Sitruunahappokierto

Sitruunahappokierto eli Krebsin sykli eli trikarboksyylihappokierto (TCA-kierto) on solujen mitokondrioissa tapahtuva monivaiheinen kemiallinen prosessi, jossa ravintoaineista peräisin olevat hiiliatomit hapettuvat hiilidioksidiksi ja samojen molekyylien sisältämät vedyt siirtyvät elektroninsiirtäjäkoentsyymeille. Prosessissa vapautuu energiaa, ja se on solujen pääasiallinen energianlähde.

Ennen kuin ravintoaineet kuten hiilihydraatit ja rasvat voivat tulla mukaan sitruunahappokiertoon, solussa tapahtuvien muiden prosessien on muutettava ne sopivaan muotoon, etenkin asetyyliryhmäksi (CH3CO), joka sitoutuu koentsyymi-A:n kanssa aktiiviseksi etikkahapoksi eli asetyylikoentsyymi-A:ksi. Lisäksi kierron eri vaiheissa sitoutuu vesimolekyylejä, ja siinä vapautuu hiilidioksidia sekä vetyioneja ja elektroneja. Nämä vapautuneet vetyionit ja ylimääräiset elektronit siirtyvät hapetus-pelkistysreaktioissa elektroninsiirtäjäkoentsyymeille, joita ovat NAD+ ja FAD. Koentsyymeiltä vedyt siirtyvät edelleen elektroninsiirtoketjuun, jonka päätteeksi ne yhtyvät hengitysilmasta tulleen hapen kanssa vesimolekyyleiksi.

Syklisessä reaktiossa sitoutuu myös yksi fosforihappomolekyyli, jolloin muodostuu yksi korkeaenergiainen ATP-molekyyli GTP-välivaiheen kautta, ja neljä pelkistynyttä elektroninsiirtäjäkoentsyymiä (kolme NADH:ta ja yksi FADH2) kutakin pilkkoutunutta ja hapettunutta asetyylikoentsyymi-A:ta kohti. Sitruunahappokierto tapahtuu pääosin mitokondrion matriksissa, kun taas elektroninsiirtoketju tapahtuu mitokondrion sisäkalvolla.

Yksi sitruunahappokierron entsyymi, sukkinaattidehydrogenaasi, on mitokondrion sisäkalvon entsyymi. Se voi syöttää saamansa elektronit suoraan mitokondrion sisäkalvolla tapahtuvaan elektroninsiirtoketjuun.

Kierron vaiheet 

Kiertoon kuuluu kymmenen vaihetta, joista jokaisessa jokin karboksyylihappo joko sitoo jonkin muun molekyylin tai siitä irtoaa jotakin niin, että se muuttuu toiseksi karboksyylihapoksi. Kaikki vaiheet tapahtuvat eri entsyymien vaikutuksesta. Seuraavissa reaktiokaavoissa käytetään koentsyymi-A-molekyylin rungolle lyhennemerkintää [CoA] ja guanosiiniryhmälle lyhennemerkintää [G], vaikka itse asiassa molemmat ovat suuria ja monimutkaisia molekyylejä.

1. Oksaloetikkahappo reagoi asetyylikoentsyymi-A:n kanssa sitraattisyntaasin katalysoimana, jolloin syntyy sitruunahappoa ja koentsyymi-A vapautuu.

 COOH·CO·CH2·COOH + CH3CO·S·[CoA] ↔ HS[CoA] + COOH·CH2·HOCCOOH·CH2·COOH

2. Sitruunahaposta lohkeaa vettä akonitaasientsyymin katalysoimana, jolloin syntyy cis-akoniittihappoa:

 COOH·CH2·HOCCOOH;CH2·COOH ↔ H2O + COOH·CH2·CCOOH:CH·COOH

3. Vesi sitoutuu jälleen cis-akoniittihappoon, mutta toisella tavalla, jolloin syntyy isositruunahappoa. Tätäkin reaktiota katalysoi akonitaasi.

 COOH·CH2·CCOOH:CH·COOH + H2O ↔ COOH·CH2·HCCOOH·HCOH·COOH

4. Isositruunahaposta lohkeaa vetyioneja ja elektroneja, jolloin syntyy oksalomeripihkahappoa isositraattidehydrogenaasin katalysoimana:

 COOH·CH2·HCCOOH·HCOH·COOH ↔ 2H+ + 2e− + COOH·CH2·HCCOOH·CO·COOH

5. Oksalomeripihkahapon keskimmäinen karboksyyliryhmä hajoaa ja siitä lohkeaa hiilidioksidia isositraattidehydrogenaasientsyymin katalysoimana, ja samalla syntyy ketoglutaarihappoa:

 COOH·CH2·HCCOOH·CO·COOH ↔ CO2 + COOH·CH2·CH2·CO·COOH

6. Ketoglutaarihaposta eroaa toinen hiilidioksidimolekyyli sekä vetyioneja ja elektroneja, mutta samalla siihen sitoutuu koentsyymi-A, jolloin syntyvän molekyylin nimi on sukkinyylikoentsyymi-A. Reaktiota katalysoi α-ketoglutaraattidehydrogenaasi.

 COOH·CH2·CH2·CO·COOH + HS[CoA] ↔ CO2 + 2H+ + 2e− + COOH·CH2·CH2·CO·S[CoA]

7. Koentsyymi-A irtoaa, guanosiinidifosfaattiin (GDB) sitoutuu yksi fosforihappomolekyyli lisää, jolloin se muuttuu runsaasti energiaa sisältäväksi guanosiinitrifosfaatiksi (GTP). Siihen siirtyy huomattava osa kierrossa mukana olevien aineiden kemiallisesta energiasta. Samalla fosforihaposta irtoaa yksi happi- ja kaksi vetyatomia, jotka sitoutuvat sukkinyylikoentsyymi-A:n jäljelle jääneeseen osaan muuttaen sen meripihkahapoksi. Tämä tapahtuu sukkinyylikoentsyymi-A-syntetaasientsyymin katalysoimana.

 COOH·CH2·CH2·CO·S[CoA] + [G]·HPO3·H2PO4 + H3PO4 ↔ [G]·HPO3·HPO3·H2PO4 + HS[CoA] + COOH·CH2·CH2·COOH

8. Meripihkahaposta irtoaa kaksi vetyionia ja kaksi elektronia, jolloin se muuttuu fumaarihapoksi sukkinaattidehydrogenaasin vaikutuksesta:

 COOH·CH2·CH2·COOH ↔ 2H+ + 2e− + COOH·CH:CH·COOH

9. Fumaarihappoon sitoutuu vettä fumaraasientsyymin katalysoimana, jolloin se muuttuu omenahapoksi:

 COOH·CH:CH·COOH + H2O ↔ COOH·HCOH·CH2·COOH

10. Omenahaposta irtoaa kaksi vetyionia ja elektronia, jolloin se muuttuu jälleen oksaloetikkahapoksi malaattidehydrogenaasin katalysoimana, minkä jälkeen kierros voi alkaa alusta:

 COOH·HCOH·CH2·COOH ⇒ 2H+ + 2e− + COOH·CO·CH2·COOH

Lähteet

Aiheesta muualla 

Opetus.tv: Biologian etäopiskeluympäristö, Sitruunahappokierto

Solubiologia
Katabolia
Seulonnan keskeiset artikkelit