Chapter 8: Cellular Respiration

Back to chapter

8.5:

De citroenzuurcyclus

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Biology

The Citric Acid Cycle

Previous Video
8.4: Pyruvate Oxidation

Next Video
8.6: Electron Transport Chains

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

– [Instructeur] De citroenzuur cyclus is een gesloten cyclus van reacties die in de mitochondriale matrix plaatsvinden, waaronder redox, dehydratie, hydratatie, en decarboxylering reacties. Zijn naam origineert uit de intermediaire samenstelling, citroenzuur. De stappen werden voor het eerst beschreven door Hans Krebs, dus het aerobische pad is ook wel bekend als de Krebs Cyclus welke door een acht-stappige enzymatische serie cruciaal is in glucose katabolisme. Om te beginnen is Acetyl-CoA, de resulterende samenstelling uit pyruvate oxidatie, doneert zijn acetyl groep aan een vier-koolstof molecuul, oxalacetaat, wat een zes-koolstof intermediair vormt, citraat, terwijl de CoA groep gebonden wordt aan een sulfhydryl groep en verspreidt wordt om uiteindelijk te combineren met een andere acetyl groep. Een watermolecuul wordt dan verwijderd en vervangen, wat de citraat in zijn isomeer transformeert, isocitraat. Het molecuul wordt dan geoxideerd, wat NAD+ reduceert naar NADH en H+, en een koolstofdioxide molecuul, wat een vijf-koolstof alpha-gluteraat vormt. Dit product geeft een ander koolstofdioxide molecuul vrij zowel als twee elektronen, wat een ander NAD+ reduceert naar NADH en een proton, wat het molecuul achterlaat met een instabiele verbinding waar een co-enzym A bevestigt, wat dan succinyl CoA vormt. In de volgende stap wordt het co-enzym vervangen door een fosfaat groep. De fosfaat wordt dan overgedragen naar GDP, wat succinaat en GTP vormt, welke gebruikt kan worden om ATP te genereren. Tijdens stap zes wordt succinaat geoxideerd met twee elektronen van waterstof atomen, getransformeerd naar de elektronen drager, flavine adenine dinucleotide, FAD, om FADH2 en fumaraat te produceren. Water wordt dan toegevoegd aan het resulterende molecuul, en, na een bindings-herschikking, dan malaat vormt. Als laatste wordt dit molecuul geoxideerd, wat NAD+ naar NADH en H+ reduceert, en de originele samenstelling herstelt, oxalacetaat. Uiteindelijk produceert elke cyclus drie NADH en een FADH2, hoge energie elektronendragers die gebruikt worden in de elektronen transportketen.

8.5:

De citroenzuurcyclus

De citroenzuurcyclus, ook wel de Krebs-cyclus of TCA-cyclus genoemd, bestaat uit verschillende energie-opwekkende reacties die één ATP-molecuul, drie NADH-moleculen, één FADH _2- molecuul en twee CO ₂ -moleculen opleveren.

Acetyl CoA is het beginpunt van de citroenzuurcyclus, die plaatsvindt in het binnenmembraan (dwz matrix) van mitochondriën in eukaryotische cellen of het cytoplasma van prokaryotische cellen. Voorafgaand aan de citroenzuurcyclus wordt pyruvaat geoxideerd om twee acetyl-CoA-moleculen te maken. Dordaat elk glucosemolecuul twee per acetyl-CoA-moleculen, wordt de citroenzuurcyclus tweemaal herhaald voor elk glucosemolecuul.

De citroenzuurcyclus kan worden onderverdeeld in acht stappen, die elk verschillende moleculen opleveren (hieronder cursief weergegeven).

Met behulp van katalyserende enzymen reageert één acetyl-CoA (2-koolstof) met oxaalazijnzuur (4-koolstof), waarbij het citraat met 6 koolstofatomen wordt gevormd.

Vervolgens wordt citraat omgezet in een van zijn isomeren, isocitraat , door middel van een tweedelig proces waarin water eerst wordt verwijderd en dan wordt toegevoegd.

In de derde stap wordt isocitraat geoxideerd om α-ketoglutaraat (5-koolstof) te vormen. Bij dit proces komt CO ₂ vrij en wordt NAD ⁺ tot NADH gereduceerd.

In de vierde stap wordt de onstabiele verbinding succinyl CoA uit α-ketoglutaraat gevormd, een proces dat ook CO ₂ afgeeft en NAD ⁺ reduceert tot NADH.

In de vijfde stap wordt de CoA-groep van succinyl CoA door een fosfaatgroep vervangen om succinaat (4-koolstof) te produceren. Deze fosfaatgroep wordt doorgegeven aan ADP (of GDP) om ATP (of GTP) te vormen.

In de zesde stap wordt succinaat geoxideerd om fumaraat (4-koolstof) te vormen. Deze reactie reduceert FAD tot FADH ₂ .

In de zevende stap wordt malaat (4-koolstof) gevormd door water toe te voegen aan fumaraat.

In de laatste stap wordt malaat geoxideerd om oxaalacetaat te produceren, de verbinding die reageert met acetyl CoA in stap één. In dit proces wordt NAD ⁺ gereduceerd tot NADH.

De NADH en FADH ₂ die in de citroenzuurcyclus worden geproduceerd, leveren elektronen in de elektronentransportketen en dragen zo bij aan de productie van extra ATP.

Suggested Reading

Anderson, Nicole M., Patrick Mucka, Joseph G. Kern, and Hui Feng. “The Emerging Role and Targetability of the TCA Cycle in Cancer Metabolism.” Protein & Cell 9, no. 2 (February 2018): 216–37. [Source]