A Krebs-ciklus, más néven citromsav-ciklus, döntő szerepet játszik a sejtlégzésben. Ez a mitokondriumokban végbemenő kémiai reakciók sorozata, amelyek energiát termelnek ATP formájában, és prekurzorokat biztosítanak a különböző bioszintetikus útvonalakhoz. A Krebs-ciklus fő lépéseinek megértése elengedhetetlen az élő szervezetek anyagcsere-folyamatainak megértéséhez.
1. Bevezetés a Krebs-ciklusba
A Krebs-ciklus az acetil-CoA, a glikolízisből származó piruvát-származék belépésével kezdődik a ciklusba. Ez összefüggő biokémiai reakciók sorozatát indítja el, amelyek végül energia felszabadulásához vezetnek.
2. 1. lépés: Citrátképzés
A Krebs-ciklus első lépésében az acetil-CoA oxál-acetáttal egyesül, és citrátot képez. Ezt a reakciót a citrát-szintáz enzim katalizálja. A citrát a ciklus kritikus köztiterméke, és a következő reakciók előfutáraként szolgál.
3. 2. lépés: Izocitrát képződés
A citrátot ezután akonitáz izocitráttá alakítja a második lépésben. Ez az átalakítás magában foglalja a citrát molekula átrendeződését, aminek eredményeként izocitrát képződik, amely elengedhetetlen a Krebs-ciklus folytatásához.
4. 3. lépés: α-ketoglutarát előállítása
A harmadik lépésben az izocitrát oxidatív dekarboxilezésen megy keresztül, ami α-ketoglutarát képződéséhez vezet. Ez a reakció, amelyet az izocitrát-dehidrogenáz katalizál, NADH-t is termel, amely a sejtlégzés kulcsfontosságú kofaktora.
5. 4. lépés: szukcinil-CoA képződés
Az α-ketoglutarátot ezután tovább oxidálják, hogy szukcinil-CoA-t állítsanak elő a Krebs-ciklus negyedik lépésében. Ez a reakció, amelyet az α-ketoglutarát-dehidrogenáz katalizál, egy másik NADH-molekulát is generál, és melléktermékként szén-dioxidot szabadít fel.
6. 5. lépés: Szukcinát képzés
A szukcinil-CoA ezután szukcináttá alakul a szukcinil-CoA szintetáz által katalizált reakcióban. Ez a lépés magában foglalja egy foszfátcsoport átvitelét a CoA-ból a GDP-be, GTP-t képezve, amely könnyen ATP-vé alakítható.
7. 6. lépés: Fumarát előállítás
A szukcinátot ezután a szukcinát-dehidrogenáz enzim segítségével fumaráttá oxidálják. Ez a reakció a FAD redukcióját eredményezi FADH2-vé, egy másik fontos elektronhordozóvá, amely hozzájárul az ATP-termeléshez a sejtlégzés későbbi szakaszaiban.
8. 7. lépés: Malátképzés
Az utolsó előtti lépésben a fumarátot hidratálják, hogy malátot állítsanak elő. Ez a fumaráz által katalizált reakció egy hidroxilcsoportot ad a fumarát molekulához, és malátot képez, amely a Krebs-ciklus utolsó lépésének kritikus prekurzora.
9. 8. lépés: Oxaloacetát regenerálása
A Krebs-ciklus utolsó lépése a malát oxidációja a ciklus folytatásához szükséges oxálacetát regenerálása céljából. Ez a reakció, amelyet a malát-dehidrogenáz katalizál, egy másik NADH-molekulát is termel, amely befejezi a ciklust.
A Krebs-ciklus jelentősége abban rejlik, hogy központi szerepet tölt be a sejtanyagcserében. Nemcsak a sejt energetikai valutáját állítja elő ATP formájában, hanem intermediereket is biztosít különféle bioszintetikus útvonalakhoz. A Krebs-ciklus bonyolult lépéseinek megértésével betekintést nyerünk abba az alapvető biokémiába, amely az élő szervezetekben a sejtlégzést és az energiatermelést alapozza meg.