Was ist die Quelle der im Krebszyklus erzeugten Elektronen?

Dies ist eine Frage, die zwischen einigen ziemlich hochrangigen Biochemikern zu Meinungsverschiedenheiten geführt hat, also habe ich, obwohl ich kein Engel bin, ein wenig gewartet, um einen schwer fassbaren Band einer Zeitschrift zu finden, bevor ich hineingestürmt bin. Am Anfang schien es mir, dass:

1. Was bei der Oxidation von Acetyl-CoA im Tricarbonsäure(TCA)-Zyklus wichtig war, war die Quelle der Elektronen, nicht die Quelle der Wasserstoffatome. Oxidation ist die Entfernung von Elektronen.
2. Die Quelle der Elektronen muss das Kohlenhydrat sein, das oxidiert wird. Es kann nirgendwo anders herkommen (z. B. Wasser).

Dieser Punkt wurde in einem Kommentar (keine Antwort) von TomD gemacht, der auf seine Antwort auf eine andere, aber verwandte Frage zur SE-Biologie verwies . In dieser Antwort verweist er auf zwei „Letters to the Editor“ zu diesem Thema in TIBS Vol.6, S.6 (1981), die leider nicht in der Online-Version der Zeitschrift verfügbar sind. Ich habe sie aus dem Archiv meiner eigenen Universitätsbibliothek abgerufen und hier als Text-pdf zur Verfügung gestellt , obwohl TomD inzwischen selbst einen Scan gepostet hat. Ich empfehle, die Briefe sorgfältig zu lesen, um ihre Argumente zu prüfen, aber hier Auszüge aus jedem zu zitieren, um zu zeigen, warum ich persönlich zu ihrer Ansicht neige.

DE Atkinson

Atkinsons Hauptpunkt ist, wie ich es verstehe, dass das H zwar aus Wasser stammen kann, dies jedoch nur das Ergebnis der Ionisierung ist - das Wasser wird nicht oxidiert und kann daher keine Elektronen liefern:

„Elektronen lassen sich nicht markieren und verfolgen, aber die Stöchiometrie ist klar: Bei der Oxidation einer Acetylgruppe zu 2CO ₂ gehen acht Elektronen verloren. Davon werden sechs bei der Reduktion von NAD ⁺ zu NADH und zwei bei der Reduktion des Flavins der Succinat-Dehydrogenase verwendet. Wasser wird nicht oxidiert; daher werden keine Elektronen aus Wasser zugeführt, um „auf das Niveau von NADH ₂ angehoben “ oder für irgendeine andere Rolle zu werden. Wenn Wasser ionisiert, bleiben alle Elektronen mit dem OH ^– -Ion verbunden; Was auch immer das Proton tun mag, es kann nichts reduzieren.“

B. Herreros und J. Garcia-Sancho

Diese Autoren betonen, dass es die C-C- und C-H-Bindungen sind, die die Elektronen liefern:

„Wie Losada betonte, sind die Kohlenstoffverbindungen selbst die einzige Quelle für die Reduzierung der Energie im TCA-Zyklus, nicht Wasser. Die Schwierigkeit bei der Realisierung ergibt sich aus der Kontabilisierung der Reduktionsäquivalente als Paare von H und nicht als Elektronenpaare. Es ist wahr, dass ein Molekül Glucose nicht 12 Paare H liefern kann, aber es kann sicherlich 12 Paare Elektronen liefern…

… Im TCA-Zyklus sind die in den C-C- und C-H-Bindungen geteilten Elektronen die Quelle der Reduktionsleistung; Sie werden zuerst auf Pyridinnukleotide (und Flavinnukleotide) und dann durch die Atmungskette in die Nähe von Sauerstoff übertragen.“

Gegen Ende seines Briefes schreibt Atkinson: „Ich habe festgestellt, dass es ein nützliches pädagogisches Mittel ist, die Schüler aufzufordern, sich mit der Atmung (Glykolyse plus Citratzyklus) zu befassen und Wasser und Protonen sorgfältig zu berücksichtigen, damit ihre Gleichungen sich zu einem angemessenen Gleichgewicht summieren Gesamtgleichung.“ Ich fürchte, ich habe das in dieser Antwort nicht angegeben und mich darauf beschränkt, den Wald zu vermessen, anstatt jeden Baum zu untersuchen.

Die zwei Elektronen und ein Proton von NADH stammen von einem H$^-$Ion eines Zwischenprodukts des Krebszyklus während der Isocitrat-Dehydrogenase-Reaktion und der Malat-Dehydrogenase-Reaktion.

In der folgenden Reaktion wird Isocitrat zu Oxalosuccinat oxidiert und dabei gehen zwei Wasserstoffe verloren, einer als H$^-$und das andere als H+. Dieses H$^-$wird von NAD+ akzeptiert, um NADH zu bilden.

Hinweis: Oxalosuccinat ist ein Zwischenprodukt, das während der oxidativen Decarboxylierung von Isocitrat gebildet wird.

Kommen wir nun zu FADH$_2$ $-$

Während der Oxidation von Succinat zu Fumarat verliert Succinat ein H$^-$und ein H+-Ion, die die beiden Protonen und Elektronen von FADH bilden$_2$. Hier ist ein Bild, das den Mechanismus veranschaulicht:

Die Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplexreaktion ähnelt der Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexreaktion (PDC). Die PDC-Reaktion ist eine oxidative Decarboxylierungsreaktion von Pyruvat, bei der das 2e$^-$von NADH werden von dem zwischen COO geteilten Elektron abgeleitet$^2-$und C=O-Gruppen von Pyruvat.

Das Hygrogen (H+) von NADH stammt entweder aus dem H+ von CoA-SH oder aus dem Medium. Es gibt eine Reihe komplexer Reaktionen , die untersucht werden müssen, um die Quelle von H in diesem NADH vollständig zu verstehen.

Sie können also verstehen, dass die 2 e$^-$von NADH, das in der Alpha-Ketoglutarat-Dehydrogenase-Komplexreaktion produziert wird, sind die Elektronen zwischen COO$^2-$und C=O-Gruppen von Alpha-Ketoglutarat und das H stammt entweder aus dem Medium oder dem H+ von CoA-SH.

Referenz: Biochemie von Berg