaktioner, der finder sted i mitokondrierne i eukaryotiske celler. Kort sagt betyder dette, at bakterier ikke har det cellulære maskineri til Krebs-cyklussen, så det er begrænset til planter, dyr og svampe.

Glukose er det molekyle, der i sidste ende metaboliseres af levende ting for at hente energi, i form af adenosintriphosphat eller ATP. Glukose kan opbevares i kroppen i adskillige former; glycogen er lidt mere end en lang kæde af glukosemolekyler, der er opbevaret i muskel- og leverceller, mens diætkulhydrater, proteiner og fedtstoffer har komponenter, der også kan metaboliseres til glukose. Når et molekyle af glukose trænger ind i en celle, nedbrydes det i cytoplasmaet i pyruvat.

Hvad der sker dernæst afhænger af, om pyruvatet kommer ind i den aerobe respirationsvej (det sædvanlige resultat) eller laktatfermenteringsstien (brugt i anstrengelser med højintensiv træning eller iltmangel) inden det i sidste ende muliggør ATP-produktion og frigivelse af kuldioxid (CO _{2) og vand (H 2O) som biprodukter.}

Krebs-cyklus - også kaldet citronsyrecyklus eller tricarboxylsyre-cyklus (TCA) - er det første trin i den aerobe vej, og den fungerer kontinuerligt med at syntetisere nok af et stof kaldet oxaloacetat til at holde cyklussen i gang, skønt som du vil se, dette er ikke rigtig cyklusens "mission". Krebs-cyklussen leverer også andre fordele. Fordi det inkluderer omkring otte reaktioner (og tilsvarende ni enzymer), der involverer ni forskellige molekyler, er det nyttigt at udvikle værktøjer til at holde de vigtige punkter i cyklussen lige i tankerne.
Glykolyse: Indstilling af scenen

Glukose er et seks-carbon (hexose) sukker, der i naturen normalt er i form af en ring. Som alle monosaccharider (sukkermonomerer) består det af kulstof, brint og ilt i et forhold på 1-2-1 med en formel C 6H _{12O 6. Det er et af slutprodukterne af protein-, kulhydrat- og fedtsyremetabolisme og fungerer som brændstof i enhver type organisme fra encellede bakterier til mennesker og større dyr.}

Glykolyse er anaerob i streng forstand af "uden ilt." Det vil sige, reaktionerne forløber, uanset om <2> er til stede i celler eller ikke. Vær forsigtig med at skelne dette fra "ilt må ikke være til stede", skønt dette er tilfældet med nogle bakterier, der faktisk dræbes af ilt og er kendt som obligatoriske anaerober.

I reaktionerne af glycolyse, er den seks-carbon-glukose oprindeligt phosphoryleret - det vil sige, den har en fosfatgruppe knyttet til den. Det resulterende molekyle er en fosforyleret form af fruktose (frugtsukker). Dette molekyle fosforyleres derefter en anden gang. Hver af disse phosphoryleringer kræver et molekyle af ATP, som begge omdannes til adenosindiphosphat eller ADP. Sex-carbon molekylet omdannes derefter til to tre-carbon molekyler, der hurtigt omdannes til pyruvat. Undervejs produceres 4 ATP ved behandlingen af begge molekyler ved hjælp af to molekyler af NAD + (nicotinamid-adenindinucleotid), der omdannes til to molekyler af NADH. Således produceres der for hvert glukosemolekyle, der går ind i glycolyse, et net af to ATP, to pyruvat og to NADH, mens to NAD + forbruges.
The Krebs Cycle: Capsule Summary:

Som tidligere nævnt, skæbnen af pyruvat afhænger af de metaboliske krav og miljøet i den pågældende organisme. I prokaryoter tilvejebringer glycolyse plus gæring næsten alle energikravene til den enkelte celle, selvom nogle af disse organismer har udviklet elektrontransportkæder, som gør det muligt for dem at bruge ilt til at frigøre ATP fra metabolitter (produkter) af glycolyse . I prokaryoter såvel som i alle eukaryoter, men gær, hvis der ikke er ilt til rådighed, eller hvis celleens energibehov ikke fuldt ud kan imødekommes gennem aerob respiration, omdannes pyruvat til mælkesyre via gæring under påvirkning af enzymet lactatdehydrogenase eller LDH .

Pyruvat bestemt til Krebs-cyklus bevæger sig fra cytoplasma over membranen i celleorganeller (funktionelle komponenter i cytoplasma) kaldet mitokondrier
. En gang i den mitokondriske matrix, der er en slags cytoplasma for selve mitokondrierne, omdannes den under påvirkning af enzymet pyruvatdehydrogenase til en anden tre-carbonforbindelse kaldet acetylcoenzym A eller acetyl CoA
. Mange enzymer kan udvælges fra en kemisk sammensætning på grund af "-ase" -suffikset, de deler.

På dette tidspunkt bør du benytte dig af et diagram, der detaljerede Krebs-cyklus, da det er den eneste måde at meningsfuldt følge med; se ressourcerne for et eksempel.

Årsagen til, at Krebs-cyklussen er navngivet som sådan, er, at et af dets vigtigste produkter, oxaloacetat, også er en reaktant. Det vil sige, når to-carbonacetyl CoA, der er oprettet fra pyruvat, kommer ind i cyklussen fra "opstrøms", det reagerer med oxaloacetat, et fire-carbon molekyle og danner citrat, et seks-carbon molekyle. Citrat, et symmetrisk molekyle, inkluderer tre carboxylgrupper
, som har formen (-COOH) i deres protonerede form og (-COO-) i deres ubeskyttede form. Det er denne trio af carboxylgrupper, der giver navnet "tricarboxylsyre" til denne cyklus. Syntesen drives af tilsætningen af et vandmolekyle, hvilket gør dette til en kondensationsreaktion og tabet af co-enzym En del af acetyl CoA.

Citrat omorganiseres derefter til et molekyle med de samme atomer i en anden arrangement, der passende kaldes isocitrat. Dette molekyle afgiver derefter en CO _{2 for at blive den fem-carbonforbindelse α-ketoglutarat, og i det næste trin forekommer den samme ting, hvor α-ketoglutarat mister en CO 2, mens det genvinder et coenzym A til at blive succinyl CoA. Dette fire-carbon molekyle bliver succinat med tabet af CoA og omorganiseres derefter til en procession af deprotonerede syrer med fire carbonatomer: fumarat, malat og til sidst oxaloacetat.}

De centrale molekyler i Krebs-cyklussen, derefter, i rækkefølge er

1. Acetyl CoA
   
   
2. Citrat
   
   
3. Isocitrat
   
   
4. α-ketoglutarat
   
   
5. Succinyl CoA
   
   
6. Succinat
   
   
7. Fumarat
   
   
8. Malat
   
   
9. Oxaloacetat
   
   
   

   Dette udelader navnene på enzymerne og et antal kritiske co-reaktanter, blandt dem NAD + /NADH, det lignende molekylepar FAD /FADH _{2 (flavin adenindinucleotid) og CO 2.}
   

   Bemærk, at mængden af kulstof på det samme punkt i enhver cyklus forbliver den samme. Oxaloacetat samler to carbonatomer op, når det kombineres med acetyl CoA, men disse to atomer går tabt i den første halvdel af Krebs-cyklussen som CO _{2 i successive reaktioner, hvor NAD + også reduceres til NADH. (I kemi, for at forenkle noget, tilføjer reduktionsreaktioner protoner, mens oxidationsreaktioner fjerner dem.) Ser man på processen som helhed og undersøger kun disse to-, fire-, fem- og seks-carbonreaktanter og -produkter, er det ikke klart med det samme, hvorfor celler ville engagere sig i noget som ligner et biokemisk pariserhjul, hvor forskellige kørere fra den samme befolkning bliver belastet og slukket for hjulet, men intet skiftede i slutningen af dagen undtagen for mange drejninger på hjulet. >}

   Formålet med Krebs-cyklus er mere indlysende, når man ser på hvad der sker med brintioner i disse reaktioner. På tre forskellige punkter opsamler en NAD + en proton, og på et andet punkt opsamler FAD to protoner. Tænk på protoner - på grund af deres indvirkning på positive og negative ladninger - som par af elektroner. Med denne opfattelse er cyklusens punkt akkumulering af højenergi-elektronpar fra små kulstofmolekyler.
   Dykning dybere ned i Krebs-cyklusreaktioner -

   Du bemærker muligvis, at to kritiske molekyler forventes at være til stede i aerob respiration mangler fra Krebs-cyklussen: Oxygen (O _{2) og ATP, den form af energi, der direkte anvendes af celler og væv til at udføre arbejde såsom vækst, reparation og så videre. Igen skyldes dette, at Krebs-cyklussen er en bordsetter for elektrontransportkædereaktioner, der forekommer i nærheden, i mitokondriemembranen snarere end i mitokondriematrixen. Elektronerne høstet af nukleotider (NAD + og FAD) i cyklussen bruges "nedstrøms", når de accepteres af oxygenatomer i transportkæden. Krebs-cyklussen stryger faktisk værdifuldt materiale bort i et tilsyneladende umærkeligt cirkulært transportbånd og eksporterer dem til et nærliggende forarbejdningscenter, hvor det rigtige produktionsteam er på arbejde.}
   

   Bemærk også, at de tilsyneladende unødvendige reaktioner i Krebs-cyklus (trods alt, hvorfor tage otte trin for at udføre, hvad der måske kan gøres i måske tre eller fire?) genererer molekyler, som, selv om mellemprodukter i Krebs-cyklussen, kan tjene som reaktanter i ikke-relaterede reaktioner.
   

   Til reference, NAD accepterer en proton i trin 3, 4 og 8, og i de første to af disse CO _{2 er kaste; et molekyle guanosintriphosphat (GTP) produceres fra BNP i trin 5; og FAD accepterer to protoner i trin 6. I trin 1 "forlader CoA", men "vender tilbage" i trin 4. Faktisk er det kun trin 2, omarrangement af citrat til isocitrat, "tavs" uden for carbonmolekylerne i reaktionen.
   En Mnemonic for studerende}
   

   På grund af betydningen af Krebs-cyklussen inden for biokemi og menneskelig fysiologi, har studerende, professorer og andre fundet en række mnemonik eller måder at huske navne på, at hjælpe med at huske trin og reaktanter i Krebs-cyklussen. Hvis man kun ønsker at huske kulstofreaktanterne, mellemprodukter og produkter, er det muligt at arbejde ud fra de første bogstaver i successive forbindelser, som de vises (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; her, bemærk, at "coenzym A" er repræsenteret af en lille "c"). Du kan oprette en smule personlig sætning fra disse bogstaver med de første bogstaver i molekylerne, der tjener som de første bogstaver i ordene i sætningen.
   

   En mere sofistikeret måde at gøre dette på er at bruge en mnemonic, der giver dig mulighed for at holde øje med antallet af kulstofatomer på hvert trin, som muligvis til enhver tid kan internalisere, hvad der sker fra et biokemisk synspunkt. For eksempel, hvis du lader et ord med seks bogstaver repræsentere seks-carbonoxaloacetatet og tilsvarende for mindre ord og molekyler, kan du fremstille et skema, der både er nyttigt som en hukommelsesenhed og informationsrig. En bidragyder til "Journal of Chemical Education" foreslog følgende idé:
   

   1. Single
      
      
   2. Tingle
      
      
   3. Tangle
      
      
   4. Mangle
      
      
   5. Mange og
      
   6. Mane -
      
   7. Sane
      
      
   8. Sang og
      
   9. Syng
      
      
      

      Her ser du et ord med seks bogstaver dannet af et ord med to bogstaver (eller gruppe) og et ord med fire bogstaver. Hver af de næste tre trin inkluderer en enkelt bogstavsubstitution uden tab af bogstaver (eller "kulstof"). De næste to trin involverer hver tab af et bogstav (eller, igen, "kulstof"). Resten af ordningen bevarer kravet til fire bogstaver på samme måde som de sidste trin i Krebs-cyklus inkluderer forskellige, nært beslægtede fire-carbon molekyler.
      

      Bortset fra disse specifikke enheder kan du muligvis finde det fordelagtigt at tegne dig selv en komplet celle eller del af en celle, der omgiver en mitochondrion, og skitsere reaktionerne på glykolyse så detaljeret, som du vil i cytoplasma-delen og Krebs-cyklussen i mitokondriematrixdelen. I denne skitse ville du vise, at pyruvat blev skudt ind i det indre af mitokondrierne, men du kan også tegne en pil, der fører til gæring, som også forekommer i cytoplasma.