De Krebs-cyclus, genoemd naar de Nobelprijswinnaar en fysioloog Hans Krebs uit 1953, is een reeks metabole reacties die plaatsvinden in de mitochondriën van eukaryote cellen. Simpel gezegd betekent dit dat bacteriën niet over de cellulaire machines voor de Krebs-cyclus beschikken, dus beperkt het zich tot planten, dieren en schimmels.

Glucose is het molecuul dat uiteindelijk wordt gemetaboliseerd door levende wezens om energie af te leiden, in de vorm van adenosinetrifosfaat of ATP. Glucose kan in het lichaam in verschillende vormen worden opgeslagen; glycogeen is weinig meer dan een lange keten glucosemoleculen die wordt opgeslagen in spier- en levercellen, terwijl koolhydraten, eiwitten en vetten in de voeding componenten bevatten die ook kunnen worden gemetaboliseerd tot glucose. Wanneer een glucosemolecule een cel binnenkomt, wordt deze in het cytoplasma afgebroken tot pyruvaat.

Wat er vervolgens gebeurt, hangt ervan af of het pyruvaat het aerobe ademhalingspad (het gebruikelijke resultaat) of het lactaatfermentatiepad (gebruikt) binnengaat. in periodes van hoge intensiteitsoefening of zuurstofgebrek) voordat het uiteindelijk ATP-productie en de afgifte van koolstofdioxide (CO _{2) en water (H 2O) als bijproducten mogelijk maakt.}

De Krebs-cyclus - ook wel de citroenzuurcyclus of de tricarbonzuur (TCA) -cyclus genoemd - is de eerste stap in het aerobe pad, en het werkt continu om voldoende van een stof genaamd oxaloacetaat te synthetiseren om de cyclus in stand te houden, hoewel, als je zult zien, dit is niet echt de 'missie' van de cyclus. De Krebs-cyclus biedt ook andere voordelen. Omdat het ongeveer acht reacties bevat (en, dienovereenkomstig, negen enzymen) met negen verschillende moleculen, is het nuttig om hulpmiddelen te ontwikkelen om de belangrijke punten van de cyclus recht in uw gedachten te houden.
Glycolyse: het podium bepalen

Glucose is een zes-koolstof (hexose) suiker die in de natuur meestal in de vorm van een ring is. Zoals alle monosacchariden (suikermonomeren), bestaat het uit koolstof, waterstof en zuurstof in een 1-2-1-verhouding, met een formule van C 120 <6>. Het is een van de eindproducten van het metabolisme van eiwitten, koolhydraten en vetzuren en dient als brandstof in elk type organisme, van eencellige bacteriën tot mensen en grotere dieren.

Glycolyse is anaëroob in strikte zin "without oxygen."", 3, [[Dat wil zeggen, de reacties verlopen of O2 in cellen aanwezig is of niet. Wees voorzichtig om dit te onderscheiden van "zuurstof mag niet aanwezig zijn", hoewel dit het geval is bij sommige bacteriën die daadwerkelijk worden gedood door zuurstof en die bekend staan als obligate anaeroben.

In de reacties van glycolyse wordt de zes-koolstof glucose in eerste instantie gefosforyleerd - dat wil zeggen, er is een fosfaatgroep aan toegevoegd. Het resulterende molecuul is een gefosforyleerde vorm van fructose (fruitsuiker). Dit molecuul wordt vervolgens een tweede keer gefosforyleerd. Elk van deze fosforylaties vereist een molecuul ATP, die beide worden omgezet in adenosinedifosfaat of ADP. Het zes-koolstof molecuul wordt vervolgens omgezet in twee drie-koolstof moleculen, die snel worden omgezet in pyruvaat. Onderweg worden bij de verwerking van beide moleculen 4 ATP geproduceerd met behulp van twee NAD + -moleculen (nicotinamide-adeninedinucleotide) die worden omgezet in twee NADH-moleculen. Dus voor elk glucosemolecuul dat glycolyse binnenkomt, wordt een net van twee ATP, twee pyruvaat en twee NADH geproduceerd, terwijl twee NAD + worden geconsumeerd.
De Krebs-cyclus: overzicht van capsules

Zoals eerder opgemerkt, het lot van pyruvaat hangt af van de metabolische eisen en de omgeving van het organisme in kwestie. In prokaryoten voorziet glycolyse plus fermentatie in bijna alle energiebehoeften van de enkele cel, hoewel sommige van deze organismen elektronentransportketens hebben geëvolueerd waardoor ze zuurstof kunnen gebruiken om ATP te bevrijden van metabolieten (producten) van glycolyse . In prokaryoten evenals in alle eukaryoten behalve gist, als er geen zuurstof beschikbaar is of als de energiebehoeften van de cel niet volledig kunnen worden vervuld door aerobe ademhaling, wordt pyruvaat omgezet in melkzuur via fermentatie onder invloed van het enzym lactaatdehydrogenase, of LDH .

Pyruvaat bestemd voor de Krebs-cyclus beweegt zich van het cytoplasma over het membraan van celorganellen (functionele componenten in het cytoplasma) genaamd mitochondria
. Eenmaal in de mitochondriale matrix, een soort cytoplasma voor de mitochondriën zelf, wordt het onder invloed van het enzym pyruvaat dehydrogenase omgezet in een andere drie-koolstofverbinding genaamd acetyl co-enzym A of acetyl CoA
. Veel enzymen kunnen uit een chemische opstelling worden gekozen vanwege het achtervoegsel "-ase" dat ze delen.

Op dit punt zou u een diagram moeten gebruiken dat de Krebs-cyclus gedetailleerd weergeeft, omdat dit de enige manier is zinvol volgen; zie de bronnen voor een voorbeeld.

De reden waarom de Krebs-cyclus als zodanig wordt genoemd, is dat een van de belangrijkste producten, oxaloacetaat, ook een reagens is. Dat wil zeggen, wanneer het tweekoolstofacetyl CoA dat is gemaakt van pyruvaat de cyclus van "stroomopwaarts" ingaat, reageert het met oxaloacetaat, een molecuul met vier koolstofatomen, en vormt het citraat, een molecuul met zes koolstofatomen. Citraat, een symmetrische molecule, omvat drie carboxylgroepen
, die de vorm (-COOH) hebben in hun geprotoneerde vorm en (-COO-) in hun niet-geprotoneerde vorm. Het is dit trio van carboxylgroepen dat de naam "tricarbonzuur" aan deze cyclus geeft. De synthese wordt aangedreven door de toevoeging van een watermolecule, waardoor dit een condensatiereactie wordt, en het verlies van het co-enzym A-portie acetyl CoA.
Citraat wordt vervolgens herschikt in een molecuul met dezelfde atomen in een andere opstelling, die toepasselijk isocitraat wordt genoemd. Dit molecuul geeft vervolgens een CO _{2 af om de vijf-koolstofverbinding α-ketoglutaraat te worden, en in de volgende stap gebeurt hetzelfde, waarbij α-ketoglutaraat een CO 2 verliest terwijl het een co-enzym A terugkrijgt om te worden succinyl CoA. Dit vier-koolstofmolecuul wordt succinaat met het verlies van CoA en wordt vervolgens herschikt in een processie van vier-koolstof gedeprotoneerde zuren: fumaraat, malaat en uiteindelijk oxaloacetaat.}

De centrale moleculen van de Krebs-cyclus, dan, in volgorde, zijn

1. Acetyl CoA
   
   
2. Citraat
   
   
3. Isocitraat
   
   
4. α-ketoglutaraat
   
   
5. Succinyl CoA
   
   
6. Succinaat
   
   
7. Fumaraat
   
   
8. Malaat
   
   
9. Oxaloacetaat
   
   
   

   Dit laat de namen van de enzymen en een aantal kritische co-reactanten weg, waaronder NAD + /NADH, het vergelijkbare molecuulpaar FAD /FADH _{2 (flavine adenine dinucleotide) en CO 2.}
   

   Merk op dat de hoeveelheid koolstof op hetzelfde punt in elke cyclus hetzelfde blijft. Oxaloacetaat neemt twee koolstofatomen op wanneer het wordt gecombineerd met acetyl CoA, maar deze twee atomen gaan verloren in de eerste helft van de Krebs-cyclus als CO _{in opeenvolgende reacties waarin NAD + ook wordt gereduceerd tot NADH. (In de chemie, om enigszins te vereenvoudigen, voegen reductiereacties protonen toe, terwijl oxidatiereacties ze verwijderen.) Kijkend naar het proces als geheel, en alleen deze twee-, vier-, vijf- en zes-koolstofreactanten en producten onderzoekend, is het niet meteen duidelijk waarom cellen iets dergelijks zouden doen lijken op een biochemisch reuzenrad, waarbij verschillende rijders uit dezelfde populatie aan en uit het stuur worden geladen, maar aan het einde van de dag verandert er niets, behalve een groot aantal draaiingen van het wiel. >}

   Het doel van de Krebs-cyclus is duidelijker als je kijkt naar wat er gebeurt met waterstofionen in deze reacties. Op drie verschillende punten verzamelt een NAD + een proton en op een ander punt verzamelt FAD twee protonen. Beschouw protonen - vanwege hun effect op positieve en negatieve ladingen - als elektronenparen. Volgens deze opvatting is het punt van de cyclus de accumulatie van hoogenergetische elektronenparen uit kleine koolstofmoleculen.
   Dieper in de Krebs-cyclusreacties duiken
   

   Mogelijk merkt u dat twee kritische moleculen naar verwachting aanwezig zullen zijn in aërobe ademhaling ontbreken in de Krebs-cyclus: zuurstof (O 2) en ATP, de vorm van energie die direct wordt gebruikt door cellen en weefsels om werkzaamheden uit te voeren zoals groei, reparatie, enzovoort. Nogmaals, dit komt omdat de Krebs-cyclus een tabelzetter is voor de elektronentransportketenreacties die zich in de buurt voordoen, in het mitochondriale membraan in plaats van in de mitochondriale matrix. De elektronen geoogst door nucleotiden (NAD + en FAD) in de cyclus worden "stroomafwaarts" gebruikt wanneer ze worden geaccepteerd door zuurstofatomen in de transportketen. De Krebs-cyclus verwijdert in feite waardevol materiaal in een schijnbaar onopvallende cirkelvormige transportband en exporteert ze naar een nabijgelegen verwerkingscentrum waar het echte productieteam aan het werk is.
   

   Merk ook op dat de schijnbaar onnodige reacties in de Krebs-cyclus (waarom zou je tenslotte acht stappen ondernemen om te bereiken wat je misschien in drie of vier zou kunnen doen?) moleculen genereren die, hoewel intermediairen in de Krebs-cyclus, kunnen dienen als reactanten in niet-gerelateerde reacties.
   

   NAD accepteert een proton in stap 3, 4 en 8, en in de eerste twee van deze CO 2 wordt afgeworpen; een molecuul guanosinetrifosfaat (GTP) wordt geproduceerd uit GDP in stap 5; en FAD accepteert twee protonen in stap 6. In stap 1 'verlaat', maar 'keert' terug in stap 4. In feite is alleen stap 2, de herschikking van citraat in isocitraat, 'stil' buiten de koolstofmoleculen in de reactie.
   Een ezelsbruggetje voor studenten
   

   Vanwege het belang van de Krebs-cyclus in de biochemie en de menselijke fysiologie hebben studenten, professoren en anderen een aantal ezelsbruggetjes bedacht, of manieren om namen te onthouden, om te helpen bij het onthouden van de stappen en reactanten in de Krebs-cyclus. Als je alleen de koolstofreactanten, tussenproducten en producten wilt onthouden, is het mogelijk om te werken vanaf de eerste letters van opeenvolgende verbindingen zoals ze verschijnen (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; hier, merk op dat "co-enzym A" wordt voorgesteld door een kleine "c"). U kunt van deze letters een pittige gepersonaliseerde frase maken, waarbij de eerste letters van de moleculen als de eerste letters in de woorden van de frase dienen.
   

   Een geavanceerdere manier om dit te doen is door een ezelsbruggetje te gebruiken dat kunt u het aantal koolstofatomen bij elke stap bijhouden, waardoor u te allen tijde beter kunt internaliseren wat er vanuit een biochemisch standpunt gebeurt. Als u bijvoorbeeld een zesletterig woord de zes-koolstofoxaloacetaat laat vertegenwoordigen, en dienovereenkomstig voor kleinere woorden en moleculen, kunt u een schema produceren dat zowel nuttig is als een geheugenapparaat en rijk aan informatie. Een medewerker van het "Journal of Chemical Education" stelde het volgende idee voor:
   

   1. Single
      
      
   2. Tingle
      
      
   3. Tangle
      
      
   4. Mangle
      
      
   5. Mange
      
      
   6. Mane
      
      
   7. Sane
      
      
   8. Sang
      
      
   9. Zing
      
      
      

      Hier ziet u een woord van zes letters gevormd door een woord van twee letters (of groep) en een woord van vier letters. Elk van de volgende drie stappen omvat een vervanging van één letter zonder verlies van letters (of "koolstof"). De volgende twee stappen betreffen elk het verlies van een letter (of, nogmaals, "koolstof"). De rest van het schema behoudt de vereiste van vier letters op dezelfde manier als de laatste stappen van de Krebs-cyclus verschillende, nauw verwante vier-koolstofmoleculen bevatten.
      

      Afgezien van deze specifieke apparaten, vindt u het misschien nuttig om een volledige cel of een deel van een cel rond een mitochondrion te tekenen en de reacties van glycolyse zo gedetailleerd mogelijk te schetsen in het cytoplasma-gedeelte en de Krebs-cyclus in het mitochondriale matrixgedeelte. Je zou in deze schets laten zien dat pyruvaat naar het binnenste van de mitochondriën wordt gebracht, maar je kunt ook een pijl tekenen die leidt tot gisting, die ook in het cytoplasma voorkomt.