Krebs Döngüsü Kolaylaştı

Adını 1953 Nobel Ödülü sahibi ve fizyolog Hans Krebs'den alan Krebs döngüsü, vücutta gerçekleşen bir dizi metabolik reaksiyondur. mitokondri nın-nin ökaryotik hücreler. Daha basit bir ifadeyle, bu, bakterilerin Krebs döngüsü için hücresel mekanizmaya sahip olmadığı, dolayısıyla bitkiler, hayvanlar ve mantarlarla sınırlı olduğu anlamına gelir.

Glikoz, canlılar tarafından enerji elde etmek için nihai olarak metabolize edilen moleküldür. adenosin trifosfat veya ATP. Glikoz vücutta çeşitli şekillerde depolanabilir; glikojen, kas ve karaciğer hücrelerinde depolanan uzun bir glikoz molekülü zincirinden biraz daha fazlasıdır. Diyet karbonhidratları, proteinler ve yağlar, glikoza metabolize olabilen bileşenlere sahiptir. iyi. Bir glikoz molekülü bir hücreye girdiğinde, sitoplazmada piruvata parçalanır.

Bundan sonra ne olacağı, piruvatın aerobik solunum yoluna mı (olağan sonuç) yoksa laktat fermantasyon yoluna mı girdiğine bağlıdır. (yüksek yoğunluklu egzersiz veya oksijen yoksunluğu nöbetlerinde kullanılır) sonuçta ATP üretimine ve karbon salınımına izin vermeden önce dioksit (CO

Sitrik asit döngüsü veya trikarboksilik asit (TCA) döngüsü olarak da adlandırılan Krebs döngüsü, aerobik yoldaki ilk adımdır ve sürekli olarak sentezlemek için çalışır. döngüyü devam ettirmek için oksaloasetat adı verilen bir maddeden yeteri kadar, ancak göreceğiniz gibi, bu gerçekten döngünün "görevi" değildir. Krebs döngüsü, aşağıdaki gibi başka faydalar sağlar: iyi. Çünkü dokuz ayrı reaksiyonu (ve buna bağlı olarak dokuz enzimi) içerir. moleküller, döngünün önemli noktalarını düz tutmak için araçlar geliştirmek yararlıdır. zihin.

Glikoz, doğada genellikle halka şeklinde olan altı karbonlu (heksoz) bir şekerdir. Tüm monosakkaritler (şeker monomerleri) gibi, C formülü ile 1-2-1 oranında karbon, hidrojen ve oksijenden oluşur.₆H₁₂Ö₆. Protein, karbonhidrat ve yağ asidi metabolizmasının son ürünlerinden biridir ve tek hücreli bakterilerden insanlara ve daha büyük hayvanlara kadar her tür organizmada yakıt görevi görür.

Glikoliz "oksijensiz" tam anlamıyla anaerobiktir. Yani reaksiyonlar O olup olmadığına göre devam eder.₂ hücrelerde bulunur veya bulunmaz. Bunu "oksijen" den ayırmaya dikkat edin. olmamalı Ancak bu, aslında oksijen tarafından öldürülen ve zorunlu anaeroblar olarak bilinen bazı bakteriler için geçerli olsa da.

Glikoliz reaksiyonlarında, altı karbonlu glikoz başlangıçta fosforile edilir, yani kendisine bağlı bir fosfat grubuna sahiptir. Ortaya çıkan molekül, fosforlanmış bir fruktoz formudur (meyve şekeri). Bu molekül daha sonra ikinci kez fosforile edilir. Bu fosforilasyonların her biri, her ikisi de adenosin difosfata veya ADP'ye dönüştürülen bir ATP molekülü gerektirir. Altı karbonlu molekül daha sonra hızla piruvata dönüştürülen iki üç karbonlu moleküle dönüştürülür. Yol boyunca, her iki molekülün işlenmesinde, iki NADH molekülüne dönüştürülen iki NAD+ molekülü (nikotinamid adenin dinükleotit) yardımıyla 4 ATP üretilir. Böylece glikolize giren her glikoz molekülü için iki ATP, iki piruvat ve iki NADH üretilir, iki NAD+ tüketilir.

Daha önce belirtildiği gibi, piruvatın kaderi, metabolik taleplere ve söz konusu organizmanın ortamına bağlıdır. Prokaryotlarda, glikoliz artı fermantasyon, bu organizmaların bazıları evrimleşmiş olsa da, tek hücrenin enerji ihtiyaçlarının neredeyse tamamını sağlar. elektron taşıma zincirleri yapmalarına izin veren ATP'yi glikoliz metabolitlerinden (ürünlerinden) serbest bırakmak için oksijenden yararlanın. Prokaryotlarda ve maya hariç tüm ökaryotlarda oksijen yoksa veya hücrenin enerji ihtiyacı tam olarak karşılanamıyorsa aerobik solunum yoluyla, piruvat, laktat dehidrojenaz enziminin etkisi altında fermantasyon yoluyla laktik aside dönüştürülür veya LDH.

Krebs döngüsü için hedeflenen piruvat, sitoplazma adı verilen hücre organellerinin (sitoplazmadaki fonksiyonel bileşenler) zarı boyunca mitokondri. Mitokondrilerin kendileri için bir tür sitoplazma olan mitokondriyal matrikse girdikten sonra dönüştürülür. piruvat dehidrojenaz enziminin etkisi altında asetil koenzim adı verilen farklı bir üç karbonlu bileşiğe bir veya asetil CoA. Pek çok enzim, paylaştıkları "-ase" eki nedeniyle bir kimyasal dizilimden seçilebilir.

Bu noktada, anlamlı bir şekilde takip etmenin tek yolu olduğu için Krebs döngüsünü detaylandıran bir diyagramdan yararlanmalısınız; bir örnek için Kaynaklara bakın.

Krebs döngüsünün bu şekilde adlandırılmasının nedeni, ana ürünlerinden biri olan oksaloasetatın da bir reaktan olmasıdır. Yani, piruvattan oluşturulan iki karbonlu asetil CoA, döngüye "yukarı akıştan" girdiğinde, dört karbonlu bir molekül olan oksaloasetat ile reaksiyona girer ve altı karbonlu bir molekül olan sitratı oluşturur. Simetrik bir molekül olan sitrat, üç karboksil gruplarıprotonlanmış formlarında (-COOH) ve protonlanmamış formlarında (-COO-) formuna sahip olan. Bu döngüye "trikarboksilik asit" adını veren bu üçlü karboksil gruplarıdır. Sentez, bir su molekülünün eklenmesiyle yürütülür, bu da bunu bir yoğuşma reaksiyonu yapar ve asetil CoA'nın koenzim A kısmının kaybıdır.

Sitrat daha sonra farklı bir düzende aynı atomlara sahip bir molekül halinde yeniden düzenlenir ve buna uygun şekilde izositrat denir. Bu molekül daha sonra bir CO verir.₂ beş karbonlu bileşik α-ketoglutarat haline gelir ve bir sonraki adımda α-ketoglutarat CO kaybederek aynı şey gerçekleşir.₂ bir koenzim A'yı yeniden süksinil CoA haline getirirken. Bu dört karbonlu molekül, CoA kaybıyla süksinat haline gelir ve daha sonra dört karbonlu protonsuz asitlerden oluşan bir süreç halinde yeniden düzenlenir: fumarat, malat ve son olarak oksaloasetat.

Krebs döngüsünün merkezi molekülleri, sırayla,

1. asetil CoA
   
2. Sitrat
   
3. İzositrat
   
4. a-ketoglutarat 
   
5. Süksinil KoA
   
6. süksinat
   
7. fumarat
   
8. Malat
   
9. oksaloasetat
   

Bu, enzimlerin adlarını ve aralarında NAD+/NADH, benzer molekül çifti FAD/FADH olan bir dizi kritik yardımcı reaktanı atlar.₂ (flavin adenin dinükleotidi) ve CO₂.

Herhangi bir döngüde aynı noktada karbon miktarının aynı kaldığına dikkat edin. Oksaloasetat, asetil CoA ile birleştiğinde iki karbon atomu alır, ancak bu iki atom, Krebs döngüsünün ilk yarısında CO olarak kaybolur.₂ NAD+'ın da NADH'ye indirgendiği ardışık reaksiyonlarda. (Kimyada, biraz basitleştirmek için, indirgeme reaksiyonları protonları eklerken oksidasyon reaksiyonları onları uzaklaştırır.) Sürece bir bütün olarak bakmak ve sadece incelemek Bu iki, dört, beş ve altı karbonlu reaktanlar ve ürünler, hücrelerin neden biyokimyasal bir Ferris'e benzer bir şeyle meşgul olduğu hemen belli değil. aynı popülasyondan farklı binicilerin tekerleğe yüklenip indiği, ancak günün sonunda pek çok dönüş dışında hiçbir şeyin değişmediği tekerlek. tekerlek.

Bu reaksiyonlarda hidrojen iyonlarına ne olduğuna baktığınızda Krebs döngüsünün amacı daha açıktır. Üç farklı noktada bir NAD+ bir proton toplar ve farklı bir noktada FAD iki proton toplar. Pozitif ve negatif yükler üzerindeki etkileri nedeniyle protonları elektron çiftleri olarak düşünün. Bu görüşe göre, döngünün amacı, küçük karbon moleküllerinden yüksek enerjili elektron çiftlerinin birikmesidir.

Aerobik solunumda bulunması beklenen iki kritik molekülün Krebs döngüsünde eksik olduğunu fark edebilirsiniz: Oksijen (O₂) ve ATP, hücreler ve dokular tarafından büyüme, onarım ve benzeri işleri yürütmek için doğrudan kullanılan enerji biçimidir. Yine bunun nedeni, Krebs döngüsünün, mitokondriyal matristen ziyade mitokondriyal zarda yakınlarda meydana gelen elektron taşıma zinciri reaksiyonları için bir tablo oluşturucu olmasıdır. Döngüde nükleotidler (NAD+ ve FAD) tarafından hasat edilen elektronlar, taşıma zincirindeki oksijen atomları tarafından kabul edildiğinde "aşağı yönde" kullanılır. Krebs döngüsü, görünüşte dikkat çekici olmayan bir dairesel konveyör bandındaki değerli malzemeleri çıkarır ve bunları gerçek üretim ekibinin çalıştığı yakındaki bir işleme merkezine ihraç eder.

Ayrıca Krebs döngüsündeki görünüşte gereksiz tepkilerin (sonuçta, yapılabilecekleri başarmak için neden sekiz adım attığını) unutmayın. belki üç veya dörtte?) Krebs döngüsündeki ara maddeler olsa da, ilişkisiz olarak reaktan olarak hizmet edebilen moleküller üretir reaksiyonlar.

Referans için NAD, Adım 3, 4 ve 8'de ve bu CO'ların ilk ikisinde bir proton kabul eder.₂ dökülür; Adım 5'te GDP'den bir guanozin trifosfat (GTP) molekülü üretilir; ve FAD, Adım 6'da iki protonu kabul eder. 1. adımda CoA "çıkar", ancak 4. adımda "geri döner". Aslında, sadece 2. Adım, sitratın izositrata yeniden düzenlenmesi, reaksiyondaki karbon moleküllerinin dışında "sessizdir".

Krebs döngüsünün biyokimya ve insan fizyolojisindeki önemi nedeniyle öğrenciler, profesörler ve diğerleri geldi. Krebs'deki adımları ve reaktanları hatırlamaya yardımcı olmak için bir dizi anımsatıcı veya adları hatırlama yolları ile döngü. Sadece karbon reaktanları, ara ürünleri ve ürünleri hatırlamak istenirse, ardışık bileşiklerin ilk harflerinden göründükleri gibi çalışmak mümkündür (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; burada "koenzim A"nın küçük bir "c" ile temsil edildiğine dikkat edin). Moleküllerin ilk harfleri, cümlenin kelimelerinde ilk harf olarak görev yapan bu harflerden özlü bir kişiselleştirilmiş cümle oluşturabilirsiniz.

Bunu yapmanın daha karmaşık bir yolu, karbon sayısını takip etmenizi sağlayan bir anımsatıcı kullanmaktır. atomlar, biyokimyasal bir bakış açısından neler olup bittiğini daha iyi içselleştirmenize izin verebilir. zamanlar. Örneğin, altı harfli bir kelimenin altı karbonlu oksaloasetatı temsil etmesine izin verirseniz ve buna uygun olarak daha küçük kelimeler ve moleküller kullanarak, hem bir hafıza cihazı hem de bilgi olarak faydalı bir şema üretebilirsiniz. zengin. "Journal of Chemical Education"a katkıda bulunanlardan biri, aşağıdaki fikir:

1. Tek
   
2. karıncalanma
   
3. arapsaçı 
   
4. Mengene
   
5. Uyuz
   
6. Yele
   
7. Aklı başında
   
8. Şarkı söyledi
   
9. şarkı söyle
   

Burada, iki harfli bir kelime (veya grup) ve dört harfli bir kelimeden oluşan altı harfli bir kelime görüyorsunuz. Sonraki üç adımın her biri, harf kaybı (veya "karbon") olmadan tek bir harf değişikliği içerir. Sonraki iki adımın her biri bir harfin (veya yine "karbon") kaybını içerir. Şemanın geri kalanı, dört harfli kelime gereksinimini, Krebs döngüsünün son adımlarının farklı, yakından ilişkili dört karbonlu molekülleri içermesiyle aynı şekilde korur.

Bu özel cihazların dışında, kendinize bir hücrenin tamamını veya bir hücreyi çevreleyen bir hücrenin bir bölümünü çizmeyi faydalı bulabilirsiniz. mitokondri ve glikoliz reaksiyonlarını sitoplazma bölümünde ve Krebs döngüsünde istediğiniz kadar ayrıntılı olarak çizin. mitokondriyal matris parçası. Bu çizimde piruvatın mitokondrinin iç kısmına mekik dokuduğunu göstereceksiniz, ancak aynı zamanda sitoplazmada da meydana gelen fermantasyona yol açan bir ok çizebilirsiniz.