クレブス回路が簡単に

1953年のノーベル賞受賞者で生理学者のハンスクレブスにちなんで名付けられたクレブス回路は、 ミトコンドリア の 真核細胞. もっと簡単に言えば、これはバクテリアがクレブス回路のための細胞機構を持っていないことを意味します、それでそれは植物、動物と菌類に限定されました。

ブドウ糖は、生物によって最終的に代謝されてエネルギーを引き出す分子であり、 アデノシン三リン酸、またはATP. ブドウ糖はさまざまな形で体内に貯蔵することができます。 グリコーゲンは、筋肉や肝臓の細胞に貯蔵されているブドウ糖分子の長鎖にすぎません。 一方、食事の炭水化物、タンパク質、脂肪には、ブドウ糖に代謝される成分が含まれています。 上手。 ブドウ糖の分子が細胞に入るとき、それは細胞質でピルビン酸に分解されます。

次に何が起こるかは、ピルビン酸が好気性呼吸経路（通常の結果）に入るか、乳酸発酵経路に入るかによって異なります。 （高強度の運動や酸素欠乏の発作で使用されます）最終的にATPの生成と炭素の放出を可能にする前に 二酸化物（CO₂）と水（H₂O）副産物として。

クレブス回路（クエン酸回路またはトリカルボン酸（TCA）回路とも呼ばれます）は、好気性経路の最初のステップであり、継続的に合成するように機能します サイクルを続けるのに十分なオキサロ酢酸と呼ばれる物質ですが、ご覧のとおり、これは実際にはサイクルの「使命」ではありません。 クレブス回路は他の利点を提供します 上手。 それは9つの異なるものを含むいくつかの8つの反応（そしてそれに対応して9つの酵素）を含むからです 分子、それはあなたのサイクルの重要なポイントをまっすぐに保つためのツールを開発するのに役立ちます マインド。

ブドウ糖は6炭素（ヘキソース）の糖で、自然界では通常リング状になっています。 すべての単糖（糖モノマー）と同様に、炭素、水素、酸素が1-2-1の比率で構成され、式はCです。₆H₁₂O₆. タンパク質、炭水化物、脂肪酸代謝の最終産物の1つであり、単細胞細菌から人間や大型動物まで、あらゆる種類の生物の燃料として機能します。

解糖 「酸素なし」という厳密な意味で嫌気性です。 つまり、反応はO₂ 細胞内に存在するかどうか。 これを「酸素」と区別するように注意してください してはいけません これは、実際に酸素によって殺され、偏性嫌気性菌として知られているいくつかの細菌の場合ですが。

解糖系の反応では、6炭素のグルコースが最初にリン酸化されます。つまり、リン酸基が付加されます。 得られた分子は、リン酸化された形のフルクトース（果糖）です。 次に、この分子は2回目にリン酸化されます。 これらのリン酸化のそれぞれは、ATPの分子を必要とし、その両方がアデノシン二リン酸、またはADPに変換されます。 次に、6炭素分子が2つの3炭素分子に変換され、ピルビン酸にすばやく変換されます。 その過程で、両方の分子の処理において、2分子のNADHに変換される2分子のNAD +（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）の助けを借りて4つのATPが生成されます。 したがって、解糖系に入るすべてのグルコース分子について、2つのATP、2つのピルビン酸、および 2つのNADHが生成され、2つのNAD +が消費されます.

前に述べたように、ピルビン酸の運命は、代謝要求と問題の生物の環境に依存します。 原核生物では、解糖と発酵が単一細胞のエネルギー需要のほとんどすべてを提供しますが、これらの生物のいくつかは進化しています 電子伝達系 それは彼らがすることを可能にします 解糖系の代謝物（生成物）からATPを遊離させるために酸素を利用する. 原核生物および酵母を除くすべての真核生物において、利用可能な酸素がない場合、または細胞のエネルギー需要を完全に満たすことができない場合 好気性呼吸により、ピルビン酸は酵素乳酸デヒドロゲナーゼの影響下で発酵により乳酸に変換されます。 LDH。

クレブス回路に運命づけられたピルビン酸は、 細胞質 細胞小器官（細胞質内の機能成分）の膜を横切って ミトコンドリア. ミトコンドリア自体の細胞質の一種であるミトコンドリアマトリックスに入ると、それは変換されます アセチル補酵素と呼ばれる別の3炭素化合物へのピルビン酸デヒドロゲナーゼ酵素の影響下 Aまたは アセチルCoA. 多くの酵素は、それらが共有する「-ase」接尾辞のために、化学物質のラインナップから選ぶことができます。

この時点で、クレブス回路の詳細を示す図を利用する必要があります。これは、意味のあるフォローを行う唯一の方法だからです。 例については、「参考文献」を参照してください。

クレブス回路がそのように名付けられた理由は、その主な生成物の1つであるオキサロ酢酸も反応物であるためです。 つまり、ピルビン酸から生成された2炭素アセチルCoAが「上流」からサイクルに入ると、4炭素分子であるオキサロ酢酸と反応して6炭素分子であるクエン酸塩を形成します。 対称分子であるクエン酸塩には、3つ含まれています カルボキシル基、プロトン化された形の（-COOH）とプロトン化されていない形の（-COO-）の形をしています。 このサイクルに「トリカルボン酸」という名前を付けるのは、このカルボキシル基のトリオです。 合成は、水分子の添加によって促進され、これが縮合反応となり、アセチルCoAの補酵素A部分が失われます。

次に、クエン酸塩は、同じ原子が異なる配置の分子に再配列されます。これは、適切にはイソクエン酸塩と呼ばれます。 次に、この分子はCOを放出します₂ 5炭素化合物α-ケトグルタル酸になり、次のステップで同じことが起こり、α-ケトグルタル酸はCOを失います₂ 補酵素Aを取り戻しながらスクシニルCoAになります。 この4炭素分子は、CoAが失われるとコハク酸になり、その後、フマル酸、リンゴ酸、最後にオキサロ酢酸の4炭素脱プロトン化酸の行列に再配列されます。

クレブス回路の中心分子は、順番に、

1. アセチルCoA
   
2. クエン酸塩
   
3. イソクエン酸塩
   
4. α-ケトグルタル酸 
   
5. スクシニルCoA
   
6. コハク酸塩
   
7. フマル酸塩
   
8. リンゴ酸塩
   
9. オキサロ酢酸
   

これにより、酵素の名前といくつかの重要な共反応物が省略されます。その中には、NAD + / NADH、類似の分子ペアFAD / FADHが含まれます。₂ （フラビンアデニンジヌクレオチド）とCO₂.

どのサイクルの同じポイントでも炭素の量は同じままであることに注意してください。 オキサロ酢酸はアセチルCoAと結合すると2つの炭素原子を拾いますが、これら2つの原子はクレブス回路の前半でCOとして失われます₂ NAD +もNADHに還元される連続反応で。 （化学では、いくらか単純化するために、還元反応はプロトンを追加し、酸化反応はプロトンを除去します。）プロセス全体を見て、 これらの2、4、5、および6炭素の反応物と生成物では、細胞が生化学的フェリスに似たものに関与する理由はすぐにはわかりません。 ホイール、同じ人口の異なるライダーがホイールにロードされたり、ホイールからロードされたりしますが、一日の終わりには、非常に多くのターンを除いて何も変わりません ホイール。

これらの反応で水素イオンに何が起こるかを見ると、クレブス回路の目的はより明白です。 3つの異なるポイントで、NAD +はプロトンを収集し、異なるポイントで、FADは2つのプロトンを収集します。 陽子は、正電荷と負電荷に影響を与えるため、電子対と考えてください。 この見方では、サイクルのポイントは、小さな炭素分子からの高エネルギー電子対の蓄積です。

好気性呼吸に存在すると予想される2つの重要な分子がクレブス回路から欠落していることに気付くかもしれません：酸素（O₂）およびATP、成長、修復などの作業を実行するために細胞や組織によって直接使用されるエネルギーの形態。 繰り返しになりますが、これは、クレブス回路が、ミトコンドリアマトリックスではなくミトコンドリア膜の近くで発生する電子伝達系反応のテーブルセッターであるためです。 サイクル内のヌクレオチド（NAD +およびFAD）によって収集された電子は、輸送鎖の酸素原子によって受け入れられるときに「下流」で使用されます。 クレブス回路は、事実上、一見目立たない円形のコンベヤーベルトで貴重な材料を取り除き、実際の生産チームが働いている近くの処理センターにそれらをエクスポートします。

また、クレブス回路における一見不必要な反応に注意してください（結局のところ、何が行われる可能性があるかを達成するためになぜ8つのステップを踏むのですか？ おそらく3つか4つで？）クレブス回路の中間体であるが、無関係の反応物として役立つことができる分子を生成します 反応。

参考までに、NADはステップ3、4、8、およびこれらのCOの最初の2つでプロトンを受け入れます。₂ 流される; グアノシン三リン酸（GTP）の分子は、ステップ5でGDPから生成されます。 FADはステップ6で2つのプロトンを受け入れます。 ステップ1では、CoAは「離れる」が、ステップ4では「戻る」。 実際、クエン酸塩からイソクエン酸塩への転位であるステップ2のみが、反応中の炭素分子の外側で「サイレント」です。

生化学と人類生理学におけるクレブス回路の重要性のために、学生、教授などが来ました クレブスのステップと反応物を覚えるのを助けるために、いくつかのニーモニック、または名前を覚える方法を考え出す サイクル。 炭素反応物、中間体、および生成物のみを覚えておきたい場合は、連続する化合物の最初の文字から表示されたとおりに作業することができます（O、Ac、C、I、K、Sc、S、F、M; ここで、「補酵素A」は小さな「c」で表されていることに注意してください。 これらの文字から、分子の最初の文字がフレーズの単語の最初の文字として機能する、簡潔でパーソナライズされたフレーズを作成できます。

これを行うためのより洗練された方法は、炭素の数を追跡できるニーモニックを使用することです。 すべてのステップで原子。これにより、生化学的観点から起こっていることをより適切に内部化できる可能性があります。 回。 たとえば、6文字の単語で6炭素のオキサロ酢酸を表すとすると、それに応じて 小さな単語や分子、あなたは記憶装置と情報の両方として役立つスキームを作り出すことができます リッチ。 「JournalofChemical Education」への寄稿者の一人は、 次のアイデア:

1. シングル
   
2. チクチク
   
3. もつれ 
   
4. マングル
   
5. 疥癬
   
6. たてがみ
   
7. 正気
   
8. 歌った
   
9. 歌う
   

ここでは、2文字の単語（またはグループ）と4文字の単語で構成される6文字の単語が表示されます。 次の3つのステップのそれぞれには、文字（または「カーボン」）を失うことなく、1文字の置換が含まれます。 次の2つのステップはそれぞれ、文字（または「カーボン」）の損失を伴います。 スキームの残りの部分では、クレブス回路の最後のステップに異なる密接に関連する4炭素分子が含まれるのと同じように、4文字の単語の要件が保持されます。

これらの特定のデバイスとは別に、セル全体またはセルの一部を自分で描くことが有益な場合があります。 ミトコンドリア、解糖系の反応を細胞質部分とクレブス回路で好きなだけ詳細にスケッチします。 ミトコンドリアマトリックス部分。 このスケッチでは、ピルビン酸がミトコンドリアの内部にシャトルされていることを示していますが、細胞質でも発生する発酵につながる矢印を描くこともできます。