Citronsyracykeln, även känd som Krebs cykel, är mest känd som det sista steget i kolhydratmetabolismen, men den utgör också slutstationen för nedbrytningen av fettsyror och många aminosyror. Det är en oxidativ metabolisk väg där kolatomer omvandlas till koldioxid (CO2) och där den frigjorda energin driver syntesen av ATP.
Hos prokaryoter äger citronsyracykeln rum i cytosolen, medan den hos eukaryoter sker i mitokondrierna. Hos både prokaryoter och eukaryoter består cykeln av åtta enzymkatalyserade steg. Cykeln startar alltid med kolatomer i form av acetylgrupper. Vid kolhydratmetabolism kommer pyruvat in i citronsyracykeln genom att enzymet pyruvatdehydrogenas överför koenzym A till en acetylgrupp, vilket bildar acetyl-CoA.
Nettoekvationen för citronsyracykeln är:
Acetyl-CoA + GDP + Pi + 3 NAD+ + Q → 2 CO2 + CoA + GTP + 3 NADH + QH2
Citronsyracykelns första reaktion består i att acetyl-CoA kondenseras med oxalacetat via enzymet citratsyntas, vilket bildar citrat. Detta steg är exergont och anmärkningsvärt, eftersom citratsyntas är ett av få enzymer som kan bilda en kol–kol-bindning utan att behöva en metalljon som kofaktor.
Den andra reaktionen i cykeln är en reversibel isomerisering. Citrat katalyseras till isocitrat via mellanheden cis-akonitat, med enzymet akonitas som katalysator.
I den tredje reaktionen undergår isocitrat en oxidativ dekarboxylering via isocitratdehydrogenas, vilket bildar alfaketoglutarat. Reaktionen reducerar samtidigt NAD+ till NADH och frigör en molekyl CO2.
Fjärde steget är ytterligare en oxidativ dekarboxylering som frigör en ny CO2-molekyl och reducerar mer NAD+ till NADH. Här omvandlas alfaketoglutarat till succinyl-CoA med hjälp av enzymet alfaketoglutaratdehydrogenas.
I det femte steget klyver succinyl-CoA-syntetas succinyl-CoA till succinat. Under reaktionen ersätts CoA av en fosfatgrupp, vilket bildar succinylfosfat. Denna donerar sedan sin fosfatgrupp till en histidinrest, varvid produkten succinat frigörs. Fosfatgruppen överförs därefter från histidinet till en GDP-molekyl, vilket även frigör en GTP-molekyl – cykelns enda direkta energiutbyte på substratnivå.
De tre sista reaktionerna i cykeln har som uppgift att omvandla succinat tillbaka till startsubstratet oxalacetat.
Den sjätte reaktionen är en reversibel dehydrogenering som omvandlar succinat till fumarat via succinatdehydrogenas. Reaktionen reducerar samtidigt FAD till FADH2. Detta enzym är unikt, eftersom det är det enda i cykeln som är inbäddat i det inre mitokondriemembranet och därmed kopplar cykeln direkt till elektrontransportkedjan.
Den sjunde reaktionen använder fumaras för att katalysera en reversibel hydrering av fumarat till malat. Reaktionen förbrukar en vattenmolekyl.
Det sista steget i citronsyracykeln regenererar oxalacetat från malat via malatdehydrogenas. Denna avslutande reaktion återställer cykeln till sitt ursprungliga tillstånd och frigör ytterligare en NADH-molekyl från NAD+.
Att förstå citronsyracykelns särdrag hjälper till att klargöra dess syfte och funktion. Cykeln har tre irreversibla steg som fungerar som regleringspunkter: reaktion ett, tre och fyra. Dessa tre steg styr hur ofta cykeln körs och därmed tempot i hela cellens ämnesomsättning.
Citronsyracykeln har också flera intermediärer som fungerar som prekursorer till andra metaboliter, vilket gör att cykeln inte kan klassificeras som enbart katabolisk eller anabolisk. Citrat används vid syntes av fettsyror och kolesterol; alfaketoglutarat används vid syntes av aminosyror och nukleotider; succinyl-CoA används vid hemsyntes; malat används vid pyruvatsyntes; och oxalacetat används vid glukossyntes (glukoneogenes).
En annan viktig aspekt är hur de sex NADH- och två QH2-molekyler som bildas återoxideras. De sex NADH-molekylerna ger upphov till cirka 18 ATP-molekyler, medan de två QH2-molekylerna ger fyra ATP-molekyler. Denna beräkning baseras på en enda glukosmolekyl, som ger upphov till två varv i citronsyracykeln.
Hälsa och Sjukdom © https://www.sjukdom.online