Krebscykeln (citronsyracykeln/TCA) – definition, funktion och betydelse

Lär dig Krebscykeln (citronsyracykeln/TCA): dess funktion i cellandning, energiproduktion i mitokondrier och betydelse för metabolism och biokemiska processer.

Krebscykeln (uppkallad efter Hans Krebs) är en del av cellandningen. Andra namn är citronsyracykeln och tricarboxylsyracykeln (TCA-cykeln).

Krebscykeln är en serie kemiska reaktioner som används av alla aeroba organismer i deras energiomvandlingsprocesser. Den är viktig för många biokemiska processer. Detta tyder på att den var en av de tidigaste delarna av cellmetabolismen som utvecklades.

Krebscykeln kommer efter länkreaktionen och tillhandahåller väte och elektroner som behövs för elektrontransportkedjan. Den äger rum i mitokondrierna.

Översikt

Krebscykeln är en central del av ämnesomsättningen. Den oxiderar acetylgruppen från acetyl‑CoA och bildar koldioxid samt reducerade bärare (NADH och FADH2) som sedan används i elektrontransportkedjan för att generera ATP. Varje varv i cykeln utgår från att en acetylgrupp (två kol) förenas med oxaloacetat (fyra kol) och återbildar oxaloacetat efter flera steg.

Reaktionssteg (översikt med viktiga enzymer och intermediärer)

• Citratsyntas: acetyl‑CoA + oxaloacetat → citrat (citron­syran som ger namnet citronsyracykeln).
• Aconitas (aconitase): citrat → isocitrat.
• Isocitratdehydrogenas: isocitrat → α‑ketoglutarat + CO2 + NADH.
• α‑Ketoglutaratdehydrogenaskomplex: α‑ketoglutarat → succinyl‑CoA + CO2 + NADH.
• Succinyl‑CoA syntetas: succinyl‑CoA → succinat + GTP (eller ATP beroende på vävnad).
• Succinatdehydrogenas: succinat → fumarat + FADH2 (detta enzym är också komplex II i elektrontransportkedjan).
• Fumaras: fumarat → malat.
• Malatdehydrogenas: malat → oxaloacetat + NADH, varvid cykeln återställs.

Produkterna och energivinst

Per varv (per acetyl‑CoA) bildas: 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (eller ATP) och 2 CO2. NADH och FADH2 levererar elektroner till elektrontransportkedjan där deras energi används för att bilda ytterligare ATP. En vanlig uppskattning är att en acetyl‑CoA ger motsvarande ~10 ATP, men exakta värden kan variera beroende på celltyp och beräkningsmetod.

Var och i vilka organismer

I eukaryota celler äger Krebscykeln rum i mitokondriernas matrix. I många prokaryoter (bakterier och arkéer) sker motsvarande reaktioner i cytoplasman eller associerat med cellmembranet.

Reglering

Cykeln är strikt reglerad för att matcha cellens energibehov. Viktiga regleringsmekanismer är:

• Produkt- och substratnivåer (t.ex. hög koncentration av NADH hämmar flera dehydrogenaser).
• Allosterisk reglering (ATP minskar, ADP/AMP ökar aktiviteten).
• Kalciumjonernas påverkan i vissa vävnader (t.ex. ökar Ca2+ aktiviteten hos vissa dehydrogenaser vid muskelsammandragning).
• Hormonell påverkan indirekt via tillgång på substrat (till exempel fettsyrors nedbrytning ger acetyl‑CoA).

Anaplerotiska och kataplerotiska flöden

Krebscykeln är amfotol (både katabol och anabol). Intermediärer används som byggstenar i biosyntes (till exempel aminosyror, porfyriner och glukos vid glukoneogenes). För att fylla på intermediärer finns anaplerotiska reaktioner, till exempel pyruvatkarboxylas som omvandlar pyruvat till oxaloacetat.

Biologisk och medicinsk betydelse

• Centralt för cellernas energiproduktion och för koppling mellan kolhydrat‑, fett‑ och proteinmetabolism.
• Avvikelser i enzymer i cykeln kan ge metabola störningar och påverka energiomsättningen i vävnader med högt energibehov (hjärta, muskel, hjärna).
• Intermediärer används i biosyntetiska vägar, vilket gör cykeln viktig även för tillväxt och reparation.
• Eftersom cykeln är evolutionärt konserverad tolkar forskare dess närvaro som ett tidigt och grundläggande steg i utvecklingen av metabolismen.

Sammanfattning

Krebscykeln (citronsyracykeln/TCA) är en central metabol väg som oxiderar acetyl‑CoA till CO2 och bildar reducerade koenzymer (NADH, FADH2) samt GTP/ATP. Dessa produkter driver fram ATP‑syntesen via elektrontransportkedjan. Cykeln är viktig både för energiproduktion och som leverantör av intermediärer till många biosyntetiska processer.

Sammanfattning

Diagrammet nedan visar hur denna del av andningen är en ständigt upprepad cykel som producerar ATP och avger CO 2. ATP är en molekyl som bär energi i kemisk form för att användas i andra cellprocesser. För att sammanfatta:

• Två molekyler koldioxid avges.
• En molekyl GTP bildas
• Tre molekyler NAD+ kombineras med väte (NAD+ → NADH).
• En molekyl av FAD kombineras med väte (FAD → FADH₂ ).

Eftersom två acetyl-CoA-molekyler produceras från varje glukosmolekyl krävs två cykler per glukosmolekyl. I slutet av två cykler är därför produkterna: två ATP, sex NADH, två FADH₂ två QH₂ (ubiquinol) och fyra CO₂ .

Översikt över citronsyracykeln

Sök med bokstav