Як і іншим живим істотам, клітинам необхідно здійснювати метаболізм, щоб виробляти енергію, одна з яких - через дихання. Клітинне дихання може бути аеробним, тобто воно передбачає повне розщеплення субстрату в присутності кисню. Аеробне дихання відбувається в мітохондріях клітин і виробляє більше енергії. Одним із етапів аеробного дихання є цикл Кребсів. Цикл Кребсів відкрив німецький лікар і біохімік Ганс Адольф Кребс.
Цикл Кребса - це серія хімічних реакцій, що відбуваються в живих клітинах для отримання енергії з ацетил-ко-А, що є зміною від піровиноградної кислоти, що виникає в результаті гліколізу. Етапи аеробного дихання починаються від гліколізу, окисного декарбоксилювання, циклу Кребса та переносу електронів.
У цій статті ми обговоримо процес, який відбувається в циклі Кребсів.
Велика частина енергії, необхідної живим істотам, походить від катаболізму або розпаду глюкози, що відбувається в клітинах. Спочатку глюкоза зазнає процесу гліколізу, який перетворює її в піровиноградну кислоту. Якщо кисню немає, піровиноградна кислота переробляється за допомогою анаеробного дихання, перетворюючись на молочну кислоту або алкоголь. Але якщо є кисень, піровиноградна кислота перероблятиметься аеробним диханням, щоб переробляти її в енергію, воду та вуглекислий газ.
(Читайте також: Фактори, що впливають на еволюцію)
У циклі Кребсів є два важливі етапи, а саме окисне декарбоксилювання і цикл кребсів. Окислювальне декарбоксилювання відноситься до стадії перетворення піровиноградної кислоти в ацетил ко-А. Крім того, ацетил ко-А буде надходити до матриці мітохондрій, щоб пройти цикл Кребса.
Окисне декарбоксилювання
На стадії окисного декарбоксилювання піровиноградна кислота в результаті гліколізу перетворюється в ацетил ко-А. Ця стадія здійснюється за допомогою декількох реакцій, які каталізуються ферментним комплексом під назвою піруватдегідрогеназа. Цей фермент міститься в мітохондріях еукаріотичних клітин та цитоплазмі прокаріотичних клітин.
Окислювальне декарбоксилювання починається з вивільненням карбонової групи (-COO) з піровиноградної кислоти і стає CO2. Тоді решта два атоми піровиноградної кислоти знаходяться у формі СН3СОО - буде переносити надлишки електронів, утворюючи молекули NAD +, утворюючи NADH. Два атоми вуглецю перетворяться в ацетат. Нарешті, коензим-А або ко-А буде приєднаний до ацетату з утворенням ацетил-коферменту-А або ацетил-Ко-А.
Цикл Кребса
Потім молекула ацетил-ко-А надходить у цикл Кребса, виробляючи АТФ, НАДН, ФАДГ2, і CO2. Етапи цього процесу становитимуть коло так, що його називатимуть циклом.
Цей цикл починається з того, що ацетил ко-А зв’язується з оксалоацетатом, утворюючи цитрат. Ця реакція каталізується ферментом цитратсинтазою. Потім цитрат перетворюється в ізоцитрат за допомогою ферменту аконітази. Ізоцитрат переробляється в альфа-кетоглутарат за допомогою ферменту ізозитратдегідрогенази. Ця реакція виділяє CO2 і виробляють NADH.
Крім того, альфа-кетоглутарат або a-кетоглутарат перетворюється в сукциніл ко-А за допомогою ферменту альфа-кетоглутаратдегідрогенази. Ця реакція також виділяє CO2 і виробляють NADH. Потім сукциніл ко-А переробляється в сукцинат ферментом сукциніл ко-А синтетаза. Цей процес генерує GTP, який потім може бути перетворений в ATP.
Після цього сукцинат з попереднього процесу перетворюється у фумарат за допомогою ферменту сукцинатдегідрогенази і виробляє FADH.2. Фумарат перетворюється в малат за допомогою ферменту фумарази. Потім малат переробляється ферментом малатдегідрогеназою в оксалоацетат. Цей процес виробляє NADH.
Одна молекула ацетил-ко-А, оброблена в циклі Кребса, може продукувати 1 АТФ, 3 НАДН, 1 ФАД2, і 2 CO2. Оскільки одна молекула глюкози може бути розбита на дві ацетил-ко-А, одна молекула глюкози може продукувати 2 АТФ, 6 НАДН, 2 ФАД2, і 4 CO2 через цикл Кребсів. Молекули NADH та FADH2 потім він увійде в процес переносу електрона для отримання АТФ.
