Letar du efter ett smartare sätt att lära dig citronsyracykeln? Häng med för att förstå det viktigaste om en av biokemins mest centrala processer och utmana dig med vår quizfråga för läkarstudenter.
Citronsyracykeln är även känd som Krebscykeln eller trikarbonsyracykeln. Den utgör kärnan i cellandningen, det sätt på vilket kroppens celler utvinner energi från näringsämnen. Citronsyracykeln består av en serie på åtta enzymkatalyserade reaktioner som sker i mitokondriens matrix, där energirika molekyler som NADH, FADH₂ och GTP bildas. Dessa molekyler fungerar som energibärare och driver vidare elektrontransportkedjan, vilket i slutändan genererar ATP – cellernas bränsle. Här förklarar vi vägen från glykos till citronsyracykelns sista steg.
Därför är citronsyracykeln viktig att förstå
Kanske känner du igen citronsyracykeln från gymnasiet? Som läkarstudent kommer dina kunskaper att fördjupas och sättas på prov under de prekliniska terminerna. Stegen i cykeln är inte bara vanligt förekommande på läkarprogrammets tentor – de är basala för blivande läkares förståelse för metabolism, fysiologi och patologi.
Kunskapen gör det lättare att knyta ihop och förklara:
- Energiomsättning – hur näringsämnen omsätts till ATP.
- Metabolisk knutpunkt – hur glykolysen, fettsyraoxidationen och aminosyrametabolismen kopplas ihop.
- Reglering – hur kroppen anpassar energiproduktionen till olika situationer och tillstånd.
- Klinisk relevans – hur sjukdomar och läkemedel påverkar mitokondrier och citronsyracykeln.
Quiz: Kan du detta?
Steg fem i citronsyracykeln: Vilket enzym katalyserar reaktionen där succinat bildas från succinyl-CoA?
- Fumaras
- Succinyl-CoA-syntetas
- Malatdehydrogenas
- Akonitas
Vill du testa dina kunskaper med fler quizfrågor? Skapa ett konto – det är gratis!
Från glykolys till citronsyracykeln
- Pyruvatet som bildas i glykolysens sista steg kan omvandlas till acetyl-CoA genom en oxidativ dekarboxylering.
- Pyruvatet tar sig in i mitokondrien och där tar omvandlingen till acetyl-CoA fart genom ett komplext enzym, pyruvatdehydrogenaskomplex. Komplexet består av tre olika enzymer som tillsammans behöver fem olika kofaktorer.
- E1: Pyruvatdehydrogenas
- Behöver tiaminpyrofosfat (TPP)
- E2: Dihydrolipoyltransacetylas
- Behöver liponsyra och CoA
- E3: Dihydrolipoyldehydrogenas
- Behöver NAD⁺+ och FAD
- E1: Pyruvatdehydrogenas
- Summaformeln för reaktionen är: Pyruvat + NAD⁺+ + CoA → Acetyl-CoA + CO₂ + NADH + H⁺
- Acetyl-CoA:n som bildas är redo att ta sig in i citronsyracykeln.
- Pyruvatdehydrogenaskomplexet är väl reglerat:
- Är inaktivt när det fosforyleras av PDH-kinas, och aktivt när det defosforyleras av PDH-fosfatas.
- PDH-kinas aktiveras i sin tur av ATP, acetyl-CoA samt NADH, vilket innebär att vid höga nivåer av dessa är PDH-komplexet inaktivt. Samtidigt inaktiverar pyruvat PDH-kinas vilket leder till att PDH-komplexet blir aktivt.
- PDH-fosfatas aktiveras av Ca₂+ vilket innebär att PDH-komplexet då blir aktivt.
Över 20 000 frågor
Citronsyracykeln steg för steg
- Man brukar utgå från en sammanslagning av oxalacetat och acetyl-CoA som första steg i citronsyracykeln och det är totalt åtta olika steg.
- Totalt bildas 3 st NADH och 1 st FADH₂
- Det sker även en substratnivåfosforylering i steg 5 (där GTP bildas) samt två dekarboxyleringar.
- För varje NADH fås 2,5 ATP ut, så totalt 2,5 x 3 NADH = 7,5 ATP
- 1 FADH₂ = 1,5 ATP
- GTP = 1 ATP
- Summaformeln för citronsyracykeln är:
Acetyl-CoA + GDP + Pi + 3 NAD⁺+ + FAD → 2 CO₂ + CoA + GTP + 3 NADH + 3 H⁺ + FADH₂
Steg 1: Bildandet av Citrat
- Substrat: Acetyl-CoA + Oxalacetat + H₂O
- Produkt: Citrat + CoA
- Enzym: Citratsyntas
- Reglering
- Stimulering: –
- Hämning: Hämmas av sin egen produkt, citrat
Kommentar: Är ett irreversibelt steg och en kondensationsreaktion. Citratet som bildas kan även användas för fettsyrasyntesen.
Steg 2: Bildandet av isocitrat
- Produkt och substrat: Citrat och isocitrat
- Enzym: Akonitas (eng. aconitase)
- Reglering:
- Stimulering: –
- Hämning: Fluoracetat, ett gift från växter
Kommentar: Är ett reversibelt steg där citrat isomeriseras till isocitrat.
Steg 3: Oxidering av isocitrat till α-ketoglutarat och CO₂
- Substrat: Isocitrat och NAD⁺+
- Produkt: α-ketoglutarat + NADH + H⁺ och CO₂
- Enzym: Isocitratdehydrogenas
- Isocitratdehydrogenas liknar pyruvatdehydrogenaskomplexet och kräver samma kofaktorer
- Reglering:
- Stimulering: ADP och Ca₂+
- Hämning: ATP och NADH
Kommentar: Är ett irreversibelt steg och ett av de hastighetsreglerande stegen.
Steg 4
- Substrat: α-ketoglutarat + CoA + NAD⁺+
- Produkt: Succinyl-CoA + NADH + H⁺ + CO₂
- Enzym: α-ketoglutaratdehydrogenaskomplex
- α-ketoglutaratdehydrogenaskomplex liknar pyruvatdehydrogenaskomplexet och kräver samma kofaktorer
- Reglering:
- Stimulering: Ca²+
- Hämning: NADH och Succinyl-CoA
Kommentar: Är ett irreversibelt steg.
Steg 5
- Substrat: Succinyl-CoA + GDP + Pᵢ
- Produkt: Succinat + GTP + CoA
- Enzym: Succinyl-CoA-syntetas
Kommentar: Enzymet klyver en tioesterbindning i Succinyl-CoA. Är ett reversibelt steg. Då tioesterbindningen som bryts har hög energi kan GTP bildas vid reaktionen, vilken i sin tur enkelt kan konverteras till ATP.
Steg 6
- Substrat: Succinat + FAD
- Produkt: Fumarat + FADH₂
- Enzym: Succinatdehydrogenas
Kommentar: Är ett reversibelt steg där succinat oxideras till fumarat. Är även en del av komplex II i elektrontransportkedjan.
Steg 7
- Substrat: Fumarat + H₂O
- Produkt: Malat
- Enzym: Fumaras
Kommentar: Ett reversibelt steg. Fumarat bildas även som en intermediär i ureacykeln.
- Steg 8
Substrat: Malat + NAD⁺+ - Produkt: Oxalacetat + NADH + H⁺
- Enzym: Malatdehydrogenas
Kommentar: Ett reversibelt steg som gör cykeln komplett och redo att initiera ett nytt varv av cykeln.
Hur många ATP bildas i citronsyracykeln?
I varje varv av citronsyracykeln bryts acetyl-CoA ner och resultatet blir inte bara koldioxid, utan framför allt energirika molekyler: 3 NADH, 1 FADH₂ och 1 GTP. När dessa används i elektrontransportkedjan motsvarar det 10 ATP per varv.
- 3 NADH (7,5 ATP)
- 1 FADH₂ (1,5 ATP)
- 1 GTP (1 ATP)
- 2 CO₂
Eftersom en glukosmolekyl ger två acetyl-CoA, leder det alltså till att cirka 20 ATP bildas enbart från citronsyracykeln och elektrontransportkedjan – utöver det som bildas i glykolysen.
Rätt svar är succinyl-CoA-syntetas – vi förklarar!
Succinyl-CoA-syntetas, är det enzym som katalyserar det femte steget i citronsyracykeln. Här omvandlas succinyl-CoA till succinat, samtidigt som den energirika tioesterbindningen i succinyl-CoA klyvs. Den frigjorda energin används för att bilda GTP i levern eller ATP i muskelceller. Detta är ett exempel på substratnivåfosforylering, vilket innebär att en högenergi-fosfatförening bildas direkt i själva reaktionen, utan att gå via elektrontransportkedjan. Eftersom det är det enda steget i citronsyracykeln som producerar GTP/ATP direkt brukar succinyl-CoA-syntetas lyftas som särskilt viktigt för att förstå energibalansen.
Förklaringar av de felaktiga svaren
Vad är fumaras?
Fumaras är det enzym som katalyserar det sjunde steget i citronsyracykeln. I denna reaktion hydratiseras fumarat till malat genom att en vattenmolekyl adderas till dubbelbindningen i fumarat. Reaktionen är reversibel och spelar en viktig roll i att förbereda substratet för nästa steg, där malat oxideras till oxalacetat. På så sätt bidrar fumaras till att sluta cirkeln och möjliggöra för citronsyracykeln att fortsätta ett nytt varv. Kliniskt är enzymet intressant eftersom brist på fumaras är kopplad till vissa metabola sjukdomar. Dessutom kan substratet också ses i andra metabola sammanhang, till exempel i ureacykeln.
Vad är malatdehydrogenas?
Malatdehydrogenas är det enzym som katalyserar det åttonde och sista steget i citronsyracykeln. I denna reaktion oxideras malat till oxalacetat samtidigt som NAD⁺ reduceras till NADH + H⁺. Reaktionen är i grunden energetiskt ogynnsam eftersom jämvikten ligger kraftigt mot malat, men den drivs framåt tack vare att oxalacetat snabbt förbrukas i nästa cykelvarv när det kondenseras med acetyl-CoA till citrat. Malatdehydrogenas är därmed avgörande för att hålla cykeln i gång och säkerställa produktionen av energirika elektronbärare. Utöver sin roll i citronsyracykeln deltar enzymet också i andra metabola processer, bland annat i malat-aspartatskytteln, som transporterar reducerande ekvivalenter från cytoplasman in i mitokondrien.
Vad är akonitas?
Akonitas är det enzym som katalyserar omvandlingen av citrat till isocitrat via mellanprodukten cis-akonitat. Det fungerar alltså som ett isomeras, som flyttar en hydroxylgrupp inom molekylen. Reaktionen är viktig för att möjliggöra den fortsatta nedbrytningen av acetyl-CoA och därmed energiutvinningen i form av ATP. Enzymet kräver ofta järn som kofaktor för att fungera effektivt.
Citronsyracykel – sju vanliga fallgropar
Många studenter blandar ihop samma detaljer. Ha ett extra öga på detta när du repeterar:
- Glömma platsen – citronsyracykeln sker i mitokondriens matrix, inte i cytoplasman.
- Blanda ihop processerna – förväxla citronsyracykeln med glykolysen eller elektrontransportkedjan.
- Glömma länken från glykolysen – pyruvat måste först omvandlas till acetyl-CoA via pyruvatdehydrogenaskomplexet.
- Räkna fel på energivinsten – varje varv ger ca 10 ATP (3 NADH, 1 FADH₂, 1 GTP).
- Blanda ihop kofaktorerna – förväxla coenzym A (acetylbärare) med coenzym Q (del av elektrontransportkedjan).
- Missa regleringen – cykeln styrs av energibehov: hämmas av ATP, NADH och succinyl-CoA, stimuleras av ADP och Ca²⁺.
- Blanda ihop enzymerna – särskilt citratsyntas, isocitratdehydrogenas och α-ketoglutaratdehydrogenas.
Det viktigaste inför tentan i biokemi
Hypocampus studieplattform är utvecklad för läkarprogrammet i Sverige. Den innehåller skräddarsydda studieplaner till nästan alla universitet och terminer. Med hjälp av tidigare läkarstudenter har vi samlat och strukturerat det viktigaste studiematerialet du behöver för att klara examinationerna. Läs mer om hur Hypocampus kan hjälpa dig att få kontroll över studierna.
I det medicinska biblioteket kan du bland annat läsa hela boken Biokemi. Delboken Kolhydratmetabolism innehåller inte bara citronsyracykeln utan också:
- glykolysen och glukoneogenesen
- glykogenmetabolism
- mono- och disackaridmetabolism
- pentosfosfatvägen (HMP-shunten).
