אילו מולקולות נכנסות ועוזבות את מחזור קרבס?

ה מחזור קרבס, המכונה גם מחזור חומצת לימון או מחזור חומצה טריקרבוקסילית (TCA), מתרחש במיטוכונדריה של אורגניזמים אוקריוטים. זהו הראשון מבין שני תהליכים פורמליים הקשורים נשימה אירובית. השנייה היא שרשרת העברת אלקטרונים תגובות (ETC).

לפני מחזור קרבס גליקוליזה, שהוא פירוק הגלוקוז לפירובט, עם כמות קטנה של ATP (אדנוזין טריפוספט, "מטבע אנרגיה" של תאים) ו- NADH (הצורה המופחתת של ניוקוטינמיד אדנין דינוקליאוטיד) שנוצר ב תהליך. גליקוליזה ושני התהליכים האירוביים שבעקבותיה מייצגים נשימה תאית מלאה.

למרות שבסופו של דבר מכוון לייצור ATP, מחזור קרבס הוא תורם עקיף, אם כי חיוני, לתשואה ATP גבוהה בסופו של דבר של נשימה אירובית.

מולקולת ההתחלה לגליקוליזה היא הסוכר בעל שש הפחמן גלוקוז, שהיא מולקולת התזונה האוניברסלית בטבע. לאחר שהגלוקוז נכנס לתא, הוא זרחן (כלומר, יש לו קבוצת פוספט מחוברת אליו), והוא מסודר מחדש, זרחן בפעם השנייה והתפצל לצמד מולקולות שלוש פחמן, שלכל אחת מהן קבוצת פוספט משלה מְצוֹרָף.

כל חבר בצמד מולקולות זהות זה עובר זרחון נוסף. מולקולה זו מסודרת מחדש ליצירת פירובט בסדרת שלבים המייצרים NADH אחד לכל מולקולה, ארבע קבוצות הפוספט (שתיים מכל מולקולה) משמשות ליצירת ארבע ATP. אך מכיוון שהחלק הראשון של הגליקוליזה דורש קלט של שני ATP,

תרשים מחזור של קרבס הוא הכרחי כשמנסים לדמיין את התהליך. זה מתחיל בהקדמה של אצטיל קואנזים A (אצטיל CoA) לתוך המטריצה ​​המיטוכונדריאלית, או פנים האברונים. אצטיל CoA היא מולקולה דו פחמנית שנוצרת ממולקולות פירובט שלוש פחמן מגליקוליזה, עם CO₂ (פחמן דו חמצני) שנשפך בתהליך.

Acetyl CoA משלב עם מולקולה של ארבע פחמן כדי לבעוט את המחזור, ויוצר מולקולה עם שש פחמן. בסדרת צעדים הכוללים אובדן אטומי פחמן כ- CO₂ ויצירת ATP כלשהו יחד עם כמה נושאי אלקטרונים יקרי ערך, מולקולת הביניים עם שישה הפחמן מצטמצמת למולקולת ארבע פחמן. אבל הנה מה שהופך את זה למעגל: מוצר זה בעל ארבע פחמן הוא אותה מולקולה שמשלבת עם אצטיל CoA בתחילת התהליך.

מחזור קרבס הוא גלגל שלא מפסיק להסתובב כל עוד אצטיל CoA מוזרם אליו כדי לשמור על סיבובו.

המגיבים היחידים במחזור קרבס הם אצטיל CoA והמולקולה של ארבע הפחמן הנ"ל, oxaloacetate. הזמינות של אצטיל CoA תלויה בכמויות נאותות של חמצן הקיימות בהתאם לצרכיו של תא נתון. אם בעל התא מתאמן במרץ, יתכן והתא יצטרך להסתמך כמעט אך ורק על גליקוליזה עד שניתן יהיה "לשלם" את "החוב" לחמצן במהלך עצימות התרגיל המופחתת.

Oxaloacetate בשילוב עם CoA אצטיל בהשפעת האנזים ציטראט סינתזה להיווצרות ציטראט, או באופן שווה, חומצת לימון. זה משחרר את החלק הקואנזים של מולקולת האצטיל CoA, ומשחרר אותו לשימוש בתגובות במעלה הזרם של נשימה תאית.

ציטראט מומרת ברצף ל איזוציטרט, אלפא-קטוגלוטרט, סוקציניל CoA, פומרט ו זדוני לפני שמתרחש הצעד המייצר מחדש אוקסאלואצטט. בתהליך, שני CO₂ מולקולות לכל סיבוב במחזור (וכך ארבע לכל מולקולה של גלוקוז במעלה הזרם) הולכות לאיבוד לסביבה, בעוד שהאנרגיה המשוחררת בשחרורן משמשת להפקת סך של שני ATP, שש NADH ושני FADH₂ (נשא אלקטרונים הדומה ל- NADH) לכל מולקולת גלוקוז הנכנסת לגליקוליזה.

הסתכלנו אחרת, הוצאת אוקסאלואצטט לגמרי מהתערובת, כאשר מולקולה של אצטיל CoA נכנסת למחזור קרבס, התוצאה נטו היא כמה ATP והרבה מאוד נשאי אלקטרונים לתגובות ה- ETC הבאות במיטוכונדריה קְרוּם.