Krebso ciklas tapo lengvas

Krebso ciklas, pavadintas 1953 m. Nobelio premijos laureato ir fiziologo Hanso Krebso vardu, yra medžiagų apykaitos reakcijų, vykstančių mitochondrijos apie eukariotinės ląstelės. Paprasčiau tariant, tai reiškia, kad bakterijos neturi ląstelių mechanizmo Krebso ciklui, todėl jis apsiriboja augalais, gyvūnais ir grybais.

Gliukozė yra molekulė, kurią galiausiai metabolizuoja gyvi daiktai, kad gautų energiją adenozino trifosfatas arba ATP. Gliukozę organizme galima laikyti įvairiomis formomis; glikogenas yra šiek tiek daugiau nei ilga gliukozės molekulių grandinė, kuri yra kaupiama raumenų ir kepenų ląstelėse, maistiniai angliavandeniai, baltymai ir riebalai turi komponentų, kuriuos galima metabolizuoti į gliukozę kaip gerai. Kai gliukozės molekulė patenka į ląstelę, ji citoplazmoje suskaidoma į piruvatą.

Kas bus toliau, priklauso nuo to, ar piruvatas pateks į aerobinio kvėpavimo kelią (įprastas rezultatas), ar laktato fermentacijos kelią (naudojamas didelio intensyvumo fizinio krūvio ar deguonies stokos metu), kol galiausiai leidžiama gaminti ATP ir išskirti anglį dioksidas (CO

Krebso ciklas, dar vadinamas citrinos rūgšties ciklu arba trikarboksirūgšties (TCA) ciklu, yra pirmasis aerobinio kelio žingsnis ir jis veikia nuolat sintetindamas pakanka medžiagos, vadinamos oksaloacetatu, kad ciklas išliktų, nors, kaip pamatysite, tai tikrai nėra ciklo „misija“. Krebso ciklas teikia ir kitų privalumų gerai. Nes tai apima aštuonias reakcijas (ir atitinkamai devynis fermentus), kuriose dalyvauja devyni skirtingi molekules, naudinga sukurti įrankius, kad svarbūs ciklo taškai išliktų tiesūs jūsų protas.

Gliukozė yra šešių anglių (heksozės) cukrus, kuris gamtoje paprastai būna žiedo formos. Kaip ir visus monosacharidus (cukraus monomerus), jis susideda iš anglies, vandenilio ir deguonies 1-2-1 santykiu, kurio formulė C₆H₁₂O₆. Tai yra vienas iš baltymų, angliavandenių ir riebalų rūgščių metabolizmo galutinių produktų ir tarnauja kaip kuras kiekvienam organizmo tipui - nuo vienaląsčių bakterijų iki žmonių ir didesnių gyvūnų.

Glikolizė yra anaerobinis griežta „be deguonies“ prasme. Tai yra, reakcijos vyksta toliau, ar O₂ yra ląstelėse arba ne. Būkite atsargūs, kad atskirtumėte tai nuo deguonies neturi būti „nors tai yra kai kurių bakterijų, kurias faktiškai sunaikina deguonis ir kurios yra žinomos kaip privalomi anaerobai.

Vykdant glikolizės reakcijas, iš pradžių anglies dvideginio gliukozė fosforilinama - tai yra prie jos pridėta fosfatų grupė. Gauta molekulė yra fosforilinta fruktozės (vaisių cukraus) forma. Tada ši molekulė fosforilinama antrą kartą. Kiekvienai iš šių fosforilinimų reikia ATP molekulės, kurios abi virsta adenozino difosfatu arba ADP. Tada šešių anglių molekulė paverčiama dviem trijų anglių molekulėmis, kurios greitai virsta piruvatu. Kartu, apdorojant abi molekules, 4 ATP yra gaminami pasitelkus dvi NAD + (nikotinamido adenino dinukleotido) molekules, kurios yra paverstos dviem NADH molekulėmis. Taigi kiekvienai gliukozės molekulei, kuri patenka į glikolizę, yra du ATP, du piruvatai ir gaminami du NADH, tuo tarpu vartojami du NADH.

Kaip minėta anksčiau, piruvato likimas priklauso nuo metabolizmo poreikių ir atitinkamo organizmo aplinkos. Prokariotuose glikolizė ir fermentacija patenkina beveik visus vienos ląstelės energijos poreikius, nors kai kurie iš šių organizmų išsivystė elektronų perdavimo grandinės kurie jiems leidžia panaudoti deguonį, kad išsiskirtų ATP iš glikolizės metabolitų (produktų). Prokariotuose, taip pat visuose eukariotuose, išskyrus mieles, jei nėra deguonies arba jei negalima visiškai patenkinti ląstelės energijos poreikių per aerobinį kvėpavimą piruvatas fermentacijos būdu virsta pieno rūgštimi, veikiamas fermento laktato dehidrogenazės, arba LDH.

Krebso ciklui skirtas piruvatas juda nuo citoplazma per ląstelės organelių membraną (funkciniai komponentai citoplazmoje) vadinamos mitochondrijos. Patekęs į mitochondrijų matricą, kuri yra tam tikra pačių mitochondrijų citoplazma, ji paverčiama fermento piruvato dehidrogenazės įtakoje kitam trijų anglies junginiui, vadinamam acetilo kofermentu A arba acetilo CoA. Daugelis fermentų gali būti išskirti iš cheminės sudėties dėl „-ase“ priesagos, kurį jie naudoja.

Šiuo metu turėtumėte pasinaudoti diagrama, kurioje išsamiai aprašytas Krebso ciklas, nes tai yra vienintelis būdas prasmingai sekti paskui; žr. išteklių pavyzdį.

Krebso ciklas vadinamas tokiu, kad vienas iš pagrindinių jo produktų, oksaloacetatas, taip pat yra reagentas. Tai yra, kai iš piruvato sukurtas dviejų anglių acetilo CoA patenka į ciklą iš „prieš srovę“, jis reaguoja su oksaloacetatu, keturių anglių molekule, ir sudaro citratą, šešių anglių molekulę. Citratas, simetriška molekulė, apima tris karboksilo grupės, kurių forma (-COOH) yra protonuotoje formoje, ir (-COO-) neprotonuotoje formoje. Būtent ši karboksilo grupių trijulė šiam ciklui suteikia pavadinimą „trikarboksirūgštis“. Sintezę lemia vandens molekulės pridėjimas, todėl susidaro kondensacijos reakcija ir prarandama acetilinio CoA kofermento A dalis.

Tada citratas pertvarkomas į molekulę, turinčią tuos pačius atomus, skirtingoje išdėstyme, kuri tinkamai vadinama izocitratu. Tada ši molekulė išskiria CO₂ tapti penkių anglių junginiu α-ketoglutaratu, o kitame etape įvyksta tas pats, kai α-ketoglutaratas praranda CO₂ atgaunant kofermentą A, kad jis taptų sukciniliniu CoA. Ši keturių anglių molekulė, praradusi CoA, tampa sukcinuota, o vėliau pertvarkoma į keturių anglių deprotonuotų rūgščių: fumarato, malato ir galiausiai oksaloacetato procesiją.

Tada centrinės Krebso ciklo molekulės yra

1. Acetil CoA
   
2. Citratas
   
3. Izocitratas
   
4. α-ketoglutaratas 
   
5. Sukcinilo CoA
   
6. Sukcinatas
   
7. Fumaratas
   
8. Malatas
   
9. Oksaloacetatas
   

Tai nereikalauja fermentų pavadinimų ir daugybės kritinių reaktantų, tarp jų NAD + / NADH, panašios molekulių poros FAD / FADH₂ (flavino adenino dinukleotidas) ir CO₂.

Atkreipkite dėmesį, kad anglies kiekis tame pačiame taške bet kuriame cikle išlieka tas pats. Derindamas su acetil CoA, oksaloacetatas pasiima du anglies atomus, tačiau šie du atomai prarandami pirmojoje Krebso ciklo pusėje kaip CO₂ iš eilės vykstančiose reakcijose, kurių metu NAD + taip pat sumažėja iki NADH. (Chemijoje, norint šiek tiek supaprastinti, redukcijos reakcijos prideda protonus, o oksidacijos reakcijos juos pašalina.) Žvelgiant į procesą kaip visumą ir tik nagrinėjant šių dviejų, keturių, penkių ir šešių anglies reagentų ir produktų, iš karto nėra aišku, kodėl ląstelės užsiimtų panašiu į biocheminį Ferris ratas, ant kurio ir to paties rato pakraunami skirtingi tos pačios populiacijos vairuotojai, tačiau dienos pabaigoje niekas nesikeičia, išskyrus labai daug rato posūkių. ratas.

Krebso ciklo tikslas yra akivaizdesnis, kai pažiūri, kas vyksta vandenilio jonais šiose reakcijose. Trijuose skirtinguose taškuose NAD + renka protoną, o kitame taške - du protonus. Pagalvokite apie protonus - dėl jų poveikio teigiamiems ir neigiamiems krūviams - kaip elektronų poras. Šiuo požiūriu ciklo esmė yra didelės energijos elektronų porų kaupimasis iš mažų anglies molekulių.

Galite pastebėti, kad Krebso cikle trūksta dviejų kritinių molekulių, kurios, tikimasi, yra aerobiniame kvėpavime: deguonis (O₂) ir ATP - energijos, kurią ląstelės ir audiniai tiesiogiai naudoja tokiems darbams kaip augimas, taisymas ir pan., forma. Vėlgi, taip yra todėl, kad Krebso ciklas yra lentelių rinkinys elektronų pernašos grandinės reakcijoms, kurios vyksta netoliese, mitochondrijų membranoje, o ne mitochondrijų matricoje. Elektronai, surinkti nukleotidų (NAD + ir FAD) cikle, naudojami „pasroviui“, kai juos priima deguonies atomai transporto grandinėje. Iš tikrųjų Krebso ciklas pašalina vertingą medžiagą iš pažiūros niekuo neišsiskiriančiame apskrito konvejerio juostoje ir eksportuoja jas į netoliese esantį perdirbimo centrą, kuriame dirba tikroji gamybos komanda.

Taip pat atkreipkite dėmesį, kad iš pažiūros nereikalingos Krebso ciklo reakcijos (juk kodėl reikia atlikti aštuonis žingsnius, norint įvykdyti tai, kas gali būti padaryta galbūt trijose ar keturiose?) generuoja molekules, kurios, nors ir yra Krebso ciklo tarpinės, gali veikti kaip reagentai nesusijusiuose reakcijos.

Kaip pavyzdį, NAD priima protoną 3, 4 ir 8 žingsniuose ir pirmuose dviejuose iš šių CO₂ yra išlietas; 5 pakopoje iš BVP gaminama guanozino trifosfato (GTP) molekulė; ir FAD priima du protonus 6 žingsnyje. 1 veiksme CoA „išeina“, bet „grįžta“ atlikdamas 4 veiksmą. Tiesą sakant, tik 2 žingsnis, citrato pertvarkymas į izocitratą, reakcijos metu „netyla“ už anglies molekulių ribų.

Dėl Krebso ciklo svarbos biochemijoje ir žmogaus fiziologijoje atvyko studentai, dėstytojai ir kiti daugybė mnemonikų arba būdų atsiminti vardus, kurie padės prisiminti Krebso žingsnius ir reagentus ciklas. Jei norite prisiminti tik anglies reagentus, tarpinius produktus ir produktus, galima dirbti iš pirmųjų vienas po kito einančių junginių raidžių (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; atkreipkite dėmesį, kad „kofermentą A“ žymi mažas „c“). Iš šių raidžių galite sukurti suasmenintą frazę, kurioje pirmosios molekulių raidės tarnauja kaip pirmosios frazės žodžių raidės.

Įmantresnis būdas tai padaryti yra naudoti mnemoniką, leidžiančią sekti anglies kiekį atomus kiekviename žingsnyje, o tai gali leisti jums geriau internalizuoti tai, kas vyksta, iš viso biocheminiu požiūriu laikai. Pavyzdžiui, jei leidžiate šešių raidžių žodį žymėti šešių anglių oksaloacetatą ir atitinkamai mažesnių žodžių ir molekulių, galite sukurti schemą, kuri būtų naudinga ir kaip atminties įrenginys, ir kaip informacija turtingas. Vienas iš „Journal of Chemical Education“ bendradarbių pasiūlė tokia idėja:

1. Vienišas
   
2. Tingle
   
3. Raizginys 
   
4. Mangle
   
5. Mange
   
6. Manė
   
7. Sane
   
8. Giedojo
   
9. Dainuoti
   

Čia matote šešių raidžių žodį, sudarytą iš dviejų raidžių žodžio (arba grupės) ir keturių raidžių. Kiekviename iš kitų trijų žingsnių yra vienas raidės pakeitimas, neprarandant raidžių (arba „anglies“). Kiti du veiksmai apima raidės (arba vėl „anglies“) praradimą. Likusi schema išsaugo keturių raidžių žodžių reikalavimą taip pat, kaip paskutiniai Krebso ciklo žingsniai apima skirtingas, glaudžiai susijusias keturių anglies molekules.

Be šių konkrečių prietaisų, jums gali būti naudinga nupiešti visą langelį ar jo dalį, supančią a mitochondriją ir nupiešti glikolizės reakcijas kiek įmanoma išsamiau citoplazmos dalyje ir Krebso cikle. mitochondrijų matricos dalis. Šiame eskize jūs parodysite, kaip piruvatas patenka į mitochondrijų vidų, tačiau taip pat galite nupiešti rodyklę, vedančią į fermentaciją, kuri taip pat vyksta citoplazmoje.