Tartalom
- Glikolízis: A színpad beállítása
- A Krebsi ciklus: a kapszula összefoglalása
- Mélyebb merülés a Krebsi ciklus reakciókba
- A Mnemonic a hallgatók számára
A Krebs-ciklus, amelyet 1953-ban a Nobel-díjas és Hans Krebs fiziológus neveztek el, egy anyagcsere-reakció sorozat, amely az eukarióta sejtek mitokondriumaiban zajlik. Egyszerűbben fogalmazva: ez azt jelenti, hogy a baktériumok nem rendelkeznek a Krebs-ciklus celluláris gépeivel, tehát a növényekre, állatokra és gombákra korlátozódtak.
A glükóz az a molekula, amelyet végül az élőlények metabolizálnak, hogy energiát nyerjenek, adenozin-trifoszfát vagy ATP formájában. A glükóz a testben számos formában tárolható; a glikogén alig több, mint egy hosszú glükózmolekula, amely az izom- és májsejtekben tárolódik, míg az étkezési szénhidrátok, fehérjék és zsírok olyan összetevőket tartalmaznak, amelyek szintén metabolizálhatók glükózzá. Amikor egy glükóz molekula belép a sejtekbe, akkor a citoplazmában bomlik piruváttá.
A következő esemény attól függ, hogy a piruvát belép-e az aerob légzési útra (a szokásos eredmény), vagy a laktát-erjedési útra (nagy intenzitású testmozgás vagy oxigénhiányos reakciók során alkalmazzák), mielőtt végül lehetővé teszi az ATP-termelést és a szén-dioxid kibocsátását ( CO2) és víz (H2O) melléktermékekként.
A Krebsz-ciklus - amelyet citromsav-ciklusnak vagy trikarbonsav-ciklusnak (TCA) is hívnak - az első lépés az aerob úton, és működése közben elegendő mennyiségű oxaloacetát nevű anyagot szintetizál azért, hogy a ciklus folytatódjon, bár ugyanúgy, mint lásd ez nem igazán a "küldetés" ciklus. A Krebs-ciklus más előnyöket is nyújt. Mivel körülbelül nyolc reakciót (és ennek megfelelően kilenc enzimet) tartalmaz, kilenc különálló molekulát érintve, hasznos eszköz kidolgozása annak érdekében, hogy a ciklus fontos pontjait egyenesen a fejében tartsa.
Glikolízis: A színpad beállítása
A glükóz egy hat szén (hexóz) cukor, amely a természetben általában gyűrű formájában van. Mint minden monoszacharid (cukor-monomer), szénből, hidrogénből és oxigénből áll, 1-2-1 arányban, C képlettel6H12O6. Ez a fehérje-, szénhidrát- és zsírsav-metabolizmus egyik végterméke, és üzemanyagként szolgál minden szervezetben, az egysejtű baktériumoktól kezdve az emberekig és a nagyobb állatokig.
A glikolízis anaerob, szigorú értelmében az "oxigén nélkül". Vagyis a reakciók folytatódnak, ha O2 jelen van a sejtekben vagy sem. Vigyázzon, hogy megkülönböztesse ezt az "oxigéntől" nem lehet jelen vannak ", bár ez a helyzet néhány olyan baktérium esetében, amelyeket az oxigén valójában elpusztít és kötelező anaeroboknak nevezik.
A glikolízis reakciójában a hatszén glükóz kezdetben foszforilálódik, vagyis foszfátcsoport kapcsolódik hozzá. A kapott molekula a fruktóz (gyümölcscukor) foszforilált formája. Ezt a molekulát ezután másodszor foszforilálják. Ezen foszforilációk mindegyikéhez szükséges egy ATP molekula, amelyek mindkettőt átalakítják adenozin-difoszfáttá vagy ADP-ké. A hat szén molekula ezután két három szén molekulavá alakul, amelyeket gyorsan piruváttá alakítanak. Mindegyik molekula feldolgozása során mindegyik NAD + molekula (nikotinamid adenin-dinukleotid) segítségével 4 ATP-t állítanak elő, amelyek NADH két molekulává alakulnak. Így minden olyan glükózmolekula esetében, amely belép a glikolízisbe, két ATP, két piruvát és két NADH háló keletkezik, míg két NAD + fogyaszt.
A Krebsi ciklus: a kapszula összefoglalása
Mint korábban megjegyeztük, a piruvát sorsa az anyagcsere igényeitől és a kérdéses szervezet környezetétől függ. A prokariótákban a glikolízis és a fermentáció szinte az összes sejt energiaigényét kielégíti, bár ezeknek a szervezeteknek néhány fejlődött ki elektronszállító láncok amelyek lehetővé teszik számukra az oxigén felhasználását az ATP felszabadításához a glikolízis metabolitjaiból (termékeiből). A prokariótákban és az összes eukariótában, de az élesztőben, ha nincs rendelkezésre álló oxigén, vagy ha a sejtek energiaigényét nem lehet teljes mértékben kielégíteni aerob légzés útján, a piruvát fermentációval tejsavvá alakul át laktát dehidrogenáz enzim vagy LDH enzim hatására. .
A Krebsi ciklusra szánt piruvát a citoplazmából a sejtmagcsövek membránján (a citoplazma funkcionális komponensei) áthaladó membránon mozog. mitokondriumok. A mitokondriális mátrixban, amely maguk a mitokondriumok egyfajta citoplazma, a piruvát dehidrogenáz enzim hatására átalakul egy másik, három széntartalmú vegyületté, az úgynevezett acetil-koenzim A vagy acetil-CoA. Számos enzimet ki lehet választani a kémiai felépítésből az általuk megosztott "-ase" utótag miatt.
Ezen a ponton igénybe kell vennie egy diagramot, amely részletezi a Krebsi ciklust, mivel ez az egyetlen módja annak, hogy értelmesen kövessük azt; lásd a forrásokat egy példában.
A Krebs-ciklust úgy nevezik, hogy egyik fő terméke, az oxaloacetát, szintén reagens. Vagyis amikor a piruvátból előállított kétszén-acetil-CoA belép a ciklusba az "upstream", akkor reagál az oxaloacetáttal, egy négyszénű molekulaval, és citrátot képez, egy hatszénű molekulát. A citrát, egy szimmetrikus molekula, három karboxilcsoportok, amelyek protonált formájukban (-COOH) és protonálatlan formájukban (-COOH) vannak. A karboxilcsoportok ez a hárma adja a "trikarbonsav" nevet erre a ciklusra. A szintézist egy vízmolekula hozzáadásával hajtják végre, ez kondenzációs reakcióvá válik, és az acetil-CoA koenzim A-része elveszik.
A citrátot ezután ugyanazon atomokkal rendelkező molekulává alakítják át, eltérő elrendezésben, amelyet megfelelő módon izocitrátnak neveznek. Ez a molekula ezután szén-dioxidot bocsát ki2 az öt szénatomszámú α-ketoglutarát vegyületté válik, és a következő lépésben ugyanez történik, amikor az α-ketoglutarát elveszti a CO2 miközben visszanyeri az A koenzimet, hogy szukcinil-CoA -kká váljon. Ez a négyszénű molekula szukcinálandóvá válik a CoA elvesztésével, majd ezt követően négyszén-szénatomon deprotonált savak: fumarát, malát és végül oxaloacetát folyamatává alakul.
A Krebs-ciklus központi molekulái sorrendben vannak
Ebből hiányoznak az enzimek és számos kritikus társreagens neve, köztük NAD + / NADH, a hasonló molekulapár FAD / FADH2 (flavin adenin-dinukleotid) és CO2.
Vegye figyelembe, hogy a szénmennyiség bármely ciklus ugyanazon pontján változatlan marad. Az oxaloacetát két szénatomot felvesz, amikor az acetil-CoA-val kombinálódik, de ez a két atom a Krebs-ciklus első felében CO-ként elveszik2 egymást követő reakciókban, amelyek során a NAD + szintén NADH-ra redukálódik. (A kémiában kissé egyszerűsítve a redukciós reakciók protonokat adnak, míg az oxidációs reakciók eltávolítják őket.) A folyamat egészére tekintve, és csak ezeknek a kettős, négy, öt és hat széntartalmú reagenseknek és termékeknek a vizsgálatánál nem az, hogy azonnal tisztázzuk, hogy a sejtek miért vesznek részt valami hasonlóban, mint a biokémiai óriáskerék, amikor ugyanabból a népességből különböző lovasokat rakodnak fel és le a kormányra, de a nap végén semmi sem változik, kivéve a kerék sok fordulását.
A Krebs-ciklus célja nyilvánvalóbb, ha megnézzük, mi történik a hidrogénionokkal ezekben a reakciókban. Három különböző ponton az NAD + protont gyűjt, és egy másik ponton a FAD két protont gyűjt. Gondolj a protonokra - pozitív és negatív töltésre gyakorolt hatásuk miatt - elektronpárokként. Ebben a nézetben a ciklus lényege a nagy energiájú elektronpárok felhalmozódása a kis szénmolekulákból.
Mélyebb merülés a Krebsi ciklus reakciókba
Ön észreveheti, hogy két kritikus molekula hiányzik az aerob légzésben, hiányzik a Krebsi ciklusból: Oxigén (O2) és az ATP, az energia olyan formája, amelyet a sejtek és szövetek közvetlenül alkalmaznak olyan tevékenységek elvégzéséhez, mint a növekedés, a helyreállítás és így tovább. Ez ismét azért van, mert a Krebsz-ciklus egy asztali beállító az elektronszállító láncreakciókhoz, amelyek a közelben, a mitokondriális membránban, nem pedig a mitokondriális mátrixban fordulnak elő. A ciklusban a nukleotidok (NAD + és FAD) által összegyűjtött elektronokat "lefelé" használják, ha az oxigénatomok elfogadják őket a szállítási láncban. A Krebs-ciklus gyakorlatilag eltávolítja az értékes anyagokat egy látszólag figyelemre méltó kör alakú szállítószalagban, és azokat egy közeli feldolgozó központba exportálja, ahol az igazi gyártócsoport dolgozik.
Vegye figyelembe azt is, hogy a látszólag felesleges reakciók a Krebsi ciklusban (miért végezzen nyolc lépést annak elvégzéséhez, amit talán három vagy négynél lehet megtenni?) Olyan molekulákat generálnak, amelyek - bár a Krebsi ciklus közbenső termékei - reaktánsokként szolgálhatnak független reakciókban .
Referenciaként a NAD protont fogad el a 3., 4. és 8. lépésben, és ezen CO első két részében2 fészer; a GDP-ből az 5. lépésben egy guanozin-trifoszfát (GTP) molekulát állítunk elő; és a FAD két protont elfogad a 6. lépésben. Az 1. lépésben a CoA "elhagyja", de "visszatér" a 4. lépésben. Valójában csak a 2. lépés, a citrát izocitráttá történő átrendeződése "csendes" a szén-molekulákon kívül a reakció.
A Mnemonic a hallgatók számára
A Krebs-ciklus biokémiában és az emberi fiziológiában játszott jelentősége miatt a hallgatók, a professzorok és mások számos mnemonikát dolgoztak fel, vagy a nevek emlékezésének módját, hogy segítsék a Krebs-ciklus lépéseinek és reaktánsainak emlékezetét. Ha csak a szén-reagenseket, köztitermékeket és termékeket szeretnénk emlékezni, akkor az egymást követő vegyületek első betűiből lehet dolgozni, amint azok megjelennek (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; itt, vegye figyelembe, hogy az "A koenzim" egy kis "c" -vel van jelölve). Ezekből a betűkből készíthet egy szivárványos, személyre szabott mondatot, a molekulák első betűi pedig a kifejezés első betűiként szolgálnak.
Ennek kifinomultabb módja egy olyan mnemonika használata, amely lehetővé teszi, hogy minden lépésben nyomon követhesse a szénatomok számát, amely lehetővé teszi, hogy jobban internalizálhassa, mi történik biokémiai szempontból. Például, ha hagyja, hogy egy hatbetűs szó képviselje a hat szén-oxaloacetátot, és ennek megfelelően kisebb szavak és molekulák esetében, elkészíthet egy olyan sémát, amely memóriaeszközként és információban gazdag is. A "Journal of Chemical Education" egyik közreműködője a következő ötletet javasolta:
Itt egy hatbetűs szó látható, amelyet kétbetűs szó (vagy csoport) és egy négybetűs szó alkot. A következő három lépés mindegyike egyetlen betűcserét tartalmaz, betűk (vagy "szén") vesztesége nélkül. A következő két lépésben egy levél (vagy ismét "szén") elvesztése jár. A séma többi része ugyanúgy megőrzi a négybetűs szóigényt, a Kreb-ciklus utolsó lépései különböző, szorosan rokon négyszén-molekulákat tartalmaznak.
Ezen speciális eszközökön kívül hasznos lehet felhívni magának egy teljes sejtet vagy egy mitokondriumot körülvevő sejt részét, és olyan részletesen felvázolni a glikolízis reakcióit, ahogyan tetszik a citoplazma részben és a Krebs-ciklus a mitokondriumban. mátrix rész. Ön ebben a vázlatban azt mutatná, hogy a piruvát bejuttatja a mitokondriumok belsejébe, de rajzolhat egy nyílot is, amely fermentációhoz vezet, ami szintén előfordul a citoplazmában.