วงจร Krebs คืออะไร?

Jan 05 2022

หน้าที่หลักของวงจร Krebs คือการผลิตพลังงาน จัดเก็บและขนส่งเป็น ATP หรือ GTP เพื่อให้ร่างกายมนุษย์ทำงานต่อไป

วัฏจักร Krebs เป็นลำดับของปฏิกิริยาแปดประการที่เกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เพื่อผลิตพลังงาน คาร์บอนไดออกไซด์ถูกปลดปล่อยออกมา สร้างโมเลกุล ATP ขึ้นหนึ่งโมเลกุล NADH สามโมเลกุลถูกสร้างขึ้นจาก NADH+ และ FADH2 หนึ่งตัวก่อตัวขึ้นจาก FAD วิกิมีเดียคอมมอนส์ (CC By SA 4.0)

นาทีนี้ คุณคือที่ตั้งของชีวเคมีที่ซับซ้อนอย่างไม่น่าเชื่อ เพื่อให้ร่างกาย ของคุณ ทำทุกอย่าง ไม่ว่าจะเป็นกระโดดบนแทรมโพลีน เดินเข้าห้องน้ำ ขยับลูกตาขณะอ่านบทความนี้ คุณจะต้องทำสิ่งที่เรียกว่าการหายใจระดับเซลล์ ซึ่งเซลล์ ของคุณจะ สร้างพลังงานจาก ออกซิเจนที่คุณหายใจและอาหารที่คุณกิน และอย่างที่คุณจินตนาการได้ การเปลี่ยนเนยถั่วและแซนด์วิชเยลลี่ให้กลายเป็นวิดพื้นนั้นเป็นกระบวนการเพียงเล็กน้อย

การหายใจระดับเซลล์

เป้าหมายหลักอย่างหนึ่งของการหายใจระดับเซลล์คือการสร้างพลังงานสะสมชนิดหนึ่งที่เรียกว่า ATP หรืออะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต คิดว่าเป็นภาษาพลังงานที่เซลล์ของคุณพูด แสงแดดคือพลังงาน แต่เราไม่สามารถให้พลังงานแก่ร่างกายได้เพราะมันไม่ได้พูดภาษาพลังงานที่ร่างกายเรารู้ — ร่างกายของสัตว์พูดได้เพียง ATP ดังนั้นเราจึงต้องเปลี่ยนน้ำตาลใน PB&J เป็น ATP เพื่อที่จะทำวิดพื้น .

ขั้นตอนหนึ่งของถนนสายยาวจากแซนด์วิชไปสู่การวิดพื้นเรียกว่าวงจร Krebs (หรือที่เรียกว่าวงจรกรดซิตริก (CAC) หรือวัฏจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (TAC)) หลังจาก Hans Krebs ผู้ซึ่งคิดค้นชีวเคมีบ้าๆ นี้เป็นครั้งแรกในปี 1937 และทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ในปี พ.ศ. 2496 มันคุ้มค่าเพราะวงจร Krebs เป็น doozy ที่แน่นอนซึ่งใช้การเปลี่ยนแปลงในพันธะเคมีเพื่อจัดเรียงพลังงานใหม่

วงจร Krebs เกิดขึ้นในเซลล์ของเราผ่านเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่รับผิดชอบในการผลิตพลังงานระดับเซลล์ การหายใจระดับเซลล์เป็นกระบวนการที่มีหลายขั้นตอน โดยเริ่มด้วยไกลโคไลซิส ซึ่งจะสลายวงแหวนคาร์บอน 6 ตัวของกลูโคส และทำหน้าที่สร้างโมเลกุลคาร์บอน 3 ตัวที่เรียกว่ากรดไพรูวิก และสารประกอบที่อุดมด้วยพลังงาน 2 ชนิดที่เรียกว่า NADH จากที่นี่ วงจร Krebs จะหายไป

The Krebs Cycle

วงจร Krebs เป็นกระบวนการแอโรบิก ซึ่งหมายความว่าต้องใช้ออกซิเจนในการทำงาน ดังนั้นวัฏจักร Krebs จึงเข้าสู่ธุรกิจได้ทันทีที่ผสมคาร์บอนและออกซิเจนในเส้นทางการหายใจ:

Dale Beach ศาสตราจารย์จาก Department of Biological and Environmental Sciences แห่งมหาวิทยาลัย Longwood ในเมือง Farmville รัฐเวอร์จิเนียกล่าวว่า "ประการแรก คาร์บอน 2 ตัวเข้าสู่วัฏจักร และคาร์บอน 2 ตัวจะถูกออกซิไดซ์และขจัดออกจากวงจร "เราสามารถนึกถึงขั้นตอนแรกนี้เป็นการทำปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำตาลกลูโคสให้สมบูรณ์ และถ้าเรานับน้ำตาล น้ำตาลหกตัวเข้าสู่เส้นทางการหายใจที่ไกลโคไลซิส และต้องมีทั้งหมด 6 อะตอม สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่คาร์บอนหกตัวที่เหมือนกันจริงๆ แต่ช่วยเสริมสร้างการเปลี่ยนกลูโคสเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ตลอดทางเดิน"

คาร์บอนหนึ่งตัวที่อยู่นอกโมเลกุลคาร์บอนสามพันธะกับโมเลกุลออกซิเจนและปล่อยให้เซลล์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์ สิ่งนี้ทำให้เรามีสารประกอบสองคาร์บอนที่เรียกว่าอะเซทิลโคเอ็นไซม์เอหรืออะซิติลโคเอ ปฏิกิริยาเพิ่มเติมจะจัดระเบียบโมเลกุลใหม่ในลักษณะที่ออกซิไดซ์คาร์บอนเพื่อให้ได้ NADH อื่นและ FADH พลังงานที่ต่ำกว่า

วงเวียน

หลังจากเสร็จสิ้นเส้นทางการหายใจ วัฏจักรเครบส์จะผ่านกระบวนการออกซิเดชันครั้งที่สองซึ่งดูเหมือนวงเวียนการจราจรมาก ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้เป็นวัฏจักร acetyl coA เข้าสู่วัฏจักร รวมกับ oxaloacetate เพื่อสร้างซิเตรต จึงเป็นที่มาของชื่อ "Krebs cycle" กรดซิตริกนี้ถูกออกซิไดซ์ในหลายๆ ขั้นตอน โดยจะปล่อยคาร์บอนออกไปรอบวงเวียนจนในที่สุดก็กลับเป็นกรดออกซาโลอะซิติก เมื่อคาร์บอนปล่อยกรดซิตริก พวกมันจะเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และถูกคายออกจากเซลล์และหายใจออกในที่สุด

"ในระหว่างการออกซิเดชันครั้งที่สอง พันธะใหม่ที่มีพลังงานสูงถูกสร้างขึ้นด้วยกำมะถันของ CoA เพื่อผลิต Succinate-CoA" บีชกล่าว "มีพลังงานเพียงพอที่นี่ที่เราสามารถผลิต ATP ที่เทียบเท่าได้โดยตรง GTP ถูกสร้างขึ้นจริง แต่มีปริมาณพลังงานเท่ากันกับ ATP นี่เป็นเพียงส่วนเล็กของระบบ

"การกำจัดโคเอ็นไซม์เอทำให้เรามีโมเลกุลซัคซิเนต จากจุดซัคซิเนตในวัฏจักร ชุดของขั้นตอนในการจัดเรียงพันธะเคมีและเหตุการณ์ออกซิเดชันบางอย่างเพื่อฟื้นฟูออกซาโลอะซีเตตเดิม ในกระบวนการ ทางเดินจะสร้าง FADH พลังงานต่ำก่อน โมเลกุลและโมเลกุล NADH สุดท้าย" บีชกล่าว

สำหรับแต่ละกลูโคสเข้าสู่การหายใจ วงเวียนสามารถหมุนได้สองครั้ง หนึ่งครั้งสำหรับแต่ละไพรูเวตที่เข้ามา อย่างไรก็ตาม ไม่จำเป็นต้องทำซ้ำสองครั้งเนื่องจากเซลล์สามารถดูดคาร์บอนสำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่อื่น ๆ หรือใส่มากขึ้นในวัฏจักรโดยการเสียสละกรดอะมิโนหรือใช้ประโยชน์จากพลังงานที่เก็บไว้ในไขมัน

ดู? ชีวเคมีที่ซับซ้อน แต่จากข้อมูลของ Beach สิ่งหนึ่งที่ควรทราบเกี่ยวกับวัฏจักรของ Krebs คือการปรากฏตัวของอะดีโนซีนบ่อยครั้ง — ซึ่งอยู่ใน NADH, FADH, CoenzymeA และ ATP

"อะดีโนซีนเป็น 'ที่จับระดับโมเลกุล' สำหรับโปรตีนที่จะคว้ามา เราสามารถจินตนาการถึงวิวัฒนาการของกระเป๋าผูก ATP ที่มีการแบ่งปันและรีไซเคิล เพื่อให้สิ่งเหล่านี้กลายเป็นจุดยึดเหนี่ยวของโมเลกุลอื่นๆ โดยใช้ลวดลายที่คล้ายคลึงกัน"