Krebsi (sidrunhappe) tsükkel — definitsioon ja roll raku ainevahetuses

Avasta Krebsi (sidrunhappe) tsükli definitsioon ja roll raku ainevahetuses — kuidas see toodab energiat, toetab mitokondriaalset hingamist ja juhib biokeemilisi protsesse.

Krebsi tsükkel (nimetatud Hans Krebsi järgi) on osa raku hingamisest. Selle teised nimed on sidrunhappe tsükkel ja trikarboksüülhappe tsükkel (TCA tsükkel).

Krebsi tsükkel on keemiliste reaktsioonide seeria, mida kõik aeroobsed organismid kasutavad oma energiamuundamisprotsessides. See on oluline paljude biokeemiliste protsesside jaoks. See viitab sellele, et see oli üks esimesi raku ainevahetuse osasid, mis arenes välja.

Krebsi tsükkel järgneb sidusreaktsioonile ja annab elektronitranspordi ahelas vajaliku vesiniku ja elektronid. See toimub mitokondrites.

Kuidas Krebsi tsükkel töötab (lühike ülevaade)

Peamine sissevool on atsetüül-CoA, mis tekib peamiselt glükoosi lagunemise (glükolüüsi + püruvaadi oksüdatiivne dekarboksüülimine) või rasvhapete ja aminohapete lõhustamisel. Atsetüül-CoA ühineb oksaloatsetaadiga, moodustades sidrunhapet (tsitraat) ning käivitades tsükli, mille käigus toimuvad järjestikused oksüdatsioonid, dekarboksüülimised ja redoksreaktsioonid, kuni oksaloatsetaat taastub ja tsükkel kordub.

Sisendid ja peamised produktid

• Sisend ühe atsetüül-CoA kohta: atsetüül-CoA + H2O + ADP/GDP + Pi + NAD+ + FAD
• Peamised produktid ühe atsetüül-CoA kohta: 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2, 1 GTP (või ATP)
• Need NADH ja FADH2 annavad elektronid elektronitranspordi ahelale, kus tekib suurem osa raku ATP-st läbi oksüdatiivse fosforüülimise.
• Ühe glükoosimolekuli täielikul oksüdeerumisel (kaks atsetüül-CoA) kahekordistub see saagikus.

Krebsi tsükli põhisammud (lühike, kronoloogiline loetelu)

• Citratesüntees: atsetüül-CoA + oksaloatsetaat → tsitraat.
• Isomeerimine: tsitraat → isotsitraat.
• Esimene oksüdatiivne dekarboksüülimine: isotsitraat → α‑ketoglutarraat + CO2 + NADH.
• Teine oksüdatiivne dekarboksüülimine: α‑ketoglutarraat → suksinüül‑CoA + CO2 + NADH.
• Suksinüül‑CoA sünteetiline samm: suksinüül‑CoA → suksinaat + GTP/ATP.
• Sukcinaadi oksüdatsioon: suksinaat → fumaraat + FADH2 (sukcinaat dehüdrogenaas, mis on ka kompleks II).
• Hüdratsioon: fumaraat → malaat.
• Oksüdatsioon: malaat → oksaloatsetaat + NADH.

Roll raku ainevahetuses ja anapleroottilised funktsioonid

Krebsi tsükkel on mitte ainult kataboolne (energia tootmine) vaid ka amfibioline — see annab lähteaineid paljude biosünteesiprotsesside jaoks. Tsükli vaheühendid on eelkäijad:

• aminohapete ja beeta-oksüdatsiooni produktide sünteesiks,
• nukleotiidide ja lipiidide biosünteesiks,
• heme ja porfüriini teke (nt. suktsinüül‑CoA on heme sünteesi eelkäija),
• glükoneogeneesiks (oksaloatsetaat võib muunduda PEP-iks ja seejärel glükoosiks).

Seetõttu peavad rakud tsükli vaheühendeid vajadusel taastama (anaplerootilised reaktsioonid), näiteks püruvaadi karboksüülaasi kaudu tekkinud oksaloatsetaadiga.

Regulatsioon

Krebsi tsüklit reguleeritakse mitmel tasandil, et kohandada ainevahetust raku energiavajadusega:

• Võtmeensüümid (nt tsitraatsüntaas, isotsitraat dehüdrogenaas, α‑ketoglutarraat dehüdrogenaas) on allosteriliselt reguleeritud: ATP ja NADH toimivad inhibiitoritena; ADP/AMP ja NAD+ aktiveerivad.
• Kaltsiumioonid (Ca2+) aktiveerivad ensüüme lihastes ja südames, sidudes tsükli töö rakkude kontraktiilsele tegevusele.
• Sidusreaktsioonide (näiteks püruvaadi dehüdrogenaas) regulatsioon (nt fosforüülimise kaudu) mõjutab atsetüül‑CoA kättesaadavust.

Asukoht ja erinevused organismide vahel

Eukarüootsetes rakkudes toimub Krebsi tsükkel peamiselt mitokondrite maatriksis (mitokondrites). Prokarüootidel (bakterid) toimuvad analoogsed reaktsioonid raku siseses tsütoplasmas või membraani lähedal, sest neil puuduvad mitokondrid.

Kliiniline ja bioloogiline tähendus

• Tsükli tõrgetel (nt mitokondriaalsed haigused, püruvaadi dehüdrogenaasi puudulikkus) võib tekkida laktikaatatsidoos, neuromuskulaarsed sümptomid ja üldine energiapuudus.
• Paljud ravimid ja toksilised ained mõjutavad oksüdatiivset fosforüülimist või ensüüme, mis kaaluvad alla Krebsi tsükli efektiivsust.
• Krebsi tsükkel ja sellega seotud reaktsioonid on biokeemia ja meditsiini uurimise keskmes seoses energiaülekande, vananemise ja metaboolsete haigustega.

Evolutsiooniline aspekt

Kuna Krebsi tsükli komponendid on universaalsed ja mitmete organismide vahel säilinud, peetakse seda üheks vanimaks ja keskseks ainevahetusrajaks, mis võimaldas rakkudel efektiivselt kasutada hapnikku ja orgaanilisi aineid energia tootmiseks.

Kui soovite, võin lisada skeemi või samm-sammulise diagrammi Krebsi tsükli kohta või koostada lühikokkuvõtte tabelina süsivesikute, rasvade ja valkude panusest tsüklisse.

Kokkuvõte

Allpool olev skeem näitab, kuidas see osa hingamisest on pidevalt korduv tsükkel, mis toodab ATP-d ja eraldab CO ₂. ATP on molekul, mis kannab energiat keemilisel kujul, mida saab kasutada teistes rakuprotsessides. Kokkuvõtteks:

• Kaks molekuli süsihappegaasi eraldub
• Moodustub üks molekul GTP-d.
• Kolm molekuli NAD+ ühendatakse vesinikuga (NAD+ → NADH).
• Üks molekul FAD ühendub vesinikuga (FAD → FADH₂ ).

Kuna igast glükoosimolekulist toodetakse kaks atsetüül-CoA molekuli, on iga glükoosimolekuli kohta vaja kaks tsüklit. Seega on kahe tsükli lõpus saadused: kaks ATP-d, kuus NADH-d, kaks FADH-d₂ kaks QH-d₂ (ubikinool) ja neli CO₂ .

Ülevaade sidrunhappe tsüklist

Otsing