Sitronsyresyklus

Sitronsyresyklus - Syklisk rekke av enzymkatalyserte reaksjoner hvor pyrodruesyre (pyruvat) fra glykolysen i cytosol går inn i mitokondriene, og via acetyl-CoA omdannes til sitronsyre, som deretter blir trinnvis oksidert til karbondioksid. Også kalt Krebs-syklus (etter oppdageren Hans Krebs, nobelpris i medisin i 1954) eller trikarboksylsyresyklus (TCA-syklus). De tre karbonatomene i pyruvat blir oksidert til CO2, og oksygenatomene i CO2 kommer fra vann og fra sukkermolekyler. Oksygen fungerer bare som elektronmottaker og danner vann. Oksidasjonen av pyruvat kan deles i tre deler.

1) Pyruvat (C3) omdannes først til acetyl-CoA (acetyl-koenzym A) med to karbonatomer, samt et molekyl karbondioksid (CO2) i en oksidativ dekarboksylering katalysert av pyruvat dehydrogenase, hvor NAD+ mottar to elektroner og to protoner og danner NADH + H+.  I syklusen er det bare vist et pyruvatmolekyl, men skal man gjøre energiregnskap må alt multipliseres med to, for to molekyler pyruvat dannet fra glukose i glykolysen.

2) Oksidasjon av acetylgruppen gir to molekyler CO2 i sitronsyresyklus. Oksaleddiksyre (en C4-syre) reagerer med acetyl-CoA og danner sitronsyre (sitrat) med 6 karbonatomer. I løpet av syklusen frigis to molekyler CO2 og oksaleddiksyre gjendannes og er klar for en ny runde. Mellomproduktene fra sitronsyre er isositronsyre (isocitrat, 2-oksoglutarat, succinyl-CoA, succinat, fumarat, malat og oksaleddiksyre. Overgangen fra succinat til fumarat katalyseres av succinat dehydrogenase som hemmes kompetitivt av en lavere analog av succinat kalt malonsyre. Sitronsyresyklus gir også karbonskjeletter til en rekke andre reaksjoner. For å unngå at det blir mangel på oksaleddiksyre i disse tilfellene kan pyruvat omdannes til oksaleddiksyre direkte fra pyruvat katalysert av pyruvat karboksylase.

3) Elektroner fra substratene i sitronsyresyklus overføres via NADH og FADH2 til molekylært oksygen i en elektrontransportkjede sammensatt av fire komplekser. Elektroner fra NADH overføres i kompleks I via enzymet NADH-ubikinon oksidoreduktase, som inneholder FMN, til ubikinon. Ubikinol (den oksiderte formen av ubikinon) oksideres i kompleks III av cytokrom c reduktase. I kompleks IV, cytokrom oksidase, overføres elektroner til slutt til oksygen og produktet blir vann. I kompleks II overføres elektroner fra succinat til ubikinon. Energien frigitt i elektrontransportkjeden lagres som en protongradient over den indre mitokondriemembranen og ATP lages ifølge kjemiosmotisk teori ved oksidativ fosforylering.

Kompleks I i respirasjonskjeden hemmes av rotenon fra røttene til planten Derris. (Brukes til å drepe fisk). Plantene har en alternativ NADH dehydrogenase som ikke er følsom for rotenon. Plantene har også en alternativ cyanidresistent respirasjon.

 

Sitronsyresyklus

Acetyl-CoA fra oksidasjon av pyruvat overfører acetylgruppen til oksaloacetat og danner citrat katalysert av citrat syntase. Citrat omdannes ved fjerning og tilførsel av vann til isocitrat, som er en isomer, katalysert av akonitase. Deretter følger neste trinn hvor isocitrat blir oksidert til alfa-ketoglutarat (2-oksoglutarat), CO2 blir avgitt og to elektroner og protoner gir NADH + H+, katalysert av isocitrat dehydrogenase. Dehydrogenaser er enzymer hvor NAD+/NAD(P)+ inngår i reaksjonen . 2-oksoglutarat kan også bli omdannet til aminosyren glutaminsyre katalysert av aminotransferaser, enzymer som bruker pyridoksalfosfat (vitamin B6) som kofaktor.

I neste trinn blir det også dannet CO2 og NADH, hvor koenzym A gir succinyl-CoA katalysert av 2-oksoglutarat dehydrogenase. Det er bare i disse to nevnte reaksjonene hvor det blir produsert CO2. Succinyl-CoA avgir koenzym-A,(CoASH, inneholder pantotensyre vitamin B5) som blir erstattet med en fosfatgruppe det blir dannet ATP ved substratfosforylering. Hos dyr skjer reaksjonen først via guanosintrifosfat (GTP).

Succinat dehydrogenase katalyserer omdanningen av succinat til fumarat, og to elektroner og to protoner gir flavinadenindinukleotid i redusert form (FADH2). FAD inneholder riboflavin (vitamin B2) . Ved hydrolyse omdannes fumarat til malat (eplesyre) katalysert av fumarase. Malat blir omdannet til oksaleddiksyre og det blir laget NADH. Dette siste trinnet skjer motsatt vei i CO2-assimilasjonen i kloroplastene hos C4-planter.

For hvert glukosemolekyl som blir fullstendig oksidert blir det dannet 2 NADH før man går inn i syklusen, i syklusen blir det dannet 2 x 3 = 6 NADH, samt 2 FADH2, som blir overført til elektrontransportkjeden og oksidativ fosforylering, pluss 2 molekyler ATP ved substratfosforylering.

Flere enzymer i sitronsyresyklus blir regulert av lys. Enzymet malat dehydrogenase blir indusert av lys via fytokrom.

SnRK1 (SNF-1 relatert kinase 1) er en evolusjonært konservert familie med protein kinaser som deltar i opprettelse av likevekt (homeostase) i plantenes energimetabolisme blant annet under stress. En av nedstrøms signalresponser er autofagi. SnRK1 har samme funksjon som AMP-aktivert kinase hos dyr.

Publisert 4. feb. 2011 10:49 - Sist endret 5. apr. 2018 11:22