تم تسمية هذا المسار الأيضي على اسم المؤلف الذي اكتشفه، ج. كريبس، الذي حصل (مع ف. ليبمان) على جائزة نوبل لهذا الاكتشاف في عام 1953. تلتقط دورة حمض الستريك معظم الطاقة المجانية الناتجة عن تحلل البروتينات والدهون والكربوهيدرات في الطعام. دورة كريبس هي المسار الأيضي المركزي.

يتم تضمين أسيتيل CoA، الذي يتكون نتيجة نزع الكربوكسيل التأكسدي للبيروفات في مصفوفة الميتوكوندريا، في سلسلة من تفاعلات الأكسدة المتعاقبة. هناك ثمانية ردود فعل من هذا القبيل.

التفاعل الأول - تكوين حامض الستريك. يتم تشكيل السيترات عن طريق تكثيف بقايا الأسيتيل من أسيتيل CoA مع أوكسالسيتات (OA) باستخدام إنزيم سيترات سينسيز (بمشاركة الماء):

هذا التفاعل لا رجعة فيه عمليا، لأنه يفكك رابطة الثيويثر الغنية بالطاقة أسيتيل ~S-CoA.

التفاعل الثاني - تكوين حمض الإيزوتريك.يتم تحفيز هذا التفاعل بواسطة إنزيم يحتوي على الحديد (Fe - غير الهيم) - أكونيتاز. يستمر التفاعل خلال مرحلة التكوين رابطة الدول المستقلة- حمض الأكونيتك (حمض الستريك يخضع للجفاف ليتشكل رابطة الدول المستقلة- حمض الأكونيتك الذي يتحول بإضافة جزيء الماء إلى حمض الإيزوتريك).

التفاعل الثالث - نزع الهيدروجين ونزع الكربوكسيل المباشر لحمض الإيزوتريك.يتم تحفيز التفاعل بواسطة إنزيم هيدروجيناز إيزوسيترات المعتمد على NAD+. يتطلب الإنزيم وجود أيونات المنغنيز (أو المغنيسيوم). كونه بروتينًا تفارغيًا بطبيعته، فإن إيزوسيترات ديهيدروجينيز يتطلب منشطًا محددًا - ADP.

التفاعل الرابع - نزع الكربوكسيل التأكسدي لحمض ألفا كيتوجلوتاريك.يتم تحفيز العملية بواسطة هيدروجيناز ألفا كيتوجلوتارات - مركب إنزيمي مشابه في تركيبه وآلية عمله لمجمع نازعة هيدروجين البيروفات. أنه يحتوي على نفس الإنزيمات المساعدة: TPP، LA وFAD - الإنزيمات المساعدة الخاصة بالمجمع؛ CoA-SH و NAD + عبارة عن إنزيمات مساعدة خارجية.

التفاعل الخامس - فسفرة الركيزة.جوهر التفاعل هو نقل رابطة succinyl-CoA الغنية بالطاقة (مركب عالي الطاقة) إلى HDF بمشاركة حمض الفوسفوريك - وهذا يشكل GTP، الذي يدخل جزيئه في التفاعل إعادة الفسفرةمع ADP - يتم تشكيل ATP.

التفاعل السادس - نزع هيدروجين حمض السكسينيك مع هيدروجيناز السكسينات.يقوم الإنزيم بنقل الهيدروجين مباشرة من الركيزة (السكسينات) إلى يوبيكوينون في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. إنزيم هيدروجيناز السكسينات - المركب الثاني من السلسلة التنفسية للميتوكوندريا. الإنزيم المساعد في هذا التفاعل هو FAD.

التفاعل السابع - تكوين حمض الماليك بواسطة إنزيم فوماراز.فوماراز (فومارات هيدراتاز) يرطب حمض الفوماريك - وهذا ينتج حمض الماليك، و ل-شكل، لأن الإنزيم مجسم.

التفاعل الثامن - تكوين أوكسالسيتات.يتم تحفيز التفاعل مالات ديهيدروجينيز ، الإنزيم المساعد له هو NAD +. يتم تضمين أوكسالسيتات المتكون تحت تأثير الإنزيم مرة أخرى في دورة كريبس ويتم تكرار العملية الدورية بأكملها.

التفاعلات الثلاثة الأخيرة قابلة للعكس، ولكن بما أن NADH?H + يتم التقاطها بواسطة السلسلة التنفسية، فإن توازن التفاعل ينزاح إلى اليمين، أي. نحو تكوين أوكسالسيتات. كما ترون، خلال دورة واحدة من الدورة، تحدث الأكسدة الكاملة، "الاحتراق" لجزيء الأسيتيل CoA. خلال الدورة، يتم تشكيل أشكال مخفضة من الإنزيمات المساعدة للنيكوتيناميد والفلافين، والتي تتأكسد في السلسلة التنفسية للميتوكوندريا. وبالتالي، فإن دورة كريبس ترتبط ارتباطًا وثيقًا بعملية التنفس الخلوي.

وظائف الدورة الثلاثة الأحماض الكربوكسيليةمتنوع:

· تكاملي - دورة كريبس هي مسار استقلابي مركزي يجمع بين عمليتي تحلل وتركيب أهم مكونات الخلية.

· الابتنائية - تُستخدم ركائز الدورة لتخليق العديد من المركبات الأخرى: تستخدم أسيتات الأكسال لتخليق الجلوكوز (تكوين السكر) وتخليق حمض الأسبارتيك، أسيتيل مرافق الإنزيم أ - لتخليق الهيم، ألفا-كيتوجلوتارات - لتخليق حمض الجلوتاميك، أسيتيل CoA - لتخليق الأحماض الدهنية، والكوليسترول، وهرمونات الستيرويد، وأجسام الأسيتون، وما إلى ذلك.

· الهدم - في هذه الدورة، تكمل منتجات تحلل الجلوكوز والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية الكيتونية رحلتها - ويتم تحويلها جميعًا إلى أسيتيل CoA؛ حمض الجلوتاميك - إلى حمض ألفا كيتوجلوتاريك؛ الأسبارتيك - إلى أوكسالوسيتات، الخ.

· الطاقة في الواقع - أحد تفاعلات الدورة (تحلل succinyl-CoA) هو تفاعل فسفرة الركيزة. خلال هذا التفاعل، يتم تشكيل جزيء واحد من GTP (يؤدي تفاعل إعادة الفسفرة إلى تكوين ATP).

· الجهة المانحة للهيدروجين - بمشاركة ثلاثة نازعات هيدروجين تعتمد على NAD + (إيزوسيترات، α-كيتوجلوتارات ونازعات هيدروجين المالات) ونازعة هيدروجين السكسينات المعتمدة على FAD، يتم تشكيل 3 NADH?H + و1 FADH 2. هذه الإنزيمات المساعدة المخفضة هي مانحة للهيدروجين لسلسلة الميتوكوندريا التنفسية، ويتم استخدام طاقة نقل الهيدروجين لتخليق ATP.

· الحساسية - تعويض. يتم استخدام كميات كبيرة من ركائز دورة كريبس لتخليق المركبات المختلفة وترك الدورة. أحد التفاعلات التي تعوض هذه الخسائر هو التفاعل المحفز بواسطة كربوكسيلاز البيروفات.

يتم تحديد سرعة تفاعل دورة كريبس حسب احتياجات الخلية من الطاقة

يرتبط معدل تفاعلات دورة كريبس بكثافة عملية تنفس الأنسجة وما يرتبط بها من الفسفرة التأكسدية - التحكم في الجهاز التنفسي. جميع المستقلبات التي تعكس إمدادات الطاقة الكافية للخلية هي مثبطات لدورة كريبس. تعتبر الزيادة في نسبة ATP/ADP مؤشرًا على إمداد الخلية بالطاقة الكافية وتقلل من نشاط الدورة. تشير الزيادة في نسبة NAD + / NADH، FAD / FADH 2 إلى نقص الطاقة وهي إشارة إلى تسارع عمليات الأكسدة في دورة كريبس.

يهدف العمل الرئيسي للمنظمين إلى نشاط ثلاثة إنزيمات رئيسية: سترات سينسيز، إيزوسيترات ديهيدروجينيز و كيتوغلوتارات ديهيدروجينيز. مثبطات allosteric سينسيز السيترات هي ATP والأحماض الدهنية. في بعض الخلايا، يلعب السيترات و NADH دور مثبطاته. يتم تنشيط إنزيم إيزوسيترات ديهيدروجينيز بشكل خيفي بواسطة ADP ويتم تثبيته عن طريق زيادة مستويات NADH + H +.

أرز. 5.15. دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل (دورة كريبس)

هذا الأخير هو أيضًا مثبط لإنزيم هيدروجيناز كيتوجلوتارات، والذي يتناقص نشاطه أيضًا مع زيادة مستوى succinyl-CoA.

يعتمد نشاط دورة كريبس إلى حد كبير على توريد الركائز. "التسرب" المستمر للركائز من الدورة (على سبيل المثال، أثناء التسمم بالأمونيا) يمكن أن يسبب اضطرابات كبيرة في إمداد الخلايا بالطاقة.

يخدم مسار فوسفات البنتوز لأكسدة الجلوكوز التوليف الاختزالي في الخلية.

وكما يوحي الاسم، ينتج هذا المسار فوسفات البنتوز، الذي تحتاجه الخلية بشدة. وبما أن تكوين البنتوز يصاحبه أكسدة وإزالة ذرة الكربون الأولى من الجلوكوز، فإن هذا المسار يسمى أيضًا apotomic (ذروة- قمة).

يمكن تقسيم مسار فوسفات البنتوز إلى قسمين: مؤكسد وغير مؤكسد. في الجزء التأكسدي، والذي يتضمن ثلاثة تفاعلات، يتكون NADPH?H+ والريبولوز-5-فوسفات. في الجزء غير المؤكسد، يتم تحويل الريبولوز 5-فوسفات إلى سكريات أحادية مختلفة تحتوي على 3، 4، 5، 6، 7 و8 ذرات كربون؛ المنتجات النهائية هي الفركتوز 6-فوسفات و3-PHA.

· الجزء المؤكسد . رد الفعل الأول- نزع هيدروجين الجلوكوز 6 فوسفات بواسطة هيدروجيناز الجلوكوز 6 فوسفات مع تكوين حمض δ-لاكتون 6-فوسفوجلوكونيك و NADPH?H + (NADP + - أنزيم الجلوكوز 6 فوسفات ديهيدروجينيز).

رد الفعل الثاني- التحلل المائي لـ 6-فوسفوجلوكونولاكتون بواسطة هيدرولاز الجلوكونولاكتون. منتج التفاعل هو 6-فوسفوجلوكونات.

رد الفعل الثالث- نزع الهيدروجين ونزع الكربوكسيل من 6-فوسفوجلوكونولاكتون بواسطة إنزيم هيدروجيناز 6-فوسفوجلوكونات، والإنزيم المساعد له هو NADP +. أثناء التفاعل، يتم استعادة الإنزيم المساعد وتقسيم الجلوكوز C-1 لتكوين الريبولوز 5 فوسفات.

· الجزء غير المؤكسد . على عكس التفاعل الأول، وهو الأكسدة، فإن جميع تفاعلات هذا الجزء من مسار فوسفات البنتوز قابلة للعكس (الشكل 5.16).

الشكل 5.16: الجزء المؤكسد من مسار فوسفات البنتوز (المتغير F)

ريبولوز 5-فوسفات يمكن أن يتصاوغ (إنزيم - إنزيم الكيتونيزوميراز ) إلى ريبوز 5 فوسفات وإبيميريز (إنزيم - إبيميراس ) إلى زيلولوز-5-فوسفات. ويتبع ذلك نوعان من التفاعلات: ترانسكيتولاز وترانسالدولاز.

ترانسكيتولاز(الإنزيم المساعد - بيروفوسفات الثيامين) يقسم جزء ثنائي الكربون وينقله إلى سكريات أخرى (انظر الرسم البياني). ترانسالدولاز ينقل شظايا ثلاثية الكربون.

يتفاعل الريبوز 5-فوسفات والزيلولوز 5-فوسفات أولاً. هذا تفاعل ترانسكيتولاز: يتم نقل الجزء 2C من الزيلوز-5-فوسفات إلى الريبوز-5-فوسفات.

ثم يتفاعل المركبان الناتجان مع بعضهما البعض في تفاعل ترانس ألدولاز؛ في هذه الحالة، نتيجة لنقل جزء 3C من سيدوهيبتولوز-7-فوسفات إلى 3-PHA، يتم تشكيل إريثروز-4-فوسفات وفركتوز-6-فوسفات، وهذا هو المتغير F لمسار فوسفات البنتوز. . ومن سمات الأنسجة الدهنية.

ومع ذلك، يمكن للتفاعلات أيضًا أن تأخذ مسارًا مختلفًا (الشكل 5.17)، ويُعرف هذا المسار باسم L-variant. يحدث في الكبد والأعضاء الأخرى. في هذه الحالة، يتم تشكيل أوكتولوز-1،8-ثنائي الفوسفات في تفاعل الترانسالدولاز.

الشكل 5.17. مسار فوسفات البنتوز (الذري) لاستقلاب الجلوكوز (أوكتولوز، أو L-variant)

يمكن أن يدخل الإريثروز 4-فوسفات والفركتوز 6-فوسفات في تفاعل ترانسكيتولاز، مما يؤدي إلى تكوين فركتوز 6-فوسفات و3-PHA.

يمكن تمثيل المعادلة العامة للأجزاء المؤكسدة وغير المؤكسدة لمسار فوسفات البنتوز على النحو التالي:

الجلوكوز-6-P + 7H2O + 12NADP + 5 Pentoso-5-P + 6CO2 + 12 NADPH?H + + Fn.

الاسْتِقْلاب

الأيض هو تبادل الطاقة الذي يحدث في أجسامنا. نحن نستنشق الأكسجين ونزفر ثاني أكسيد الكربون. فقط الكائن الحي يمكنه أخذ شيء منه بيئةوإعادته مرة أخرى في شكل مختلف.

لنفترض أننا قررنا تناول وجبة الإفطار وأكلنا الخبز والدجاج. الخبز عبارة عن كربوهيدرات والدجاج عبارة عن بروتينات.
خلال هذا الوقت، سوف تتحلل الكربوهيدرات المهضومة إلى سكريات أحادية، والبروتينات إلى أحماض أمينية.
هذه هي المرحلة الأولية - تقويض. في هذه المرحلة، تنقسم الهياكل المعقدة إلى هياكل أبسط.

وكمثال أيضًا، يمكننا أن نذكر تجديد سطح الجلد. إنهم يتغيرون باستمرار. عندما تموت الطبقة العليا من الجلد، تقوم الخلايا البلعمية بإزالة الخلايا الميتة وتظهر أنسجة جديدة. يتم إنشاؤه عن طريق جمع البروتين من مركبات العضوية. يحدث هذا في الريبوسومات. تسمى مجموعة الإجراءات الخاصة بتكوين تركيبة معقدة (بروتين) من تركيبة بسيطة (الأحماض الأمينية) بعملية الابتناء.

بناء:

• ارتفاع،
• يزيد،
• امتداد.

الهدم:

• شق،
• قسم،
• ينقص.

يمكنك تذكر الاسم من خلال مشاهدة فيلم "Anabolics". نحن نتحدث هنا عن الرياضيين الذين يستخدمون الأدوية المنشطة للنمو وزيادة كتلة العضلات.

ما هي دورة كريبس؟

في الثلاثينيات من القرن العشرين، درس العالم هانز كريبس اليوريا. ثم انتقل إلى إنجلترا وتوصل إلى استنتاج مفاده أن بعض الإنزيمات يتم تحفيزها في أجسامنا. ولهذا حصل على جائزة نوبل.

نحصل على الطاقة من الجلوكوز الموجود في خلايا الدم الحمراء. تساعد الميتوكوندريا في تحويل سكر العنب إلى طاقة. يتم بعد ذلك تحويل المنتج النهائي إلى أدينوسين ثلاثي الفوسفات، أو ATP. إنه ATP هذا هو القيمة الرئيسيةجسم. المادة الناتجة تشبع أعضاء الجسم بالطاقة. لا يمكن تحويل الجلوكوز نفسه إلى ATP، وهذا يتطلب آليات معقدة. ويسمى هذا التحول دورة كريبس.

دورة كريبس- وهي تحولات كيميائية مستمرة تحدث داخل كل كائن حي. وهذا ما يسمى لأن الإجراء يتكرر دون توقف. ونتيجة لهذه الظاهرة نكتسب حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك الذي يعتبر حيويا بالنسبة لنا.

الشرط المهم هو تنفس الخلايا. خلال جميع المراحل، يجب أن يكون الأكسجين موجودا. على في هذه المرحلةيتم أيضًا إنشاء أحماض أمينية وكربوهيدرات جديدة. تلعب هذه العناصر دور بناة الجسم، ويمكن القول أن هذه الظاهرة تلعب دورًا مهمًا آخر وهو البناء. لكي تكون هذه الوظائف فعالة، هناك حاجة إلى عناصر وفيتامينات صغرى وكبيرة أخرى. إذا كان هناك نقص في عنصر واحد على الأقل، يتم انتهاك عمل الأجهزة.

مراحل دورة كريبس

هنا، ينقسم جزيء واحد من الجلوكوز إلى جزأين من حمض البيروفيك. وهو رابط مهم في عملية التمثيل الغذائي وتعتمد عليه وظيفة الكبد. ويوجد في العديد من الفواكه والتوت. وغالبا ما يستخدم لأغراض التجميل. ونتيجة لذلك، قد لا يزال حمض اللبنيك يظهر. ويوجد في خلايا الدم والدماغ والعضلات. ثم نحصل على الإنزيم المساعد أ. وتتمثل وظيفته في نقل الكربون إلى أجزاء مختلفة من الجسم. عند دمجها مع الأوكسالات نحصل على السيترات. يتحلل الإنزيم المساعد A تمامًا، ونحصل أيضًا على جزيء الماء.

وفي الثانية، يتم فصل الماء عن السترات. ونتيجة لذلك، يظهر مركب أكاتين، مما سيساعد في الحصول على إيزوسيترات. لذلك، على سبيل المثال، يمكننا معرفة نوعية الفواكه والعصائر والرحيق. يتم تشكيل NADH - وهو ضروري لعمليات الأكسدة والتمثيل الغذائي.
وتحدث عملية الاتحاد مع الماء ويتم إطلاق طاقة أدينوسين ثلاثي الفوسفات. تحضير الأكسالوسيتات. وظائف في الميتوكوندريا.

ما هي أسباب تباطؤ استقلاب الطاقة؟

يتمتع جسمنا بالقدرة على التكيف مع الطعام والسوائل ومقدار حركتنا. هذه الأشياء تؤثر بشكل كبير على عملية التمثيل الغذائي الخاص بك.
وحتى في تلك الأوقات البعيدة، نجت البشرية من ظروف مناخية صعبة مع المرض والجوع وفشل المحاصيل. الآن تقدم الطب إلى الأمام، لذلك بدأ الناس في البلدان المتقدمة يعيشون حياة أطول ويكسبون أموالًا أفضل دون بذل كل جهودهم في ذلك. في الوقت الحاضر، يستهلك الناس في كثير من الأحيان الدقيق ومنتجات الحلويات الحلوة ويمارسون القليل من الرياضة. يؤدي نمط الحياة هذا إلى تباطؤ عمل العناصر.

لتجنب ذلك، عليك أولاً إدراج الحمضيات في نظامك الغذائي. أنها تحتوي على مجموعة من الفيتامينات وغيرها من المواد الهامة. يلعب حامض الستريك الموجود في تركيبته دورًا مهمًا. يلعب دورًا في التفاعلات الكيميائية لجميع الإنزيمات ويسمى على اسم دورة كريبس.

سيساعد تناول الحمضيات في حل مشكلة تفاعل الطاقة أيضًا إذا اتبعت ذلك صورة صحيةحياة. لا يجب عليك تناول البرتقال واليوسفي بشكل متكرر، لأنها يمكن أن تهيج جدران المعدة. قليلا من كل شيء.

دورة الأحماض الثلاثية الكربوكسيل (دورة كريبس)

يحول تحلل السكر الجلوكوز إلى البيروفات وينتج جزيئين ATP من جزيء الجلوكوز - وهو جزء صغير من الطاقة الكامنة لهذا الجزيء.

في الظروف الهوائية، يتحول البيروفات من تحلل السكر إلى أسيتيل CoA 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 في 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 المؤكسد إلى الشكل النشط لحمض الأسيتيك - أسيتيل أنزيم A:

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، يتم استخدام الأسيتيل CoA الزائد لتخليق أجسام الكيتون؛ وفي العصارة الخلوية يشارك في تخليق الجزيئات المعقدة مثل الستيرويدات 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، والتي 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 إنزيم سيترات إنزيم مصفوفة الميتوكوندريا لتكوين حامض الستريك.

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

لحمض رابطة الدول المستقلة-الأكونيتيك. 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 فوماراز 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 أن يؤخذ في الاعتبار أنه أثناء أكسدة الجلوكوز، يتم استهلاك جزيئين من 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.

تجدر 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 مرافق الإنزيم أ 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.

الجميع يعرف ذلك ل عملية عاديةيحتاج 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. والتسلسل التفاعلات الكيميائيةوالتي تتيح لك الحصول على الطاقة اللازمة لعمل كل خلية من خلايا الجسم، تسمى 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 تخليق 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.

تُعرف دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل أيضًا بدورة كريبس، حيث اقترح هانز كريبس وجود مثل هذه الدورة في عام 1937.
ولهذا حصل بعد 16 عامًا على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب. وهذا يعني أن الاكتشاف مهم للغاية. ما معنى هذه الدورة ولماذا هي في غاية الأهمية؟

مهما كان ما يقوله المرء، لا يزال عليك أن تبدأ بعيدًا جدًا. إذا قررت قراءة هذه المقالة، فأنت تعلم على الأقل بشكل مباشر أن المصدر الرئيسي للطاقة للخلايا هو الجلوكوز. إنه موجود باستمرار في الدم بتركيز ثابت تقريبًا - ولهذا توجد آليات خاصة تقوم بتخزين الجلوكوز أو إطلاقه.

يوجد داخل كل خلية الميتوكوندريا - عضيات فردية ("أعضاء" الخلية) تعالج الجلوكوز لإنتاج مصدر طاقة داخل الخلايا - ATP. يعتبر ATP (حمض الأدينوزين ثلاثي الفوسفوريك) متعدد الاستخدامات ومريح للغاية للاستخدام كمصدر للطاقة: فهو مدمج مباشرة في البروتينات، مما يوفر لها الطاقة. أبسط مثال هو بروتين الميوسين، الذي بفضله تكون العضلات قادرة على الانقباض.

لا يمكن تحويل الجلوكوز إلى ATP، على الرغم من احتوائه عدد كبير منطاقة. فكيف نستخرج هذه الطاقة ونوجهها في الاتجاه الصحيح دون اللجوء إلى وسائل همجية (بالمعايير الخلوية) كالحرق؟ من الضروري استخدام الحلول البديلة، لأن الإنزيمات (محفزات البروتين) تسمح لبعض التفاعلات بالمضي قدمًا بشكل أسرع وأكثر كفاءة.

المرحلة الأولى هي تحويل جزيء الجلوكوز إلى جزيئين من البيروفات (حمض البيروفيك) أو اللاكتات (حمض اللاكتيك). في هذه الحالة، يتم تحرير جزء صغير (حوالي 5٪) من الطاقة المخزنة في جزيء الجلوكوز. يتم إنتاج اللاكتات عن طريق الأكسدة اللاهوائية - أي في غياب الأكسجين. هناك أيضًا طريقة لتحويل الجلوكوز في الظروف اللاهوائية إلى جزيئين من الإيثانول وثاني أكسيد الكربون. وهذا ما يسمى التخمير، ولن نفكر في هذه الطريقة.


...تمامًا كما أننا لن نتناول بالتفصيل آلية تحلل الجلوكوز نفسها، أي تحلل الجلوكوز إلى البيروفات. لأنه، على حد تعبير لينجر، "يتم تحفيز تحويل الجلوكوز إلى البيروفات بواسطة عشرة إنزيمات تعمل بالتسلسل". يمكن للمهتمين فتح كتاب مدرسي عن الكيمياء الحيوية والتعرف بالتفصيل على جميع مراحل العملية - لقد تمت دراستها جيدًا.

يبدو أن المسار من البيروفات إلى ثاني أكسيد الكربون يجب أن يكون بسيطًا جدًا. ولكن اتضح أن ذلك يتم من خلال عملية من تسع خطوات، تسمى دورة حمض ثلاثي الكربوكسيل. هذا التناقض الواضح مع مبدأ الاقتصاد (أليس من الممكن أن يكون الأمر أكثر بساطة؟) يمكن تفسيره جزئيًا بحقيقة أن الدورة تربط عدة مسارات استقلابية: المواد المتكونة في الدورة هي سلائف لجزيئات أخرى لم تعد مرتبطة بالتنفس (بالنسبة إلى على سبيل المثال، الأحماض الأمينية)، وأي مركبات أخرى يتم التخلص منها ينتهي بها الأمر في الدورة ويتم "حرقها" للحصول على الطاقة أو إعادة تدويرها إلى تلك التي تعاني من نقص المعروض.

الخطوة الأولى، والتي يتم اعتبارها تقليديًا فيما يتعلق بدورة كريبس، هي نزع الكربوكسيل المؤكسد من البيروفات إلى بقايا الأسيتيل (أسيتيل-CoA). CoA، إذا كان أي شخص لا يعرف، هو الإنزيم المساعد A، الذي يحتوي على مجموعة الثيول التي يمكنه من خلالها نقل بقايا الأسيتيل.


ويؤدي تكسير الدهون أيضًا إلى تكوين الأسيتيل، الذي يدخل أيضًا في دورة كريبس. (يتم تصنيعها بطريقة مماثلة - من Acetyl-CoA، وهو ما يفسر حقيقة أن الدهون تحتوي دائمًا على أحماض فقط تحتوي على عدد زوجي من ذرات الكربون).

يتكثف Acetyl-CoA مع جزيء أوكسالوسيتات لإنتاج السيترات. يؤدي هذا إلى إطلاق الإنزيم المساعد A وجزيء الماء. هذه المرحلة لا رجعة فيها.

يتم نزع هيدروجين السيترات إلى cis-aconitate، وهو ثاني حمض ثلاثي الكربوكسيل في الدورة.

يقوم Cis-aconitate بربط جزيء الماء مرة أخرى، ويتحول إلى حمض الإيزوتريك. هذه والمراحل السابقة قابلة للعكس. (الإنزيمات تحفز التفاعلات الأمامية والعكسية - هل تعلم ذلك، أليس كذلك؟)

يتم نزع الكربوكسيل من حمض الإيزوتريك (بشكل لا رجعة فيه) ويتأكسد في نفس الوقت، مما يعطي حمض الكيتوجلوتاريك. وفي الوقت نفسه، يتحول NAD+، الذي تتم استعادته، إلى NADH.

المرحلة التالية هي نزع الكربوكسيل التأكسدي. ولكن في هذه الحالة، لا يتم تشكيل السكسينات، بل يتم تحلل السكسينيل-CoA، والذي يتم تحلله في المرحلة التالية، وتوجيه الطاقة المنطلقة إلى تخليق ATP.

في هذه الحالة، يتم تشكيل جزيء NADH آخر وجزيء FADH2 (أنزيم مساعد يختلف عن NAD، والذي يمكن أيضًا أكسدته واختزاله وتخزينه وإطلاق الطاقة).

اتضح أن أوكسالوأسيتات يعمل كمحفز - فهو لا يتراكم ولا يتم استهلاكه في هذه العملية. هذا صحيح - يتم الحفاظ على تركيز أوكسالوسيتات في الميتوكوندريا منخفضًا جدًا. كيفية تجنب تراكم المنتجات الأخرى، وكيفية تنسيق جميع المراحل الثمانية للدورة؟

لهذا، كما اتضح، هناك آليات خاصة - نوع من ردود الفعل السلبية. بمجرد أن يرتفع تركيز المنتج فوق المعدل الطبيعي، فإنه يمنع عمل الإنزيم المسؤول عن تخليقه. وبالنسبة للتفاعلات العكسية، يكون الأمر أبسط: عندما يتم تجاوز تركيز المنتج، يبدأ التفاعل ببساطة في الاتجاه المعاكس.

واثنين من التعليقات البسيطة