Krebsin sykli on helppoa

Krebsin sykli, joka on nimetty vuoden 1953 Nobel-palkinnon saajan ja fysiologi Hans Krebsin mukaan, on sarja aineenvaihdunnan reaktioita, jotka tapahtuvat mitokondrioita / eukaryoottisolut. Yksinkertaisesti sanottuna tämä tarkoittaa, että bakteereilla ei ole solukoneistoa Krebs-syklille, joten se rajoittuu kasveihin, eläimiin ja sieniin.

Glukoosi on molekyyli, joka lopulta metaboloituu elävien olentojen kautta energian saamiseksi muodossa adenosiinitrifosfaatti tai ATP. Glukoosia voidaan varastoida elimistöön monissa muodoissa; glykogeeni on vain muutakin kuin pitkä glukoosimolekyylien ketju, joka on varastoitunut lihas- ja maksasoluihin, Ruokavalion hiilihydraateissa, proteiineissa ja rasvoissa on aineosia, jotka voidaan metabolisoida glukoosiksi hyvin. Kun glukoosimolekyyli tulee soluun, se hajotetaan sytoplasmassa pyruvaatiksi.

Mitä seuraavaksi tapahtuu, riippuu siitä, tuleeko pyruvaatti aerobiseen hengitysreittiin (tavanomainen tulos) vai laktaatti-fermentointireittiin (käytetään korkean intensiteetin harjoituksissa tai hapen puutteessa) ennen kuin se lopulta sallii ATP: n tuotannon ja hiilen vapautumisen dioksidi (CO

Krebsin sykli - jota kutsutaan myös sitruunahapposykliksi tai trikarboksyylihapposykliksi (TCA) - on ensimmäinen askel aerobisella reitillä, ja se toimii jatkuvasti syntetisoimalla tarpeeksi ainetta nimeltä oksaloasetaatti pitämään kierto käynnissä, vaikka, kuten näette, tämä ei oikeastaan ​​ole syklin "tehtävä". Krebs-sykli tarjoaa muita etuja hyvin. Koska se sisältää noin kahdeksan reaktiota (ja vastaavasti yhdeksän entsyymiä), joihin liittyy yhdeksän erillistä molekyylien suhteen, on hyödyllistä kehittää työkaluja, jotka pitävät syklin tärkeät kohdat suorana mielessä.

Glukoosi on kuuden hiilen (heksoosi) sokeri, joka luonnossa on yleensä renkaan muodossa. Kuten kaikki monosakkaridit (sokerimonomeerit), se koostuu hiilestä, vedystä ja hapesta suhteessa 1-2-1, kaavan C₆H₁₂O₆. Se on yksi proteiinin, hiilihydraattien ja rasvahappojen aineenvaihdunnan lopputuotteista ja toimii polttoaineena kaikentyyppisissä organismeissa yksisoluisista bakteereista ihmisiin ja suurempiin eläimiin.

Glykolyysi on anaerobinen tarkassa merkityksessä "ilman happea". Eli reaktiot etenevätkö O₂ on läsnä soluissa tai ei. Ole varovainen erottaaksesi tämän hapesta ei pidä olla "vaikka tämä pätee joihinkin bakteereihin, jotka happi todella tappaa ja jotka tunnetaan pakollisina anaerobeina.

Glykolyysireaktioissa kuuden hiilen glukoosi fosforyloidaan aluksi - ts. Siihen on liitetty fosfaattiryhmä. Tuloksena oleva molekyyli on fruktoosin (hedelmäsokeri) fosforyloitu muoto. Tämä molekyyli fosforyloidaan sitten toisen kerran. Kukin näistä fosforylaatioista vaatii ATP-molekyylin, jotka molemmat muunnetaan adenosiinidifosfaatiksi tai ADP: ksi. Kuuden hiilen molekyyli muutetaan sitten kahdeksi kolmihiiliseksi molekyyliksi, jotka muuttuvat nopeasti pyruvaatiksi. Matkan varrella molempien molekyylien prosessoinnissa tuotetaan 4 ATP: tä kahden NAD + -molekyylin avulla (nikotiiniamidiadeniinidinukleotidi), jotka muutetaan kahdeksi NADH-molekyyliksi. Siten jokaisen glykolyysiin menevän glukoosimolekyylin kohdalla kahden ATP: n, kahden pyruvaatin ja kaksi NADH: ta tuotetaan, kun taas kaksi NAD +: ta kulutetaan.

Kuten aiemmin todettiin, pyruvaatin kohtalo riippuu kyseisen organismin metabolisista vaatimuksista ja ympäristöstä. Prokaryooteissa glykolyysi ja fermentaatio tarjoavat melkein kaikki yksittäisen solun energiantarpeet, vaikka jotkut näistä organismeista ovat kehittyneet elektronikuljetusketjut joiden avulla he voivat käyttää happea vapauttamaan ATP glykolyysin metaboliiteista (tuotteista). Sekä prokaryooteissa että kaikissa eukaryooteissa paitsi hiivassa, jos happea ei ole saatavilla tai jos solun energiantarpeita ei voida täysin tyydyttää aerobisen hengityksen avulla pyruvaatti muuttuu maitohapoksi fermentoimalla laktaattidehydrogenaasientsyymin vaikutuksesta tai LDH.

Krebsin syklille tarkoitettu pyruvaatti siirtyy sytoplasma soluorganellien (toiminnalliset komponentit sytoplasmassa) kalvon poikki mitokondrioita. Kerran mitokondrioiden matriisissa, joka on eräänlainen sytoplasma itse mitokondrioille, se muuttuu pyruvaattidehydrogenaasin entsyymin vaikutuksesta eri kolmihiiliseksi yhdisteeksi, jota kutsutaan asetyylikoentsyymiksi A tai asetyyli CoA. Monet entsyymit voidaan valita kemiallisesta kokoonpanosta niiden jakaman "-ase" -liitteen vuoksi.

Tässä vaiheessa sinun on käytettävä kaaviota, joka kuvaa yksityiskohtaisesti Krebs-syklin, koska se on ainoa tapa seurata mielekkäästi; katso esimerkki Resursseista.

Syy Krebsin syklille on nimetty sellaisenaan, että yksi sen päätuotteista, oksaloasetaatti, on myös reagenssi. Toisin sanoen, kun pyruvaatista muodostunut kahden hiilen asetyyli-CoA tulee sykliin "ylävirtaan", se reagoi oksoasetaatin, nelihiilisen molekyylin, kanssa ja muodostaa sitraatin, kuusihiilisen molekyylin. Sitraatti, symmetrinen molekyyli, sisältää kolme karboksyyliryhmät, joilla on muoto (-COOH) protonoidussa muodossa ja (-COO-) protonoimattomassa muodossa. Juuri tämä karboksyyliryhmien trio antaa nimen "trikarboksyylihappo" tälle syklille. Synteesiä ohjaa vesimolekyylin lisääminen, mikä tekee tästä kondensaatioreaktion, ja asetyyli-CoA: n koentsyymi A -osan menetys.

Sitraatti järjestetään sitten uudelleen molekyyliksi, jolla on samat atomit eri järjestelyssä, jota sopivasti kutsutaan isositraatiksi. Tämä molekyyli antaa sitten CO: n₂ tulla viiden hiilen yhdisteeksi a-ketoglutaraatti, ja seuraavassa vaiheessa tapahtuu sama asia, kun a-ketoglutaraatti menettää CO₂ kun taas koentsyymi A tulee takaisin sukkinyyli-CoA: ksi. Tästä nelihiilimolekyylistä tulee sukkinaatti CoA: n menetyksen myötä, ja se järjestetään myöhemmin neljän hiilen deprotonoitujen happojen prosessiksi: fumaraatti, malaatti ja lopuksi oksaloasetaatti.

Krebs-syklin keskeiset molekyylit ovat sitten järjestyksessä

1. Asetyyli CoA
   
2. Sitraatti
   
3. Isositraatti
   
4. a-ketoglutaraatti 
   
5. Succinyl CoA
   
6. Sukkinaatti
   
7. Fumaraatti
   
8. Malaatti
   
9. Oksaloasetaatti
   

Tällöin jätetään pois entsyymien nimet ja joukko kriittisiä rinnakkaisia ​​aineita, mukaan lukien NAD + / NADH, vastaava molekyylipari FAD / FADH₂ (flaviiniadeniinidinukleotidi) ja CO₂.

Huomaa, että hiilen määrä samassa kohdassa missä tahansa syklissä pysyy samana. Oksaloasetaatti kerää kaksi hiiliatomia, kun se yhdistyy asetyyli-CoA: han, mutta nämä kaksi atomia menetetään Krebsin syklin ensimmäisellä puoliskolla CO₂ peräkkäisissä reaktioissa, joissa NAD + pelkistetään myös NADH: ksi. (Kemiassa yksinkertaistamiseksi jonkin verran pelkistysreaktiot lisäävät protoneja, kun taas hapetusreaktiot poistavat ne.) Tarkasteltaessa prosessia kokonaisuutena ja tarkastelemalla vain Näiden kahden, neljän, viiden ja kuuden hiilen reagenssien ja tuotteiden kanssa ei ole heti selvää, miksi solut tekisivät jotain, joka muistuttaa biokemiallista ferristä pyörä, jossa eri väestöryhmät samasta väestöstä ladataan ja poistetaan pyörästä, mutta mikään ei muutu päivän lopussa lukuun ottamatta paljon pyörän käännöksiä pyörä.

Krebsin syklin tarkoitus on ilmeisempi, kun tarkastellaan, mitä vetyioneille tapahtuu näissä reaktioissa. Kolmessa eri pisteessä NAD + kerää protonin, ja eri pisteessä FAD kerää kaksi protonia. Ajattele protoneja - koska ne vaikuttavat positiivisiin ja negatiivisiin varauksiin - elektronipareina. Tässä mielessä syklin kohta on suurienergisten elektroniparien kertyminen pienistä hiilimolekyyleistä.

Saatat huomata, että Krebsin syklistä puuttuu kaksi kriittistä molekyyliä, joiden odotetaan olevan läsnä aerobisessa hengityksessä: Happi (O₂) ja ATP, energiamuoto, jota solut ja kudokset käyttävät suoraan työn, kuten kasvun, korjauksen ja niin edelleen, suorittamiseen. Jälleen tämä johtuu siitä, että Krebsin sykli on taulukon asettaja elektroninsiirtoketjureaktioille, jotka tapahtuvat lähellä, mitokondrioiden kalvossa eikä mitokondrioiden matriisissa. Nukleotidien (NAD + ja FAD) syklissä keräämiä elektroneja käytetään "alavirtaan", kun kuljetusketjun happiatomit hyväksyvät ne. Krebsin sykli poistaa käytännössä arvokkaan materiaalin näennäisen merkityksettömästä pyöreästä kuljetinhihnasta ja vie ne läheiseen käsittelykeskukseen, jossa todellinen tuotantotiimi työskentelee.

Huomaa myös, että näennäisesti tarpeettomat reaktiot Krebs-syklissä (loppujen lopuksi, miksi ryhtyä kahdeksaan vaiheeseen saavuttaaksemme sen, mitä voitaisiin tehdä ehkä kolmessa tai neljässä?) tuottaa molekyylejä, jotka, vaikka ovatkin välituotteita Krebs-syklissä, voivat toimia reagoivina aineina etuyhteydettömissä reaktioita.

Vertailun vuoksi NAD hyväksyy protonin vaiheissa 3, 4 ja 8 ja näiden kahden ensimmäisen CO: ssa₂ on vuodatettu; guanosiinitrifosfaatin (GTP) molekyyli tuotetaan BKT: stä vaiheessa 5; ja FAD hyväksyy kaksi protonia vaiheessa 6. Vaiheessa 1 CoA "lähtee", mutta "palaa" vaiheessa 4. Itse asiassa vain vaihe 2, sitraatin uudelleenjärjestely isositraatiksi, on "hiljainen" reaktion hiilimolekyylien ulkopuolella.

Koska Krebsin sykli on tärkeä biokemiassa ja ihmisen fysiologiassa, on tullut opiskelijoita, professoreita ja muita useita muistisanoja tai tapoja muistaa nimiä, auttamaan Krebsin vaiheiden ja reagenssien muistamisessa sykli. Jos halutaan muistaa vain hiilireagenssit, välituotteet ja tuotteet, on mahdollista työskennellä peräkkäisten yhdisteiden ensimmäisistä kirjaimista sellaisina kuin ne esiintyvät (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; huomaa tässä, että "koentsyymiä A" edustaa pieni "c"). Näistä kirjaimista voit luoda henkilökohtaisen henkilökohtaisen lauseen, jossa molekyylien ensimmäiset kirjaimet toimivat lauseen ensimmäisinä kirjaimina.

Hienostuneempi tapa edetä on käyttää muistisarjaa, jonka avulla voit seurata hiilen määrää atomeja jokaisessa vaiheessa, mikä voi antaa sinulle mahdollisuuden sisäistää paremmin mitä tapahtuu biokemiallisesta näkökulmasta ollenkaan ajat. Esimerkiksi, jos annat kuuden kirjaimen sanan edustaa kuusihiilistä oksaloasetaattia ja vastaavasti pienempiä sanoja ja molekyylejä, voit tuottaa kaavion, joka on hyödyllinen sekä muistilaitteena että informaationa rikas. Yksi "Journal of Chemical Education" -lehden kirjoittajista ehdotti seuraava ajatus:

1. Yksittäinen
   
2. Kihelmöidä
   
3. Vyyhti 
   
4. Mankeli
   
5. Mange
   
6. Harja
   
7. Täysijärkinen
   
8. Lauloi
   
9. Laulaa
   

Täällä näet kuuden kirjaimen sanan, joka muodostuu kaksikirjaimisesta sanasta (tai ryhmästä) ja nelikirjaimisesta sanasta. Jokainen seuraavasta kolmesta vaiheesta sisältää yhden kirjaimen korvaamisen ilman kirjainten (tai "hiilen") häviämistä. Kaksi seuraavaa vaihetta merkitsevät kirjaimen (tai taas "hiilen") menetystä. Lopussa järjestelmässä säilytetään nelikirjaiminen sanavaatimus samalla tavalla kuin Krebsin syklin viimeisissä vaiheissa on erilaisia, läheisesti sukua olevia neljän hiilen molekyylejä.

Näiden erityislaitteiden lisäksi voi olla hyödyllistä piirtää itsellesi täydellinen solu tai solua ympäröivä solu mitokondrioita ja hahmottele glykolyysireaktiot niin yksityiskohtaisesti kuin haluat sytoplasmaosassa ja Krebs-syklissä mitokondrioiden matriisiosa. Tässä luonnoksessa näytät pyruvaatin kulkeutuvan mitokondrioiden sisälle, mutta voit myös piirtää käymiseen johtavan nuolen, jota esiintyy myös sytoplasmassa.