Celler utövar ständigt biokemiska reaktioner för att växa, reproducera, bibehålla sina strukturer och reagera på sina miljöer. Allt detta tar energi, som cellen skördar genom att bryta ned organiska molekyler i reaktioner som frigör den kemiska bindningsenergin mellan atomer. Glykolys och citronsyracykeln, även känd som Krebs-cykeln, är två viktiga energiförsörjande vägar. De är kopplade av brosteget, en reaktion som kallas pyruvatdekarboxylering.

Broen

(Ref 1) Syftet med glykolys är att bryta ner glukos med sex kolsocker i olika ämnen medan lagring av den frigjorda energin i andra molekyler, inklusive adenosintrifosfat (ATP) och reducerad nikotinamidadenindinukleotid (NADH). En biprodukt av glykolys är pyruvinsyra, som innehåller tre kolatomer, fyra väteatomer och tre syreatomer. Trestegs broreaktionen omvandlar pyruvsyra till acetyl CoA, en ingång till citronsyracykeln. Tre enzymer katalyserar stegen av pyruvatdekarboxylering.

Pyruvatdekarboxylering

Reaktionen som avlägser koldioxid från pyruvsyra kräver ett biokemiskt trippel-enzym, kallat pyruvatdehydrogenaskomplexet, som innehåller många proteinunderenheter . Enzymerna förkortas E1 till E3. Reaktionen kräver närvaro av syre, och processen är en del av cellens aeroba andningscykel. E1-enzymet extraherar CO2-molekylen från pyruvat. E1 katalyserar också reaktioner som använder återstoden, en acetylgrupp, för att producera en lipoatmolekyl innehållande ett par svavelatomer. E2 överför sedan acetylgruppen till koenzym A för att bilda acetyl CoA, ingången till Krebs-cykeln. I det sista steget hjälper E3 till att oxidera lipoatresteret, vilket resulterar i produktionen av NADH.

Mitokondriens roll

I glykolys slår glukos av en lång kedja av kemiska reaktioner som ger pyruvat och energi. Dessa reaktioner uppträder i cellens flytande komponent, eller cytosol, som inte är innesluten i en organell. Vanliga organeller innefattar kärnan, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum och Golgi-apparatur. Pyruvat tas upp av mitokondrier av eukaryota celler, de som innehåller en organiserad kärna, där den deltar i produktionen av acetyl CoA. Den mitokondriella hämningen av pyruvat förhindrar andra användningar av pyruvat, som till exempel produktion av glukos i levern.

Energianvändning

Brostegets betydelse är att det ger ett mycket stort utbyte av extraherad energi från den ursprungliga glukosmolekylen. Glykolys producerar ett mager energiutbyte, mätt genom nettoproduktionen av endast två ATP och två NADH-molekyler. Pyruvatdekarboxylering och citronsyracykeln producerar ytterligare två ATP, men den stora utdelningen är produktionen av åtta NADH-molekyler, vilka var och en kan konverteras till tre ATP genom andra aeroba andningsförfaranden. Därför är brofasen direkt eller indirekt ansvarig för produktionen av ytterligare 24 ATP.