วงจร Krebs ทำได้ง่าย

วัฏจักร Krebs ซึ่งตั้งชื่อตาม Hans Krebs ผู้ได้รับรางวัลโนเบลและนักสรีรวิทยาในปี 1953 เป็นชุดของปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมที่เกิดขึ้นใน ไมโตคอนเดรีย ของ เซลล์ยูคาริโอต. พูดง่ายๆ ก็คือ แบคทีเรียไม่มีกลไกระดับเซลล์สำหรับวงจร Krebs ดังนั้นจึงจำกัดเฉพาะพืช สัตว์ และเชื้อรา

กลูโคสเป็นโมเลกุลที่ถูกเผาผลาญในที่สุดโดยสิ่งมีชีวิตเพื่อให้ได้พลังงานในรูปของ อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต หรือ ATP. กลูโคสสามารถเก็บไว้ในร่างกายได้หลายรูปแบบ ไกลโคเจนเป็นมากกว่าสายโซ่ยาวของโมเลกุลกลูโคสที่เก็บไว้ในเซลล์กล้ามเนื้อและตับ ในขณะที่อาหารจำพวกคาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน มีส่วนประกอบที่สามารถเผาผลาญเป็นกลูโคสได้เช่น ดี. เมื่อโมเลกุลของกลูโคสเข้าสู่เซลล์ มันจะแตกตัวในไซโตพลาสซึมเป็นไพรูเวต

สิ่งที่เกิดขึ้นต่อไปขึ้นอยู่กับว่าไพรูเวตเข้าสู่เส้นทางการหายใจแบบแอโรบิก (ผลปกติ) หรือเส้นทางการหมักแลคเตท (ใช้ในอุบัติการณ์ของการออกกำลังกายที่มีความเข้มข้นสูงหรือการกีดกันออกซิเจน) ก่อนที่มันจะทำให้เกิดการผลิต ATP และการปล่อยคาร์บอนในที่สุด ไดออกไซด์ (CO₂) และน้ำ (H₂O) เป็นผลพลอยได้

วัฏจักร Krebs หรือที่เรียกว่าวัฏจักรกรดซิตริกหรือวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (TCA) เป็นขั้นตอนแรกในวิถีแอโรบิก และจะดำเนินการสังเคราะห์อย่างต่อเนื่อง สารที่เรียกว่า oxaloacetate เพียงพอที่จะทำให้วัฏจักรดำเนินต่อไป แม้ว่าอย่างที่คุณเห็น นี่ไม่ใช่ "ภารกิจ" ของวัฏจักรจริงๆ วงจร Krebs ให้ประโยชน์อื่นๆ เช่น ดี. เพราะมันประกอบด้วยปฏิกิริยาแปดอย่าง (และเอ็นไซม์เก้าตัวตามลำดับ) ที่เกี่ยวข้องกับความแตกต่างเก้าประการ nine โมเลกุล จะเป็นประโยชน์ในการพัฒนาเครื่องมือเพื่อให้จุดสำคัญของวัฏจักรตรงในของคุณ ใจ.

กลูโคสเป็นน้ำตาลหกคาร์บอน (เฮกโซส) ซึ่งในธรรมชาติมักจะอยู่ในรูปแบบของวงแหวน เช่นเดียวกับโมโนแซ็กคาไรด์ (โมโนเมอร์น้ำตาล) ประกอบด้วยคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจนในอัตราส่วน 1-2-1 โดยมีสูตร C₆โฮ₁₂โอ₆. มันเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการเผาผลาญโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และกรดไขมัน และทำหน้าที่เป็นเชื้อเพลิงในสิ่งมีชีวิตทุกประเภทตั้งแต่แบคทีเรียเซลล์เดียวไปจนถึงมนุษย์และสัตว์ขนาดใหญ่

ไกลโคไลซิส เป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนในความหมายที่เข้มงวดของ "ไม่มีออกซิเจน" นั่นคือปฏิกิริยาดำเนินไปว่าO₂ มีอยู่ในเซลล์หรือไม่ ระวังแยกสิ่งนี้ออกจาก "ออกซิเจน จะต้องไม่ ในปัจจุบัน" แม้ว่าจะเป็นกรณีนี้กับแบคทีเรียบางชนิดที่จริง ๆ แล้วถูกฆ่าโดยออกซิเจนและเป็นที่รู้จักกันในนาม anaerobes บังคับ

ในปฏิกิริยาของไกลโคไลซิส กลูโคส 6 คาร์บอนจะถูกฟอสโฟรีเลตในขั้นต้น กล่าวคือ มีหมู่ฟอสเฟตติดอยู่ โมเลกุลที่ได้คือฟรุกโตสรูปแบบฟอสฟอรีเลต (น้ำตาลผลไม้) โมเลกุลนี้จะถูกฟอสโฟรีเลตเป็นครั้งที่สอง ฟอสโฟรีเลชั่นแต่ละตัวต้องการโมเลกุลของ ATP ซึ่งทั้งสองอย่างนี้จะถูกแปลงเป็นอะดีโนซีนไดฟอสเฟตหรือ ADP จากนั้นโมเลกุลคาร์บอน 6 ตัวจะถูกแปลงเป็นโมเลกุลสามคาร์บอนสองโมเลกุล ซึ่งจะถูกแปลงเป็นไพรูเวตอย่างรวดเร็ว ระหว่างทาง ในการประมวลผลของโมเลกุลทั้งสองนั้น 4 ATP ถูกผลิตขึ้นโดยใช้ NAD+ สองโมเลกุล (nicotinamide adenine dinucleotide) ที่ถูกแปลงเป็น NADH สองโมเลกุล ดังนั้นสำหรับทุกโมเลกุลของกลูโคสที่เข้าสู่ไกลโคไลซิส, ตาข่ายของ ATP สองตัว, ไพรูเวท 2 ตัวและ ผลิต NADH สองรายการ ในขณะที่บริโภค NAD+ สองรายการ.

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ชะตากรรมของไพรูเวตขึ้นอยู่กับความต้องการเมตาบอลิซึมและสภาพแวดล้อมของสิ่งมีชีวิตที่เป็นปัญหา ในโปรคาริโอต glycolysis plus fermentation ช่วยให้เซลล์เดียวมีความต้องการพลังงานเกือบทั้งหมด แม้ว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้บางส่วนจะมีวิวัฒนาการ โซ่ขนส่งอิเล็กตรอน ที่ทำให้พวกเขาสามารถ ใช้ออกซิเจนเพื่อปลดปล่อย ATP จากสารเมตาโบไลต์ (ผลิตภัณฑ์) ของไกลโคไลซิส. ในโปรคาริโอตเช่นเดียวกับในยูคาริโอตทั้งหมด แต่ยีสต์ หากไม่มีออกซิเจนหรือหากเซลล์ต้องการพลังงานไม่เพียงพอ ผ่านการหายใจแบบใช้ออกซิเจน ไพรูเวตจะถูกแปลงเป็นกรดแลคติกผ่านการหมักภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์แลคเตท ดีไฮโดรจีเนส หรือ แอลดีเอช.

Pyruvate กำหนดไว้สำหรับวัฏจักร Krebs จาก moves ไซโตพลาสซึม ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ออร์แกเนลล์ (ส่วนประกอบที่ทำงานในไซโตพลาสซึม) เรียกว่า ไมโตคอนเดรีย. เมื่ออยู่ใน mitochondrial matrix ซึ่งเป็นไซโตพลาสซึมสำหรับไมโตคอนเดรียเอง จะถูกแปลง ภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ไพรูเวตดีไฮโดรจีเนสกับสารประกอบคาร์บอนสามชนิดที่เรียกว่าอะเซทิลโคเอ็นไซม์ เอ or อะเซทิลโคเอ. สามารถเลือกเอนไซม์จำนวนมากจากกลุ่มผลิตภัณฑ์เคมีได้เนื่องจากส่วนต่อท้าย "-ase" ที่พวกมันใช้ร่วมกัน

ณ จุดนี้คุณควรใช้ประโยชน์จากไดอะแกรมที่มีรายละเอียดเกี่ยวกับวงจร Krebs เนื่องจากเป็นวิธีเดียวที่จะปฏิบัติตามอย่างมีความหมาย ดูทรัพยากรสำหรับตัวอย่าง

เหตุผลที่วงจร Krebs ถูกตั้งชื่อเช่นนี้ก็เพราะว่าหนึ่งในผลิตภัณฑ์หลักของบริษัทคือออกซาโลอะซีเตต (oxaloacetate) เป็นสารตั้งต้นเช่นกัน นั่นคือเมื่อ acetyl CoA สองคาร์บอนที่สร้างขึ้นจากไพรูเวตเข้าสู่วัฏจักรจาก "ต้นน้ำ" มันจะทำปฏิกิริยากับออกซาโลอะซิเตตซึ่งเป็นโมเลกุลสี่คาร์บอนและก่อตัวเป็นซิเตรตซึ่งเป็นโมเลกุลหกคาร์บอน ซิเตรตซึ่งเป็นโมเลกุลสมมาตรประกอบด้วยสาม กลุ่มคาร์บอกซิลซึ่งมีรูปแบบ (-COOH) ในรูปแบบโปรตอนและ (-COO-) ในรูปแบบที่ไม่มีโปรตอน กลุ่มคาร์บอกซิลทั้งสามกลุ่มนี้ใช้ชื่อ "กรดไตรคาร์บอกซิลิก" กับวงจรนี้ การสังเคราะห์ถูกขับเคลื่อนโดยการเพิ่มโมเลกุลของน้ำ ทำให้เกิดปฏิกิริยาควบแน่น และการสูญเสียโคเอ็นไซม์ A ส่วนหนึ่งของ acetyl CoA

จากนั้นซิเตรตจะถูกจัดเรียงใหม่เป็นโมเลกุลที่มีอะตอมเดียวกันในการจัดเรียงที่แตกต่างกัน ซึ่งเรียกว่าไอโซซิเตรตอย่างเหมาะสม โมเลกุลนี้จะปล่อยCO₂ จะกลายเป็นสารประกอบห้าคาร์บอน α-ketoglutarate และในขั้นตอนต่อไป สิ่งเดียวกันก็เกิดขึ้น โดย α-ketoglutarate จะสูญเสีย CO₂ ในขณะที่ได้โคเอ็นไซม์ A กลับมาเป็น succinyl CoA โมเลกุลคาร์บอนสี่ตัวนี้จะถูกหลอมรวมเข้ากับการสูญเสีย CoA และต่อมาถูกจัดเรียงใหม่เป็นขบวนของกรดสี่คาร์บอนที่ลดโปรตอน ได้แก่ ฟูมาเรต มาเลต และสุดท้ายออกซาโลอะซีเตต

โมเลกุลศูนย์กลางของวัฏจักรเครบส์ ตามลำดับ คือ

1. Acetyl CoA
   
2. ซิเตรต
   
3. ไอโซซิเตรต
   
4. α-ketoglutarate 
   
5. Succinyl CoA
   
6. ซัคซิเนต
   
7. ฟูมาเรต
   
8. มาลาเต
   
9. ออกซาโลอะซิเตต
   

สิ่งนี้ละเว้นชื่อของเอนไซม์และสารตัวทำปฏิกิริยาร่วมที่สำคัญจำนวนหนึ่ง ในหมู่พวกเขา NAD+/NADH ซึ่งเป็นคู่โมเลกุลที่คล้ายกัน FAD/FADH₂ (ฟลาวิน อะดีนีน ไดนิวคลีโอไทด์) และ CO₂.

โปรดทราบว่าปริมาณคาร์บอนที่จุดเดียวกันในรอบใด ๆ ยังคงเท่าเดิม Oxaloacetate จับอะตอมของคาร์บอนสองอะตอมเมื่อรวมกับ acetyl CoA แต่อะตอมทั้งสองนี้จะหายไปในครึ่งแรกของวงจร Krebs เป็น CO₂ ในปฏิกิริยาต่อเนื่องซึ่ง NAD+ จะลดลงเป็น NADH ด้วย (ในทางเคมี เพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้นบ้าง ปฏิกิริยารีดักชันจะเพิ่มโปรตอนในขณะที่ปฏิกิริยาออกซิเดชันจะกำจัดพวกมันออกไป) พิจารณากระบวนการโดยรวมและตรวจสอบเท่านั้น สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์สอง สี่ ห้าและหกคาร์บอนเหล่านี้ ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าทำไมเซลล์ถึงมีส่วนร่วมในสิ่งที่คล้ายกับเฟอร์ริสทางชีวเคมี ล้อ โดยมีผู้ขับขี่ที่แตกต่างจากประชากรกลุ่มเดียวกันถูกโหลดขึ้นและลงจากล้อ แต่ไม่มีอะไรเปลี่ยนแปลงในตอนท้ายของวัน ยกเว้นการเลี้ยวหลายรอบมาก ล้อ.

จุดประสงค์ของวัฏจักรเครบส์นั้นชัดเจนมากขึ้นเมื่อคุณดูว่าเกิดอะไรขึ้นกับไฮโดรเจนไอออนในปฏิกิริยาเหล่านี้ ที่จุดที่แตกต่างกันสามจุด NAD+ จะรวบรวมโปรตอน และที่จุดที่แตกต่างกัน FAD จะรวบรวมโปรตอนสองตัว ลองนึกถึงโปรตอน - เนื่องจากผลกระทบของพวกมันต่อประจุบวกและประจุลบ - เป็นคู่ของอิเล็กตรอน ในมุมมองนี้ ประเด็นของวัฏจักรคือการสะสมคู่อิเล็กตรอนพลังงานสูงจากโมเลกุลคาร์บอนขนาดเล็ก

คุณอาจสังเกตเห็นว่าสองโมเลกุลที่สำคัญที่คาดว่าจะมีอยู่ในการหายใจแบบใช้ออกซิเจนหายไปจากวงจร Krebs: ออกซิเจน (O₂) และ ATP ซึ่งเป็นรูปแบบของพลังงานที่เซลล์และเนื้อเยื่อนำไปใช้โดยตรงในการทำงาน เช่น การเจริญเติบโต การซ่อมแซม เป็นต้น อีกครั้ง เนื่องจากวัฏจักร Krebs เป็นตัวกำหนดตารางสำหรับปฏิกิริยาลูกโซ่ขนส่งอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียง ในเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียมากกว่าในเมทริกซ์ยล อิเล็กตรอนที่เก็บเกี่ยวโดยนิวคลีโอไทด์ (NAD+ และ FAD) ในวงจรจะใช้ "ปลายน้ำ" เมื่ออะตอมออกซิเจนยอมรับในห่วงโซ่การขนส่ง วงจรของ Krebs จะดึงเอาวัสดุที่มีค่าในสายพานลำเลียงแบบวงกลมที่ดูไม่ธรรมดาออกไป และส่งออกไปยังศูนย์ประมวลผลที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งทีมผู้ผลิตจริงกำลังทำงานอยู่

พึงทราบด้วยว่าปฏิกิริยาที่ดูเหมือนไม่จำเป็นในวงจร Krebs (เพราะเหตุใดจึงต้องทำแปดขั้นตอนเพื่อทำสิ่งที่อาจทำได้สำเร็จ ในบางทีสามหรือสี่?) สร้างโมเลกุลที่แม้ว่าตัวกลางในวงจร Krebs สามารถทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นในที่ไม่เกี่ยวข้องกัน ปฏิกิริยา

สำหรับการอ้างอิง NAD ยอมรับโปรตอนในขั้นตอนที่ 3, 4 และ 8 และในสองแรกของCO .เหล่านี้₂ เป็นเพิง; โมเลกุลของกัวโนซีนไตรฟอสเฟต (GTP) ผลิตจาก GDP ในขั้นตอนที่ 5 และ FAD รับโปรตอนสองตัวที่ขั้นตอนที่ 6 ในขั้นตอนที่ 1 CoA "ออกจาก" แต่ "ส่งคืน" ในขั้นตอนที่ 4 อันที่จริง เฉพาะขั้นตอนที่ 2 เท่านั้น การจัดเรียงใหม่ของซิเตรตเป็นไอโซซิเตรต นั้น "เงียบ" นอกโมเลกุลคาร์บอนในปฏิกิริยา

เนื่องจากความสำคัญของวงจร Krebs ในชีวเคมีและสรีรวิทยาของมนุษย์ นักศึกษา อาจารย์ และคนอื่นๆ ได้มาถึงแล้ว ขึ้นด้วยจำนวนคำช่วยจำหรือวิธีจำชื่อ เพื่อช่วยจำขั้นตอนและสารตั้งต้นในเครบส์ วงจร หากใครประสงค์จะจำเฉพาะตัวทำปฏิกิริยาคาร์บอน ตัวกลาง และผลิตภัณฑ์ ก็สามารถทำงานได้จากตัวอักษรตัวแรกของสารประกอบที่ต่อเนื่องกันตามที่ปรากฏ (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; ที่นี่ สังเกตว่า "โคเอ็นไซม์ A" แทนด้วย "c" ขนาดเล็ก) คุณสามารถสร้างวลีที่เจาะจงเฉพาะบุคคลจากตัวอักษรเหล่านี้ได้ โดยมีตัวอักษรตัวแรกของโมเลกุลทำหน้าที่เป็นตัวอักษรตัวแรกในคำของวลีนั้น

วิธีที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นในการดำเนินการนี้คือการใช้ตัวช่วยจำที่ช่วยให้คุณติดตามจำนวนคาร์บอน อะตอมในทุกขั้นตอน ซึ่งอาจช่วยให้คุณเข้าใจสิ่งที่เกิดขึ้นจากมุมมองทางชีวเคมีได้ดีขึ้น ครั้ง ตัวอย่างเช่น หากคุณให้คำที่มีตัวอักษรหกตัวแทนออกซาโลอะซิเตทที่มีคาร์บอนหกตัว และตามลำดับสำหรับ คำและโมเลกุลที่เล็กลง คุณสามารถสร้างโครงร่างที่มีประโยชน์ทั้งในฐานะอุปกรณ์หน่วยความจำและข้อมูล รวย. หนึ่งในผู้มีส่วนร่วมใน "วารสารเคมีศึกษา" เสนอ กำลังติดตามความคิด:

1. โสด
   
2. Tingle
   
3. ยุ่งเหยิง 
   
4. Mangle
   
5. Mange
   
6. สร้อย
   
7. เสน่หา
   
8. ซัง
   
9. ร้องเพลง
   

ที่นี่ คุณจะเห็นคำหกตัวอักษรที่เกิดจากคำสองตัวอักษร (หรือกลุ่ม) และคำสี่ตัวอักษร สามขั้นตอนถัดไปประกอบด้วยการแทนที่ตัวอักษรตัวเดียวโดยไม่สูญเสียตัวอักษร (หรือ "คาร์บอน") สองขั้นตอนถัดไปเกี่ยวข้องกับการสูญเสียจดหมาย (หรืออีกครั้งคือ "คาร์บอน") ส่วนที่เหลือของโครงการจะรักษาข้อกำหนดของคำสี่ตัวอักษรในลักษณะเดียวกับขั้นตอนสุดท้ายของวงจร Krebs รวมถึงโมเลกุลคาร์บอนสี่ตัวที่แตกต่างกันและมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด

นอกเหนือจากอุปกรณ์เฉพาะเหล่านี้ คุณอาจพบว่าการวาดเซลล์ทั้งหมดหรือส่วนหนึ่งของเซลล์รอบๆ ตัว a. นั้นเป็นประโยชน์ mitochondrion และร่างปฏิกิริยาของ glycolysis ในรายละเอียดมากเท่าที่คุณต้องการในส่วนไซโตพลาสซึมและวงจร Krebs ใน ส่วนเมทริกซ์ยล ในภาพสเก็ตช์นี้ คุณจะแสดงให้เห็นว่าไพรูเวตถูกลำเลียงเข้าไปในไมโตคอนเดรีย แต่คุณสามารถวาดลูกศรที่นำไปสู่การหมัก ซึ่งเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมเช่นกัน