Krebs ციკლი დამზადებულია მარტივად

კრებსის ციკლი, რომელიც 1953 წელს ნობელის პრემიის ლაურეატისა და ფიზიოლოგის ჰანს კრებსის სახელობისაა, წარმოადგენს მეტაბოლური რეაქციების სერიას, მიტოქონდრია საქართველოს ეუკარიოტული უჯრედები. უფრო მარტივად რომ ვთქვათ, ეს ნიშნავს, რომ ბაქტერიებს არ აქვთ კლებების ციკლის ფიჭური აპარატურა, ამიტომ იგი შემოიფარგლება მხოლოდ მცენარეებით, ცხოველებით და სოკოებით.

გლუკოზა არის მოლეკულა, რომელიც საბოლოოდ მეტაბოლიზდება ცოცხალი არსებების მიერ ენერგიის მისაღებად, სახით ადენოზინტრიფოსფატი, ან ATP. გლუკოზა შეიძლება შეინახოთ ორგანიზმში მრავალი ფორმით; გლიკოგენი ცოტა მეტია ვიდრე გლუკოზის მოლეკულების გრძელი ჯაჭვი, რომელიც ინახება კუნთებისა და ღვიძლის უჯრედებში, ხოლო საკვები ნახშირწყლები, ცილები და ცხიმები შეიცავს კომპონენტებს, რომლებიც შეიძლება მეტაბოლიზდება გლუკოზამდე კარგად როდესაც გლუკოზის მოლეკულა შედის უჯრედში, ის ციტოპლაზმაში იშლება პიროვატად.

რა მოხდება შემდეგ, დამოკიდებულია იმაზე, შევა თუ არა პიროვატი აერობული სუნთქვის გზაზე (ჩვეული შედეგი) ან ლაქტატის დუღილის გზაზე. (გამოიყენება მაღალი ინტენსივობის ვარჯიშების დროს ან ჟანგბადის უკმარისობის დროს), სანამ ეს საბოლოოდ საშუალებას მისცემს ATP წარმოებას და ნახშირბადის გამოყოფას. დიოქსიდი (CO

კრებსის ციკლი - რომელსაც ასევე უწოდებენ ლიმონმჟავას ციკლს ან ტრიკარბოქსილის მჟავას (TCA) ციკლს - ეს არის პირველი ნაბიჯი აერობული გზისკენ და ის მოქმედებს მუდმივად სინთეზირების მიზნით. საკმარისია ნივთიერება, რომელსაც ოქსალოაცეტატი ეწოდება ციკლის შენარჩუნებისთვის, თუმცა, როგორც ნახავთ, ეს ნამდვილად არ არის ციკლის "მისია". კრებსის ციკლი სხვა სარგებელს იძლევა კარგად რადგან იგი მოიცავს რვა რეაქციას (და, შესაბამისად, ცხრა ფერმენტს), რომლებიც მოიცავს ცხრა განსხვავებულს მოლეკულების საშუალებით, აუცილებელია ხელსაწყოების შემუშავება, რომ ციკლის მნიშვნელოვანი წერტილები პირდაპირ იყოს გონება

გლუკოზა არის ექვს ნახშირბადოვანი (ჰექსოზა) შაქარი, რომელიც ბუნებაში, როგორც წესი, ბეჭდის ფორმისაა. ისევე როგორც ყველა მონოსაქარიდი (შაქრის მონომერი), იგი შედგება ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადის 1-2-1 თანაფარდობით, C ფორმულასთან₆ჰ₁₂ო₆. ის ცილების, ნახშირწყლებისა და ცხიმმჟავების ცვლის ერთ-ერთი საბოლოო პროდუქტია და საწვავს წარმოადგენს ყველა ტიპის ორგანიზმში, ერთუჯრედიანი ბაქტერიებიდან დამთავრებული, ადამიანებამდე და უფრო დიდ ცხოველებამდე.

გლიკოლიზი ანაერობულია მკაცრი გაგებით "ჟანგბადის გარეშე". ეს არის ის, რომ რეაქციები გრძელდება თუ არა O₂ იმყოფება უჯრედებში თუ არა. ფრთხილად გაითვალისწინეთ ეს "ჟანგბადისგან" არ უნდა იყოს დღემდე, ”თუმცა ეს ასე ხდება ზოგიერთ ბაქტერიასთან, რომლებიც რეალურად კლავს ჟანგბადს და ცნობილია, როგორც სავალდებულო ანაერობები.

გლიკოლიზის რეაქციების დროს, ექვს ნახშირბადის გლუკოზა თავდაპირველად ფოსფორილირდება - ანუ მას აქვს ფოსფატის ჯგუფი. მიღებული მოლეკულა არის ფრუქტოზას (ხილის შაქარი) ფოსფორილირებული ფორმა. შემდეგ ეს მოლეკულა მეორედ ფოსფორილირდება. თითოეული ამ ფოსფორილაციისთვის საჭიროა ATP მოლეკულა, ორივე გარდაიქმნება ადენოზინის დიფოსფატად, ან ADP. შემდეგ ექვსი ნახშირბადის მოლეკულა გარდაიქმნება ორ სამ ნახშირბადის მოლეკულად, რომლებიც სწრაფად გარდაიქმნება პიროვატად. გზაზე, ორივე მოლეკულის დამუშავებისას, 4 ATP იწარმოება NAD + ორი მოლეკულის (ნიკოტინამიდი ადენინი დინუკლეოტიდი) დახმარებით, რომლებიც გარდაიქმნება NADH– ის ორ მოლეკულად. ამრიგად, გლუკოზის ყველა მოლეკულაში, რომელიც შედის გლიკოლიზში, ორი ATP, ორი პიროვატი და ორი NADH იწარმოება, ხოლო ორი NAD + მოხმარდება.

როგორც ადრე აღვნიშნეთ, პიროვატის ბედი დამოკიდებულია მეტაბოლურ მოთხოვნებსა და მოცემული ორგანიზმის გარემოზე. პროკარიოტებში გლიკოლიზი და დუღილი უზრუნველყოფს ცალკეული უჯრედის ენერგიის თითქმის ყველა საჭიროებას, თუმცა ამ ორგანიზმების ნაწილი განვითარდა ელექტრონების ტრანსპორტირების ჯაჭვები რომ მათ ამის საშუალება მისცენ გამოიყენეთ ჟანგბადი, რათა განთავისუფლდეს ATP გლიკოლიზის მეტაბოლიტებისგან (პროდუქტებისგან). პროკარიოტებში, ისევე როგორც ყველა ევკარიოტში, მაგრამ საფუარში, თუ ჟანგბადი არ არის ან უჯრედის ენერგიის საჭიროებები სრულად ვერ დაკმაყოფილდება აერობული სუნთქვის საშუალებით, პიროვატი ფერმენტაციის გზით გარდაიქმნება რძემჟავაში ფერმენტ ლაქტატ დეჰიდროგენაზას ზემოქმედებით, ან LDH

კრებების ციკლისთვის განკუთვნილი პიროვატი გადადის იქიდან ციტოპლაზმა უჯრედის ორგანელების მემბრანის გასწვრივ (ფუნქციური კომპონენტები ციტოპლაზმაში) ე.წ. მიტოქონდრია. მიტოქონდრიულ მატრიქსში მოხვედრის შემდეგ, რომელიც ერთგვარი ციტოპლაზმაა თვით მიტოქონდრიებისთვის, ის გარდაიქმნება ფერმენტის პიროვატ დეჰიდროგენაზას ზემოქმედებით სხვადასხვა სამ ნახშირბადოვან ნაერთზე, რომელსაც აცეტილ კოფერმენტს უწოდებენ ან აცეტილ CoA. ბევრი ფერმენტის ამოღება შესაძლებელია ქიმიური შემადგენლობით "-ase" სუფიქსით, რომელიც მათ აქვთ.

ამ ეტაპზე უნდა ისარგებლოთ კრებსის ციკლის დეტალურ სქემაზე, რადგან ეს ერთადერთი გზაა აზრიანად მისდევს მას; იხილეთ რესურსების მაგალითი.

კრებსის ციკლის დასახელების მიზეზი არის ის, რომ მისი ერთ-ერთი მთავარი პროდუქტი, ოქსალოაცეტატი, ასევე რეაქტიულია. ანუ, როდესაც პირავატისგან შექმნილი ორი ნახშირბადის აცეტილი CoA შემოდის ციკლში "დინების სათავედან", ის რეაგირებს ოქსალოაცეტატთან, ოთხი ნახშირბადის მოლეკულათან და ქმნის ციტრატს, ექვს ნახშირბადის მოლეკულას. ციტრატი, სიმეტრიული მოლეკულა, მოიცავს სამს კარბოქსილის ჯგუფები, რომლებსაც აქვთ ფორმა (-COOH) პროტონირებული ფორმით და (-COO-) არაპროტონირებული ფორმით. კარბოქსილის ჯგუფების სწორედ ეს სამეულია ამ ციკლის სახელწოდებას "ტრიკარბოქსილის მჟავა". სინთეზს იწვევს წყლის მოლეკულის დამატება, რის შედეგადაც ხდება ეს კონდენსაციის რეაქცია და აცეტილ CoA– ს კოენზიმის A ნაწილის დაკარგვა.

შემდეგ ციტრატი გადანაწილდება იმავე ატომების მქონე მოლეკულაში, განსხვავებული განლაგებით, რომელსაც შესაბამისად იზოციტრატი ეწოდება. ეს მოლეკულა შემდეგ გამოყოფს CO₂ გახდეს ხუთ ნახშირბადოვანი ნაერთი α-კეტოგლუტარატი და შემდეგ ეტაპზე იგივე ხდება, α- კეტოგლუტარატი კარგავს CO- ს₂ კოენზიმის A- ს აღდგენისას, succinyl CoA გახდეს. ეს ოთხი ნახშირბადის მოლეკულა ხდება სუქცინატი CoA– ს დაკარგვით, და შემდგომ ხდება მისი გადანაწილება ოთხი ნახშირბადის დეპროტონიზირებული მჟავების პროცესში: ფუმარატი, მალატი და ბოლოს ოქსალოაცეტატი.

კრებსის ციკლის ცენტრალური მოლეკულები, შესაბამისად, არის

1. აცეტილ CoA
   
2. ციტრატი
   
3. იზოციტრატი
   
4. α- კეტოგლუტარატი 
   
5. სუცილინი CoA
   
6. სუცინატი
   
7. ფუმარატი
   
8. მალათე
   
9. ოქსალოაცეტატი
   

ეს გამოტოვებს ფერმენტების სახელებს და რიგ კრიტიკულ თანა-რეაქტორებს, მათ შორის NAD + / NADH, მსგავსი მოლეკულების წყვილი FAD / FADH₂ (flavin adenine dinucleotide) და CO₂.

გაითვალისწინეთ, რომ ნახშირბადის რაოდენობა ნებისმიერ ციკლში იმავე წერტილში იგივე რჩება. ოქსალოცეტატი იღებს ნახშირბადის ორ ატომს, როდესაც ის აცეტილ CoA- სთან შერწყმულია, მაგრამ ეს ორი ატომი დაკარგა კრებსის ციკლის პირველ ნახევარში, როგორც CO₂ თანმიმდევრულ რეაქციებში, რომელშიც NAD + ასევე შემცირებულია NADH– მდე. (ქიმიაში, გარკვეულწილად გამარტივების მიზნით, შემცირების რეაქციები ემატება პროტონებს, ხოლო დაჟანგვის რეაქციები აშორებს მათ.) პროცესის მთლიანობაში გადახედვა და მხოლოდ გამოკვლევა ეს ორი, ოთხი, ხუთი და ექვს ნახშირბადოვანი რეაქტორები და პროდუქტები, დაუყოვნებლივ გასაგებია, თუ რატომ უნდა ჩაერთონ უჯრედები, მსგავსი ბიოქიმიური ეშმაკის ბორბალი, ერთი და იგივე მოსახლეობის სხვადასხვა მხედრით იტვირთება და ბორბალზე მოძრაობს, მაგრამ დღის ბოლოს არაფერი იცვლება, გარდა უამრავი მოხვევისა ბორბალი

კრებსის ციკლის დანიშნულება უფრო აშკარაა, როდესაც გადახედავთ, თუ რა ხდება ამ რეაქციებში წყალბადის იონებთან. სამ სხვადასხვა წერტილში, NAD + აგროვებს პროტონს, ხოლო განსხვავებულ წერტილში, FAD აგროვებს ორ პროტონს. იფიქრეთ პროტონებზე - პოზიტიურ და უარყოფით მუხტებზე მათი ზემოქმედების გამო - როგორც ელექტრონების წყვილი. ამ მოსაზრებით, ციკლის წერტილი არის მაღალი ენერგიის ელექტრონული წყვილების დაგროვება მცირე ნახშირბადის მოლეკულებიდან.

თქვენ შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ კრებსის ციკლში აკლია ორი კრიტიკული მოლეკულა, რომლებიც სავარაუდოდ აერობულ სუნთქვაშია: ჟანგბადი (O₂) და ATP, ენერგიის ფორმა, რომელსაც უშუალოდ იყენებენ უჯრედები და ქსოვილები სამუშაოს შესასრულებლად, როგორიცაა ზრდა, შეკეთება და ა.შ. კიდევ ერთხელ, ეს იმიტომ ხდება, რომ კრებსის ციკლი წარმოადგენს ელექტრონის ტრანსპორტირების ჯაჭვის რეაქციების ცხრილს, რომლებიც ხდება ახლომახლო, მიტოქონდრიულ მემბრანაში ვიდრე მიტოქონდრიულ მატრიქსში. ნუკლეოტიდების (NAD + და FAD) მიერ ციკლში ამოღებული ელექტრონები გამოიყენება "ქვედა დინებაში", როდესაც ისინი მიიღება ტრანსპორტირების ჯაჭვის ჟანგბადის ატომებით. Krebs– ის ციკლი ფაქტიურად აშორებს ძვირფას მასალას ერთი შეხედვით გამორჩეული წრიული კონვეიერის ქამარში და ექსპორტს ახლომდებარე გადამამუშავებელ ცენტრში, სადაც მუშაობს რეალური წარმოების ჯგუფი.

ასევე გაითვალისწინეთ, რომ კრებსის ციკლში ერთი შეხედვით ზედმეტი რეაქციები (ბოლოს და ბოლოს, რატომ უნდა გადადგათ რვა ნაბიჯი იმის მისაღწევად, რაც შეიძლება გაკეთდეს ალბათ სამ ან ოთხში?) წარმოქმნის მოლეკულებს, რომლებიც, მიუხედავად იმისა, რომ კრებსის ციკლში შუალედურია, შეიძლება რეაქტიულად იქნეს დაკავშირებული რეაქციები

ცნობისთვის, NAD იღებს პროტონს მე –3, მე –4 და მე –8 საფეხურებზე და ამ CO– ს პირველ ორში₂ დაიღვარა; გუანოზინტრიფოსფატის (GTP) მოლეკულა წარმოიქმნება მშპ – დან მე –5 ეტაპზე; და FAD იღებს ორ პროტონს მე -6 ეტაპზე. 1-ლი ნაბიჯით CoA "ტოვებს", მაგრამ "ბრუნდება" 4-ე ეტაპზე. სინამდვილეში, მხოლოდ ნაბიჯი 2, ციტრატის იზოციტრატად გადანაწილება, არის ”ჩუმი” ნახშირბადის მოლეკულების გარეთ რეაქციაში.

კრებსის ციკლის მნიშვნელობის გამო ბიოქიმიასა და ადამიანის ფიზიოლოგიაში, სტუდენტები, პროფესორები და სხვები მოვიდნენ მთელი რიგი მნემონიკით, ან სახელების დამახსოვრების ხერხებით, რაც დაეხმარება კრებებში გადადგმული ნაბიჯებისა და რეაქტორების გახსენებას. ციკლი თუ მხოლოდ ნახშირბადის რეაქტორების, შუალედური საშუალებების და პროდუქტების დამახსოვრება სურს, შესაძლებელია მათი თანმიმდევრული ნაერთების პირველი ასოებიდან მუშაობა (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; აქვე შეამჩნიეთ, რომ "კოფერმენტ A" წარმოდგენილია მცირე "c" - ით). ამ ასოებიდან შეგიძლიათ შექმნათ პიტიზირებული პერსონალიზირებული ფრაზა, მოლეკულების პირველი ასოები ფრაზის სიტყვებში პირველი ასოების როლს ასრულებს.

ამის გაკეთების უფრო დახვეწილი გზაა მნემონიკის გამოყენება, რომელიც საშუალებას გაძლევთ აკონტროლოთ ნახშირბადის რაოდენობა ატომები ყოველ ნაბიჯზე, რაც საშუალებას მოგცემთ უკეთ გააცნობიეროთ ის, რაც ხდება ბიოქიმიური თვალსაზრისით ჯერ მაგალითად, თუ ექვსი ასოთი სიტყვა დაუშვით, წარმოადგენს ექვს ნახშირბადის ოქსალოაცეტატს და შესაბამისად პატარა სიტყვები და მოლეკულები, შეგიძლიათ შექმნათ სქემა, რომელიც გამოდგება როგორც მეხსიერების მოწყობილობად, ასევე ინფორმაციად მდიდარი "ქიმიური განათლების ჟურნალის" ერთ-ერთმა თანამშრომელმა შემოგვთავაზა შემდეგი იდეა:

1. Მარტოხელა
   
2. ჩხვლეტა
   
3. ჩახლართვა 
   
4. მანგელირება
   
5. მანჟე
   
6. მანე
   
7. საღი
   
8. მღეროდა
   
9. იმღერე
   

აქ ხედავთ ექვს ასოიან სიტყვას, რომელიც ორი ასოთი სიტყვით (ან ჯგუფით) და ოთხი ასოით არის შექმნილი. მომდევნო სამი ეტაპიდან თითოეული მოიცავს ერთ ასოს ჩანაცვლებას, რომელსაც არ აქვს ასოების (ან "ნახშირბადის" დაკარგვა). შემდეგი ორი ნაბიჯი თითოეული ასო (ან, ისევ "ნახშირბადის") დაკარგვას გულისხმობს. დანარჩენი სქემა იცავს ოთხსიტყვიანი სიტყვის მოთხოვნას, ისევე, როგორც კრებსის ციკლის ბოლო საფეხურებში შედის სხვადასხვა, მჭიდროდ დაკავშირებული ოთხი ნახშირბადის მოლეკულა.

ამ კონკრეტული მოწყობილობების გარდა, შეიძლება თქვენთვის სასარგებლო აღმოჩნდეს უჯრედის სრული უჯრედის ან ნაწილის დახატვა მიტოქონდრიონი და გლიკოლიზის რეაქციების მონახაზი იმდენი დეტალებით, რამდენიც გსურთ ციტოპლაზმის ნაწილში და კრებსის ციკლში მიტოქონდრიული მატრიცის ნაწილი. ამ მონახაზში აჩვენებდით პიროვატს მიტოქონდრიის ინტერიერში, მაგრამ ასევე შეგიძლიათ დახაზოთ ისარი, რომელიც დუღილამდე მიდის, რაც ციტოპლაზმაშიც ხდება.