Кребсов циклус је олакшан

Кребсов циклус, назван по нобеловцу и физиологу Хансу Кребсу из 1953. године, је низ метаболичких реакција које се одвијају у митохондрије од еукариотске ћелије. Једноставније речено, то значи да бактерије немају ћелијску машинерију за Кребсов циклус, па је ограничена на биљке, животиње и гљиве.

Глукоза је молекул који се на крају метаболизује од живих бића да би добио енергију, у облику аденозин трифосфат или АТП. Глукоза се може чувати у телу у бројним облицима; гликоген је мало више од дугог ланца молекула глукозе који се чува у мишићним и јетреним ћелијама, док дијетални угљени хидрати, протеини и масти имају компоненте које се могу метаболизовати у глукозу као па. Када молекул глукозе уђе у ћелију, он се у цитоплазми разлаже на пируват.

Шта ће се даље догодити зависи од тога да ли пируват улази у аеробни пут дисања (уобичајени резултат) или у пут ферментације лактата (користи се у нападима вежбања високог интензитета или ускраћивања кисеоника) пре него што на крају омогући производњу АТП и ослобађање угљеника диоксид (ЦО₂) и воде (Х.₂О) као нуспроизводи.

Кребсов циклус - који се назива и циклус лимунске киселине или циклус трикарбоксилне киселине (ТЦА) - први је корак у аеробном путу и ​​он континуирано синтетише довољно супстанце назване оксалоацетат да одржи циклус, иако, као што ћете видети, ово заправо није „мисија“ циклуса. Кребсов циклус пружа и друге погодности као па. Зато што укључује неких осам реакција (и, сходно томе, девет ензима) који укључују девет различитих молекула, корисно је развити алате који ће задржати важне тачке циклуса равно у вама ум.

Глукоза је шећер од шест угљеника (хексоза) који је у природи обично у облику прстена. Као и сви моносахариди (мономери шећера), састоји се од угљеника, водоника и кисеоника у омјеру 1-2-1, са формулом Ц₆Х.₁₂О.₆. Један је од крајњих производа метаболизма протеина, угљених хидрата и масних киселина и служи као гориво у свим врстама организама, од једноћелијских бактерија до људи и већих животиња.

Гликолиза је анаеробна у строгом смислу „без кисеоника“. Односно, реакције се настављају да ли О.₂ је присутан у ћелијама или не. Пазите да ово разликујете од „кисеоника“ Не сме бити присутан, „мада је то случај са неким бактеријама које заправо убија кисеоник и познате су као обвезни анаероби.

У реакцијама гликолизе, шестокарбонска глукоза је у почетку фосфорилисана - то јест, њој је додата фосфатна група. Добијени молекул је фосфорилирани облик фруктозе (воћни шећер). Затим се овај молекул други пут фосфорилује. За сваку од ових фосфорилација потребан је молекул АТП, који се оба претварају у аденозин дифосфат или АДП. Молекул са шест угљеника се затим претвара у два молекула са три угљеника, који се брзо претварају у пируват. Успут, у обради оба молекула производе се 4 АТП уз помоћ два молекула НАД + (никотинамид аденин динуклеотид) који се претварају у два молекула НАДХ. Тако је за сваки молекул глукозе који уђе у гликолизу мрежа од два АТП, два пирувата и производе се два НАДХ, док се троше два НАД +.

Као што је претходно речено, судбина пирувата зависи од метаболичких захтева и околине дотичног организма. Код прокариота, гликолиза и ферментација пружају готово све енергетске потребе појединачне ћелије, иако су неки од ових организама еволуирали ланци за транспорт електрона који им омогућавају да искористите кисеоник за ослобађање АТП из метаболита (производа) гликолизе. Код прокариота као и код свих еукариота, осим код квасца, ако нема доступног кисеоника или ако ћелијске енергетске потребе не могу бити у потпуности задовољене аеробним дисањем пируват се ферментацијом претвара у млечну киселину под утицајем ензима лактат дехидрогеназе, или ЛДХ.

Пируват намењен Кребсовом циклусу креће се из цитоплазме преко мембране ћелијских органела (функционалне компоненте у цитоплазми) тзв митохондрије. Једном у митохондријалном матриксу, који је нека врста цитоплазме за саме митохондрије, претвара се под утицајем ензима пируват дехидрогеназе на различито једињење од три угљеника названо ацетил коензим А или ацетил ЦоА. Многи ензими се могу издвојити из хемијске линије због суфикса "-асе" који деле.

У овом тренутку требали бисте искористити дијаграм који детаљно описује Кребсов циклус, јер је то једини начин да се смислено прати; за пример погледајте Ресурсе.

Разлог због којег је Кребсов циклус именован као такав је тај што је један од његових главних производа, оксалоацетат, такође реактант. Односно, када двокарбонски ацетил ЦоА створен од пирувата улази у циклус „узводно“, он реагује са оксалоацетатом, молекулом од четири угљеника, и формира цитрат, молекул са шест угљеника. Цитрат, симетрични молекул, укључује три карбоксилне групе, који имају облик (-ЦООХ) у свом протонираном облику и (-ЦОО-) у свом нетонираном облику. Управо овај трио карбоксилних група даје овом циклусу назив „трикарбоксилна киселина“. Синтеза се покреће додавањем молекула воде, чинећи ово реакцијом кондензације и губитком дела коензима А ацетил ЦоА.

Цитрат се затим преуређује у молекул са истим атомима у другом распореду, који се прикладно назива изоцитрат. Овај молекул тада даје ЦО₂ да постане једињење са пет угљеника α-кетоглутарат, а у следећем кораку се исто дешава, при чему α-кетоглутарат губи ЦО₂ док враћа коензим А да постане сукцинил ЦоА. Овај молекул са четири угљеника постаје сукцинат са губитком ЦоА, а затим се преуређује у поворку депротонираних киселина са четири угљеника: фумарата, малата и на крају оксалоацетата.

Централни молекули Кребсовог циклуса су, онда, редом

1. Ацетил ЦоА
   
2. Цитрат
   
3. Исоцитрате
   
4. α-кетоглутарат 
   
5. Суццинил ЦоА
   
6. Сукцинат
   
7. Фумарате
   
8. Малате
   
9. Оксалоацетат
   

Овим су изостављена имена ензима и број критичних ко-реактаната, међу њима НАД + / НАДХ, сличан пар молекула ФАД / ФАДХ₂ (флавин аденин динуклеотид) и ЦО₂.

Имајте на уму да количина угљеника у истој тачки у било ком циклусу остаје иста. Оксалоацетат узима два атома угљеника када се комбинује са ацетил ЦоА, али ова два атома се губе у првој половини Кребсовог циклуса као ЦО₂ у узастопним реакцијама у којима се НАД + такође своди на НАДХ. (У хемији, ради поједностављења, реакцијама редукције додају се протони, док их реакције оксидације уклањају.) Гледајући процес у целини и испитујући само ови реактанти и производи са два, четири, пет и шест угљеника, није одмах јасно зашто би се ћелије бавиле нечим попут подсећања на биохемијски Феррис точак, са различитим возачима из исте популације који се утоварују и силазе са волана, али на крају дана се ништа не мења, осим великог броја завоја точак.

Сврха Кребсовог циклуса је очигледнија када се погледа шта се дешава са водоник-јонима у овим реакцијама. У три различите тачке, НАД + сакупља протон, а у другој тачки, ФАД сакупља два протона. Протоне - због њиховог утицаја на позитивне и негативне наелектрисања - замислите као парове електрона. Са овог гледишта, тачка циклуса је акумулација високоенергетских електронских парова из малих молекула угљеника.

Можда ћете приметити да из Кребсовог циклуса недостају два критична молекула за која се очекује да ће бити присутна у аеробном дисању: Кисеоник (О₂) и АТП, облик енергије који ћелије и ткива директно користе за обављање послова попут раста, поправке и тако даље. Поново, то је зато што је Кребсов циклус постављач столова за ланчане реакције транспорта електрона које се јављају у близини, у митохондријској мембрани, а не у митохондријској матрици. Електрони прикупљени нуклеотидима (НАД + и ФАД) у циклусу се користе „низводно“ када их прихвате атоми кисеоника у транспортном ланцу. Кребсов циклус у ствари уклања драгоцени материјал на наизглед неупадљивом кружном транспортном траку и извози га у оближњи процесни центар где ради прави производни тим.

Такође имајте на уму да су наизглед непотребне реакције у Кребсовом циклусу (уосталом, зашто предузети осам корака да би се постигло оно што би се могло учинити у можда три или четири?) генеришу молекуле који, иако међупродукти у Кребсовом циклусу, могу послужити као реактанти у неповезаним реакције.

За референцу, НАД прихвата протоне у корацима 3, 4 и 8, и у прва два од ових ЦО₂ је проливен; молекул гванозин трифосфата (ГТП) се производи из БДП-а у кораку 5; а ФАД прихвата два протона у кораку 6. У кораку 1, ЦоА „одлази“, али се „враћа“ у кораку 4. У ствари, само је корак 2, преуређивање цитрата у изоцитрат, „тих“ изван молекула угљеника у реакцији.

Због важности Кребсовог циклуса у биохемији и људској физиологији, дошли су студенти, професори и други са бројним мнемотехникама или начинима памћења имена, који помажу у памћењу степеница и реактаната у Кребсу циклус. Ако се жели само сетити угљеничних реактаната, интермедијара и производа, могуће је радити од првих слова узастопних једињења онако како се појављују (О, Ац, Ц, И, К, Сц, С, Ф, М; овде приметите да је „коензим А“ представљен малим „ц“). Од ових слова можете створити врло персонализовану фразу, с тим што ће прва слова молекула служити као прва слова у речима фразе.

Софистициранији начин да се ово уради је употреба мнемотехнике која вам омогућава да пратите број угљеника атома на сваком кораку, што вам може омогућити да уопште боље интернализујете оно што се дешава са биохемијског становишта пута. На пример, ако пустите да реч од шест слова представља шестокарбонски оксалоацетат, и сходно томе мање речи и молекуле, можете да направите шему која је корисна и као меморијски уређај и као информација богат. Један од сарадника „Јоурнал оф Цхемицал Едуцатион“ предложио је следећа идеја:

1. Једно
   
2. Трнци
   
3. Тангле 
   
4. Мангле
   
5. Манге
   
6. Грива
   
7. Сане
   
8. Санг
   
9. Певај
   

Овде видите реч од шест слова коју чине реч од два слова (или група) и реч од четири слова. Сваки од следећа три корака укључује замену једним словом без губитка слова (или „угљеника“). Следећа два корака укључују губитак слова (или, опет, „угљеника“). Остатак шеме чува захтев за реч од четири слова на исти начин на који последњи кораци Кребсовог циклуса укључују различите, блиско повезане молекуле од четири угљеника.

Поред ових специфичних уређаја, можда ће вам бити корисно да нацртате себи целу ћелију или део ћелије који окружује митохондриона, и скицирајте реакције гликолизе онолико детаљно колико желите у делу цитоплазме и Кребсовом циклусу у митохондријски део матрице. На овој скици бисте приказали како се пируват убацује у унутрашњост митохондрија, али такође можете нацртати стрелицу која води до ферментације, која се такође јавља у цитоплазми.