مرحبًا! الصيف على الأبواب، مما يعني أن جميع طلاب الطب في السنة الثانية سيأخذون الكيمياء الحيوية. موضوع صعب بالفعل. لمساعدة أولئك الذين يكررون المواد للامتحانات قليلاً، قررت أن أكتب مقالاً سأخبركم فيه عن "الحلقة الذهبية" للكيمياء الحيوية - دورة كريبس. وتسمى أيضًا دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل ودورة حمض الستريك، وهذه كلها مترادفات.

سأكتب ردود الفعل بأنفسهم. سأتحدث الآن عن سبب الحاجة إلى دورة كريبس ومكان حدوثها وما هي ميزاتها. آمل أن يكون الأمر واضحًا ويمكن الوصول إليه.

أولا، دعونا ننظر إلى ما هو التمثيل الغذائي. وهذا هو الأساس الذي بدونه يصبح فهم دورة كريبس مستحيلاً.

الاسْتِقْلاب

من أهم خصائص الكائنات الحية (تذكر) هو تبادل المواد مع البيئة. في الواقع، الكائن الحي فقط هو الذي يمكنه امتصاص شيء ما من البيئة ثم إطلاق شيء ما فيه.

في الكيمياء الحيوية، يُطلق على عملية التمثيل الغذائي عادةً اسم "الأيض". الأيض، تبادل الطاقة مع البيئة هو عملية التمثيل الغذائي.

عندما نأكل، على سبيل المثال، شطيرة دجاج، نحصل على البروتينات (الدجاج) والكربوهيدرات (الخبز). أثناء عملية الهضم، يتم تقسيم البروتينات إلى أحماض أمينية، والكربوهيدرات إلى سكريات أحادية. ما وصفته الآن يسمى الهدم، أي تقسيم المواد المعقدة إلى مواد أبسط. الجزء الأول من عملية التمثيل الغذائي الهدم.

مثال آخر. تتجدد أنسجة أجسامنا باستمرار. عندما تموت الأنسجة القديمة، يتم أخذ شظاياها بواسطة الخلايا البلعمية، ويتم استبدالها بأنسجة جديدة. يتم إنشاء أنسجة جديدة من خلال عملية تخليق البروتين من الأحماض الأمينية. يحدث تخليق البروتين في الريبوسومات. تكوين بروتين جديد (مادة معقدة) من الأحماض الأمينية (مادة بسيطة) هو بناء.

لذلك، الابتنائية هي عكس الهدم. الهدم هو تدمير المواد، والابتناء هو خلق المواد. بالمناسبة، حتى لا تربكهم، تذكر الجمعية: “الابتنائية. الدم والعرق". هذا فيلم من أفلام هوليود (ممل جدًا في رأيي) عن الرياضيين الذين يستخدمون الستيرويدات البنائية لتنمو العضلات. الستيرويدات الابتنائية - النمو والتوليف. الهدم هو عملية عكسية.

نقطة تقاطع الاضمحلال والتوليف.

دورة كريبس كمرحلة من عمليات الهدم.

كيف ترتبط عملية التمثيل الغذائي ودورة كريبس؟ والحقيقة هي أن دورة كريبس هي واحدة من أهم النقاط التي تتلاقى فيها مسارات الابتنائية والتقويض. وهذا هو معناها بالتحديد.

دعونا ننظر إلى هذا في الرسوم البيانية. يمكن اعتبار عملية الهدم تقريبًا بمثابة انهيار البروتينات والدهون والكربوهيدرات في جهازنا الهضمي. إذًا، تناولنا طعامًا مصنوعًا من البروتينات والدهون والكربوهيدرات، فماذا بعد؟

• الدهون - إلى الجلسرين والأحماض الدهنية (قد تكون هناك مكونات أخرى، قررت أن أتناول أبسط مثال)؛
• البروتينات - إلى أحماض أمينية.
• تنقسم جزيئات السكريات المتعددة في الكربوهيدرات إلى سكريات أحادية مفردة.

علاوة على ذلك، في سيتوبلازم الخلية، سيتم تحويل هذه المواد البسيطة إلى حمض البيروفيك(ويعرف أيضا باسم البيروفات). من السيتوبلازم، يدخل حمض البيروفيك إلى الميتوكوندريا، حيث يتم تحويله إلى أنزيم الأسيتيل أ. من فضلك تذكر هاتين المادتين - البيروفات والأسيتيل CoA، فهما مهمان للغاية.

دعونا الآن نرى كيف تحدث المرحلة التي وصفناها الآن:

تفصيل مهم: يمكن تحويل الأحماض الأمينية إلى أسيتيل CoA مباشرة، متجاوزة مرحلة حمض البيروفيك. يتم تحويل الأحماض الدهنية على الفور إلى أسيتيل CoA. دعونا نأخذ هذا في الاعتبار ونعدل مخططنا لتصحيحه:

يحدث تحول المواد البسيطة إلى البيروفات في سيتوبلازم الخلايا. بعد ذلك، يدخل البيروفات إلى الميتوكوندريا، حيث يتم تحويله بنجاح إلى أسيتيل CoA.

لماذا يتم تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA؟ على وجه التحديد من أجل بدء دورة كريبس لدينا. وبالتالي، يمكننا إجراء نقش آخر في الرسم التخطيطي، وسنحصل على التسلسل الصحيح:

ونتيجة تفاعلات دورة كريبس تتشكل مواد مهمة للحياة ومن أهمها:

• ناد(النيكوتين أميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد + كاتيون الهيدروجين) و فاد 2( فلافين أدنين ثنائي نيوكليوتيد + جزيء الهيدروجين). لقد سلطت الضوء على وجه التحديد على الأجزاء المكونة للمصطلحات بالأحرف الكبيرة لتسهيل قراءتها؛ وعادةً ما يتم كتابتها ككلمة واحدة. يتم إطلاق NADH وFADH 2 أثناء دورة كريبس ليشاركا بعد ذلك في نقل الإلكترونات إلى السلسلة التنفسية للخلية. بمعنى آخر، تلعب هاتان المادتان دورًا حاسمًا في التنفس الخلوي.
• اعبي التنس المحترفينأي أدينوسين ثلاثي الفوسفات. تحتوي هذه المادة على رابطتين، يوفر تمزقهما كمية كبيرة من الطاقة. ويتم تزويد العديد من التفاعلات الحيوية بهذه الطاقة؛

يتم إطلاق الماء وثاني أكسيد الكربون أيضًا. دعونا نعكس هذا في الرسم البياني لدينا:

بالمناسبة، تحدث دورة كريبس بأكملها في الميتوكوندريا. هذا هو المكان الذي تتم فيه المرحلة التحضيرية، أي تحويل البيروفات إلى أسيتيل CoA. ليس من قبيل الصدفة أن تسمى الميتوكوندريا "محطة طاقة الخلية".

دورة كريبس هي بداية التوليف

إن دورة كريبس مذهلة لأنها لا تزودنا فقط بـ ATP (طاقة) وأنزيمات مساعدة للتنفس الخلوي. إذا نظرت إلى الرسم البياني السابق، فسوف تفهم أن دورة كريبس هي استمرار للعمليات التقويضية. ولكن في الوقت نفسه، فهو أيضًا الخطوة الأولى في عملية البناء. كيف يكون هذا ممكنا؟ كيف يمكن لنفس الدورة أن تدمر وتخلق؟

اتضح أن منتجات التفاعل الفردية لدورة كريبس يمكن استخدامها جزئيًا لتخليق مواد معقدة جديدة، اعتمادًا على احتياجات الجسم. على سبيل المثال، استحداث السكر هو تخليق الجلوكوز من مواد بسيطة ليست كربوهيدرات.

• ردود فعل دورة كريبس متتالية. وهي تحدث واحدة تلو الأخرى، وكل رد فعل سابق يؤدي إلى رد الفعل التالي؛
• تُستخدم منتجات التفاعل في دورة كريبس جزئيًا لبدء التفاعل اللاحق، وجزئيًا لتخليق مواد معقدة جديدة.

دعونا نحاول أن نعكس ذلك على الرسم البياني بحيث يتم تحديد دورة كريبس بدقة كنقطة تقاطع بين الاضمحلال والتخليق.

حددت بالسهام الزرقاء مسارات الابتنائية، أي خلق مواد جديدة. كما ترون، فإن دورة كريبس هي حقًا نقطة التقاطع للعديد من العمليات، سواء التدمير أو الخلق.

الأكثر أهمية

• دورة كريبس هي نقطة تقاطع للمسارات الأيضية. وينهي عملية الهدم (الانهيار)، ويبدأ عملية البناء (التوليف)؛
• تُستخدم منتجات التفاعل في دورة كريبس جزئيًا لإطلاق التفاعل التالي للدورة، ويتم إرسالها جزئيًا لتكوين مواد معقدة جديدة؛
• تنتج دورة كريبس الإنزيمات المساعدة NADH وFADH 2، التي تنقل الإلكترونات للتنفس الخلوي، وكذلك الطاقة على شكل ATP؛
• تحدث دورة كريبس في الميتوكوندريا في الخلايا.

دورة الأحماض الثلاثية الكربوكسيل (دورة كريبس)

يقوم تحلل السكر بتحويل الجلوكوز إلى بيروفات وينتج جزيئين ATP من جزيء الجلوكوز، وهو جزء صغير من الطاقة الكامنة لذلك الجزيء.

في ظل الظروف الهوائية، يتحول البيروفات من تحلل السكر إلى أسيتيل مرافق الإنزيم أ ويتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون في دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل (دورة حمض الستريك). في هذه الحالة، تمر الإلكترونات المنطلقة في تفاعلات هذه الدورة عبر NADH و FADH 2 إلى 0 2 - المستقبل النهائي. يرتبط نقل الإلكترون بإنشاء تدرج بروتوني في غشاء الميتوكوندريا، والذي يتم بعد ذلك استخدام طاقته لتخليق ATP نتيجة الفسفرة التأكسدية. دعونا ننظر إلى ردود الفعل هذه.

في ظل الظروف الهوائية، يخضع حمض البيروفيك (المرحلة الأولى) لنزع الكربوكسيل التأكسدي، وهو أكثر كفاءة من التحول إلى حمض اللاكتيك، مع تكوين أسيتيل CoA (المرحلة الثانية)، والذي يمكن أكسدته إلى المنتجات النهائية لتحلل الجلوكوز - CO 2 وH 2 0 (المرحلة الثالثة). كريبس (1900-1981)، عالم الكيمياء الحيوية الألماني، بعد أن درس أكسدة الأحماض العضوية الفردية، قام بدمج تفاعلاتها في دورة واحدة. لذلك، غالبًا ما تسمى دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل بدورة كريبس تكريمًا له.

تحدث أكسدة حمض البيروفيك إلى أسيتيل CoA في الميتوكوندريا بمشاركة ثلاثة إنزيمات (نازعة هيدروجين البيروفات، نازعة هيدروجين الليبوميد، ليبويل أسيتيل ترانسفيراز) وخمسة أنزيمات مساعدة (NAD، FAD، بيروفوسفات الثيامين، أميد حمض ليبويك، الإنزيم المساعد A). تحتوي هذه الإنزيمات المساعدة الأربعة على فيتامينات ب (بx، ب2، ب3، ب5)، مما يشير إلى الحاجة إلى هذه الفيتامينات للأكسدة الطبيعية للكربوهيدرات. تحت تأثير هذا النظام الإنزيمي المعقد، يتم تحويل البيروفات في تفاعل نزع الكربوكسيل التأكسدي إلى الشكل النشط لحمض الأسيتيك - أسيتيل أنزيم أ:

في ظل الظروف الفسيولوجية، يعتبر نازعة هيدروجين البيروفات إنزيمًا لا رجعة فيه بشكل حصري، وهو ما يفسر استحالة تحويل الأحماض الدهنية إلى كربوهيدرات.

يشير وجود رابطة عالية الطاقة في جزيء الأسيتيل-CoA إلى التفاعلية العالية لهذا المركب. على وجه الخصوص، يمكن لأسيتيل CoA أن يعمل في الميتوكوندريا لتوليد الطاقة في الكبد، ويستخدم الأسيتيل CoA الزائد لتخليق أجسام الكيتون في العصارة الخلوية ويشارك في تخليق الجزيئات المعقدة مثل المنشطات والأحماض الدهنية.

يدخل أسيتيل CoA الذي تم الحصول عليه من تفاعل نزع الكربوكسيل التأكسدي لحمض البيروفيك إلى دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل (دورة كريبس). إن دورة كريبس، وهي المسار التقويضي النهائي لأكسدة الكربوهيدرات والدهون والأحماض الأمينية، هي في الأساس "مرجل أيضي". تفاعلات دورة كريبس، التي تحدث حصريًا في الميتوكوندريا، تسمى أيضًا دورة حمض الستريك أو دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل (دورة TCA).

إحدى أهم وظائف دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل هي توليد الإنزيمات المساعدة المختزلة (3 جزيئات من NADH + H + وجزيء واحد من FADH 2) يليها نقل ذرات الهيدروجين أو إلكتروناتها إلى المستقبل النهائي - الأكسجين الجزيئي. ويصاحب هذا النقل انخفاض كبير في الطاقة الحرة، التي يستخدم جزء منها في عملية الفسفرة التأكسدية للتخزين على شكل ATP. من الواضح أن دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل هي دورة هوائية تعتمد على الأكسجين.

1. التفاعل الأولي لدورة حمض ثلاثي الكربوكسيل هو تكثيف أسيتيل CoA وحمض الأكسالوسيتيك بمشاركة سينسيز إنزيم مصفوفة الميتوكوندريا لتكوين حامض الستريك.

2. تحت تأثير إنزيم أكونيتاز الذي يحفز إزالة جزيء الماء من السترات، يتحول الأخير

إلى حمض رابطة الدول المستقلة أكونيتيك. يتحد الماء مع حمض cis-aconic ويتحول إلى حمض isoctric.

3. يقوم إنزيم إيزوسيترات ديهيدروجينيز بعد ذلك بتحفيز أول تفاعل ديهيدروجينيز في دورة حمض الستريك، عندما يتم تحويل حمض الإيزوسيتريك عن طريق نزع الكربوكسيل التأكسدي إلى حمض ألفا كيتوجلوتاريك:

في هذا التفاعل يتكون الجزيء الأول من ثاني أكسيد الكربون والجزيء الأول من دورة NADH 4- H +.

4. يتم تحفيز التحويل الإضافي لحمض α-ketoglutaric إلى succinyl-CoA بواسطة مركب متعدد الإنزيمات من نازعة هيدروجين α-ketoglutaric. هذا التفاعل مشابه كيميائيًا لتفاعل هيدروجيناز البيروفات. أنها تنطوي على حمض ليبويك، بيروفوسفات الثيامين، HS-KoA، NAD +، FAD.

ونتيجة لهذا التفاعل، يتم تشكيل جزيء NADH + H + وCO 2 مرة أخرى.

5. يحتوي جزيء succinyl-CoA على رابطة عالية الطاقة، حيث يتم تخزين طاقتها في التفاعل التالي على شكل GTP. تحت تأثير إنزيم succinyl-CoA Synthetase، يتم تحويل succinyl-CoA إلى حمض السكسينيك الحر. لاحظ أنه يمكن أيضًا الحصول على حمض السكسينيك من ميثيلمالونيل-CoA عن طريق أكسدة الأحماض الدهنية بعدد فردي من ذرات الكربون.

يعد هذا التفاعل مثالاً على فسفرة الركيزة، حيث أن جزيء GTP عالي الطاقة في هذه الحالة يتشكل دون مشاركة سلسلة نقل الإلكترون والأكسجين.

6. يتأكسد حمض السكسينيك إلى حمض الفوماريك في تفاعل هيدروجيناز السكسينات. إنزيم هيدروجين السكسينات، وهو إنزيم نموذجي يحتوي على كبريت الحديد، والإنزيم المساعد له هو FAD. إن إنزيم هيدروجيناز السكسينات هو الإنزيم الوحيد المثبت على الغشاء الداخلي للميتوكوندريا، بينما توجد جميع إنزيمات الدورة الأخرى في مصفوفة الميتوكوندريا.

7. يتبع ذلك ترطيب حمض الفوماريك إلى حمض الماليك تحت تأثير إنزيم الفوماراس في تفاعل عكسي تحت الظروف الفسيولوجية:

8. التفاعل النهائي لدورة حمض ثلاثي الكربوكسيل هو تفاعل نازعة هيدروجين المالات بمشاركة إنزيم الميتوكوندريا النشط نازع هيدروجين المالات المعتمد على NAD~، والذي يتكون فيه الجزيء الثالث من NADH + H + المخفض:

يكمل تكوين حمض الأكسالوأسيتيك (أوكسالوأسيتات) دورة واحدة من دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل. يمكن استخدام حمض الأكسالوسيتيك في أكسدة جزيء ثانٍ من أسيتيل CoA، ويمكن تكرار دورة التفاعلات هذه عدة مرات، مما يؤدي باستمرار إلى إنتاج حمض الأكسالوسيتيك.

وبالتالي، فإن أكسدة جزيء واحد من أسيتيل CoA في دورة TCA كركيزة للدورة يؤدي إلى إنتاج جزيء واحد من GTP، وثلاثة جزيئات من NADP + H + وجزيء واحد من FADH 2. أكسدة عوامل الاختزال هذه في سلسلة الأكسدة البيولوجية

يؤدي التسنين إلى تخليق 12 جزيء ATP. هذا الحساب واضح من موضوع "الأكسدة البيولوجية": إدراج جزيء NAD + واحد في نظام نقل الإلكترون يصاحبه في النهاية تكوين 3 جزيئات ATP، وإدراج جزيء FADH 2 يضمن تكوين جزيئين ATP، وجزيء GTP واحد يعادل جزيء ATP واحد.

لاحظ أن ذرتي كربون من adetyl-CoA تدخلان دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل وذرتي كربون تغادران الدورة على شكل CO 2 في تفاعلات نزع الكربوكسيل المحفزة بواسطة إنزيم هيدروجيناز إيزوسيترات ونازع هيدروجين ألفا كيتوجلوتارات.

مع الأكسدة الكاملة لجزيء الجلوكوز في الظروف الهوائية إلى C0 2 وH 2 0، يكون تكوين الطاقة على شكل ATP هو:

• 4 جزيئات من ATP أثناء تحويل جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك (تحلل السكر)؛
• 6 جزيئات ATP تتشكل في تفاعل هيدروجيناز 3-phosphoglyceraldehyde (تحلل السكر)؛
• 30 جزيء ATP تكونت أثناء أكسدة جزيئين من حمض البيروفيك في تفاعل هيدروجيناز البيروفات وفي التحولات اللاحقة لجزيئين من أسيتيل CoA إلى CO 2 وH 2 0 في دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل. لذلك، يمكن أن يصل إجمالي إنتاج الطاقة من الأكسدة الكاملة لجزيء الجلوكوز إلى 40 جزيء ATP. ومع ذلك، يجب الأخذ في الاعتبار أنه أثناء أكسدة الجلوكوز، يتم استهلاك جزيئين من الـ ATP في مرحلة تحويل الجلوكوز إلى جلوكوز 6 فوسفات وفي مرحلة تحويل الفركتوز 6 فوسفات إلى فركتوز 1،6-. ثنائي الفوسفات. ولذلك، فإن الطاقة "الصافية" الناتجة من أكسدة جزيء الجلوكوز هي 38 جزيء ATP.

يمكنك مقارنة طاقات تحلل السكر اللاهوائي والتقويض الهوائي للجلوكوز. من 688 سعرة حرارية من الطاقة الموجودة نظريًا في 1 جرام من الجلوكوز (180 جم)، 20 سعرة حرارية موجودة في جزيئين من ATP تتشكل في تفاعلات تحلل السكر اللاهوائي، و628 سعرة حرارية تبقى نظريًا على شكل حمض اللبنيك.

في ظل الظروف الهوائية، من 688 سعرة حرارية من جزيء جرام الجلوكوز في 38 جزيء ATP، يتم الحصول على 380 سعرة حرارية. وبالتالي، فإن كفاءة استخدام الجلوكوز في ظل الظروف الهوائية أعلى بحوالي 19 مرة من تحلل السكر اللاهوائي.

وتجدر الإشارة إلى أن جميع تفاعلات الأكسدة (أكسدة فوسفات ثلاثيوز، حمض البيروفيك، تفاعلات الأكسدة الأربعة لدورة حمض ثلاثي الكربوكسيل) تتنافس في تخليق ATP من ADP والفوسفور (تأثير باستور). وهذا يعني أن الجزيء الناتج NADH + H + في تفاعلات الأكسدة له الاختيار بين تفاعلات الجهاز التنفسي الذي ينقل الهيدروجين إلى الأكسجين، وبين تفاعلات الإنزيم LDH الذي ينقل الهيدروجين إلى حمض البيروفيك.

في المراحل المبكرة من دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل، يمكن لأحماضه أن تترك الدورة للمشاركة في تركيب مركبات الخلية الأخرى دون تعطيل عمل الدورة نفسها. هناك عوامل مختلفة تشارك في تنظيم نشاط دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل. من بينها، ينبغي ذكر في المقام الأول إمدادات جزيئات أسيتيل CoA، ونشاط مجمع البيروفات ديهيدروجينيز، ونشاط مكونات السلسلة التنفسية وما يرتبط بها من الفسفرة التأكسدية، وكذلك مستوى حمض الأكسالوسيتيك.

لا يشارك الأكسجين الجزيئي بشكل مباشر في دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل، لكن تفاعلاته تتم فقط في ظل الظروف الهوائية، حيث يمكن تجديد NAD ~ وFAD في الميتوكوندريا فقط عن طريق نقل الإلكترونات إلى الأكسجين الجزيئي. يجب التأكيد على أن تحلل السكر، على عكس دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل، ممكن أيضًا في ظل الظروف اللاهوائية، حيث يتم تجديد NAD~ أثناء انتقال حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك.

بالإضافة إلى تكوين ATP، فإن دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل لها معنى آخر مهم: توفر الدورة هياكل وسيطة لمختلف عمليات التخليق الحيوي للجسم. على سبيل المثال، معظم ذرات البورفيرين تأتي من succinyl-CoA، والعديد من الأحماض الأمينية هي مشتقات من أحماض α-ketoglutaric وoxaloacetic، ويحدث حمض الفوماريك في عملية تخليق اليوريا. وهذا يدل على سلامة دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل في استقلاب الكربوهيدرات والدهون والبروتينات.

كما تظهر تفاعلات تحلل السكر، فإن قدرة معظم الخلايا على توليد الطاقة تكمن في الميتوكوندريا الخاصة بها. يرتبط عدد الميتوكوندريا في الأنسجة المختلفة بالوظائف الفسيولوجية للأنسجة ويعكس قدرتها على المشاركة في الظروف الهوائية. على سبيل المثال، لا تحتوي خلايا الدم الحمراء على الميتوكوندريا، وبالتالي لا تملك القدرة على توليد الطاقة باستخدام الأكسجين باعتباره المستقبل النهائي للإلكترون. ومع ذلك، في أداء عضلة القلب في ظل الظروف الهوائية، يتم تمثيل نصف حجم السيتوبلازم في الخلية بواسطة الميتوكوندريا. ويعتمد الكبد أيضًا على الظروف الهوائية في وظائفه المختلفة، وتحتوي خلايا الكبد الثديية على ما يصل إلى 2 ألف ميتوكوندريا في الخلية الواحدة.

تحتوي الميتوكوندريا على غشائين - خارجي وداخلي. أما الغشاء الخارجي فهو أبسط، ويتكون من 50% دهون و50% بروتينات، وله وظائف قليلة نسبياً. الغشاء الداخلي أكثر تعقيدًا من الناحية الهيكلية والوظيفية. ما يقرب من 80٪ من حجمها عبارة عن بروتينات. يحتوي على معظم الإنزيمات المشاركة في نقل الإلكترون والفسفرة التأكسدية والوسطاء الأيضيين ونيوكليوتيدات الأدينين بين العصارة الخلوية ومصفوفة الميتوكوندريا.

النيوكليوتيدات المختلفة المشاركة في تفاعلات الأكسدة والاختزال، مثل NAD +، NADH، NADP +، FAD وFADH 2، لا تخترق غشاء الميتوكوندريا الداخلي. لا يمكن لأسيتيل CoA أن ينتقل من حجرة الميتوكوندريا إلى العصارة الخلوية، حيث يكون ضروريًا لتخليق الأحماض الدهنية أو الستيرولات. لذلك، يتم تحويل أسيتيل CoA داخل الميتوكوندريا إلى تفاعل سيترات سينسيز في دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل ويدخل العصارة الخلوية في هذا النموذج.

في حقيقيات النوى، تحدث جميع تفاعلات دورة كريبس داخل الميتوكوندريا، والإنزيمات التي تحفزها، باستثناء واحد، تكون في حالة حرة في مصفوفة الميتوكوندريا. في بدائيات النوى، تحدث تفاعلات الدورة في السيتوبلازم. أثناء عمل دورة كريبس، تتم أكسدة العديد من المنتجات الأيضية، وخاصة المنتجات السامة غير المؤكسدة الناتجة عن تحلل الكحول، وبالتالي يمكن اعتبار تحفيز دورة كريبس بمثابة مقياس لإزالة السموم البيوكيميائية.

الركائزالمنتجاتالإنزيمنوع التفاعل التعليق 1 أوكسالوأسيتات t + أسيتيل-CoA + H2O سيترات + CoA-SH توليف السيترات لتكثيف الألدول هو المرحلة المحددة، حيث يحول C4 أوكسالوأسيتات إلى C62 سيترات cis-aconitate + H2O aconitase 3 cis- أكونيت + H 2 O ترطيب إيزوسيترات إيزوسيترات نزع الكربوكسيل من الهيدروجين أكسدة 4 إيزوسيترات + NAD + أوكسالوسكسينات + NADH + H + 5 أوكسالوسكسينات α-كيتوجلوتارات + CO 2 مرحلة نزع الكربوكسيل غير القابلة للانعكاس، يتكون C 5

الركائزالمنتجاتالإنزيم نوع التفاعل التعليق 6 α-ketoglutarate + NAD + + CoA-SH succinyl-CoA + NADH + H + + CO 2 مركب هيدروجيناز ألفا كيتوجلوتارات (3 إنزيمات) تنتج عملية نزع الكربوكسيل المؤكسدة NADH (ما يعادل 2.5 ATP)، وتجديد C 4 السلاسل (التي تم إصدارها بواسطة CoA-SH) 7 succinyl-CoA + الناتج المحلي الإجمالي + P i succinate + CoA-SH + GTP succinyl coenzyme يتم تشكيل فسفرة الركيزة الاصطناعية ADP->ATP، 1 ATP (أو 1 GTF) 8 سكسينات + يوبيكوينون (Q ) فومارات + يوبيكوينول (QH 2) تستخدم أكسدة هيدروجيناز السكسينات FAD كمجموعة صناعية (FAD->FADH 2 في المرحلة الأولى من التفاعل) في الإنزيم، مما ينتج ما يعادل 1.5 ATP ATP، ينتج 1 ATP (أو 1 GTF) 8 سكسينات + يوبيكوينون (Q) فومارات + يوبيكوينول (QH 2) تستخدم أكسدة هيدروجيناز السكسينات FAD كمجموعة صناعية (FAD->FADH 2 في المرحلة الأولى من التفاعل) في الإنزيم ، ينتج ما يعادل 1.5 ATP ">

الركائزالمنتجاتإنزيم نوع التفاعل تعليق 9 فومارات + H2O L-مالات فوماراز H2O- إضافة 10 L-مالات + NAD + أوكسالوسيتات + NADH + H + أكسدة هيدروجيناز المالات تنتج NADH (ما يعادل 2.5 ATP) المعادلة العامة لدورة واحدة من دورة كريبس: أسيتيل-CoAacetyl-CoA 2CO 2 + CoA + 8e CoAe

يتم تنظيم دورة كريبس "من خلال آلية ردود الفعل السلبية"؛ في وجود عدد كبير من الركائز، تعمل الدورة بنشاط، وعندما يكون هناك فائض من منتجات التفاعل، يتم منعها. يتم التنظيم أيضًا بمساعدة الهرمونات. هذه الهرمونات هي: الأنسولين والأدرينالين. يحفز الجلوكاجون تخليق الجلوكوز ويمنع تفاعلات دورة كريبس. كقاعدة عامة، لا ينقطع عمل دورة كريبس بسبب التفاعلات اللاإرادية التي تغذي الدورة بالركائز: البيروفات + CO 2 + ATP = أوكسالسيتات (الركيزة من دورة كريبس) + ADP + Fn.

1. الوظيفة التكاملية للدورة هي الربط بين تفاعلات البناء والتقويض. 2. وظيفة تقويضي - تحويل المواد المختلفة إلى ركائز دورة: الأحماض الدهنية، البيروفات، ليو، فين أسيتيل-CoA. أرج، له، غلو ألفا كيتوغلوتارات. الفين، فومارات الإطارات. 3. وظيفة الابتنائية: استخدام ركائز الدورة لتخليق المواد العضوية: أوكسالسيتات، الجلوكوز، Asp، Asn. تخليق الهيم Succinyl-CoA. تفاعلات كربوكسيل ثاني أكسيد الكربون.

1. وظيفة التبرع بالهيدروجين في دورة كريبس تزود البروتونات إلى السلسلة التنفسية للميتوكوندريا على شكل ثلاثة NADH.H + وواحد FADH 2. 2. وظيفة الطاقة 3 NADH.H + تعطي 7.5 مول من ATP، 1 FADH 2 يعطي 1.5 مول من ATP على السلسلة التنفسية. بالإضافة إلى ذلك، في الدورة، يتم تصنيع 1 GTP عن طريق فسفرة الركيزة، ثم يتم تصنيع ATP منه عن طريق الفسفرة: GTP + ADP = ATP + الناتج المحلي الإجمالي.

لتسهيل تذكر الأحماض المشاركة في دورة كريبس، هناك عبارة تذكيرية: أناناس كاملة وقطعة من سوفليه اليوم هي في الواقع غداءي، والذي يتوافق مع سلسلة السيترات، (cis-)أكونيتات، إيزوسيترات، (ألفا) -)كيتوجلوتارات، سكسينيل-CoA، سكسينات، فومارات، مالات، أوكسالوسيتات.

هناك أيضًا القصيدة التذكيرية التالية: كان الرمح أسيتيل ليمونيل، وكان الحصان خائفًا من النرجس البري، وكان منعزلاً عنه ألفا كيتو. تم استخلاصه بواسطة الإنزيم المساعد، العنبر فوماروفو، الذي قام بتخزين التفاح لفصل الشتاء، وتحول إلى رمح مرة أخرى. (حمض الأكسالوأسيتيك، وحامض الستريك، وحمض رابطة الدول المستقلة-أكونيتك، وحمض الإيزوتريك، وحمض ألفا كيتوجلوتاريك، وسكسينيل-CoA، وحمض السكسينيك، وحمض الفوماريك، وحمض الماليك، وحمض الأكسالوأسيتيك).

يعلم الجميع أنه من أجل الأداء الطبيعي، يحتاج الجسم إلى إمدادات منتظمة من عدد من العناصر الغذائية الضرورية لعملية التمثيل الغذائي الصحي، وبالتالي، توازن عمليات إنتاج الطاقة وإنفاقها. من المعروف أن عملية إنتاج الطاقة تحدث في الميتوكوندريا، والتي، بفضل هذه الميزة، تسمى مراكز الطاقة للخلايا. وتسلسل التفاعلات الكيميائية التي توفر الطاقة لعمل كل خلية من خلايا الجسم يسمى دورة كريبس.

دورة كريبس - المعجزات التي تحدث في الميتوكوندريا

تذهب الطاقة التي يتم الحصول عليها من خلال دورة كريبس (أيضًا دورة TCA - دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل) إلى احتياجات الخلايا الفردية، والتي بدورها تشكل الأنسجة المختلفة، وبالتالي أعضاء وأنظمة جسمنا. وبما أن الجسم ببساطة لا يمكن أن يوجد بدون طاقة، فإن الميتوكوندريا تعمل باستمرار على تزويد الخلايا بالطاقة التي تحتاجها بشكل مستمر.

أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) - هذا المركب هو مصدر عالمي للطاقة اللازمة لجميع العمليات الكيميائية الحيوية في الجسم.

دورة TCA هي المسار الأيضي المركزي، ونتيجة لذلك يتم الانتهاء من أكسدة المستقلبات:

• الأحماض الدهنية
• أحماض أمينية؛
• السكريات الأحادية.

أثناء التحلل الهوائي، يتم تقسيم هذه الجزيئات الحيوية إلى جزيئات أصغر تستخدم لإنتاج الطاقة أو تصنيع جزيئات جديدة.

تتكون دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل من 8 مراحل، أي. تفاعلات:

1. تكوين حامض الستريك :

2. تكوين حمض الإيزوتريك:

3. نزع الهيدروجين ونزع الكربوكسيل المباشر لحمض الإيزوتريك.

4. نزع الكربوكسيل التأكسدي لحمض ألفا كيتوجلوتاريك

5. الفسفرة الركيزة

6. نزع الهيدروجين من حمض السكسينيك مع نازعة هيدروجين السكسينات

7. تكوين حمض الماليك بواسطة إنزيم فوماراز

8. تكوين أوكسالسيتات

وهكذا بعد اكتمال التفاعلات التي تتكون منها دورة كريبس:

• يتأكسد جزيء واحد من أسيتيل مرافق الإنزيم أ (الذي يتكون نتيجة لتحلل الجلوكوز) إلى جزيئين من ثاني أكسيد الكربون؛
• يتم تقليل ثلاثة جزيئات NAD إلى NADH؛
• يتم تقليل جزيء FAD واحد إلى FADN 2؛
• يتكون جزيء واحد من GTP (أي ما يعادل ATP).

تعمل جزيئات NADH وFADH 2 كحاملات للإلكترون وتستخدم لإنتاج ATP في الخطوة التالية من استقلاب الجلوكوز - الفسفرة التأكسدية.

وظائف دورة كريبس:

• تقويضي (أكسدة بقايا الأسيتيل من جزيئات الوقود إلى المنتجات الأيضية النهائية) ؛
• الابتنائية (ركائز دورة كريبس - أساس تركيب الجزيئات، بما في ذلك الأحماض الأمينية والجلوكوز)؛
• تكاملي (TCC هو الرابط بين ردود الفعل الابتنائية والتقويضية) ؛
• متبرع بالهيدروجين (توريد 3 NADH.H + و1 FADH 2 إلى السلسلة التنفسية الميتوكوندريا)؛
• طاقة.

يمكن أن يؤدي نقص العناصر اللازمة للعمل الطبيعي لدورة كريبس إلى مشاكل خطيرة في الجسم مرتبطة بنقص الطاقة.

بفضل المرونة الأيضية، لا يستطيع الجسم استخدام الجلوكوز كمصدر للطاقة فحسب، بل أيضًا الدهون، التي ينتج عن انهيارها أيضًا جزيئات تشكل حمض البيروفيك (المشارك في دورة كريبس). وبالتالي، فإن دورة TCA المتدفقة بشكل صحيح توفر الطاقة واللبنات الأساسية لتشكيل جزيئات جديدة.

في الثلاثينيات من القرن العشرين، قام العالم الألماني هانز كريبس، مع طالبه، بدراسة تداول اليوريا. خلال الحرب العالمية الثانية، انتقل كريبس إلى إنجلترا حيث توصل إلى استنتاج مفاده أن بعض الأحماض تحفز العمليات في الجسم. ولهذا الاكتشاف حصل على جائزة نوبل.

كما تعلمون، تعتمد إمكانات الطاقة في الجسم على الجلوكوز الموجود في دمنا. كما أن خلايا جسم الإنسان تحتوي على الميتوكوندريا التي تساعد في معالجة الجلوكوز وتحويله إلى طاقة. وبعد بعض التحولات، يتحول الجلوكوز إلى مادة تسمى أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، وهي المصدر الرئيسي للطاقة للخلايا. هيكله بحيث يمكن دمجه في البروتين، وهذا المركب سيوفر الطاقة لجميع أجهزة الأعضاء البشرية. لا يمكن للجلوكوز أن يتحول مباشرة إلى ATP، لذلك يتم استخدام آليات معقدة للحصول على النتيجة المرجوة. هذه هي دورة كريبس.

بعبارات بسيطة جدًا، دورة كريبس هي سلسلة من التفاعلات الكيميائية التي تحدث في كل خلية من خلايا جسمنا، وتسمى دورة لأنها مستمرة بشكل مستمر. والنتيجة النهائية لهذه الدورة من التفاعلات هي إنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات، وهي المادة التي تمثل أساس الطاقة لعمل الجسم. وتسمى هذه الدورة بالتنفس الخلوي، حيث أن معظم مراحلها تحدث بمشاركة الأكسجين. بالإضافة إلى ذلك، تتميز الوظيفة الأكثر أهمية في دورة كريبس - البلاستيك (البناء)، حيث يتم إنتاج العناصر المهمة للحياة خلال الدورة: الكربوهيدرات، والأحماض الأمينية، وما إلى ذلك.

ولتنفيذ كل ما سبق، من الضروري أن يكون لديك أكثر من مائة عنصر مختلف، بما في ذلك الفيتامينات. إذا كان واحد منهم على الأقل غائبا أو ناقصا، فإن الدورة لن تكون فعالة بما فيه الكفاية، الأمر الذي سيؤدي إلى اضطرابات التمثيل الغذائي في جميع أنحاء جسم الإنسان.

مراحل دورة كريبس

1. الخطوة الأولى هي تقسيم جزيئات الجلوكوز إلى جزيئين من حمض البيروفيك. يؤدي حمض البيروفيك وظيفة استقلابية مهمة تعتمد بشكل مباشر على عمله. وقد ثبت أن هذا المركب موجود في بعض الفواكه والتوت وحتى العسل؛ يتم استخدامه بنجاح في التجميل كوسيلة لمكافحة الخلايا الظهارية الميتة (gommage). أيضًا، نتيجة للتفاعل، يمكن تشكيل اللاكتات (حمض اللاكتيك)، الموجود في العضلات المخططة، والدم (بتعبير أدق، في خلايا الدم الحمراء) والدماغ البشري. عنصر مهم في عمل القلب والجهاز العصبي. يحدث تفاعل نزع الكربوكسيل، أي انقسام مجموعة الكربوكسيل (الحمضية) من الأحماض الأمينية، والتي يتم خلالها تشكيل الإنزيم المساعد A - وهو يؤدي وظيفة نقل الكربون في عمليات التمثيل الغذائي المختلفة. عند دمجها مع جزيء الأكسالوسيتات (حمض الأكساليك)، يتم الحصول على السترات، والتي تظهر في التبادلات العازلة، أي أن "نفسها" تحمل مواد مفيدة في أجسامنا وتساعد على امتصاصها. في هذه المرحلة، يتم إطلاق الإنزيم المساعد A بالكامل، بالإضافة إلى أننا نحصل على جزيء الماء. رد الفعل هذا لا رجعة فيه.
2. تتميز المرحلة الثانية بإزالة الهيدروجين (انقسام جزيئات الماء) من السيترات، مما يعطينا cis-aconitate (حمض الأكونيتك)، الذي يساعد في تكوين الإيزوسيترات. ومن خلال تركيز هذه المادة، على سبيل المثال، يمكنك تحديد نوعية الفاكهة أو عصير الفاكهة.
3. المرحلة الثالثة. هنا يتم فصل مجموعة الكربوكسيل عن حمض الإيزوتريك، مما ينتج عنه حمض الكيتوجلوتاريك. يشارك ألفا كيتوجلوتارات في تحسين امتصاص الأحماض الأمينية من الأطعمة الواردة، ويحسن عملية التمثيل الغذائي ويمنع الإجهاد. يتم تشكيل NADH أيضًا - وهي مادة ضرورية للعمل الطبيعي لعمليات الأكسدة والتمثيل الغذائي في الخلايا.
4. في المرحلة التالية، عندما يتم فصل مجموعة الكربوكسيل، يتم تشكيل succinyl-CoA، وهو عنصر أساسي في تكوين المواد الابتنائية (البروتينات، وما إلى ذلك). تحدث عملية التحلل المائي (الاندماج مع جزيء الماء) ويتم إطلاق طاقة ATP.
5. وفي المراحل اللاحقة ستبدأ الدورة في الإغلاق، أي. سوف يفقد السكسينات جزيء الماء مرة أخرى، مما يحوله إلى فومارات (مادة تعزز نقل الهيدروجين إلى الإنزيمات المساعدة). ينضم الماء إلى الفومارات لتكوين المالات (حمض الماليك)، الذي يتأكسد، مما يؤدي مرة أخرى إلى ظهور أوكسالوسيتات. ويعمل أوكسالوسيتات بدوره كمحفز في العمليات المذكورة أعلاه، وتكون تركيزاته في الميتوكوندريا الخلوية ثابتة، ولكنها منخفضة إلى حد ما.

ومن ثم يمكننا تسليط الضوء على أهم وظائف هذه الدورة:

• طاقة؛
• الابتنائية (تخليق المواد العضوية - الأحماض الأمينية والبروتينات الدهنية وما إلى ذلك) ؛
• تقويضي: تحويل بعض المواد إلى محفزات - عناصر تساهم في إنتاج الطاقة؛
• النقل، وينقل بشكل رئيسي الهيدروجين المشارك في تنفس الخلايا.